1. 概述

　　三維虛擬仿真平台旨在建（jiàn）設一個具有大範圍的海量城市數據（jù）一體（tǐ）化（huà）管理、無縫三（sān）維實時漫遊，包容和拓展常規GIS獨具特色的空間（jiān）多媒（méi）體信息查詢（xún）、表示、分析和決策功能的虛擬城市管理信息係統。

　　近年來，數字（zì）省市、數字城（chéng）鎮很快已經成（chéng）為世界（jiè）各國發達省市和地區21世紀的發展戰略、爭先搶占科技、產業（yè）和經（jīng）濟（jì）的製高點之一。為了加速城市的發展，提高管理水平，需要借助（zhù）於現代化的科學手段進行城市體係規劃與管理（lǐ）。

　　據目前對我國大部分（fèn）城市的摸底調查，除少數大、中城市已建立了城市（shì）管理信（xìn）息係統外，而絕大部分地（dì）區的空間信息管理手（shǒu）段仍然沿用比較落後的手工（gōng）操作方式，即便是用一些地理信息（xī）係統（GIS）管理著空間數（shù）據，但仍停留在簡單的（de）二維數據管理、顯（xiǎn）示的基本功能，分散地、相對獨立地和非標準地管理模式（shì），很難（nán）進行地域管理的（de）三維綜合研（yán）究和（hé）空（kōng）間分析，使各級領導部門不可能及時地得到對空間的清晰（xī）、直觀的認識。

　　另外，城市規劃設計的主要研究對象是城市的體形結構與各個要素，在設計過程中需要進行大（dà）量的空間形象思維。同時，在設計中又應以（yǐ）城市的使用者的感覺為核心，分析城市設計各空間要（yào）素（sù）之間的關係。傳（chuán）統（tǒng）的城市模（mó）型隻能獲得城市的鳥瞰形象（xiàng）；效果圖隻能提供靜態局部的視覺體驗；動畫（huà）不具備實時的交互（hù）性，人是被（bèi）動的，並且（qiě）製（zhì）作（zuò）周（zhōu）期長。這些傳統技術隻能實現簡單、固定的演示功能，尚（shàng）不能很好地滿足當前（qián）城市設計（jì）的需要（yào）。另外，隨（suí）著空間範圍的擴大，傳統的方法也無法勝任空間數據的管理和維護。

　　同（tóng）樣，在城市中存在大型的港（gǎng）口、工（gōng）廠、地下管網、人防設施等部門，它們具有地形起伏較大、管網密集、需要準確（què）定位等特點，用傳（chuán）統二維的（de）表示方法很難加以描述和信息管理。

　　虛擬環境是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作用於用戶，使之（zhī）產生身臨其境感覺的交（jiāo）互式視景仿真。從二維地圖、沙盤、動畫，到虛擬視景仿真是一個合乎人們認識深化和技術發展趨勢的必（bì）然結果。

2. 虛（xū）擬城市與仿真技術發展

　　美國目前已（yǐ）經（jīng）有（yǒu）50個城（chéng）市計劃建立了“數字虛擬城市”。我國北京、上海、香港、台北、深圳、廣州、南海、廈門市等也正在積很籌建（jiàn）之中。普遍認為，3D-GIS、空間視景數據庫的建立（lì）是建立數字（zì）虛擬城市首先要解決的問題。國際上已經專門成（chéng）立（lì）了類似組織，主要為（wéi）城市服務。如（rú）德國（guó）的Rostock、Stuttgart等（děng）研究（jiū）機構，對一（yī）些城（chéng）市進行了研究，建立了原型係統。三維虛擬仿真技術*早主（zhǔ）要應（yīng）用在軍事領域，從國內（nèi）近幾年來的發展情況，三維虛擬仿真技術在（zài）國內外快速發展，目前國內已有多家公司開發出城市仿真應（yīng）用（yòng）平台，已在城市設計和決策中得到很（hěn）好的應用，同時積累了（le）一批優秀（xiù）的三維（wéi）虛（xū）擬仿真（zhēn）開發技術人才，北京91网站入口公司就是（shì）一個專門研究三維虛擬仿真軟件（jiàn），硬件（jiàn）的公司，並取得了突出的成績（jì）。

　　2.1 三維仿真技術

　　虛擬現實（shí）(Virtual Reality，簡稱VR)

　　是（shì）用計算機生成逼（bī）真的三維視、聽、觸覺等感覺，使人能通過適當裝置對虛擬世界進行交互式體驗。70年代Even & Sutherland公司引入（rù）計算機作為場景（jǐng）圖像生成設備發展出（chū）計算機虛擬現實。Silicon Graphic Inc.公（gōng）司製定了開發圖形係（xì）統的運用程序標準OpenGL，同時（shí）為視景仿真實時漫遊提供了一套Performer。Multigen-Paradigm、Coryphaeus等軟件均以（yǐ）Performer為基礎，進行（háng）二次開發。*初的仿真主要用於飛行模擬。 

