虚拟现实技术在小区规划中的应用

来源:用户上传      作者: 向　鑫　钟晓玲

　　目前，楼盘的规划设计往往使用设计图、效果图、沙盘或者动画等手段，这些手段虽然能提供直观的视觉展示，并不能实现人本身对规划的全方位立体感知。为了加强渲染效果，本文提出了基于虚拟现实技术的小区规划思想，旨在通过虚拟现实技术，实现人与小区环境的交互，切身感受小区规划过程中的特色以及不足。在交互中，用户可以根据需求对设计进行改进，从而使得小区规划实现最优化。
　　此外，随着计算机技术和网络技术的发展，虚拟现实技术正好填补了传统的二维平面动画和三维展示的先天不足，用户可以借助先进的数字化人机接口技术，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，人们可以通过使用各种特殊的装置，将自己投射到虚拟现实产生的一种特殊环境，通过在这个环境中漫游、操作和控制改变设计，真正实现主体与环境的切身体会。
　　
　　一、小区规划设计虚拟现实的特点及技术支撑
　　
　　（一）虚拟现实技术下的小区规划特点――全过程规划设计。将小区的信息资源以空间坐标为框架加以整合并充分利用，参照现实楼盘方位为标准，严格按比例标准进行场景虚拟。在小区土地的硬性指标的基础上，逐步嵌入各种小区规划所需求的各种要素，如建筑风格、建筑形态、楼体样式、景观环境、建筑密度以及小区楼体布置等。快速、充分和完整地记录每个设计步骤，并根据需要进行修改和调整补充。在小区的设计规划过程中，利用虚拟现实技术可以将整个过程虚拟现实出来，在进行工程修改时只需要改变具体模块的参数即可，这样无疑节省了大量的人力、物力和财力。
　　此外，在规避设计风险的环节中，由于虚拟环境的设计要求按照标准建立逼真的三维场景，对项目规划实行真实再现。当用户利用人机接口在三维场景中进行漫游的时候，很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，这样减少了因事先规划不周全而造成的损失。例如，在虚拟现实场景中可以轻松修改建筑物的外立面设计，包括材质、颜色甚至高度等。小区的绿化设计也可轻松改变，使得容积率达到最优。
　　利用信息技术手段我们可以把小区规划划分成小区前期规划、施工建设的规划改进以及后期销售的规划展示，利用数字信息处理技术进行三维动态显示，从而实现全过程的虚拟现实小区规划设计，当一套完整的小区规划设计完成以后，在楼盘销售展示中也打破了传统沙盘和图纸的局限性，更直观地对楼盘进行展示，在销售中更有利于向客户展现该楼盘的闪光点，这些都是传统营销手段所无可比拟的。
　　（二）虚拟场景设计及三维建模的实现
　　第一，小区环境建模是对小区数据的分类提取，原始模型的数据创建是技术难度相对高的工作。而VRML语言只能建立粗糙的模型，为了使得虚拟3D建筑模型与真实相差无几，可先从AutoCAD中提取具体原始数据的方式。小区中建筑物的模型建立主要是以AutoCAD、3DMAX建立一些局部模型特质，在SketchUP（绘图大师）中相互补充、配合完成了虚拟小区的3D模型建立。
　　第二，为了得到逼真的显示效果，场景中往往有上万个多边形，有时多达几百万个多边形。此外，系统往往还要对场景进行光照处理、反混淆处理及纹理处理等等，这就对实时显示提出了很高的要求。依靠实时绘制技术的可见消隐技术和细节层次模型来减少最终绘制的场景复杂度，达到实时生成具有真实感的图形的目的。
　　第三，在已有小区局部模型的基础上，运用VRMLPAD为开发工具，利用VRML良好的实时动态交互程序环境，编制复杂的行为。对于需要参观内部的重点建筑，还要具备室内详情的细节模型，这些模型可作为独立的VRML输出。主要表现为将整个小区化整为零，分割为多个子场景，为了实现真实的漫游效果，各空间场景实现无缝连接，利用VRML的内联节点来实现各子场景文件的自动连接。
　　第四，在小区虚拟场景的渲染方面，将小区化成多个子场景，利用OpenGL进行图形的渲染，提高场景的真实度。在进行渲染时，直接利用计算机的物理内存就可完成，这样使得用户在进行漫游时，减少其延时，同时也使得漫游效果更具备真实性。如果不能有效地扩大计算机的虚拟内存，使用场景动态分块是最好的选择。
　　（三）实时多方案数据库的建立。在小区规划过程中，一般都会对建筑物提出多个设计方案。在虚拟的三维空间中，大胆地将想像的规划设计方案进行虚拟，针对不同方案的优缺点进行系统分析，观察者在虚拟环境中从同一观察点去感受不同的设计方案，这样，有助于对不同方案进行比较，以便进行最终决策。
　　在虚拟场景浏览中，利用VRML语言也可对场景进行局部修改，在修改过程中，可进行选择性存储到多方案数据库中，小区设计者在进行场景漫游过程中，更容易发现小区规划中的特色和不足，通过规划多方案的对比修改，进一步修改规划设计方案。
　　（四）人机交互接口设计。当小区场景设计出来后，设计师通过特有的视觉跟踪设备以及输入设备进行虚拟场景感知。而在虚拟现实系统中，采用特有的人机接口，人们可以利用自己的视觉、听觉和力觉来感知环境，用自然的方式实现与环境互动。这些虚拟现实所具备的特色内容，充分体现了计算机人机接口的新方向。
　　人从外界获取信息，有80%以上来自于视觉，一般来说，虚拟系统的输出设备应尽可能面向使用者的感觉器官以保证良好的浸没感，带立体眼睛的台式立体显示器、头盔式显示器（HMD）以及洞穴立体显示装置，它将设计使用者的听觉、视觉功能完全置于虚拟的环境之中并切断了外界信息。使用者在虚拟的环境漫游可以通过跟踪使用者的头及身体的运动来完成，与虚拟物体的接触通过戴在手上的传感装置检测来实现。
　　
　　二、小区虚拟规划建模实现步骤
　　
　　在虚拟现实建模语言的基础上实现小区的整体规划，最终完成小区规划的建模工作：
　　1、小区建筑的整体设计相关数据，场景中建筑物分布的硬性数据参数以及建筑物的具体数据，绿化的设计以及小区休闲场所的安置。提取小区规划所需求的各种要素，如建筑风格、建筑形态、楼体样式、景观环境、建筑密度以及小区楼体布置等。
　　2、进行三维建模，利用多种3D建模软件虚拟小区环境。
　　3、建立实时多方案数据库，在虚拟场景中可调用多方案数据库，进行场景替换。每次修改场景后进行储存；建立相当空间的数据存储空间，设置后台管理。
　　4、体现虚拟现实系统的交互性，设置人机交互接口，利用特定输入/输出设备进行虚拟场景漫游。（图1）
　　
　　
　　三、总结
　　
　　综上所述，虚拟现实技术是一项新生的、具有强大生命力的技术，在小区规划设计中突显其优越性。它能充分实现场景模拟的真实性，同时也能在规划方案优化上取得很大的突破。随着VR技术的不断发展，在人机交互方面应用范围将在横向和纵向上有更大的发展，为建筑规划设计的发展开拓更广阔的前景。

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