朱海東，伍世平，王墨羽

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山528000）

虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)集合了仿真、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口以及傳感等多種技術(shù)，可以說是當(dāng)前和未來非常富有挑戰(zhàn)性的前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域，屬于很多學(xué)科的交叉技術(shù)。VR技術(shù)結(jié)合生物學(xué)的相關(guān)科學(xué)技術(shù)，可生成在一定范圍內(nèi)與真實環(huán)境在視覺、聽覺及觸覺等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用與相互影響，從而產(chǎn)生親臨對應(yīng)真實環(huán)境的感受和體驗[1]。自然技能指的是當(dāng)人體做出一個動作，比如頭部轉(zhuǎn)動、眼睛、手勢或其他肢體做出的一些動作行為，這些動作被計算機(jī)捕獲后，首先轉(zhuǎn)化為計算機(jī)可以識別的數(shù)據(jù)，然后計算機(jī)處理這些數(shù)據(jù)，最后計算機(jī)對用戶的輸入作出反饋，這些反饋傳遞到使用者的眼、鼻、耳及皮膚等。傳感設(shè)備指的是可以使機(jī)器與人之間就像人在自然中與物體產(chǎn)生交互的設(shè)備。

利用VR技術(shù)可創(chuàng)建一個供人類使用和體驗的虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng)，城市規(guī)劃是否合理關(guān)系到城市未來的健康發(fā)展，因此規(guī)劃方案顯得尤為重要，而在規(guī)劃當(dāng)中，VR技術(shù)是一種便捷、便宜及高效的方式，基于此本文探討VR技術(shù)在未來發(fā)展規(guī)劃中的應(yīng)用。

1 VR技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

VR技術(shù)最大的特性就是浸入性、互動性及想像性。在目前的情況下，VR技術(shù)可以應(yīng)用到的地方比較廣泛，比如醫(yī)學(xué)、娛樂、室內(nèi)設(shè)計、房地產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、文物古跡以及游戲等領(lǐng)域。根據(jù)VR技術(shù)所應(yīng)用的對象不同，其作用可表現(xiàn)為不同的形式，例如將某種概念設(shè)計或構(gòu)思可視化和可操作化，實現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場效果，達(dá)到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價模擬訓(xùn)練目的等[2]。

1.1 城市規(guī)劃簡述

城市規(guī)劃是用來研究和探討城市的未來發(fā)展、城市的合理布局和綜合安排城市各項工程建設(shè)的前期準(zhǔn)備部署，是未來一段時期內(nèi)城市發(fā)展的可供參考的藍(lán)圖，是現(xiàn)代化都市管理的重要組成部分。如想建設(shè)好一座城市，就必須有一個統(tǒng)一與科學(xué)的城市規(guī)劃，并嚴(yán)格按照已有的規(guī)劃來進(jìn)行建設(shè)。為了合理解決城市建設(shè)過程中出現(xiàn)的各種新興問題，必須要對城市的管理和建設(shè)工作進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，城市規(guī)劃是城市建設(shè)的重要依據(jù)，好的規(guī)劃方案是城市建設(shè)順利完成的基礎(chǔ)，是提升城市管理水平的重要手段。只有通過制定科學(xué)合理的城市規(guī)劃，才能實現(xiàn)卓有成效的城市建設(shè)和管理[3]。

1.2 VR技術(shù)在城市規(guī)劃中應(yīng)用的必要性

（1）美國在2011年5月1日的“海神之矛”這次行動中取得了圓滿成功的很大一個原因就是戰(zhàn)前周密的準(zhǔn)備。海豹隊員為了可以充分演練這次行動的方案和提前準(zhǔn)備各種突發(fā)情況的各種應(yīng)急預(yù)案，建造了一個比例為1∶1的宅院模型，且這個模型很注意細(xì)節(jié)。行動前的充分準(zhǔn)備使得這次的行動更加具有可靠性和針對性。但是，制作這個實體模型不僅花費了超過百萬美元的代價，而且浪費資源和破環(huán)環(huán)境。這次行動，美國軍方只是復(fù)制出一個宅院就如此勞民傷財，如果需要復(fù)制一個群落、一片區(qū)域所需費用、資源及環(huán)境破壞性將很大。而利用VR技術(shù)有效地可以解決這樣的問題。

