城市规划设计中的计算机仿真技术及其应用

计算机应用

第22卷 第3期2006年9月

金陵科技学院学报

JOURNALOFJINLINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

Vol.22,No.3Sep.,2006

城市规划设计中的计算机仿真技术及其应用

颜景

(淮安市园林局,江苏 淮安 223001)

摘 要:以当前城市规划中各种计算机仿真技术的基本方法为基础,讨论和比较了静态渲染图、固定路径的动画、交互式动态的景观仿真、复杂的虚拟现实等几种设计技术,分析了计算机仿真技术在城市规划中应用的意义,为建筑设计工作提供了比较合理的参考意见。关键词:仿真技术;城市规划;应用

中图分类号:TP391.9 文献标识码:B 文章编号:1673-131X(2006)03-0038-04

TheApproachesofaCity sPlanandDesignBased

onArtificialTechnologyoftheComputer

YANJing yang

(Huai anCity sGardenBureau,Huai an223001,China)

Abstract:Thispaper,basedonthebasicprinciplesofallkindsofthecomputer sartificialtechnolo gy,discussesandcomparesthedifferentapproachesofacity splananddesignonworkingcost,therequirementoftheequipments,theeffectsofimitationandtheconditionsofusing,offeringsomereasonablereferenceopinionsforthedesigningwork.

Keywords:theartificialtechnology;acity splananddesign;application 计算机仿真技术是通过将计算机图形构成的三维数字模型编制到计算机中去产生逼真的 虚拟环境 ,使用户在视觉上有一种虚拟环境的感觉。传统的城市规划设,通常是以二维的地形平面图为基础,进行场地平面位置规划设计,而设计结构的三维效果,往往是利用计算机仿真的立体透视图来表示。尽管城市规划设计方案的CAD建模软件已经相当成熟,也具有三维可视化功能,但却很难与具有真实地理空间坐标的建筑物和环境联系起来,也难以在规划设计中综合考虑现有周边的实际环境及城市的整体效果。而利用计算机仿真技术,即可在城市真实数字模型的三维可视化环境中,进行城市规划设计,打破了传统方法的局限性,使得设计者如身临其境,随心所欲地选择最佳设计方案,

收稿日期:2006-06-22;修回日期:2006-09-10

实现规划设计方案与周边环境和谐匹配;而且可以快速进行多方案比选,只需随时改变设计参数,即可在真实三维景观环境中,展现出想象的设计实体空间效果。其中包括设计模型的结构形状、纹理效果、光照效果、相关位置、整体环境效果等。

1 城市规划中的计算机仿真技术

1.1 静态渲染图

制作静态渲染图在计算机上的操作过程为:先建立物体的三维几何模型,然后设定模型表面的材料质感及场景中的采光、照明,再选取一个合适的观察角度,由计算机渲染成单幅静态图像,在计算机屏幕上显示出来或打印在纸上,显示、

[1]

,,,

计算机应用

第3期 颜景:城市规划设计中的计算机仿真技术及其应用研究 39

打印用的软件相对简单,可以和渲染软件相互独立。为了表达建筑和背景的关系,渲染后的图像可以和现场拍摄的照片合成,也可增加一些现场不一定存在、从其他途径获得的图形、图像,如树木、花草、行人。建筑物体的三维几何模型,需要人机交互式的操作,工作量比较大,但是部分工作可以和计算机辅助设计、辅助制图合起来。静态图的视点是固定的,为了节省建立三维几何模型的工作量,对那些被遮挡、看不见的物体可以省略、简化。1.2 固定路径的动画[2]

