1. 概述

　　三維虛擬仿真平台旨（zhǐ）在建設一個具有大範圍的海量城市數據一體化管理、無縫三維實時漫遊，包容和拓展常規GIS獨具特色的空間多媒（méi）體信息查詢、表示、分析（xī）和決策功能的（de）虛擬城市管（guǎn）理（lǐ）信息係（xì）統。

　　近年來，數字省市、數字城鎮很快已經成為世界各國發（fā）達省市和地區21世（shì）紀的發展戰略、爭先搶占（zhàn）科技、產（chǎn）業和經濟的製高點之一。為了加速城（chéng）市（shì）的發展，提高管理水（shuǐ）平，需要借助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（bù）分城市的摸底調查，除（chú）少數大、中（zhōng）城市已建（jiàn）立了城市管理信息係統外（wài），而絕大部分地區的空間信息管理手段仍然沿用（yòng）比較落後的手工操作方式，即便是用一（yī）些地理信息係統（GIS）管理著空間數據，但仍（réng）停留（liú）在簡單的二維數據管理、顯示的基本功能，分散（sàn）地、相對獨立地和非標準地管理模式，很難進行地域管理的三維綜合研究和空間分（fèn）析，使各級領導部門不可能及時地得到對空間的清晰、直觀的認識。

　　另外，城市規劃設（shè）計的（de）主要研究對象是城市的體形結構與各個要素（sù），在設計過程中需（xū）要進行大（dà）量的空間形象思維。同時，在設計中又應以城市的（de）使用者的感覺為核心，分析城市設計各空間要素之間（jiān）的（de）關係。傳統的城市模型隻能獲得城市的鳥瞰形象；效果圖隻能提供靜態局部的視覺體（tǐ）驗；動畫不具備實時的交互（hù）性，人是（shì）被動的，並且製作周期長。這些傳統技術隻能（néng）實現簡單、固定的（de）演示功能，尚不能很好地滿足當前城市設計的需要。另外，隨（suí）著空間範圍的擴大，傳統的方法也無法勝任空（kōng）間數據的管理和維（wéi）護。

　　同樣，在城市中存在大型（xíng）的港（gǎng）口、工廠、地下管網、人防設施等部門，它（tā）們具有地形起伏較大、管網密集、需要準確定位等特點（diǎn），用傳統二維的表示（shì）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，使之產生身臨其（qí）境（jìng）感覺的交互式視景仿真（zhēn）。從二維地圖、沙盤、動（dòng）畫，到虛擬視景仿真是一個合乎人們認（rèn）識深化和技（jì）術發展趨勢（shì）的必然結果。

2. 虛擬城市與仿真技術發展

　　美國目前已（yǐ）經有（yǒu）50個城市（shì）計劃建立了“數字虛（xū）擬城市”。我國北京、上海、香港、台北、深圳、廣州、南海、廈門市等也（yě）正在積很籌建之中。普遍認（rèn）為，3D-GIS、空間視景數（shù）據庫的建立（lì）是（shì）建立（lì）數字虛擬城市首先要解決的問題。國際上已經專門成立了類似組（zǔ）織，主要為城市服（fú）務。如德國的Rostock、Stuttgart等研究（jiū）機構，對一（yī）些城市進行了研究，建立（lì）了原型係統。三維虛擬（nǐ）仿真技術*早主要應用在軍事領（lǐng）域，從國內近幾年來的發展情（qíng）況，三維虛擬仿真技術在國內外快速發展，目前國內已有多家公司開發（fā）出城市仿真應用平台，已在城市（shì）設計和決策（cè）中得到很（hěn）好的應用，同時積累（lèi）了一批優秀的（de）三維（wéi）虛（xū）擬仿真開發技術人才，北京91影视免费版下载公司就是一個專門研究（jiū）三維虛擬仿真軟件，硬件的公司，並取得了突（tū）出的成績。

　　2.1 三（sān）維仿真技術

　　虛擬現（xiàn）實(Virtual Reality，簡稱VR)

　　是用計（jì）算機生成逼真的（de）三維視、聽（tīng）、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（tǐ）驗。70年代Even & Sutherland公司引入計算機作（zuò）為場景圖像生成設備發展（zhǎn）出計算機虛（xū）擬現實。Silicon Graphic Inc.公司（sī）製定了開（kāi）發圖形係統的運用程序標準OpenGL，同時為視景仿真實時漫（màn）遊提供了一套Performer。Multigen-Paradigm、Coryphaeus等軟件均以Performer為基礎，進行二次開發。*初的仿（fǎng）真主要用於飛行模擬。 

