论建设三维虚拟城市的决策依据.doc

测绘信息网论建设三维虚拟城市的决策依据朱礼俊（宁波市测绘设计研究院，宁波 315041）摘 要：本文从围绕三维虚拟城市系统的可持续应用问题，针对三维虚拟城市建设过程中的三个主要阶段，提出了用以决策和判断的几个基本的决策依据。关键词：三维虚拟城市；决策依据；启动；选型；运营1.1 1 引言测绘信息网“城市仿真”就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。在城市仿真系统中，人们能够在一个虚拟的三维环境中，用动态交互的方式对未来的建筑或城区进行身临其境的全方位的审视：可以从任意角度、距离和精细程度观察场景；可以选择并自由切换多种运动模式，如：行走、驾驶、飞翔等，并可以自由控制浏览的路线，而且，在漫游过程中，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较。城市仿真系统以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。近几年，国内外涌现了一大批顶级的城市仿真制作公司，城市仿真系统也逐渐开始列入国内众多城市的建设日程。但是，开展三维虚拟城市建设耗资巨大，制定合理的三维虚拟城市建设的决策依据非常重要，如果决策不当，建成的平台极易与实际应用的需要脱节，使平台沦落为“形象口号”和“面子过程”。在决定三维虚拟城市建设之前，管理者必须明确以下原则性内容：第一：是否需要建设三维虚拟城市；第二：建设三维虚拟城市平台的基本选型要求；第三：如何保证建设成果的持续发展利用等问题；只有明确以上几点，才能够确保三维虚拟城市项目的决策的合理性、科学性、可行性。1.2 2 虚拟城市项目的启动决策依据2.1 功能必须满足需要测绘信息网在建设三维虚拟城市之前，必须明确两点：第一：希望利用三维虚拟城市系统达到什么样的功能。第二：三维虚拟城市系统目前的技术发展状况，以及系统主要的应用范围。只有明确以上两点，才能够确保满足需要，使系统与实际工作应用紧密结合。目前，三维虚拟城市系统的优势主要体现在效果方面，三维虚拟城市系统在实际工作中的应用，也主要围绕效果这一核心优势来体现，三维虚拟城市系统应用比较成熟的领域主要包括以下几个方面：（1）城市规划与设计人员进行专业研究和表达的新型工具；（2）决策者直观了解重要项目规划并进行决策的好帮手；（3）建筑设计、评议和审批的有效媒介，可以让建筑师深入了解设计地段现状环境和街区城市设计意图，让评议专家和管理人员全面比较同一环境及角度中不同的方案效果；（4）宣传城市规划、吸引公众参与和交流的生动媒体。在精确计算方面，由于受到数据精度、等的限制，单个的三维虚拟城市系统还无法满足要求，需要同其他专业系统相结合，典型的如“日照分析”，因为对的分析结果的精度要求非常高，三维虚拟城市平台由于受模型精度的限制，往往难以胜任。1.2.1 2.2项目成本能够承受测绘信息网建设城市虚拟现实三维系统是一项需要投入大量人力、物力、财力的工程，成本预测是系统建设计划的重要组成部分，是确定系统建设成本、建设计划过程中必不可少的科学分析阶段，可以为项目决策提供合理的依据。建设三维虚拟城市的费用主要包括：软件开发费用、硬件采购费用、模型制作费用、运营维护费用等极大部分，同时，各个环节又根据具体要求的不同而产生不同的成本，具体的因素如下图所示：表1 三维虚拟城市建设成本因素分析表环节名称成本相关要素建设经济成本软件开发费用功能要求的专业性新功能及开发难度系数是否需要设计动态环境硬件采购费用数据量支持的大小是否需要利用环幕展示系统运行及数据显示对硬件的要求是否需要设计沉浸环境模型制作费用三维场景范围大小三维模型详细程度三维模型的仿真程度实体的复杂程度是否具有光影映射效果运营维护费用模型频率更新模型更新工序模型更新的技术难度管理者必须根据资金投资的多少、各项工作的难易程度、未来完成后的效益等方面进行考察、考核、测算，并以此为依据，根据多方面的综合平衡，提出建设系统的若干可行性方案，供最后决策。1.3 3 虚拟城市系统的选型决策依据1.3.1 3.1三维效果要求真实在三维虚拟城市中，场景的真实感是最为关键一个一个因素。