构建三维虚拟城市

虚拟城市系统技术背景：虚拟城市就是人类利用虚拟现实技术构建的一定规模的电子化城市系统，提供用户逼真的视觉与听觉的感知。

它将推动未来城市的规划与发展，给人类创造更多、更美好的生存空间。

长期以来，城市规划人员的一个重要的工作就是进行各种设计或规划图的绘制，但是这些图纸并不能给人们提供一个直观的、富有真实感的场景。

后来，人们虽然也使用纸板或木料来制作三维模型，以实现城市景观的三维可视化。

但其制作的工作量巨大、费用昂贵、须具备较高的制作技巧，而且仅能从外围观看，无法进入，修改也很困难。

鉴于以上原因，在计算机上建立三维虚拟城市成为必然。

虚拟城市的建立能够全方位地、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息，并可以以第一人称的身份进入城市，感受到与实地观察相似的真实感。

虚拟城市的各种模型易于修改，而且可以实现城市信息的查询与分析功能。

这些都是传统的方法所无法比拟的。

“虚拟城市”就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。

近几年，城市仿真在国内外已经得到了越来越多的应用，以其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性，都是传统方式所无法比拟的。

虚拟城市的特点为：交互式实时三维，指人机互动——人输入指令，机器立即有相应的输出；“实时”是“在当时立即发生”。

“实时三维”要求计算机在程序运行时要有30－60Hz的图形更新率，也就是说，将当前三维场景渲染为一幅画面的时间仅在0.03-0.16秒。

虚拟现实技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，国外最初的仿真主要用于飞行的模拟，随着其应用的扩展，虚拟现实技术在城市规划、交通管理等领域发挥出越来越不可替代的作用。

目前，国内外的城市仿真已受到广泛重视，出现了许多仿真城市系统。

美国UCLA城市仿真小组和SGI公司合作的“虚拟洛杉矶”项目是比较著名的一个仿真案例。

该项目计划覆盖面积超过10,000平方英里，是当今城市仿真系统中最为复杂的系统。

三维城市建模技术城市是现代文明的中心，迅速加快城市化进程已经使城市的可持续发展显得至关重要，城市空间的管理已经不满足现在分散、单一的模式，需要对城市空间范围内的地上和地下信息进行综合管理，通过建设城市区域三维地理信息系统，对城市的空间信息进行综合管理和服务，才能够满足当前城市快速发展所面临的应用需要。

城市区域三维GIS是一个涵盖地表、地上、地下等多维空间信息的三维地理信息系统，在城市区域三维GIS的支持下，我们可以在一个统一的时空框架下对城市地表以上、地球表面及地下进行整体的真3D可视化表达、管理、更新、查询、分析与操纵。

由此可见，城市区域三维GIS的实质是真三维GIS技术在城市工作中的应用，是综合使用三维GIS技术、遥感技术、空间数据库技术、三维可视化技术及计算机网络技术，实现对城市地物、地表、地质及其相关数据的有效存储、管理可视化再现与网络化服务。

三维城市模型，建立真实与虚拟世界间的桥梁，在历史演变中，传统制图技术运用于地图测绘以展现土地利用的状态，二维平面资料难充分发挥地图的功能，但对于三度空间世界的描述仍然不足，随着科技的发展，测绘技术演变至三维，通过新的测量技术可获取真实世界中各物体精确的几何资讯，包含位置、形状与大小等，进而建立三维虚拟城市模型，再者，数字化的三维虚拟世界，充满无限的可能，例如不受物理的限制随意于空间中各个位置与角度观察周边的环境，这些视觉上的经验难以在现实生活中得到，因此，虚拟的三维数字城市是忠实呈现真实世界重要的途径之一。