　　城市仿真(Urban Simulation)

　　是虛（xū）擬現實技術應用於（yú）城市的一種視景仿真（Visual Simulation 簡稱VisSim）。城市（shì）仿真具備（bèi）幾個特點：其一是良好的交互性，提供（gòng）了任意角度、速度的（de）漫遊方式，可以快速替換（huàn）不同的建築；其（qí）二是形象直觀，為專業人士和非專業人士之間（jiān）提供了溝通的渠道；其（qí）三由（yóu）於采（cǎi）用數字化手段，其維護和更新變得比較容易。仿真係統可利用地（dì）理信息係統（GIS）的數據生成三維地形模型，再利用衛星影（yǐng）像和航空影像作為真實的紋理貼圖，充分展示了城市仿真與GIS的結合。 
　2.2 國外城市仿真主要實例

　　虛擬洛杉磯（Virtual Los Angeles） 

　　是（shì）美國加（jiā）利福尼亞大學洛（luò）杉磯分校（UCLA）始於1994年的一個科研與運用相（xiàng）結合的（de）項目，計劃覆（fù）蓋麵積超過10,000平方英裏，是當今城（chéng）市仿真（zhēn）係統中*成功*為複雜的係統。視景包括從（cóng）洛杉磯盆地的衛星影像到街道景觀，準確到植物（wù）、建築（zhù）物的窗口、外牆的紋理等。其中洛杉磯大（dà）學醫院的仿（fǎng）真詳細到可以對建（jiàn）築內（nèi）部的每一（yī）個層麵進行漫遊，用鼠標點擊牆麵或天花板就能得（dé）到平麵設計圖及相應的屬（shǔ）性數據，實（shí）現（xiàn）了在仿真中對GIS、CAD及對象屬性的實時查詢。該係統作為城市規劃和建設的重要手段，在加州（zhōu）Pico Union區地震破壞的重建中（zhōng）得到應用（yòng）。設計人員通過（guò）仿（fǎng）真模型和地理信息數據來確定毀（huǐ）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（qū）進行規劃設計，再將新數據存入該係統，實現（xiàn）了信息係統的良（liáng）性循環。

　　費城城市模（mó）型(ModelCity Philadelphia)

　　由（yóu）美國Bentley公司利用MicroStation和MasterPiece軟件（jiàn）以及自我開發的軟件工具於1996年開始製作（zuò），已完成費城中心區35個街區。該項目主要特（tè）點是將整個（gè）費城的模型（xíng）以VRML數據格式，通過Internet網讓任何（hé）人可以享受到（dào）實時費城旅遊的體驗。城市設計（jì）人員和建築師通過Internet瀏覽器對城市三維景（jǐng）觀進行直接的漫遊，可以對真（zhēn）實（shí）的城市景觀進行（háng）分（fèn）析，獲得（dé）準確的土（tǔ）地和建築結構方麵的資料信息，解（jiě）決了在（zài）委托設計項目時缺乏資料的問題。費城（chéng）模型同時提供準確可視的三維地下管線係統（tǒng），方便城市地下管網係統的（de）維護和更新，因此獲得（dé）美國建築師學會(AIA)高度評價。

　　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擬真實和想象的世界，用高度細節模型，產生平滑連續的運動，並以一定（dìng）的FPS（幀/秒）進（jìn）行繪製來（lái）達到無縫的演示。動畫主要用於電影、印刷圖畫以及預先設計好的演示。仿真主要用實時互動演示，需要對（duì）於用戶輸入做出反應，並馬上看到結果。如：飛（fēi）行訓練、影視遊戲和交互建築演示（shì）。

3. 三維仿真平台功（gōng）能特點

　　三維虛擬仿真平台旨在建設一個具有大範（fàn）圍的海量城市數據一體化管理、無縫三維實時漫遊，包容和拓展常（cháng）規GIS獨具（jù）特（tè）色的空間多媒體信（xìn）息查詢、表示、分析和決策功能的虛擬（nǐ）城市管理信息係統。係統所采用三維仿真平台具有獨特（tè）的特性（xìng）和強有力的可擴展性能，使用了萬（wàn）視達公司的邊緣融合（hé）處理機，畫麵和文（wén）字都能實現高（gāo）度清晰。

