广东省建筑设计研究院 510010
摘要：近几年虚拟现实技术的飞速发展，为城市规划设计提供了新的工具与途径。本文由虚拟现实的技术特点入手，探索其在城市规划领域中的应用。
关键词：虚拟现实；城市规划；辅助设计；实时交互
目前，已有大量的新技术广泛应用于城市规划领域，如：RS（遥感技术）、GIS（地理信息系统）、CIM（城市信息模型）和VR（虚拟现实技术）等，推动着新技术的跨学科融合。其中虚拟现实技术可以带来独特的沉浸感和实时交互，迅速成为城市规划新技术领域的后起之秀。
1.虚拟现实技术概述与发展
1.1 虚拟现实技术概述
虚拟现实是一种新型高效的计算机集成技术，结合网络技术、传感技术、计算机技术和人机对话技术等，把人置身于虚拟现实的环境中，让使用者身临其境，其实是通过利用电脑技术，让电脑制造出三维的触觉、听觉和视觉环境，在把人和物体相互操作在虚拟环境中表现出来。虚拟现实系统的基本方法和目标是通过使用高性能、高度集成的计算机硬件、软件及各类传感器创建一个身临其境的虚拟环境，同时有强烈的沉浸感和交互性，帮助和启发人们的思想和信息。
虚拟现实技术的出现，将人与计算机之间的关系由单一的人类向机器获取信息，转成人、机之间的交互操作。同时，突破了时间和空间维度的限制，将体验者从现实世界完全带入一个虚拟的世界中。
1.2 虚拟现实技术的发展
虚拟现实技术并非最近才出现，它可以追溯到1940年代的美国，最初是美国军方用于对飞行员及宇航员的训练模拟。随后北卡罗莱纳大学、乔治梅森大学等开始进行虚拟现实研究，如分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真、流体仿真等。日本的NEC公司通过虚拟现实技术将操作者的手与数据手套实现实时同步；奈良尖端技术研究生院开发出嗅觉模拟器等。
我国的虚拟现实技术相对于发达国家仍有一段距离，但随着国家对虚拟现实技术的重视，越来越多专家学者投入到虚拟现实技术的研究中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆北京航空航天大学可以实现虚拟现实演示环境、飞行员训练系统、三维动态数据库、开发平台等；清华大学利用虚拟现实制作布达拉宫模型；故宫博物院的“数字故宫”；腾讯、水晶石、中国电信合力打造的“网上世博会”等等。
1.3 虚拟现实技术的特征
虚拟现实技术为基于计算机技术的环境模拟，通过传感设备进行环境的输出，并将用户融入到该环境中，同时能够实现一定的互动。因此存在以下几种特征：
（1）可感知性，即虚拟现实环境可被人感知，包括视觉、嗅觉、触觉甚至味觉等等；
（2）沉浸感，即在前者感知性的前提下，营造无限接近真实环境的体验，使用户产生虚拟即现实的错觉；
（3）交互性，即使用者可以在虚拟环境中的物体进行操作，并得到相应的反馈，例如可以用手握住某一个物体进行移动，或者同时环境中的物体对使用者构成一种反作用力。
2.虚拟现实技术应用于城市规划领域的优势
虚拟现实技术能够为城市规划与设计提供良好的可视化基础。系统可以对相关建筑方案以及与周边建筑的关系进行显示，以此来对详细规划和建筑空间关系进行真实模拟。同时，能够进行高度、方向和色彩进行修改，可以从多视角对多项规划设计方案进行对比，使得决策者能够清晰、直观的对方案进行确认，进而提升规划管理的水平，避免决策的盲目性。
在管理层面而言，虚拟现实技术就是一种城市建设区域的规划及量化管理系统，对于空间信息和属性信息一体化的城市仿真系统。其主要采用3D建模来构建一个可视化的仿真环境，并且对已经有的设计方案在虚拟现实系统当中实施优化设计，由此为城市的空间量化提供可靠依据。
3.虚拟现实在城市规划中的实践应用
