1. 概述

　　三維虛擬（nǐ）仿真平台旨在建（jiàn）設一個具有大範圍的海量城市數據一體化管理（lǐ）、無縫三維實時漫遊，包容和拓展常規GIS獨具特色的空間（jiān）多媒體信息查詢、表示、分析和（hé）決策功能的虛擬城市管（guǎn）理信息係統。

　　近年來（lái），數字省市（shì）、數字城鎮很快已經成為（wéi）世界各國發達省市和地區21世紀的發展戰略、爭先搶占科技、產業和經濟的（de）製高點之一。為了加速城市的發展，提高管理（lǐ）水平，需要借助於現（xiàn）代化的科學手段進行（háng）城（chéng）市體係規劃與管理。

　　據（jù）目前對我國大部分城市的摸底調查（chá），除（chú）少數大、中城市已建立了城市管理信息係統外，而絕大（dà）部分地區的空間信息管理手段仍（réng）然沿用（yòng）比較落後的手工操作（zuò）方（fāng）式，即便（biàn）是用一些地理信息係（xì）統（GIS）管理著空間數據（jù），但仍停留在簡單的二維數據管理、顯示的基本功能，分散地、相對獨立地和非標準地管理模式，很難進行地域管理的（de）三維綜合研究（jiū）和空間分析，使各級領導部門不可（kě）能及時地得到對空間的清晰、直觀的認識。

　　另外，城市規劃設計（jì）的主要研究對象是城市的體形結構與各個要素，在設計過（guò）程中需要進行大量的空間（jiān）形（xíng）象思維。同時，在設計中又應（yīng）以城市的使用者的感覺為核心，分析城市設計各空間要素之間的關（guān）係。傳統的城市模型隻能獲得城市的鳥瞰形象；效果圖（tú）隻能提供靜態局部的（de）視覺體驗（yàn）；動畫不具備實時的（de）交互性，人是被動的，並且製作周期（qī）長。這些傳統技（jì）術隻能（néng）實現簡單、固定的演示功能，尚（shàng）不能很好地滿足當前城市設計的需要。另外，隨著空間範圍的擴大，傳統的方法也無法（fǎ）勝任空間數據的管理（lǐ）和維護。

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

　　虛擬環境是（shì）由（yóu）計算機生成的（de），通（tōng）過視、聽、觸覺等作（zuò）用於（yú）用戶（hù），使（shǐ）之產（chǎn）生身臨其境感覺的交互式視景仿真。從二維地圖、沙盤、動畫，到虛擬視景（jǐng）仿真是一個合乎（hū）人們認識深化和（hé）技術發展趨勢的必然結果。

2. 虛（xū）擬城市與仿真技（jì）術發展

　　美（měi）國目前已經有50個（gè）城市（shì）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（yě）正在積很籌建之中。普（pǔ）遍認為，3D-GIS、空間視景數據庫（kù）的建立是建（jiàn）立數字虛擬城市首先要解決的問題。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Rostock、Stuttgart等研究（jiū）機構（gòu），對（duì）一些（xiē）城市進（jìn）行了研究，建立了原（yuán）型係統。三維虛（xū）擬仿真技術*早主要應用在軍事領域，從國內近幾年來的發展情況，三維虛擬（nǐ）仿（fǎng）真技術在國內外快速發展，目前國內已有多（duō）家公司開發出城市仿真應用平台，已在城（chéng）市設（shè）計和決策中得到很好的應用，同時積累了一批優秀的三維虛擬仿真開（kāi）發技術人才，北京91网站入口（dá）公司（sī）就是（shì）一個專門研究三維虛擬仿真軟件，硬件的公司（sī），並取（qǔ）得了突出的成績。

　　2.1 三維仿真技術

　　虛（xū）擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)

　　是用計算機生成逼真的三維視、聽、觸覺等感覺，使人能（néng）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（suàn）機作為場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（tǒng）的運用程序標準OpenGL，同時為視景仿真實（shí）時漫遊提供了一套Performer。Multigen-Paradigm、Coryphaeus等軟件均以Performer為基礎，進行二（èr）次開發。*初（chū）的仿真主要用於飛行模擬。 

