浙江省美麗鄉村三維虛擬仿真公共服務平臺教學研究項目的設計與開發

文/趙筱斌

引言

隨著浙江省村鎮建設2003年開始的“千村示范、萬村整治”工程等教學研究項目的推進，近年來浙江省“美麗鄉村”建設進程的快速推進，三維虛擬仿真技術應用于村鎮規劃信息化的需求迫切起來。

運用虛擬仿真平臺研究開發出浙江省“美麗鄉村”三維虛擬仿真公共服務平臺，具備全三維、高度仿真、測量距離、測量面積、顯示數據信息等交互功能。通過本系統進行三維仿真，形成較完善的美麗鄉村三維虛擬仿真公共服務平臺的研究雛形，為不同用戶服務。

1.教學研究項目平臺設計與開發內容

本教學研究項目是通過搭建B/S結構模型平臺，在研究如何經濟、高效地制作三維村鎮模型的方法與步驟方面取得了初步成果，一定程度上提升了浙江省村鎮規劃信息化水平。

1.1 本教學研究項目依托浙江省典型村鎮三維仿真規劃信息化平臺模型，實現美麗鄉村仿真場景漫游及規劃信息化管理。著重研究在教學研究項目過程中采用的各種紋理建模方面的優化方案，包括紋理建模過程和烘焙過程的優化，以及開發軟件平臺自身提供的一些優化方案和優化技術。

1.2 教學研究項目通過本地或者遠程管理界面，對三維村鎮規劃信息化平臺場景中的個體信息進行交互，做到規劃信息數據實時更新。

2.教學研究項目平臺的開發流程

2.1 三維場景模型的構建

浙江省美麗鄉村三維虛擬現實教學研究項目組織與實施及開發流程的研究。教學研究項目首先是對單個美麗鄉村模型場景的創建，通過B/S瀏覽方式進行整合。平臺的研發過程具體由以下幾個部分組成:

(1)教學研究項目的需求分析及相關數據收集與整理。通過課程組成員調查走訪，合作單位直接提供等方式獲取一手資料，再結合衛星地圖，綜合創建地形地貌。大量的建設貼圖通過單反相機進行實地拍攝。

(2)CAD總平面圖的處理。通過測繪部門或者鄉村相關職能部門獲取的鄉村CAD總圖信息量大，對模型創建來說需要精簡，然后導入3ds MAX軟件進行場景模型的創建。

(3)優化創建的模型，通過多種技術手段，精簡三維模型面數等信息，確保在平臺運行時的流暢。

(4)村鎮場景模型的烘焙。在目前虛擬現實場景中，通常都是由建筑模型在貼圖、燈光等一系列步驟后進行烘焙 (在Unity最新的5.0系統中，可實現實時光影，不一定需要烘焙步驟)輸出到相關平臺，這樣能獲得的視覺效果更佳。

(5)在3DSMAX環境中直接導出并合并場景至相關虛擬仿真平臺，可分為兩種方式進行，部分靜態模型的導出與全部靜態模型導出，根據不同需求選擇進行。

2.2 系統功能的實現

系統功能的設計，包括虛擬現實引擎和相關技術的選擇以及在應用中如何提高信息管理水平的研究。

(1)創建相機及相機動畫，在無人交互操作的時候，可以通過動態相機對美麗鄉村進行飛行鳥瞰等預設。

(2)虛擬現實場景碰撞屬性的設置，默認可以直接把場景中的所有物體設置為碰撞體，減少工作量，但在實踐中發現，這樣會在一定程度上造成系統運算量大，執行效率較低，影響最終的運行速度。所以一般都是人為設置一個較簡單的物體，設置碰撞后，進行隱藏操作。

(3)創建特效與周圍環境。教學研究項目可根據需求，設置不同季節及不同氣候條件下的模擬環境，對表現水景效果、蝴蝶飛舞等特效的制作，動態效果通過3ds MAX進行動作設定，導入到虛擬現實引擎進行后期處理。

(4)村鎮地圖的導航制作。導航圖的制作關鍵是要在3ds MAX平臺中進行坐標的定位，確定坐標參數后，在虛擬現實平臺中進行相關的參數設定。

(5)美麗鄉村數據庫的創建。平臺可以支持的數據庫豐富，包括ACCESS、Oracle、SQL Server、MySQL等，虛擬對象與數據庫的關聯操作和數據庫查詢功能的實現是平臺實現交互的堅實基礎。

(6)交互功能的實現。平臺支持的交互功能眾多，可能鼠標事件、距離、鍵盤等觸發調用相應的響應事件，大量的交互功能還涉及到數據庫的數據讀寫，這在本教學研究項目中是一個非常重要的環節。

