1. 概（gài）述

　　三維虛擬仿真平台旨在（zài）建設一個具有大範圍的海量（liàng）城市數據一體化管理、無縫三（sān）維實時漫遊，包容和拓展常規GIS獨具特色的空間多媒體信息查詢、表示、分析和決策功（gōng）能的（de）虛擬城市管理信息係統。

　　近年來，數字省市、數字城鎮很快已經成為世界各國發達省市和地區21世紀的發（fā）展戰略、爭先搶占科技、產（chǎn）業和經濟的製高點之一。為（wéi）了加速城市的發展，提高管（guǎn）理水平，需要借助於現（xiàn）代（dài）化的科學手段（duàn）進行城市體係規劃與管理。

　　據目前對我國大部分城市的摸底調查，除少數大、中城市已建立了城市管理（lǐ）信息係統（tǒng）外，而絕大部分地區的空間（jiān）信息管（guǎn）理手段仍然沿用比較（jiào）落後的手工操作方式，即便是用一（yī）些地（dì）理信息係統（GIS）管理著空間數據，但（dàn）仍停留在簡單的二維數據管理、顯示的基本功能，分散地、相對獨立地和（hé）非標準地管理（lǐ）模式，很難進行地域管理的（de）三維綜合研究和空間分析，使（shǐ）各級領導部（bù）門（mén）不可能及時地得到對空（kōng）間的清晰、直觀的認識。

　　另外，城市規（guī）劃設計的主要研究（jiū）對象是城市的體形結構與各個要素，在（zài）設計過程中需要進行大量的空間形象思維。同時，在設計中又應以城市的使用者的（de）感覺為核心，分析城市設（shè）計各空間要素之間的（de）關係。傳統的城市模型隻能獲得（dé）城市的鳥瞰形象；效果圖隻能提供靜態局部的視覺體驗（yàn）；動畫不具備實時的交互性（xìng），人是被動的，並且製作周期長。這些傳統技術隻能實現簡（jiǎn）單、固定的演示功能，尚不能很好地滿足當前城市設（shè）計的（de）需要。另外，隨著空間範圍的擴大，傳統的方法也無法勝任空間數據的管理和維護。

　　同樣，在城市中存在大型的港口、工廠、地下管網（wǎng）、人防設施等部（bù）門（mén），它們具有地形起伏較大、管網密集、需要準確定位等特點，用傳統二維的表示方法很難加以描述和信息管理。

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

2. 虛擬城（chéng）市與仿（fǎng）真（zhēn）技術發（fā）展

　　美國目前已經有50個（gè）城市計（jì）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（xià）門市等（děng）也正在積（jī）很籌建之中。普遍（biàn）認為，3D-GIS、空間視（shì）景數據庫的建（jiàn）立是建立數字虛擬城市首先要解決的問（wèn）題。國際上已經專門（mén）成立了類似組織，主要為城市服務。如德國的（de）Rostock、Stuttgart等研究機構，對一些城市進行了研究，建立了原型係統（tǒng）。三維虛擬仿（fǎng）真技術*早主要應用在軍事領域，從國（guó）內近幾（jǐ）年來的發展情況，三維虛（xū）擬仿真（zhēn）技術在國內外快速發展，目前國內已有多家（jiā）公司開發出城（chéng）市仿真應用平台，已在城市設（shè）計（jì）和決策中得到很好的應用，同（tóng）時積累（lèi）了一批優秀的三維虛擬仿（fǎng）真開發技（jì）術人才，北京日本中出视频公司就是一個專門研究三維虛擬仿真軟件，硬件的公司，並（bìng）取得了突出（chū）的成績（jì）。

　　2.1 三維仿真技術

　　虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)

　　是用計算機生成逼真的三維視、聽、觸覺等感（gǎn）覺（jiào），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公司引入計（jì）算機作為場（chǎng）景圖像生成設備發展出計算機虛擬現實。Silicon Graphic Inc.公司製定了開發圖形係統的運用程序標準OpenGL，同（tóng）時為視景仿真實時（shí）漫（màn）遊提供了一套（tào）Performer。Multigen-Paradigm、Coryphaeus等軟（ruǎn）件均以Performer為基礎，進行二次開發（fā）。*初的仿真主要用於飛（fēi）行模擬。 

　　城市仿真(Urban Simulation)