　　城（chéng）市仿真(Urban Simulation)

　　是虛擬現實技術應用於城市的一種（zhǒng）視（shì）景仿真（Visual Simulation 簡稱VisSim）。城市仿真具備幾個（gè）特點：其（qí）一是（shì）良（liáng）好的交互性，提供了（le）任意（yì）角度、速度的漫遊方式，可以快速替換不（bú）同的（de）建築；其二是形（xíng）象直觀，為（wéi）專業人士和（hé）非專業人士之間提供了溝通的渠道；其三由於采（cǎi）用（yòng）數字化手（shǒu）段，其維護和更新變得比較容易。仿真係（xì）統可利用地理信息係統（GIS）的數據生成三維地形模型，再利用衛星（xīng）影（yǐng）像和航空影像作為（wéi）真實的紋理貼圖，充分（fèn）展示了城市仿真與GIS的結合。 
　2.2 國外城市仿真主要實例

　　虛擬洛杉磯（jī）（Virtual Los Angeles） 

　　是（shì）美國加利福尼亞（yà）大學洛杉磯分校（UCLA）始於1994年的一個科研（yán）與運用相（xiàng）結合的項目，計劃覆蓋麵積（jī）超過10,000平方英（yīng）裏，是當今城市仿真係統中*成功*為複雜的係（xì）統。視景包括從洛（luò）杉磯盆地的衛星影像到街道景觀，準確到植物、建築物的窗口、外牆的紋理等（děng）。其中洛杉磯大學醫院的仿真（zhēn）詳細到可以對建築內（nèi）部的每一個層麵進行漫遊，用鼠標點擊（jī）牆麵或天花（huā）板就能得（dé）到平麵設計圖及相應的屬（shǔ）性數據，實現了在仿（fǎng）真中對GIS、CAD及對象屬性的實（shí）時查詢。該係統作為城市（shì）規劃和建設的重要手段，在加州Pico Union區地震破壞的重建中（zhōng）得到應用。設計人員（yuán）通過仿真模型和地理信息數據來（lái）確定毀壞的建築物數量以及需要改造的街道、綠地、房屋等，對重建城區進行規劃設計，再（zài）將新（xīn）數據存入該係統，實（shí）現了信（xìn）息係統的良性循環。

　　費城城市模型(ModelCity Philadelphia)

　　由美國Bentley公司利用MicroStation和MasterPiece軟件以及自（zì）我開發的軟件工具（jù）於1996年開始製作，已完成費城中心區35個街區。該項目主要特點是將整個費城的模型以（yǐ）VRML數（shù）據格式，通過Internet網（wǎng）讓任何人可（kě）以（yǐ）享受到實時費城旅遊的體驗。城市設（shè）計人員和（hé）建築師通過Internet瀏覽（lǎn）器對城（chéng）市三維景（jǐng）觀進行直接的漫遊，可（kě）以（yǐ）對真實的城市景觀進行分析（xī），獲得（dé）準確的土（tǔ）地和建築結構方麵的資料信息，解決了在委托設計項目（mù）時缺乏資料的問題。費城模型同時提（tí）供準確可視的三維地下管線係統，方便城市地下管網（wǎng）係統（tǒng）的維護和更新，因此獲得美國建築師學會(AIA)高度評價（jià）。

　　2.3 三維仿真和其他展示方式的比較

　　仿真和動畫應用都是模（mó）擬真實和想象（xiàng）的世界（jiè），用高度細節（jiē）模型，產生平滑連續的運動，並以一定的FPS（幀/秒（miǎo））進行繪製來達到無縫（féng）的（de）演（yǎn）示。動畫主（zhǔ）要（yào）用於電影、印（yìn）刷圖畫以及預（yù）先設計好的（de）演示。仿真主要用實時互動（dòng）演示，需要對於用戶輸入做出反應，並馬上看到結果。如：飛（fēi）行訓（xùn）練、影視遊戲（xì）和交互建築演示。

3. 三維仿真平台功能特點（diǎn）

　　三維虛擬仿真平台旨在建設一個具有（yǒu）大範圍（wéi）的海量城市數據一體化（huà）管理、無縫三維實時漫遊（yóu），包容和拓展常規GIS獨具（jù）特色的空間多媒體信息查詢（xún）、表示、分析和決（jué）策功能的虛（xū）擬城市管理信息係統。係統所采用三維（wéi）仿真平台（tái）具（jù）有獨特（tè）的（de）特性和強有力的可擴展性（xìng）能（néng），使用了91网站入口公司的邊緣融合處理機，畫麵和文字都能實現高度清晰。

　　3.1 頂級三維遊戲的視覺享受（shòu）

　　精美的三（sān）維場景 
　　光影效果 
　　多種氣（qì）候（hòu）條件（白天（tiān）、夜（yè）晚、雲、霧、雨（yǔ）、雪、雷電……） 
　　多種特殊效果（跳動（dòng）的火苗（miáo）、飄（piāo）動的旗幟、流水、噴泉（quán）、霓虹燈、海浪、爆炸、煙霧……） 
　　各種空間聲音效果——創建一個充滿生機的世界。 