　　城市（shì）仿真(Urban Simulation)

　　是虛擬現實技術（shù）應用於城市的一（yī）種視景仿真（zhēn）（Visual Simulation 簡稱VisSim）。城市仿真具備幾個特（tè）點：其（qí）一是良好的交（jiāo）互性，提供了任意角度、速度的漫遊方式（shì），可以快速替換不同的建（jiàn）築；其（qí）二是形象直觀，為專業人士和非專業人士之間提供了溝（gōu）通的渠道；其三由（yóu）於采用數字化手段，其維護和更新變得比較容（róng）易。仿（fǎng）真係統可（kě）利用地理信息係統（GIS）的數據生成三（sān）維地（dì）形模型，再利用衛星影像和（hé）航空（kōng）影像作為真實的紋理貼圖（tú），充（chōng）分展示了城市仿真與GIS的（de）結合。 
　2.2 國外城市仿真主要實（shí）例

　　虛擬洛杉磯（jī）（Virtual Los Angeles） 

　　是美（měi）國加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）始於1994年（nián）的一個科研與運用（yòng）相（xiàng）結合的項目，計劃覆蓋麵積超過10,000平方英裏，是（shì）當今城（chéng）市仿真（zhēn）係統中*成功*為複（fù）雜（zá）的係統。視景包括從洛杉磯盆地的衛星影（yǐng）像到街道景觀，準確到（dào）植物、建築物的窗口、外牆的紋理等。其中洛杉磯大學（xué）醫院的仿真詳細到可以對建築內部的每一個層麵進（jìn）行漫遊，用鼠（shǔ）標點擊牆麵或天花板就能得到平麵（miàn）設計圖及相應的屬性（xìng）數（shù）據，實現了在仿（fǎng）真中對（duì）GIS、CAD及（jí）對象屬性的（de）實時查詢。該係統（tǒng）作為城市規（guī）劃和建設的重要手段，在加州Pico Union區地震破壞的重建（jiàn）中得到應用。設計人員通過仿真模型和地理信息數（shù）據來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，再將新數據存入（rù）該係統，實現了信（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軟件以及自我開發的軟件工具於1996年（nián）開始製作，已完成（chéng）費城中心區35個街區。該（gāi）項目主要特點是將整個費城的（de）模型以VRML數據格式，通過Internet網讓任何人可以享受到實（shí）時費城旅遊的體驗。城市設計人員和建築師通過Internet瀏覽器對城市三維景觀進行直接的漫遊，可以對真實（shí）的（de）城市景觀進行分析，獲得準確的土地和建築結（jié）構方麵的資料信息，解決了在委托設（shè）計項目（mù）時缺（quē）乏（fá）資料的問（wèn）題。費城模（mó）型（xíng）同時提供準確可視的三維地下管線係統，方（fāng）便城市地（dì）下管網係統的維護和更新，因此獲得美（měi）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（bǐ）較

　　仿真和動（dòng）畫應用都是模擬真實和（hé）想象（xiàng）的世界，用高度細（xì）節模型，產生平滑（huá）連續的運（yùn）動，並以一定的FPS（幀/秒）進行繪（huì）製來達到無縫（féng）的演示。動畫主要用於電影、印刷圖（tú）畫以及預先設計好的演（yǎn）示。仿真主要用實時互動演示，需要對於用戶輸入做出反應，並馬上看到結（jié）果。如：飛行訓練、影視遊戲和交互建築演示。

3. 三維（wéi）仿（fǎng）真平台功能特點

　　三（sān）維虛擬仿（fǎng）真平台旨在建設一個具有（yǒu）大範圍的海量城市數據一體化管理、無縫三（sān）維實時漫（màn）遊（yóu），包容和拓展常規GIS獨具特色的空間多媒體信息查詢、表示、分析和決策功能的虛擬城市管理信息係統。係統所采用三維仿真平台具有獨特的特性和強有力的可擴展性能，使用了91网站入口公（gōng）司的邊緣融合處理機，畫麵和文字都能實現（xiàn）高度清（qīng）晰（xī）。