　　3.1 頂級三維遊（yóu）戲（xì）的視覺享受

　　精（jīng）美的三維場景 
　　光影效果 
　　多種氣候條件（白天、夜晚、雲（yún）、霧、雨、雪、雷電……） 
　　多種特殊效果（跳動的火苗、飄動的旗幟、流水、噴泉、霓虹燈（dēng）、海浪（làng）、爆炸、煙（yān）霧……） 
　　各（gè）種空間聲音效果——創建一個充滿生機的世界。 

　　3.2 靈活的人機交互（hù）

　　任何位置/任意角度觀察場景； 
　　多種運動（dòng）方式隨時切換
　　（行（háng）走、駕（jià）駛、飛翔（xiáng）…） 
　　任意位置停止，切換（huàn）多種參數/方案來觀察！
　　（*適合於前期方案討論、匯報） 
　　整（zhěng）個交互過程可以記錄為動畫保存。

　　3.3 強大的可擴展性（xìng）

　　區域類型擴（kuò）展
　　建築內（nèi）/外景；
　　小區/街（jiē）道；
　　城區；
　　大麵積野外場景。
　　（采用動態內存管（guǎn）理，甚至（zhì）可以模擬整個數字地球！）
　　地域覆蓋範圍從小至大 

 　　顯示方案擴展
　　單PC顯示；
　　PC Cluster + 投影係統；
　　SGI Onyx + 投影係統；
　　立體顯（xiǎn）示 / 無縫拚接選項.
　　特定類型的應用擴展 
　　應用領域（yù）擴展

　　國土資源局/城市規劃（huá）部門 / 建築設計單位；
　　房地產公司——展（zhǎn）示/銷售、項（xiàng）目評估和報批；
　　園區規（guī）劃、管理及展示，開（kāi）發（fā）區招商；
　　文物/古跡的展示、複原、保護部門（mén）；

4. 三維仿（fǎng）真平台（tái）性能指標

　　4.1 數據（jù）要求

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

　　4.2 場景編輯

　　數據（jù）資料（liào）采集，包括科（kē）學城各棟房屋建築外立麵多角度數碼拍照，路（lù）麵、河流（liú）、樹（shù）木、標誌性物體（tǐ）數碼（mǎ）拍照等。 
　　圖片處理，對外業采集的數字照片（piàn）進行圖片編輯（jí）處理，以符合建模標準； 
　　地形建模，基（jī）於DEM（數字高程模型）數據和DOM（正射影像圖）數據疊加（jiā）生成地形； 
　　地物建模，用內業處理完畢的數字圖片（piàn）構造地物模型，主要包括建築物、路麵、河流、路燈、花壇等； 
　　可（kě）以對地形、模型、二維矢量數據（jù）、注記、場景貼圖、環境、光源、模型貼圖、動態貼（tiē）圖 、攝像機等進行編輯處理，生成（chéng）三維場景；並整（zhěng）體實現模型優化和拚湊。 
　　支持模型庫和貼圖庫管理。

　　4.3 實時瀏覽和可（kě）視化

　　實時瀏覽三維場景。 
　　矢量數據的三維可視化表現。 
　　支持行（háng）走，駕（jià）駛（shǐ），飛行，UFO等（děng）多種瀏覽方式。 
　　觀察者能從任意角度（dù）任意高度觀看係統的三維場景。 
　　係統可實現實時隨機（jī）漫遊，漫遊（yóu）的方向和起點完全由用戶自己進行選擇。 
　　係（xì）統可實現從室（shì）外漫遊到室內漫遊的無縫切換。

　　4.4 數據管理和數據查詢（xún）

　　屬（shǔ）性數據支持（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（gēn）據查詢條件，自動定位目標查詢物。 

　　4.5 跨平台

　　Windows操作係統。 
　　其它操作係統。 

　　4.6 支持多種格式輸出

　　支持生成高分辨（biàn）率屏幕圖。 
　　可以（yǐ）將實（shí）時瀏覽（lǎn）結果輸出成AVI和影像序列。

　　4.7 麵向對象的（de）管理方式

　　實現場景及路徑（jìng）漫遊方式（shì）的編輯。

　　4.8 特效模擬（nǐ）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（kě）以實現諸如噴泉效果、旗幟飛揚等效果。

5. 虛擬城市應用展示

　　虛擬現實實時瀏覽平台可以對虛擬場景實現交互式的全方（fāng）位漫遊，三維（wéi）數字景象和（hé）模型將複雜的數據進行可視化處理和顯示，為客（kè）戶帶來的大視景，高沉（chén）浸感的高端解（jiě）決方案，給用戶一個身臨其境的感覺，在城市(社區（qū）)規劃、虛（xū）擬建造、裝飾裝修等方麵具有廣闊的應用前景。