在专业应用上，由于三维数字城市为真实世界的缩影，故可用于决策支援，比如区域规划、都市更新、灾害防治等等。

数字形式表示地理空间成为热点,数字省市、数字城镇已经成为世界各国发达省市和地区21世纪的发展战略,成为争先抢占科技、产业和经济的制高点之一。

在构建数字城市的过程中,城市三维景观建模是一个重要的组成部分,是摄影测量与遥感、地理信息系统及计算机科学等学科的研究内容之一。

三维城市摘要：随着现代科技的迅猛发展，人们对于城市规划和建设提出了更高的要求。

传统的二维城市规划已不能满足人们的需求，因此三维城市的概念应运而生。

三维城市利用现代技术，将城市的信息呈现在一个虚拟的三维空间中，为城市规划和设计提供了全新的思路和方法。

本文将介绍三维城市的定义、应用、挑战和未来发展趋势等方面的内容。

一、引言城市作为现代人居住、工作和交流的重要场所，其建设和规划一直以来都备受关注。

随着现代科技的飞速发展，三维城市的概念逐渐引起人们的关注和重视。

三维城市是利用现代技术将城市的相关信息在虚拟空间中呈现出来的一种城市模型。

相比传统的二维城市规划，三维城市具有更为直观、全面和真实的特点，能够为城市规划和设计提供更多的参考和决策依据。

二、三维城市的定义三维城市是指利用计算机图形学等技术，在虚拟空间中模拟和呈现现实世界中的城市、建筑物和地貌等要素的一种城市模型。

三维城市结合了地理信息系统、空间数据库、遥感技术和虚拟现实等多种技术手段，可以将城市的地理、建筑和人口等信息以三维形式展示出来。

通过三维城市，人们可以更直观地了解城市的结构、规模和布局，为城市规划和设计提供科学依据。

三、三维城市的应用1.城市规划和设计：三维城市可以为城市规划和设计提供全方位、多角度的展示。

设计师可以通过三维城市模型来评估建筑的高度、形状和视觉效果等，以便更好地优化城市的布局和规划。

2.教育和培训：三维城市可以作为教育和培训的重要工具，帮助学生和专业人员更好地理解和学习城市规划和设计的知识。

通过三维城市，学生可以在虚拟环境中进行实践操作和模拟练习，提高其技能和能力。

3.旅游和文化：三维城市可以为旅游和文化产业提供更有吸引力的产品和服务。

游客可以通过虚拟现实技术，在三维城市中体验不同地区和文化的特色，增加旅游的趣味性和吸引力。

四、三维城市的挑战虽然三维城市具有广阔的应用前景，但同时也面临着一些挑战。

首先，三维城市的数据获取和处理是个难题。

三维城市建模一、引言三维城市建模是利用计算机技术对城市进行虚拟化的过程，在虚拟环境中模拟真实的城市情景。

随着计算机技术和地理信息系统的发展，三维城市建模在城市规划、土地管理、交通规划等领域逐渐得到了广泛应用。

本文将介绍三维城市建模的基本概念、方法和应用。

二、基本概念1.1 三维城市模型三维城市模型是对真实城市进行数字化表示的虚拟模型。

它包含了城市的地理和空间信息，可以呈现出真实城市的地形、建筑物、道路和其他相关要素。

三维城市模型可以由不同类型的数据生成，如卫星影像、激光扫描数据、地理信息系统数据等。

1.2 三维城市建模的目的三维城市建模的目的是为了更好地理解和分析城市，支持城市规划和决策。

通过三维城市模型，城市规划者和决策者可以模拟不同城市发展方案对城市形态、交通流动等的影响，从而做出更科学、合理的决策。

三、三维城市建模的方法2.1 数据获取要生成三维城市模型，首先需要获取城市的地理和空间信息。

这些信息可以通过多种途径获得，如卫星影像、航空摄影、激光扫描等。

这些数据需要经过处理和整合，才能生成可用于建模的数据集。

2.2 建模技术三维城市建模有多种技术可供选择，常用的包括：- 基于关系数据库的建模方法：将城市的地理信息存储在数据库中，通过查询和分析数据库中的数据生成三维模型。

- 基于光栅化的建模方法：将城市的地理信息转化为栅格图像，然后通过将图像转换为三维模型。

- 基于几何建模的方法：使用数学和几何算法生成城市的三维模型，可以根据需要添加建筑物、道路等元素。

2.3 建模精度三维城市建模的精度取决于数据的质量和建模方法的选择。

高精度的建模需要更精确和详细的数据，并且可能需要使用更复杂的建模算法。

建模精度的选择也要根据具体应用场景进行平衡，以满足实际需求。

四、三维城市建模的应用3.1 城市规划三维城市建模可以为城市规划提供重要的辅助工具。

通过模拟不同规划方案的效果，可以评估不同方案对城市形态、交通流动、环境影响等的影响，从而指导城市规划的决策和实施。

三维数字城市 VGE_3DCity虚拟现实（Virtual Reality, VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，是一种先进的人机交互技术。