虚拟现实技术在城市规划中的应用始于虚拟现实技术在建筑与工程领域中的应用。规划师使用CAD工具设计建筑及空间模型数据库，然后将生成的数据库转换为虚拟现实系统。客户在设计师的指导下，通过虚拟现实系统人机对话工具进入虚拟建筑模型，在虚拟漫游过程中对存在的不足和缺点提出修改，实现虚拟现实技术在城市规划中的应用。
3.1 应用于城市规划
城市规划师将现状道路，建筑，公共设施、市政设施等数据库输入虚拟现实系统，然后把规划方案叠加进这个虚拟世界中，通过规划师亲自观察和体验，理解，比较各种方案的优缺点，得出优化方案。例如，一个拟议的建筑大楼如何影响人们的视线，一个全新的规划方案是否是合理的，住宅如何布局最好，一些污染企业在城市的布局如何处理，怎样才能把把对居民生活的影响降到最低，城市雕塑和环境是否协调等等。虚拟现实技术的这些应用，为城市规划者提供了新的技术手段。
3.2应用于城市设计
虚拟系统可以组合相对简单的3D模型，航空照片和街道，创建出一个现实的城市背景环境，可用于实现更逼真的效果，还可以添加进如工厂，街道标志和雕塑细节。由于是一个实时的3D系统，它可以在虚拟环境中进行互动并快速演示。该系统可以非常有效地将现有或规划中的城市环境进行模拟，特别是在城市设计中，将使设计能够以非常有效的方式进行。
利用城市空间数据构建逼真的三维互动虚拟城市环境，实现具体应用只是重要的复杂基础工程之一。虚拟现实有助于规划师在设计方案是准确的把握尺度感。对规划师而言，在处理较大尺度的空间时，把握尺度感是一个让人头疼的问题。使用虚拟现实辅助设计技术，规划师能够沉浸在三维空间中，身临其境的体验设计的空间效果，有效的辅助规划师推敲空间尺度的合理性，从而对设计成果进行有效反馈。
3.3 应用于规划成果评估
在评估规划成果时，单纯凭借规划师的口头讲解、效果图甚至动画，由于存在个人理解或者想象力的差异，难以保证规划方案得到最有效的传达。借助虚拟现实技术，我们不需要等到规划方案真正的实施，即可以对规划方案的实施效果进行模拟，最终得到政府、开发商等人员体验式的评价、比选，也为政府决策提供有力帮助。
虚拟现实技术有着其它方法所不具有的直观、可经历的特点，可以有效提高方案传达效率。由于城市规划在国民经济可持续发展中的重要地位，虚拟现实技术在与城市有关的各种规划方面的前景非常广泛。
3.4 应用于城市规划公众参与
相较于其他传统公众评议阶段的参与方法，VR方法具有多感官、连续运动、任意观察视角/视点、空间感营造的优势，更符合人们的空间认知习惯，促进人们产生对空间的主观感受评价，尤其是对空间序列、连续性、空间要素的关系、空间尺度、围合方式等内容的认知评价。空间序列、连续性、空间要素关系、空间尺度、围合方式等内容正是微观尺度城市规划与设计的重要内容。因此，VR参与方法的认知优势在其应用于微观尺度城市规划与设计内容时更为显著。
4.结语
综而述之，虚拟现实技术已然成为全球公认的新一轮技术革新重点，并加速成为相关行业竞争的焦点。在城市规划领域，虚拟现实技术亦能发挥重要作用，带来巨大的社会和经济效益。随着虚拟现实技术的不断发展，虚拟现实技术将以不可抗拒之势引领城市规划与设计领域的发展变革，成为辅助设计决策管理的有效手段，推动未来城市规划与设计的发展迈上新的台阶。
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论文作者:谢瑜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第13期
论文发表时间:2017/10/11
标签：虚拟现实论文; 城市规划论文; 技术论文; 环境论文; 空间论文; 尺度论文; 建筑论文; 《建筑学研究前沿》2017年第13期论文;