【摘要】：伴隨科技的快速發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)逐漸步入信息化的時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)運(yùn)也越來越廣泛。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合，形成一種研究分析系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)行為、揭示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用已日益成為人們所關(guān)注的熱點(diǎn)話題。

　　【關(guān)鍵詞】：電子科技論文發(fā)表,期刊投稿,城市規(guī)劃,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),靜態(tài)渲染圖,動(dòng)畫

　　仿真技術(shù)最早應(yīng)用于高能武器、航海模擬以及航天器等軍事方面。然而伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，這門技術(shù)迅速被推廣應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。尤其是在城市規(guī)劃中，可以利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，創(chuàng)建城市真實(shí)數(shù)字化模型的三維可視環(huán)境，令設(shè)計(jì)者有種處身虛擬環(huán)境的錯(cuò)覺，因此，可以更好地將周邊環(huán)境與規(guī)劃設(shè)計(jì)二者相互協(xié)調(diào)配合。

　　一、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介與原理

　　1、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一門通過專用軟件來整合聲音、動(dòng)畫以及圖像的綜合性信息技術(shù)。其實(shí)現(xiàn)過程是，首先將三維的現(xiàn)實(shí)物體或環(huán)境通過計(jì)算機(jī)仿真模擬成多維的表現(xiàn)形式，然后將此表現(xiàn)形式通過數(shù)字媒介傳播給媒體瀏覽者。因此當(dāng)媒體瀏覽者在觀賞時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一種身臨其境的“虛擬”錯(cuò)覺【1】。

　　2、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包括建立模型、模型轉(zhuǎn)換以及模型仿真實(shí)驗(yàn)三部分。建立模型是指建立一個(gè)容易被計(jì)算機(jī)處理并能反應(yīng)所研究對(duì)象實(shí)質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)時(shí)間關(guān)系可以將系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分為連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)模型、離散時(shí)間動(dòng)態(tài)模型、混合時(shí)間動(dòng)態(tài)模型以及靜態(tài)模型等。

　　所謂的模型轉(zhuǎn)換是指利用適當(dāng)?shù)乃惴ㄒ约坝?jì)算機(jī)語言將數(shù)學(xué)模型抽象出來的數(shù)學(xué)表達(dá)式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，而這種形式所表現(xiàn)的就是“仿真模型”的內(nèi)容。

　　所謂的模型仿真實(shí)驗(yàn)是指按照預(yù)先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案來運(yùn)行被載入計(jì)算機(jī)中的仿真模型，從而得到一系列的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果【2】。

　　二、城市規(guī)劃中對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用主要包括在靜態(tài)渲染圖、固定路線的動(dòng)畫、交互式動(dòng)態(tài)的景觀仿真、復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

　　1、靜態(tài)渲染圖在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。靜態(tài)渲染圖的操作步驟是，首先，要給建筑物體建立一個(gè)三維幾何模型;其次，對(duì)模型表面的材料質(zhì)感加以設(shè)定，同時(shí)還要選定場(chǎng)景中合適的照明和采光等;最后，通過計(jì)算機(jī)在一個(gè)合適觀察角度將三維幾何模型渲染成單幅的靜態(tài)圖像，并將此靜態(tài)圖像顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上或者直接打印出來。在靜態(tài)渲染圖形成的過程中，可以將所渲染的圖形與現(xiàn)場(chǎng)拍攝的相片加以合成，或者在圖形中添加一些不一定存在的花、草、樹、人等圖像，以便使得建筑和背景之間的關(guān)系表現(xiàn)的更加充分逼真。同時(shí)，對(duì)建筑物體建立三維幾何模型時(shí)，還可以通過采取計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或輔助制圖來配合工作，從而減少設(shè)計(jì)者的工作量。此外，由于靜態(tài)渲染圖的視點(diǎn)被加以固定，所以為了減少創(chuàng)建模型的工作量，設(shè)計(jì)者可以盡量省略或簡(jiǎn)化那些被遮擋而不可視的物體【3】。

　　2、固定路徑的動(dòng)畫在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。由于靜態(tài)渲染圖的視點(diǎn)被固定，所以在實(shí)際應(yīng)用中只適合于表示一個(gè)或者幾個(gè)建筑物體。而對(duì)于復(fù)雜多量的建筑物群，靜態(tài)渲染圖往往只能靠俯視來表達(dá)全景。依靠這種方法，顯然不能將復(fù)雜的室內(nèi)景觀或者大范圍的城市景觀充分展現(xiàn)在人們面前。由此，人們選擇將多幅靜態(tài)渲染圖同時(shí)串聯(lián)在一起，使之在計(jì)算機(jī)熒屏上連續(xù)播放，就形成了一種計(jì)算機(jī)的動(dòng)畫模式。這種情境下，不僅可以讓觀察者在場(chǎng)景中有運(yùn)動(dòng)的感覺，還能讓場(chǎng)景中的物體如車輛、水等也能夠運(yùn)動(dòng)。與靜態(tài)渲染圖相比，在制作動(dòng)畫時(shí)，需要適當(dāng)添加選擇合適的視點(diǎn)以及設(shè)置合適的觀察路徑等。其原理是，首先通過計(jì)算機(jī)將關(guān)鍵的幀計(jì)算出來;然后以此關(guān)鍵幀作為基礎(chǔ)，運(yùn)用算法令中間的畫面自動(dòng)填補(bǔ)空缺，從而產(chǎn)生出動(dòng)畫數(shù)據(jù);最后，根據(jù)得到的動(dòng)畫數(shù)據(jù)來播放動(dòng)畫畫面。由于固定路徑的動(dòng)畫涉及到結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、數(shù)量比較大的建筑物群，因此建立三維幾何模型的工作量同樣也極其龐大，所以對(duì)于一些遮擋而不可見的物體同樣也可忽略不計(jì)【4】。