(7)教學研究項目發布。教學研究項目平臺支持生成EXE可執行文件脫離平臺環境單獨運行，也可以發布到互聯網絡中進行網頁瀏覽交互，本教學研究項目最終是通過生成單個的網絡版本，通過WEB樹形目錄，把浙江省的各個村鎮的三維虛擬仿真系統合成到大平臺中。今后的研究中考慮使用跨平臺支持效果更好的Unity3D引擎。

2.3 平臺特點與特色

本平臺采用Photoshop，AutoCAD，3DMAX等圖形圖像軟件結合虛擬現實平臺完成，腳本引擎功能強大，壓縮率高，真實感強，沉浸感好，可嵌入音頻、flash、視頻、圖片、網頁。

(1)平臺仿真度高，區別于能流暢實現村鎮的三維漫游功能，部分村鎮信息查詢等功能，滿足決策者對美麗鄉村規劃功能的要求。

(2)可以實時把畫面用“虛擬相機”進行拍攝出圖，能直觀、精確、更大范圍地展現規劃設計方案，有效地提高規劃審批決策科學性。

(3)該系統作為公共服務平臺，可通過二次開發，開放接口，擴展到經濟、衛生、交通、應急、消防等領域。

3.教學研究項目平臺的經濟與社會效益

浙江省村鎮共有1500多個，教學研究項目建成后，為浙江省美麗鄉村規劃信息化水平提升做出明顯成效，也為浙江省鄉村建筑數字化程度的提升做出重大貢獻。研究成果專注于虛擬現實與三維可視化技術在浙江省美麗鄉村規劃領域中研發和推廣，目標是國內領先的村鎮虛擬現實技術解決方案。教學研究項目能滿足不同數字規劃管理領域，不同層次決策者對數字仿真的需求。

4.平臺的保障力量

4.1 人員保障

教學研究項目分別由高校、企業與政府職能機構等三部分技術力量組成:教學研究項目主持單位高職院校在教學研究項目實施過程中，采集村鎮基礎數據，利用研究小組學生在暑期社會實踐中調查數據、采集可視化資料及到鄉村管理部門查詢資料，也為教學研究項目的完成打下堅實基礎。本科院校為本教學研究項目提供理論支撐，在校的虛擬現實方面的碩士研究生，也參與到教學研究項目中，為教學研究項目提供了技術保障。

4.2 資料保障

規劃設計院作為合作企業單位，負責提供浙江省典型美麗鄉村規劃圖紙。企業內部有較多的規劃專家，可以對教學研究項目進行深度研究。提供一手資料，研究中的浙江省溪口美麗鄉村規劃方案就由他們提供，為該教學研究項目的順利進行起到了重要的保障作用。

4.3 政策保障

浙江省住房和城鄉建設廳科技委村鎮建設專業委員會，對教學研究項目的推廣提供政策上的扶持，所在的村鎮建設專業委員會在教學研究項目研究中還負責對村鎮管理者規劃信息化方面進行指導。每年都會對浙江省村鎮優秀規劃方案進行匯編、獲獎教學研究項目的收集整理，具有非常豐富的參考資源，對建設系統相關職能部門具有良好的溝通協調能力，便于教學研究項目具體實施過路中的運行與推廣。

5.結束語

相關研究案例在多次研討會上得到相關領域專家的好評，對于用于浙江省美麗鄉村建設過程所起到的推動作用是肯定的。教學研究項目的研究成果專注于虛擬現實與三維可視化技術在數字鄉村規劃領域中研發和推廣，是國內領先的美麗鄉村虛擬現實技術解決方案。

由于教學研究項目研究周期較短，后續會通過虛擬現實引擎自生的更新及教學研究項目研究的深入，進一步提升虛擬仿真制作水平。

本平臺是數字鄉村規劃、建設、管理與服務數字化工程的重要組成部分，它綜合運用GIS、遙感、網絡、多媒體及虛擬現實仿真等高科技技術，為浙江省美麗鄉村數字化提供三維可視化管理和規劃輔助決策支持功能。該教學研究項目也能在建設“兩美”浙江中做出應有的貢獻。

［1］趙筱斌，虛擬現實技術及應用研究——在建筑行業中的應用［J］.北京:中國水利水電出版社，2014.

［2］唐中祥.安吉“中國美麗鄉村”建設情況匯報——中國美麗鄉村論壇交流發言材料.2011

［3］浙江省農業和農村工作辦公室.中國鄉鎮企業 ［J］.浙江省美麗鄉村建筑行動計劃.2011