静态渲染图比较适合表达一个或几个建筑单体,建筑物数量较多时,只能选择俯视的角度才能看到全景。对于建筑物数量多、空间形体比较复杂、范围较大的城市景观,或者复杂的室内景观,靠多幅静态渲染图往往不能充分显示人们所关注的物体、景观,为此,将很多幅静态渲染图串联起来,在显示屏上连续播放,就形成了计算机动画,给人以看电影、录像的感觉,不但观察者是在场景中运动,场景中的物体也可以运动,例如:行驶的车辆、流动的水。制作动画的过程和静态渲染图相比,要增加视点选择和观察路径的设置,计算机计算出关键的帧,根据关键帧,再靠算法自动填补中间的画面,产生动画数据,然后播放画面,因此动画数据的产生和播放也是分开的,动画可以比静态渲染图获得更全面的景观效果,由于涉及的物体比较多,建立几何模型的工作者也就大得多,为了减少工作量,对被遮挡的、不重要的物体也要省略、简化。1.3 交互式、动态的景观仿真[3]

靠几段动画、几条观察路径还不能完整表达复杂的建筑、城市空间的景观,实时动态的景观仿真又比动画进了一步。所谓实时动态,指计算机可以根据观察者选择的位置、视角立刻产生渲染图。所谓交互,指观察者可以比较灵活地控制、调整观察的位置、方向、视角。由于观察者的自由度比动画大,要输入计算机的物体就更多,可以在静态渲染、动画中省略的东西就更少,这不但大大增加了建立物体三维几何模型的工作量,同时也带来了图形数据量、计算机计算量呈几何级数提高的问题。即使采用非常高性能的计算机,还达不到动画、静态渲染的细腻程度,因为静态渲染或动画是先把图形、图像计算好,再显示或播放,前面的处理、准备的时,显的时间延迟,因此,动态、交互式仿真的观察灵活性好,是以计算机硬件的性能、几何形体输入的工

作量为代价的,这两个因素限制了该项技术的推广、普及。为此,从硬件提高计算机图形、图像处理性能,从软件改进计算方法、数据结构,提高建立物体几何模型工作效率,简化三维几何模型,在这些方面的研究和开发工作取得了不少进展。

简化几何数据,既能减轻计算量,又能减轻建模工作量。目前可以普及的方法主要有两种[4]: 对三维几何模型的简化,主要采用纵向拉伸的方法,将建筑平面图变成垂直方面不变的立体体块,也可将复杂的地形纵向拉伸,以表达地形的不规则起伏,这就大大简化了三维数据结构,一般将这类模型称作二维半或准三维模型。这种简化模型不能表达形体复杂的物体,如坡屋顶、穹隆顶、山洞。为了弥补形体太简单的不足,可将现场摄影的建筑立面以平面纹理的方式贴在建筑物上,将航空摄影的地表图像贴在地表上,当然,效果还是不如全三维模型那么真实。简化三维模型使数据输入方便多了,对建筑物来说,只需要平面图以及和平面相对应的高度;对复杂地面来说,只需要若干关键点的三维坐标,计算机软件就可根据上述数据自动产生简化的立体模型。由于几何模型得到简化,计算机的处理量也比全三维模型大大降低,目前只需要一般或性能稍好些的计算机就可以实现动态、交互仿真,仿真的灵活性和全三维模型一致,当然,观察到的物体则被明显简化。 基于图像的环视仿真,在一个固定的地点,对周围景观进行360 的环绕摄影,然后用计算机将一幅幅不连续的影像图连接起来,就成为360 的全景影像,形成一个闭合的场景,再用普通的计算机屏幕显示这种全景图像,由于普通屏幕只能显示场景的一部分,可以靠软件实现左右移动,也可以在有限的范围内拉近、推远或上下移动显示画面。观察者在屏幕前观察时感觉自己在场景内观景,最明显的是可以自由地左右环视,可以前进、后退(实际上是计算机模拟镜头焦距的变化),还可以有限度地俯视、仰视,因此这是环视仿真,围绕某个物体在外部摄影,可以实现外环视仿真。为了将规划、设计的物体和场景融为一体,可以将设计的物体制作成静态渲染图,再嵌入到摄影的图像中。如果要仿真的全部是设计的对象,现有的物体可 …… 此处隐藏：4855字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……