　　3、交互式動(dòng)態(tài)的仿真在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)和空間過于復(fù)雜的建筑或城市景觀，動(dòng)畫和觀察路徑已經(jīng)不能夠加以完整表達(dá)。這時(shí)，人們可以應(yīng)用交互式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的景觀仿真技術(shù)來完成目標(biāo)。交互是指觀察者能夠任意靈活調(diào)整并控制所觀察的視點(diǎn)、方向以及位置等。而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)是指計(jì)算機(jī)能夠依照觀察者任意選擇的視角以及位置而立即生出渲染圖。采用交互式動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，其中觀察者的自由度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)畫，因此，需要向計(jì)算機(jī)中輸入大量的物體，在無形中就加大了建立集合模型的工作量，并使得計(jì)算機(jī)的計(jì)算量以及圖形數(shù)據(jù)處理量呈幾何倍增。所以，動(dòng)態(tài)交互式仿真技術(shù)一方面對(duì)計(jì)算機(jī)硬件性能的要求非常高，另一方面還需要大量的幾何形體輸入。

　　目前簡(jiǎn)化三維幾何模型、降低計(jì)算量和建模工作量來實(shí)現(xiàn)交互式動(dòng)態(tài)仿真效果的方式主要有縱向拉伸和基于圖像的環(huán)視仿真兩種【5】。

　　縱向拉升，又被稱為二維半或者準(zhǔn)三維模型，它是將復(fù)雜的地形進(jìn)行縱向拉升或者把建筑的平面圖轉(zhuǎn)化成立體體塊并保證其垂直方向不變。通過這種三維的簡(jiǎn)化模型，只需采用建筑物的平面圖及其相應(yīng)高度或者復(fù)雜地面若干關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)，就可以讓計(jì)算機(jī)軟件依據(jù)已知數(shù)據(jù)自發(fā)生成立體簡(jiǎn)化幾何模型，并且可以保證其仿真效果與全三維模型相同。

　　基于圖像的環(huán)視仿真是指，基于某一固定點(diǎn)，對(duì)其周圍的景觀環(huán)繞360°加以攝影，并將這些不連續(xù)的圖像用計(jì)算機(jī)整合在一起，形成一個(gè)閉合的360°全景，最后通過熒屏顯示出來。設(shè)計(jì)時(shí)，可以先將所要設(shè)計(jì)的建筑或物體制成一個(gè)靜態(tài)渲染圖，然后將其嵌入所攝的圖像之內(nèi)，便可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景與規(guī)劃和設(shè)計(jì)的建筑或物體相互融合。

　　4、復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)交互式動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，人依靠鼠標(biāo)或者操縱桿來完成觀察角度、位置以及方向的調(diào)整。這里還有許多種控制觀察的方法來提高觀察者與景觀兩者間的交互性，如可以讓觀察者戴上過濾眼鏡觀察水平方向兩相鄰視點(diǎn)的圖像，還可以讓觀察者戴上傳感頭盔來感應(yīng)改變觀察視覺角度而產(chǎn)生的渲染圖，或者可以讓觀察者戴上傳感手套來向計(jì)算機(jī)傳達(dá)設(shè)計(jì)指令，亦或者可以讓觀察者穿上傳感鞋來實(shí)現(xiàn)人在場(chǎng)景中步行的模擬等等。

　　三、城市規(guī)劃中對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用的意義

　　1、在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，能夠使方案設(shè)計(jì)及審批效率得到提高。通過在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以讓設(shè)計(jì)者在審查過程中通過模擬穿行和觀察計(jì)劃方案，隨時(shí)將視點(diǎn)停留在重點(diǎn)地段，對(duì)該方案以及周圍環(huán)境間的關(guān)系進(jìn)行多方向探討審查，從而保證設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)生成三維幾何模型，符合方案規(guī)劃審批的要求，大大提高了審批的效率。

　　2、在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以從多角度對(duì)城市建設(shè)發(fā)展的問題加以分析。利用仿真技術(shù)，可以結(jié)合城市發(fā)展建設(shè)的現(xiàn)狀，對(duì)城市的不同地區(qū)以及不同發(fā)展階段加以合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并形成跟蹤模型，從而避免由于規(guī)劃失誤而造成的城市建設(shè)的缺憾【6】。

　　3、在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以有效實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃信息的準(zhǔn)確定位和管理公開。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的三維幾何模型，可以有效對(duì)城市空間信息加以分析，并對(duì)城市管理工作加以準(zhǔn)確定位。同時(shí)，還能將這種規(guī)劃的三維幾何模型發(fā)布到網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃政務(wù)工作的公開展示。

　　結(jié)束語：通過在城市規(guī)劃中應(yīng)用靜態(tài)渲染圖、固定路徑的動(dòng)畫、交互式動(dòng)態(tài)的仿真以及復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，創(chuàng)建城市真實(shí)數(shù)字化模型的三維可視環(huán)境，令設(shè)計(jì)者身臨其境，從而很大一定程度提高了設(shè)計(jì)審批的效率，同時(shí)還可以從多角度對(duì)城市建設(shè)發(fā)展方向加以分析，并能實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的政務(wù)公開，從而起到宣傳展示規(guī)劃方案的效果。

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