（2）現(xiàn)有的一些規(guī)劃圖只能很淺顯地以第二、三人稱的視角去表現(xiàn)城市的規(guī)劃，無法像VR技術(shù)一樣以第一人稱的視角表現(xiàn)，如表1所示。利用VR技術(shù)可以提高規(guī)劃者或指揮者在城市規(guī)劃時的戰(zhàn)略意識，尤其是當(dāng)有人參與其中時，可以盡早發(fā)現(xiàn)其中的不足，從而提升決策者的決策能力，可以即時地獲知到“他們這樣做的話，會帶來什么后果、會發(fā)生什么”等問題，不用等到實際中發(fā)生了才獲知。在虛擬的環(huán)境中，決策者將可以預(yù)測到未來的某個階段將要發(fā)生的情況。VR技術(shù)可以重點模擬人與自然之間的聯(lián)系，比如人與水資源、人與空間、人與陽光的關(guān)系，都可以用VR的技術(shù)來實現(xiàn)。VR技術(shù)還可以讓參與者以第一人稱的視野進(jìn)入環(huán)境，發(fā)現(xiàn)建筑、道路、水流及工廠等對城市未來發(fā)展的影響，并反饋給決策者和規(guī)劃者，避免了像武漢、廣州等城市在發(fā)展初期斥巨資修建高樓，建成后又斥巨資拆除的勞民傷財?shù)陌咐?。VR技術(shù)對城市發(fā)展的指導(dǎo)也不會僅僅局限在當(dāng)前的指導(dǎo)，可以將人工智能和大數(shù)據(jù)的計算引入到構(gòu)建的環(huán)境中，模擬未來城市有大規(guī)模的人入住后，如何優(yōu)化資源配置，或者提前針對緊急情況作出對策，如圖1所示。

表1 傳統(tǒng)展示與VR展示比較

圖1 信息的接收與反饋

1.3 VR技術(shù)在城市規(guī)劃中應(yīng)用的多樣性

利用VR技術(shù)浸入性、互動性、想像性的特點以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)對時空的廣度和跨度，可以完成對城市規(guī)劃和發(fā)展的評估。VR技術(shù)可實現(xiàn)城市設(shè)施的數(shù)字化，只要對各項設(shè)施或者場地訂立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，就可以方便地實現(xiàn)設(shè)施的數(shù)字化。城市的基礎(chǔ)設(shè)施都可以實現(xiàn)數(shù)字化，例如城市的建筑、管線、環(huán)境及交通這些基礎(chǔ)設(shè)施，金融行業(yè)方面的銀行、交易所、保險等行業(yè)，教育、醫(yī)療衛(wèi)生、科研、博物館、科技館、運動場、體育館、名勝古跡等文教衛(wèi)生，消防、公安、環(huán)保等安全保衛(wèi)設(shè)施，政府管理方面的業(yè)務(wù)、海關(guān)稅務(wù)、戶籍管理與房地產(chǎn)等均可實現(xiàn)數(shù)字化。將大數(shù)據(jù)和人工智能添加到虛擬現(xiàn)實中，只需計算機(jī)模擬一下各種天氣情況下不同的城市概況，在模擬系統(tǒng)中設(shè)置完善的溝渠湖泊、供電系統(tǒng)、道路交通及排水系統(tǒng)等，就可以一目了然地看到城市會發(fā)生的各種情況。也可以用模擬系統(tǒng)模擬出具有破壞性的自然災(zāi)害，比如颶風(fēng)、火災(zāi)、水災(zāi)及地震等自然災(zāi)害，從而提前做出預(yù)防措施。

1.4 VR技術(shù)在城市規(guī)劃中的實踐流程

1.4.1 構(gòu)建源數(shù)據(jù)

VR技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用離不開與城市設(shè)計院的合作，需獲取設(shè)計院的規(guī)劃信息。如果以雄安新區(qū)為例，首先要獲取新區(qū)的交通線路和山地、湖泊，然后獲取新區(qū)的居住區(qū)和商務(wù)區(qū)劃分。最后將這些信息細(xì)分為小塊，獲取他們x、y、z軸坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息并建立三維模型，如圖2所示。

1.4.2 搭建虛擬世界系統(tǒng)

將VR技術(shù)應(yīng)用到城市規(guī)劃中搭建系統(tǒng)需要準(zhǔn)備硬件和軟件。硬件需要服務(wù)器、具有音響系統(tǒng)的VR頭盔、信息接收器及數(shù)據(jù)手套等，如圖3所示。軟件需要三維建模的軟件、融匯資源的平臺及展示的軟件等。選擇軟件和硬件搭建平臺既要滿足運行效果，又要盡量降低硬件的要求。將構(gòu)建的源數(shù)據(jù)開始建立虛擬世界，首先搭建建筑物和自然物等三維實體模型，通過在PhotoShop中制作的材質(zhì)貼圖，然后利用蒙皮、動畫等技術(shù)，生成實體的紋理、質(zhì)地及光影變化等三維效果，讓實體模型在視覺效果上更加真實，如圖4所示。三維效果是確保場景真實性的必要因素，隨著使用者視角的變化這些效果也隨之改變，這樣能夠提升虛擬世界的沉浸感，從而消除使用者與虛擬世界之間的隔閡[4]。

1.4.3 虛擬系統(tǒng)的使用及調(diào)試

通過C#編程，對系統(tǒng)的UI界面、模型的動作及模型的材質(zhì)紋理最優(yōu)化。在使用虛擬系統(tǒng)時剛開始需要慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，可能有一段適應(yīng)期。如果虛擬和現(xiàn)實產(chǎn)生了時間差的話，就需要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與檢查，看產(chǎn)生的原因是內(nèi)部算法還是硬件設(shè)備產(chǎn)生的誤差。這就需要不斷有顧客去試用，并由工程師調(diào)試。VR系統(tǒng)中的自動漫游是按照設(shè)定好的城市居民區(qū)域漫游路線并通過佩戴VR設(shè)備來完成虛擬場景的自動漫游[5]。