　　3.1 頂級三維遊戲的視覺享受

　　精美的三維場景 
　　光影效果 
　　多種氣候條件（白天（tiān）、夜晚、雲、霧、雨、雪、雷電……） 
　　多種特殊效果（跳動的火苗、飄動的旗幟、流（liú）水、噴泉、霓虹燈、海（hǎi）浪（làng）、爆炸、煙霧……） 
　　各種空間聲音（yīn）效果——創建一個充滿生機的世界（jiè）。 

　　3.2 靈活的人機交互

　　任何位（wèi）置/任意角度觀察場景； 
　　多種運動方式隨時切換
　　（行走、駕駛、飛翔（xiáng）…） 
　　任意位置停止，切（qiē）換多種參（cān）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（lù）為動畫保存。

　　3.3 強大的可擴展性

　　區域類型擴展
　　建築內/外景；
　　小區/街道；
　　城區（qū）；
　　大麵積野外場景。
　　（采用動態內存管理，甚至可（kě）以模擬整個數字地球（qiú）！）
　　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；
　　立體顯示 / 無縫拚接選項.
　　特定類型的應用擴展 
　　應用領域擴展

　　國土（tǔ）資源局/城市規劃部門 / 建築設計單位；
　　房地產公司——展示/銷售、項目（mù）評估（gū）和報批；
　　園區規劃、管理（lǐ）及展示，開發區招商；
　　文物/古跡的展示、複原、保護部門；

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（biān）輯（jí）

　　數據資料采集，包括科學城各棟房（fáng）屋建築外立麵多角度數碼拍照，路麵、河流、樹木、標誌性物體數碼拍照等。 
　　圖片處理，對外業采集（jí）的數字照片進行圖片編輯處理，以符合建模標準； 
　　地形建模，基於DEM（數字高程模型）數據和DOM（正射影像圖）數據疊（dié）加生成地形； 
　　地物建模，用內業處（chù）理完畢的數（shù）字圖片構造地物模型，主要包括（kuò）建築物、路麵、河流（liú）、路（lù）燈（dēng）、花壇等； 
　　可以對地形、模型、二維矢量數（shù）據、注記、場景貼圖、環境、光源、模型貼圖、動態貼圖 、攝像機等進行編輯處理，生成三維（wéi）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。

　　4.3 實時瀏覽和可（kě）視化

　　實時瀏覽三維場景。 
　　矢量（liàng）數據的（de）三維可視化表（biǎo）現。 
　　支持行走，駕駛，飛行，UFO等多種瀏覽方式。 
　　觀察者能從任意角度（dù）任意高度觀看係統的三維場景。 
　　係（xì）統可實現實時隨機漫遊，漫遊的方向和起點完全（quán）由用戶自己進行選擇。 
　　係統（tǒng）可實現從室外漫遊到室內（nèi）漫遊的（de）無縫（féng）切換。

　　4.4 數（shù）據管理和（hé）數據（jù）查詢（xún）

　　屬性數據支持（支持Access、SQL Server、Oracle數據庫（kù）等）和屬（shǔ）性數據查詢。 
　　數據條件定位查詢，根據查詢條件，自動定位目標（biāo）查詢物。 

　　4.5 跨平台

　　Windows操作係（xì）統。 
　　其它操作係（xì）統。 

　　4.6 支持多（duō）種格式輸出

　　支持生成高分辨率屏幕圖（tú）。 
　　可以將實時瀏覽結果輸出（chū）成AVI和影像序列。

　　4.7 麵向對（duì）象的管理方式

　　實現場景及路徑漫遊（yóu）方式的編輯。

　　4.8 特效模擬方式的支持

　　可以對環境進行設置，包括雲、霧（wù）、能見度等等；也可以實現諸如噴泉（quán）效果、旗幟飛揚等效果。

5. 虛擬城市應（yīng）用展示

　　虛擬現（xiàn）實實時瀏覽平（píng）台可以對虛擬場景實現交互式的全方位漫遊（yóu），三維數字景象和模型將複雜的數據進行可視化處理和顯示，為客（kè）戶帶（dài）來的大視景，高（gāo）沉浸感的高端解決方案，給用戶一個身臨其境的（de）感覺，在城市(社區)規劃、虛擬建（jiàn）造、裝飾裝修等方麵具有廣闊的應用前景。