它可以将规划和建筑设计中的概念和想法通过计算机构造的三维的、逼真的“虚拟环境”真实地表现出来，让使用者沉浸其中，并可以在虚拟环境中随意走动，感受虚拟环境带来的体验和撞击，使用户有强烈的参与感与沉浸感。

可以说，虚拟现实技术架起了现实和未来之间的桥梁。

城市规划在城市化过程扮演了极其重要的角色，但由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，因此它一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一，然而，用传统手段，如平面图、效果图、沙盘乃至三维动画、三维全景等技术所无法达到的，VR 技术能为城市规划研究提供表现和辅助手段，让设计人员和决策者可以在宏观层面把握城市空间形态的要点和亮点，体现出城市特色。

VGE_3DCity 系统能使城市地理、资源、环境、生态、经济等复杂系统实现可视化、虚拟化，从而使城市规划具有更高效率。

使用更丰富的表现手法、更多的信息量，提高城市建设的时效性、城市管理的有效性，促进城市的可持续发展。

基本功能支持400 公顷面积细致场景，支持百万级三角形渲染，可以在普通PC 机上实现大场景虚拟漫游、支持场景特效包括光照，雾，雨，雪等特效，效果逼真。

支持快速的生成三维场景数据，只需要一般美工，就可以建立具有真实感的三维场景模型。

支持交互查询方式，在漫游过程中查询所见物体之属性信息，也可以从数据库中查询到场景中的物体。

系统对运行环境要求低，使用windows 2000/xp 操作系统的普通微机或图形工作站即可流畅运行。

应用范围城市规划：运用虚拟现实技术将规划方案真实、客观的呈现出来、可以使政府规划部门、项目开发商和各行业专家从任意角度、实时互动真实的看到规划效果，获得前所未有的直观感受，在方案评估、审批、公示、决策等方面发挥巨大的作用。

交通导航：能对较为复杂的区域，例如立交桥，复杂的街区进行三维全景模拟，给司机以绝对真实的场景冲击，以便指导司机正确的行车驾驶。

3信息技术基于UCA 模型的三维虚拟城市生成方法文⊙王海鹰秦奋焦学军（河南大学环境与规划学院河南开封）摘要:从城市元胞自动机模型(U CA )的角度出发研究三维虚拟城市的自动化生成方法。

通过建立城市元胞自动机模型，模拟城市土地利用单元的演化过程，确定城市功能区。

以此做为控制数据确定建筑物模型的空间位置和相应类型。

利用Te r r a vi st a 和C r eat or 进行三维场景建模，利用O p enG V S 场景管理技术随机调用建筑物，并将其布设于三维场景的相应位置上，生成三维虚拟城市。

开发了三维虚拟城市自动化生成系统，并探讨了该系统在城市规划、城市研究等多个领域的应用潜力和价值。

关键词:城市功能区；城市元胞自动机；三维虚拟城市一、引言改革开放以来，我国城市发展迅速，城市化进程的速度达到了世界同期的两倍。

如何实现城市经济快速、可持续发展，成为当今人们密切关注的重大课题。

城市信息化作为城市发展的一个新方向，已经成了城市发展的“加速器”[1]。

数字化与信息化建设已经成为城市现代化建设的主流和趋势。

在城市化过程中，城市规划的作用显得尤为重要。

但是传统的城市规划手段显然无法适应城市信息化的发展。

三维虚拟城市的出现为城市规划人员提供了新的技术和手段[2]。

城市规划人员可以在一个三维虚拟的环境中，用动态交互的方式对规划城区进行全方位的审视，这是传统规划手段所无法达到的。

本文在三维虚拟城市基础上提出了城市自动化生成方法的研究。

以开封市汴西新区作为研究区域，以城市元胞自动机（U r b a n Ce l l u l a r Au t o m a t a ,UCA ）作为城市发展动力学模型，将城市新区规划作为城市模拟发展的框架，利用U C A 模型模拟城市各个时期城市发展状态，从而确定城市功能区。

通过VC 语言调用虚拟现实软件Op e n GVS 接口，完成了整个三维虚拟城市场景的载入，三维虚拟城市场景漫游控制的设计，以及对三维模型库的各种调用、硬件资源的优化、三维虚拟城市的动态生成及显示。