圖2 獲取源數(shù)據(jù)

圖3 搭建系統(tǒng)硬件設(shè)施

圖4 搭建虛擬的世界

2 VR技術(shù)在其他領(lǐng)域中的展望

2.1 VR技術(shù)在民族未來規(guī)劃中的應(yīng)用

（1）2017年黨中央提出了雄安新特區(qū)的建設(shè)必須秉持先謀后動、規(guī)劃引領(lǐng)，用最先進(jìn)的理念和國際一流的水準(zhǔn)進(jìn)行城市設(shè)計，建設(shè)標(biāo)桿工程，打造城市建設(shè)的典范，各級黨員干部和人民群眾要保持歷史耐心，尊重城市建設(shè)的規(guī)律，合理把握開發(fā)節(jié)奏，要加強(qiáng)對雄安新區(qū)與周邊區(qū)域的統(tǒng)一規(guī)劃管控，避免城市規(guī)模過度擴(kuò)張，促進(jìn)與周邊城市融合發(fā)展[6]。謀就是規(guī)劃，規(guī)劃就是要設(shè)計很多的圖紙，但是圖紙?zhí)矫婊?，只有專業(yè)的人士才可以看懂，充分利用VR技術(shù)就可以讓非專業(yè)人士能看懂設(shè)計意圖，盡快加入到設(shè)計中來，提出相應(yīng)的意見。

（2）中國提出的一帶一路政策正好是一個跨國家、跨區(qū)域的合作，需要沿途的國家和投資者參與，參與的國家和個人都希望看到遠(yuǎn)景，可以利用VR技術(shù)將未來的美景給虛擬出來，讓各國欣賞，有利于一帶一路的推進(jìn)，有助于相關(guān)國家與區(qū)域的共同發(fā)展。

2.2 VR技術(shù)在解決社會問題中的應(yīng)用

中國老齡化問題的發(fā)展是規(guī)模巨大和迅速的，比發(fā)達(dá)國家的老齡化問題還要嚴(yán)峻。據(jù)世界銀行的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國于2002年跨越7%的老齡化社會門檻（65歲及以上人口比例），2014年老齡人口比例達(dá)到9%[7]。與此同時，由于中國的特殊的經(jīng)濟(jì)環(huán)境導(dǎo)致了留守老年人很多。本來老年人在心理上就不同于年輕人心理，這樣特殊的經(jīng)濟(jì)環(huán)境加劇了老年人的精神需求。如果可以將VR技術(shù)和可視通話技術(shù)交叉利用起來，并改進(jìn)技術(shù)，那么解決留守老人的精神需求就變得容易了。每個人曾經(jīng)在年輕的時候有過自己的夢想，他們當(dāng)初由于種種原因不能追尋自己的夢想，雖然隨著時光的流逝，但夢想在他們的腦海里依舊。如果科技的進(jìn)步和VR技術(shù)中的難題不斷攻破，可以將他們打牌、看報及喝茶的老年生活轉(zhuǎn)變?yōu)樽穼っ烂顗粝搿?/p>

2.3 VR技術(shù)在進(jìn)一步增強(qiáng)國家經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用

中國制造2025提到了最重要的一條就是智能制造，這是中國和德國高端裝備制造的產(chǎn)業(yè)園建設(shè)中的一顆璀璨的明星，吸引了各行各業(yè)的目光。智能制造是指采取智能化的模擬和精準(zhǔn)的傳感技術(shù)，指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行個性化的定制和生產(chǎn)。智能制造不僅僅是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化和自動化這么簡單，是要實現(xiàn)更高價值的服務(wù)和更高質(zhì)量的附加值。不是每個人在工作中都可以成為設(shè)計師或工程師，VR技術(shù)虛擬實現(xiàn)就可以大顯身手。

3 小結(jié)

一個城市只有能夠制定一個長期的發(fā)展戰(zhàn)略，做好規(guī)劃設(shè)計工作，才能夠?qū)崿F(xiàn)長期穩(wěn)定地發(fā)展。VR技術(shù)如果應(yīng)用到未來發(fā)展規(guī)劃的工作中，就起到舉足輕重的作用。VR技術(shù)重點針對的對象是決策層，因為決策層負(fù)責(zé)整個發(fā)展規(guī)劃，影響整個未來的發(fā)展。隨著VR軟件和硬件條件的逐漸成熟，決策者就可以利用虛擬現(xiàn)實來構(gòu)架更加真實的環(huán)境。VR技術(shù)可以起到挖掘過去和預(yù)測未來的作用，是一種提升決策能力的一個絕佳辦法?？偠灾S著VR技術(shù)逐步成熟以及其配套設(shè)備的發(fā)展，將來居住的城市經(jīng)過規(guī)劃人員在虛擬環(huán)境下反復(fù)規(guī)劃設(shè)計后，必將更加舒適、方便及科學(xué)[8]。