　　是虛擬（nǐ）現實技術應用於城市的一種視景仿真（Visual Simulation 簡稱VisSim）。城市（shì）仿真具備幾個（gè）特點：其一是良好的交互性（xìng），提供了任意角度、速度的漫遊方式，可以快速替換不同的（de）建築；其二是形象直觀，為專業人士和非專業人士之（zhī）間提供了溝通的渠道；其三由於采用（yòng）數字化手（shǒu）段，其維護（hù）和更新變得比較容易（yì）。仿（fǎng）真係統（tǒng）可利用地理（lǐ）信息（xī）係統（GIS）的數據生成（chéng）三維地形模型，再（zài）利用衛星影像和航（háng）空影像作為真實的紋（wén）理貼圖，充分展示了城市仿真與GIS的結合。 
　2.2 國外城（chéng）市仿真主要實例

　　虛擬洛杉磯（Virtual Los Angeles） 

　　是美國加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）始於1994年的一個科研與運用相結合（hé）的項目，計劃覆（fù）蓋麵積（jī）超過10,000平方英裏，是當今城市（shì）仿真係統中*成功*為複雜的係統。視景包括從洛杉磯盆地（dì）的衛星影像到街道景觀，準確到植物、建（jiàn）築物的窗口、外牆的紋（wén）理等。其中洛杉磯大學醫院的仿真詳細到可以對（duì）建築內部的每一個層麵進行漫遊，用鼠標（biāo）點擊牆麵或天花板（bǎn）就能得到（dào）平麵設計圖及相應的屬性數據，實現了在（zài）仿真中對GIS、CAD及對象屬性的實（shí）時查詢。該係統作（zuò）為城市規劃和建設的重要手段，在加州Pico Union區地震（zhèn）破壞的重建中得到應用。設計人員通（tōng）過仿真模型和（hé）地理信（xìn）息（xī）數據來（lái）確定毀壞的建築物（wù）數（shù）量以及需要改造的街（jiē）道、綠地、房屋等（děng），對重建城區進行規劃設（shè）計，再將新數（shù）據存入該係統，實現了（le）信息係統的良（liáng）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（jí）自我（wǒ）開發的軟件工具於1996年（nián）開始製（zhì）作，已完成費城中心區（qū）35個街（jiē）區。該項（xiàng）目主要特點是將整（zhěng）個費（fèi）城的模型以VRML數據格式，通過Internet網（wǎng）讓任何人可以享受到實時費城旅遊的體（tǐ）驗。城市設計人（rén）員和建築師通過Internet瀏覽器對城市（shì）三維景觀進行直（zhí）接的漫遊，可以（yǐ）對真實的城市景觀進行分析，獲得準確的土地和建築結構（gòu）方麵的資料信息，解決了在（zài）委托設計項目時缺乏資料的問題。費城模型同時提供準確可視的（de）三維地下管線係統，方便城市（shì）地下管網係統（tǒng）的（de）維護和更新，因此獲得美國建築師學會（huì）(AIA)高度評價。

　　2.3 三維仿真和其他展（zhǎn）示（shì）方式（shì）的比較

　　仿真和動畫應用都是模擬真實和想象的（de）世界，用高度細節模型，產生平滑連續的運動，並以一定的（de）FPS（幀/秒）進行繪製來達到無縫（féng）的演（yǎn）示。動畫（huà）主要用（yòng）於電（diàn）影、印刷圖畫以及預（yù）先設計好的演示。仿真主要（yào）用實時互動演示，需要對於用（yòng）戶輸入做出反應，並馬上看到結果。如（rú）：飛行訓練、影視遊戲（xì）和交互建築演示。

3. 三維仿真平台功（gōng）能特點

　　三（sān）維虛擬仿真平台旨在（zài）建設一個具有大範圍（wéi）的海量城（chéng）市數據一體化管（guǎn）理、無縫三維實時漫遊，包容和拓展常規GIS獨具（jù）特（tè）色的空間多媒體信息查詢、表示、分析和決策功能的虛擬城市管理信息（xī）係統（tǒng）。係（xì）統所采用三維仿真平台具有獨特的特性（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（jiào）享受

　　精美的三維場景 
　　光影效果 
　　多種氣（qì）候條件（白天、夜晚、雲（yún）、霧、雨、雪、雷電……） 
　　多種特殊效果（跳動的火（huǒ）苗、飄動（dòng）的旗幟、流水、噴泉、霓虹燈、海浪、爆炸、煙霧……） 
　　各種空間聲音（yīn）效果——創建（jiàn）一個（gè）充滿生機的世界。 

