虛擬現實技術在城市設計和規劃方案審批中的應用與實踐

劉青子，許芃林

（武警工程大學，陜西 西安 710000）

虛擬現實主要是通過計算機系統創建一種具有三維效果、真實感的仿真技術，在各大行業有著顯著的貢獻與應用成效，屬于一項具有挑戰性與重點研究的技術領域。該技術主要對各大建設領域的環境、自然技能、感知度等各方面進行真實模擬，應用到城市建設中對前期的方案設計與規劃提供了很好的工作條件。為了讓虛擬現實技術在城市建設中發揮出更好的作用，將該技術帶入城市設計和規劃方案中來，在實踐中不斷探索完善。

1 技術簡介

1992美國科學家首次提出了比較系統的有關虛擬現實技術的論述，并建議確定了虛擬現實技術的定義及未來發展方向。通過科學家不斷地研究，將虛擬現實技術與計算機軟件、仿真技術、圖像處理技術、傳感技術等相結合，在一個具有多維信息的三維空間里創造出一個虛擬環境，讓用戶有一種歸屬感。該技術還可以根據環境要求對所做方案作出更改與完善，具有很強的交互作用，而且對設計師本身而言，還可以幫助設計者啟發構思。虛擬現實技術最重要的是建模與仿真。該技術目前應用于各大領域，對社會與人類貢獻極大。

2 虛擬現實技術在城市設計中的作用

2.1 設計及方案效率得到了很好的提升

進行城市方案設計與規劃時，設計師通過計算機三維立體軟件實施虛擬現實技術，將設計方案轉換為實際立體圖的效果，通過色彩、視覺感官的體驗與觀察使得設計方案更加具有特色。而且通過建立綠植、街道建筑等實物觀察提高了城市規劃的精準度與美觀度，提高了城市設計及規劃方案設計工作效率[1]。

2.2 多角度參考分析，實現全面化建設

進行城市設計方案時，城市各個領域及設計要求都能得到滿足，通過三維仿真系統將設計方案真實地呈現在設計者面前，便于研究分析方案的合理性、科學性。間接性地研究分析城市發展的方向及改造后的城市樣貌，實現了未建先知的先進化設計，減少了由于規劃失誤出現的損失及缺憾。

2.3 城市規劃效率得到提升，信息公開化

首先通過虛擬現實技術對城市規劃有了地域性的確定，更加直觀、真實地對城市管理進行了分析規劃，同時對建筑面積、所需的人力、物力、財力等作出了預算，省去了不必要的費用開支。

3 應用中存在的問題

進行城市設計時，需要制定出一套完整的設計操作流程，便于后期管理實施。目前，設計人員在進行方案設計時采用的是三維建筑模式、動畫效果圖及沙盤建筑模型。站在專業角度講，3種設計理念之間存在的關聯性不大，很難連接在一起，為后期實施者制造了困難[2]。

4 實踐研討與應用措施

4.1 實際應用的優勢

從設計角度來看，虛擬現實技術最大的優勢在于能為人帶來真實感，在視覺上提供了很好的觀察效果。建筑間的距離及綠植建設物融為一體，在空間的規劃上有了把控。通過實際的地段面積測量及色彩要求，對設計方案進行修改，為后期的評審人員及實施工作者提供了具有對比性與選擇性的方案。幫助審批人員對方案的確定有了直觀性的認知與決策，減少了決策期間由于沒有參考物變得盲目，使最終方案規范更加具有合理性、科學性[3]。

從管理角度看，虛擬現實技術在實際規劃中各大模塊呈現出了標準化的規劃內容，兼容性好的設計方案在實際城市規劃建設中提供了完善的管理流程。同時作為三維系統，將各個部門的運作流程緊密地結合在了一起，通過真實的感官模式將城市布局展現在實施者面前，規劃度精準完善，實施效率與管理效率都得到了有效的提升。

4.2 虛擬現實技術在城市設計中的應用

城市設計通俗地說就是為居住在某一城市的人與其他生命呈現一個舒適、安全、安穩的融合生存之地，在城市規劃中起著重要的作用。城市設計最關注的就是設計本身的效果與視覺感，設計中物體、建筑、人全都涉及的時候留出來的空間布局等，虛擬現實這一技術將兩種關注的點都一一解決。

