多媒體DLLs在數字城市規(guī)劃設計中的應用

王 瓊

(中國市政工程中南設計研究總院新疆分院，新疆烏魯木齊830054)

城市規(guī)劃是根據一定時期城市的經濟和社會發(fā)展目標，確定城市性質、規(guī)模和發(fā)展方向，合理利用城市土地，協(xié)調城市空間功能布局及進行各項建設的綜合部署和全面安排。傳統(tǒng)的規(guī)劃方案，通常建立在二維空間內。雖然CAD系統(tǒng)已有初步的三維功能，但不能高效、直觀、協(xié)調地表現多方案、大場景的規(guī)劃效果，難以進行空間關系分析和效果表達。近年來，虛擬仿真技術和圖像處理技術的發(fā)展為三維城市規(guī)劃管理和“數字城市”的建設奠定了基礎。

但目前大多面向對象的三維模型處理軟件都僅限于規(guī)劃方案的表現手段，尚未成為規(guī)劃方案的決策工具。這些軟件極好的封裝性一方面縮短了使用者的學習周期，便于虛擬現實在數字規(guī)劃表現手段上的更新發(fā)展，另一方面又限制了用戶專業(yè)分析需求在數字規(guī)劃實時輔助設計中的實現。

為了良好兼顧用戶自定義功能的開發(fā)和軟件模塊化的設計思想，需要將多媒體數據處理技術的功能模塊與動態(tài)鏈接庫DLLs技術相結合，促進了數字規(guī)劃方法在計算機實時輔助設計中的進一步應用。

1 數字城市規(guī)劃方法

數字城市規(guī)劃是傳統(tǒng)城市規(guī)劃理論和方法與信息技術相結合的產物。它將諸如因特網(Internet)、3S技術(RS，GPS，GIS)、虛擬現實(Virtual Reality)等數字化的技術手段運用到城市規(guī)劃的規(guī)劃編制、規(guī)劃審批和規(guī)劃實施等環(huán)節(jié)中，不僅為城市規(guī)劃者做出決策提供所需的數據、模型、優(yōu)化方案，還能提供對未來城市環(huán)境的虛擬表現，實現空間、資源的有效配置和合理安排［1］。

1.1 GIS與VR技術

數字城市平臺是基于虛擬現實(VR)技術建立起來的。然而VR建模前期數據必須來源于地理信息系統(tǒng)GIS。GIS技術具有強大的空間分析能力，如區(qū)域研究，城市交通分析，社會經濟分析等，方便對繁雜的規(guī)劃信息進行管理并能提供精確的空間數據支持。VR技術是一種可創(chuàng)建的和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，能向用戶提供臨境和多感覺體驗，其基本特征分為:沉浸、交互和構想。用戶可以通過視覺、聽覺、觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行自然的交互。

VR技術和GIS技術結合起來，借助于互聯網可以從更大程度上緊密結合規(guī)劃管理的業(yè)務流程，通過規(guī)劃地區(qū)的虛擬仿真，實現動態(tài)規(guī)劃的科學化和自動化，保證規(guī)劃信息的及時更新，有效進行區(qū)域信息的空間分析，有利于區(qū)域規(guī)劃和管理工作的深化，為城市建設和管理帶來明顯的經濟、社會、生態(tài)效益。

1.2 VR實時輔助設計

結合GIS的VR技術在城市規(guī)劃的效果展示方面，優(yōu)勢是顯而易見的。但隨著專業(yè)分析需求的進一步提高，將VR技術應用于規(guī)劃設計的各專業(yè)分析模塊中，會大大提高VR實時輔助城市規(guī)劃設計的水平［2］。

虛擬現實技術的實現主要有3大類:一是通過直接編程實現，如VRML、C++、Delphi等;二是基于 OpenGL圖形庫編寫程序建模同時添加實時性和交互性功能模塊實現;三是直接通過建模軟件和虛擬現實軟件共同實現［3］。運用封裝軟件建模是當前的主流，也是VR技術在模擬規(guī)劃景象上的優(yōu)勢，但要將直接編程結合多媒體數據庫技術才能將VR更好地用于規(guī)劃輔助設計中。

2 技術實現

2.1 多媒體數據庫的嵌入

多媒體技術是利用計算機對數字化的文字、圖形、圖片、動畫、聲音以及視頻等媒體信息進行處理、分析、傳輸，以及交互性應用的技術。是虛擬現實交互的技術基礎［4］。多媒體數據庫就是對多媒體信號的處理、數據的編碼和管理。

在VR中，大量的格式化和非格式化數據在多媒體數據庫中進行科學處理，是其在城市規(guī)劃設計分析中應用的關鍵。尤其是非格式化數據，結構十分復雜，結合了可視化編程語言的調用，更能提高系統(tǒng)的柔性。

多媒體數據庫中性能良好的面向對象+關系數據模型中BLOB對象可以存儲大量非結構化數據對象，定義為:

＜binary large object type＞::=BLOB［＜left paren＞＜large object length＞＜right paren＞］

＜large object length＞::= ＜unsigned integer＞ |＜unsigned integer＞K|＜unsigned integer＞M|＜unsigned integer＞G