　　3.2 靈活的人機交（jiāo）互

　　任何位（wèi）置/任意角度觀察（chá）場景； 
　　多種運動方式隨時切換
　　（行走（zǒu）、駕駛、飛翔（xiáng）…） 
　　任意位置停止，切換（huàn）多種參數/方（fāng）案（àn）來觀察！
　　（*適合於前期方案討論、匯報） 
　　整個交互過程可以記錄為動畫保存。

　　3.3 強大的可擴展性

　　區域類型擴展
　　建築內（nèi）/外景；
　　小區/街道；
　　城區；
　　大麵積野（yě）外場景。
　　（采用動態內存管理，甚至（zhì）可以模擬整個數字地（dì）球！）
　　地域覆蓋範圍從小至大 

 　　顯示方案擴展（zhǎn）
　　單PC顯示；
　　PC Cluster + 投（tóu）影係統；
　　SGI Onyx + 投影（yǐng）係統；
　　立體顯示（shì） / 無縫拚接選項.
　　特定類型的（de）應用（yòng）擴（kuò）展 
　　應用領域擴展

　　國土（tǔ）資源局/城市規劃部門 / 建築設計單位；
　　房地產（chǎn）公司——展示/銷售、項目（mù）評估和報（bào）批；
　　園區規劃、管理（lǐ）及展示，開發區（qū）招商（shāng）；
　　文物/古跡的展示、複原、保（bǎo）護部門（mén）；

4. 三維仿真平台性能指標

　　4.1 數據要求

　　支持BMP、GIF、PNG、JPG等格式。 
　　三維模型：支持（chí）3DS、DXF、VRML格式。 
　　DEM數據：支持各種矢量等（děng）高線數據。 

　　4.2 場景（jǐng）編輯

　　數據資料采集，包括科學城各棟房屋建築外立麵多角（jiǎo）度數碼拍照，路（lù）麵、河流、樹木、標誌性物體數碼拍照等。 
　　圖片處理，對外業采集的數字照片進行圖片編輯（jí）處理，以（yǐ）符合建模標準； 
　　地形建模（mó），基於DEM（數（shù）字高程模型）數據和DOM（正射影像圖）數據疊加生成地形； 
　　地物建模，用內業處理完畢的數字圖（tú）片構造地物模型，主要包括建築物、路麵、河流、路燈、花壇等； 
　　可以（yǐ）對地形、模型、二維矢量數據、注記、場景貼圖、環境、光源、模型貼圖（tú）、動態貼圖 、攝像機等進行（háng）編輯處（chù）理，生成三維場景；並整體實現模型優化和拚湊。 
　　支持模型庫和貼圖庫管理（lǐ）。

　　4.3 實時瀏（liú）覽和可視化

　　實時瀏覽三維場景（jǐng）。 
　　矢量數據的三維可視化表現。 
　　支持行走，駕（jià）駛，飛行，UFO等多種瀏覽方式。 
　　觀（guān）察者能從任意角度（dù）任（rèn）意高度觀看係統的三維場景。 
　　係統可實（shí）現實時隨機漫遊，漫遊的方向和起點完全由用戶自己（jǐ）進行選擇。 
　　係統可實現從室（shì）外漫（màn）遊到室內漫（màn）遊（yóu）的無縫切換。

　　4.4 數據管理和數據查詢

　　屬性數據（jù）支持（支持Access、SQL Server、Oracle數據庫等）和屬性數據查詢。 
　　數據條件定位查詢，根據（jù）查詢條件，自動定位目標查詢物。 

　　4.5 跨平台

　　Windows操作係統（tǒng）。 
　　其（qí）它操作係統。 

　　4.6 支持多種格式輸出

　　支持生成高分辨率屏幕（mù）圖。 
　　可以將實時瀏覽（lǎn）結果輸出成AVI和影像序列（liè）。

　　4.7 麵（miàn）向對象的管理方式

　　實現場景及路徑漫遊方式的（de）編輯。

　　4.8 特效模擬方式的支持

　　可以對環境進行設置，包括雲、霧、能見度等等；也可以實現（xiàn）諸（zhū）如噴（pēn）泉（quán）效果、旗幟飛揚等效果（guǒ）。

5. 虛擬城（chéng）市應用展示

　　虛擬現實實時（shí）瀏覽平台可以對虛擬場景實現交互式的全方位漫遊，三維數（shù）字景象和模型將（jiāng）複雜的數據進行可視化處理和顯示，為客戶帶來的大視景，高沉浸感的高端解（jiě）決方案，給（gěi）用戶一個身臨其境的感覺，在城市(社區)規（guī）劃、虛擬建造、裝（zhuāng）飾（shì）裝修等方麵具有（yǒu）廣（guǎng）闊的應用前景。