城市設計與方案規劃中，基本可以分為直觀性、間接性及中間性。直觀性主要是將所有存在的物體相結合，體現出整個城市的格局與最終效果，包括景觀環境、自然資源的利用、基礎設施設備的位置確定，每個區域應有的風格環境、后期提供的娛樂城所等。在實際設計規劃方案時，使用虛擬現實技術，將每個需求板塊直接通過三維軟件進行線條繪制、圖像轉化。通過對實際地形、后期人口規劃數、交通規劃、自然環境與所需物資進行規劃設計、核查計算，直觀性地將所有需求通過虛擬現實這一技術體現出來[4]。

中間性城市設計主要時體現在城市整體布局、建筑形體的設局與規劃、交叉道路街道布局及網絡化設備布局、高度、地表建筑等硬件系統進行考慮設計。中間性城市設計內容最主要的還是要與城市總體相互聯系，需要體現出地方特色文化及整體設計感官的協調性。如果使用傳統的思維進行二維方案規劃，根本很難體現出以上所要求的視覺感。

間接性的設計規劃重點體現在可使用的環境。間接的城市設計規劃不是有建筑跟環境因素就可以了，它還需要各個區域的建筑物與人很好的相結合，注重人建一體化，對于街道的材質、感官等通過人的視覺感進行評價確定，在城市設計中進行間接性地評價時，最需要重視的還是各個硬件設施的適宜性與使用性。對商業街、步行街等人群量聚集的地方，必須考慮到后期的使用現狀，預留足夠的空間創設，為后期創建良好的環境。

4.3 虛擬現實技術在城市設計中設計軟件的應用

虛擬現實技術的設計軟件主要是以三維建模功能較強的軟件進行立體圖規劃設計，起先有CAD和3DMAX。由于該軟件效果性能不是很強，在城市設計規劃上難以給人呈現很好的視覺感官，兩種軟件已被大量用于機械行業。隨著美國科技人員的不斷研究與實踐，后期又出現了Vega及Creator，前者主要是虛擬仿真性極強，后者屬于強大的三維建模系統，兩者相互結合使用將城市動態圖根據設計需求展現出來。但存在最大的缺點就是在空間與建筑規劃上沒有什么應用價值?，F在虛擬現實技術軟件主要以VR和GIS為設計軟件，具體設計步驟使用流程為：先進行城市場景規劃，單一的建筑物、街道建設等設計、進行三維建模并貼圖設計、展現虛擬動畫效果?？此坪唵蔚奈宕蟛襟E，中間卻包含了很多細節性的步驟與策劃，這就需要很強的專業知識及思維操作者進行把控實施。

4.4 某城市虛擬現實技術實踐應用

為了更好地體現出虛擬現實技術的實用性與直觀性，此處對某一城市建設進行了實踐性的分析操作。首先我們進行了城市設計及方案規劃。應用GIS三維建模軟件根據城市需求進行設計規劃，利用軟件分析對空間需求及地標性建筑地理位置作出分析規劃。隨后建立三維虛擬模型，模型庫進行層次性的結構布局。該軟件中，模型庫工具欄中存在很多建筑模型，包括車輛、樹木、單一型建筑、聯合型建筑等各大模型，在GIS軟件操作中進行建模操作[5]。方案設計完畢后，再通過VR軟件進行三維動畫預覽，預覽期間若對方案不滿意或是有缺陷可以直接退出更改。相對老版軟件，更改方便快捷，只要有大體立意，更改僅需幾分鐘，將虛擬現實技術應用到城市設計規劃中來，為后期的施工建設提供了依據性與準確性。為了更好地呈現出虛擬現實在某城市的實踐應用效果，將成果圖進行展示，如圖1—2所示。

圖1 建筑模型展示

圖2 城市整體虛擬現實規劃效果

5 結語

虛擬現實技術對城市設計及方案規劃建立了一個真實的三維建模，不管是站在設計者、決策者、管理者還是實施者的角度來看，真實的三維感官讓城市建設越來越完善，呈現優質化。該技術不僅具有針對性、自主性、安全性，還具備很好的時效兼容性，隨著環境與城市的需求及經濟的發展而變化。通過實踐應用可以看出，虛擬現實技術改變了人類的感知觀與思維模式，也改變了生活環境與城市規劃的發展方向。當下，由于該技術操作軟件價格昂貴，技術人員的缺陷，該技術目前只是小范圍的實施[6]。相信通過我國相關技術人員不斷地開發研究，該技術在今后的應用領域會越來越廣，造福于我國各大行業，提升我國經濟建設。