　　3.2 靈活的（de）人機交互

　　任何位置/任意角度觀察（chá）場景； 
　　多種運動方式（shì）隨時切換
　　（行走、駕駛（shǐ）、飛翔…） 
　　任意位置停止，切換多種參數/方（fāng）案來觀（guān）察！
　　（*適合於（yú）前期方案討論（lùn）、匯報） 
　　整個交（jiāo）互過程可（kě）以記錄為動畫（huà）保（bǎo）存。

　　3.3 強（qiáng）大的可擴展（zhǎn）性

　　區域類型擴展
　　建築（zhù）內/外景；
　　小區/街（jiē）道；
　　城區；
　　大麵積野外場景。
　　（采用動態內存管理，甚至可（kě）以模擬整個數字地（dì）球！）
　　地域覆蓋範圍從小至大（dà） 

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

　　國土資（zī）源局/城市規劃部（bù）門 / 建築設計單位；
　　房地產公司——展（zhǎn）示/銷售（shòu）、項目（mù）評估和報批（pī）；
　　園區規劃、管理及展示，開發區招商；
　　文物/古跡的展示（shì）、複原、保護部門；

4. 三維仿真（zhēn）平台（tái）性能指標

　　4.1 數據要求

　　支持（chí）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（jù）。 

　　4.2 場景編輯

　　數據資（zī）料采集（jí），包括科（kē）學城（chéng）各棟房屋建築外立麵多（duō）角度數碼拍（pāi）照（zhào），路麵、河流、樹木、標誌性物體數碼拍照（zhào）等。 
　　圖片（piàn）處理，對外業采集的數字照片（piàn）進行圖片編輯處理，以符合建模標準； 
　　地形建（jiàn）模，基於DEM（數字高程模型）數據（jù）和（hé）DOM（正射影像圖）數據疊加生（shēng）成地形； 
　　地物建模，用內業（yè）處理完畢的數字圖片構造地物模型，主要包括建築物（wù）、路麵、河流、路燈、花壇等； 
　　可以對地形、模型、二維矢量數據、注記、場景貼圖、環境、光源、模型（xíng）貼圖、動態貼圖 、攝（shè）像機等進行編輯處理，生成（chéng）三維場景；並整體實現模型（xíng）優化和拚湊（còu）。 
　　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（shǐ）量數據的三維（wéi）可視化表現。 
　　支持行走，駕駛，飛行，UFO等（děng）多種瀏覽方式。 
　　觀察者能從任意角（jiǎo）度任意高（gāo）度觀看（kàn）係統的三（sān）維（wéi）場景。 
　　係統（tǒng）可實現實時隨機漫遊，漫（màn）遊的方（fāng）向（xiàng）和起點完全由用（yòng）戶自（zì）己進行（háng）選擇。 
　　係（xì）統可實現從室外漫遊到室內漫（màn）遊的無縫切（qiē）換。

　　4.4 數據管理和（hé）數據查詢

　　屬性數據支持（chí）（支持Access、SQL Server、Oracle數據庫等）和屬（shǔ）性數據查詢。 
　　數據條件定位（wèi）查詢（xún），根（gēn）據（jù）查詢條件，自動定位目標查詢（xún）物。 

　　4.5 跨（kuà）平台

　　Windows操作（zuò）係統。 
　　其它操作係統。 

　　4.6 支持多種格式輸出

　　支持生成高分辨率屏幕圖。 
　　可以將實時瀏覽結果輸出成AVI和（hé）影像序列。

　　4.7 麵向對（duì）象的管理方式

　　實現場景（jǐng）及路徑漫遊（yóu）方式的編輯。

　　4.8 特效模擬方式的支持

　　可以對環境進行（háng）設置，包括雲、霧、能見度等（děng）等；也可以實（shí）現諸如噴泉效果、旗幟（zhì）飛揚等（děng）效果。

5. 虛擬城市應用展示

　　虛擬現實（shí）實時瀏覽（lǎn）平台可以對虛擬場景實現交互式的全（quán）方位（wèi）漫遊，三維數字景象（xiàng）和模型將複雜的數據進行可（kě）視化（huà）處理和顯示，為客戶帶來的大視景，高（gāo）沉浸感的高端解決方案，給用戶一個身臨其（qí）境的（de）感覺，在城市(社區)規劃、虛擬建造、裝飾裝修等方麵具有廣闊的應用前景。