而如前面已提到过的，由于实时三维渲染的要求及硬件显示能力的限制，场景的复杂程度不能太高。同时，由于实时仿真技术的限制，一些比较费时的渲染选项，如动态阴影、Bump map等实现起来还有一定困难。这些都会直接影响场景的真实感。三维数字制作的真实感，取决于三维数字化的精度、纹理的精度、色彩的准确度和光照处理。测绘信息网1.3.2 3.2数据结构要求开放三维虚拟城市是一个综合性的数据运行平台，需要建设大量三维空间数据，而且其中任何一项数据都是动态的，具有时效性与关联性，所有三维空间数据都需要通过系统的有效控制、科学处理与安全存储构成一个有机整体，具有完整性与准确性。系统数据的性质也决定了用户需要对系统数据进行频繁的修改、更新。例如：每天都会有建设项目的三维模型需要加入到系统中，这些项目有的可能需要立即导入系统，因为第二天就要进行方案审批工作。可以看到，由于系统数据时效性的要求，要求数据必然及时的导入系统。如果系统场景内的数据都已经固定，所有系统数据的更新都需要通过专门的运营商来操作，而用户无法对系统的数据进行编辑。这一方面会造成数据更新的不便，同时会极大影响系统的应用。测绘信息网1.3.3 3.3系统结构要求开放三维虚拟城市的运行平台一般包含众多的三维数据浏览操作及数据编辑功能，但是这些功能是以能够满足用户当前阶段的需求来设置的，随着社会的发展，系统的功能必然需要进一步的完善。如果平台的功能、界面都已经固定，又没有提供开发环境，用户就没有任何接口进行修改和完善，连细小的系统修改都要外包，那么系统的维护成本自然会很高，系统也将失去灵活性。测绘信息网1.3.4 3.4展示区域能够扩展城市建设本身就是一个不断扩张的过程，但是现有的系统只能打开伟景行提供的宁波市东部新城区的场景，不能够创建新的场景，并且在该场景中也只能显示宁波市东部新城区大约7平方公里的数据，其他范围内的数据不能进入该展示平台。系统的展示区域不能够扩展，这可能是系统在处理大数据量方面性能限制的原因，也可能是系统在场景数据读取限制方面的原因。总之，这是一个很大的缺陷。1.3.5 3.5空间参照要求准确三维虚拟城市数据作为一种空间数据，首先要解决空间位置参考问题，包括定义平面与高程坐标系统和确定坐标表示的单位与分辨率等。平面坐标系统有经纬度表示的地理坐标、高斯平面坐标和地方平面坐标三种选择。当选择平面坐标系时，要考虑投影及所谓的投影“跨带”等问题。不同的空间参考定义会有不同的数据组织方式相适应。如果三维虚拟城市的场景数据的空间参照不是严格的地理坐标系，将无法与现实坐标系之间建立精确的联系，在三维数据添加时不能保证位置的正确性，为以后的系统应用留下了巨大的隐患。1.4 4虚拟城市平台的运营决策依据由于三维虚拟城市建设的高投入及项目转换的高成本，项目开发商往往利用用户骑虎难下的形式，在后期服务环节增加诸多的有尝服务内容，使三维虚拟城市平台的运营成本居高不下，所以，必须通过有效的沟通及合同约定等形式，确保三维虚拟城市平台的有效运行。1.4.1 4.1后继开发必须跟进测绘信息网虚拟现实三维系统不仅仅是一个简单的既定系统，用户的需求不是一成不变的，必然期望能够利用它在城市规划和建设等各方面发挥更深层次的作用，这就必须要求虚拟现实三维系统具备很好的扩展性、灵活性和实用性，同时对系统开发商的服务水平也提出了更高的要求，必须督促开发商认识到用户反馈的重要性，收费是一种短视的行为，因为用户针对性的意见减少了开发商的研究工作，实际上对开发商也是一种支持，对系统的持续改进也有利于开发商水平的提高及其平台在各个城市的推广。1.4.2 4.2服务队伍要有保障由于三维虚拟城市主要为城市规划及城市建设服务，主要以城市建筑的三维模型为管理对象，可以预见，三维模型数据的更新都将是高频率的。由于管理工作的需要，数据更新的响应时间往往以小时计，在这种情况下，必须把建设一支稳定的服务队伍放在工作的重要位置，在项目开始时，就有必要在合同中约定，开发商必须对用户进行完整的培训，使用户能够独立完成平台数据的更新工作。1.5 5 结论测绘信息网本文没有讨论三维虚拟城市建设的详细技术细节，因为三维虚拟城市目前还是一个方兴未艾的领域，各种新的技术层出不穷，每天都有新的术语及概念出现，使人无所