可以用Delphi實現在終端系統(tǒng)上的調用，代碼為:

var

pData:Pchar;

with TblobStream(CreateBlobStream(FieldByName(‘Template’)，bmWrite))do begin

pData:=VarArrayLock(AFPData);

try Write(pData^，VarArrayHighBound(AFPData，1)－VarArrayLowBound(AFPData，1)+1);

finally

VarArrayUnlock(AFPData);

end;

Free;

end;

2.2 DLLs重用機制

為使VR技術更好地服務于數字城市規(guī)劃過程，將各部分專業(yè)規(guī)劃分析的多媒體調用代碼都封裝在動態(tài)鏈接庫中，是符合模塊化設計和面向對象的設計方法的。如果以后接口升級，則只需修改動態(tài)鏈接庫的代碼即可。對動態(tài)鏈接庫中函數的修改可以自動傳播到所有調用它的程序中，而不必對主程序作任何改動或處理。

動態(tài)鏈接庫DLLs(Dynamic Link Librarys)允許同時運行的幾個程序共享一組函數的單一拷貝。他不用重復編譯或鏈接，一旦裝入內存，DLLs函數可以被系統(tǒng)中的任何正在運行的應用程序軟件所使用。而不必再將DLLs函數的另一拷貝裝入內存。因為，在創(chuàng)建Windows程序時，鏈接過程并不把DLLs文件鏈接到程序上。直到程序運行并調用一個DLLs中的函數時，該程序才要求這個函數的地址，此時Windows才在DLLs中尋找被調用函數，并把它的地址傳送給調用程序。采用這種方法，DLLs達到了復用代碼的極限。

通常，DLLs都是庫函數的集合，使用動態(tài)鏈接庫就是為了將相關聯的一系列函數以更有效、更快捷的方式調用。用戶給出入口，函數的運算結果就從DLLs的出口送出，而看不到DLLs的執(zhí)行狀態(tài)。這樣的DLLs代碼重用機制更適合于VR技術在規(guī)劃設計中數據大容量、運算速度快的要求。

3 系統(tǒng)綜合

將GIS，RS，VR，多媒體DLLs調用技術等綜合應用才能使數字城市規(guī)劃設計更具有實時輔助設計性。仿真系統(tǒng)數據量大、數據類型多，如何組織和設計這些數據顯得至關重要。數據編碼、建庫以及處理都需要標準化、規(guī)范化。

系統(tǒng)從數據層、數據驅動層和界面層對各種技術進行綜合。在底層數據庫中，DLG數據庫和DEM數據庫服務于GIS，DOM數據庫服務于 RS，3D－Model數據庫服務于 VR。對這3類數據庫統(tǒng)一設計、關聯建設，保證數據的統(tǒng)一性和惟一性。數據層為數據驅動層提供數據來源。在數據驅動層，將二維地理信息處理功能、遙感影像處理功能和三維處理功能都做成中間件，并封裝在一起，形成數據驅動平臺，將GIS、RS和VR三種技術綜合成應用服務平臺，它可以單獨為本系統(tǒng)或其他相關系統(tǒng)服務。在這個封裝的平臺上，用戶可以直接與計算機交互，進入虛擬環(huán)境。更重要的是可以利用VC++，Delphi、VB，Java等工具進行二次開發(fā)，結合多媒體DLLs技術，在界面層把所有技術集成到一個統(tǒng)一的界面框架下，很方便地進行二維和三維之間的交互處理［5］，系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)綜合

系統(tǒng)綜合在一定程度上把底層數據庫和界面應用系統(tǒng)分開，又結合了DLLs的代碼重用機制，避免直接訪問造成的系統(tǒng)隱患，將大大地提高數字城市規(guī)劃設計的效率。

4 結束語

數字城市規(guī)劃方法引入虛擬場景，形象直觀。但更重要的是在城市規(guī)劃中生成數據，為城市規(guī)劃實施和計算機城市規(guī)劃信息管理提供實時輔助設計。多媒體DLLs技術可以自定義對VR底層數據源的調用，同時考慮到了數據調用的復雜性和安全性，兼顧了程序執(zhí)行對時間和空間的節(jié)約。

結合多媒體DLLs技術，將網絡技術、3S技術及虛擬現實技術等多領域交叉應用于數字城市規(guī)劃方法中，為規(guī)劃景觀提供實時輔助設計的臨境效果。利用GIS很強的空間分析能力，VR很好的建模功能和基于多媒體DLLs的二次開發(fā)，讓VR技術融入到規(guī)劃師的日常工作中，為城市規(guī)劃設計提供實時輔助決策，更好地對城市規(guī)劃進行總體構思，減少設計缺陷，提高規(guī)劃質量和進度。

［1］李粉莉，童小念.Creator和Vega Prime在數字城市規(guī)劃中的應用［J］.計算機與數字工程，2010，38(12):154－156

［2］史慧珍，黨安榮，遲偉.虛擬現實技術實時輔助城市規(guī)劃設計研究［J］.地理信息世界，2008(5):61－65

［3］李國松，楊柳青.虛擬現實技術在風景園林規(guī)劃與設計中的應用研究［J］.中國園林，2008(6):32－36

［4］史元春，徐光祐，高原.中國多媒體技術研究:2009［J］.中國圖象圖形學報，2010，15(7):1023－1041

［5］劉昌華，張文志，李沛，等.虛擬現實技術在南京市規(guī)劃與設計中的應用［J］.河南理工大學學報，2007，26(1):36－41