基于3S与VR技术的城市环境规划

1、基于3S与VR技术的城市环境规划耿良国(空军93318部队气象台)摘要 ：本文简要介绍了 3S与VR技术，并分析了利用这两种技术相结合在城市环境规划中的应用。3S与VR两项功能强大的技术的联合应用，不但能够收集、整理大量的地理环境信息，而且可以很好的展示出来，这在城市环境规划乃至整个环境科学及工程领域都有着广泛的前景。 关键词： 3 S技术；VR技术；城市环境规划 中图分类号： X32101 文献标识码： A City Environmental Planning and Design Based on the 3S and VR Techniques Geng Liangguo The Ob

2、servatory of the Air Fore 93318 unit, Kaiyuan, Liaoning province, 112300 Abstract:In this paper, the writer simply introduces the 3S and VR techniques first, and studies on the appliance of these two techniques. With the combination of the 3S and VR techniques, we can not only collect and arrange a

3、lot of geographic environmental information, but show it on the computer. It has a bright prospect in the city environmental planning and design, even in the environmental science engineering field. Key words ： 3S techniques ； VR technique ； city environmental planning and design 随着全球城市化水平越来越高，城市环境问

4、题也日益突出。如何科学合理规范的进行城市环境规划成为城市环保的关键性问题。但是，城市环境规划又有其特殊性，包括信息量大、涉及范围广等。 3S与VR技术在环境规划中的应用，给我们科学决策提供了思路。利用3S技术强大的信息收集功能和VR技术的现实模拟功能，我们可以方便快捷的在计算机上进行规划。节省了人力物力，也提高了效率，同时，避免了由于规划不合理造成的环境破坏。 一、 3S技术简介 3S技术是地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）的统称,是以处理地球表面信息为主要特征的空间信息技术。因为三者都含有一个英文字母S,故称为3S技术。 地理信息系统（ GIS），指通过现代计算机图

5、形处理和数据建模技术，对各种与地理位置有关的信息进行采集、存储、检索、显示和分析，将地理信息各单元属性数据与空间位置直观地联系起来的地理资料系统。目前，世界上常用的GIS软件多达400多种，包括MAP/INFO、ARC/INGO、MAP/GIS等。每种软件大小不一，功能侧重点也不同，在环境规划中可以根据实际需要进行选择。 遥感（ RS），是当今空间信息获取和更新的一个非常重要的手段和工具。广义上说，是指在不接触的情况下，对目标物进行远距离的探测技术。狭义上说，是指采用卫星、雷达等航天观测技术对地球表面进行连续观测，用传感器收集目标的电磁波信息，并经过一系列物理手段、数学方法以及地学规律来分析处

6、理，从而获得地球表况特征信息的技术。 全球定位系统（ GPS）最初是美国海陆空三军联合研制的空间卫星导航定位系统，主要用于军事用途。它是建立在无线电空间定位系统基础上的空间导航系统，由空间卫星、地面监控站和用户设备组成，利用卫星信号可以对地表空间任一位置准确定位。从而获取目标的准确空间位置和属性信息。目前，GPS已广泛用于汽车导航、水文地质测量、船只调度等民用领域。 二、虚拟现实技术（ VR）简介 虚拟现实 (Virtual Reality)一词最早是20世纪70年代在麻省理工学院(MIT)出现,表示人类存在于计算机空间的概念,它也称为灵境技术,是20世纪末发展起来的一门涉及众多学科的高新技术

7、。它具有三方面的含义：（1）浸没感。VR通过计算机生成一个非常逼真，足以“迷惑”人体感官的虚幻世界。（2）交互性。虚拟现实可以对使用者的输入做出响应。人机间的信息交换有着非常人性化的通道。（3）自主性。虚拟现实场景当中的环境事物虽然是虚拟的，但它也必须尊重客观事实和客观规律。即虚拟的环境不存在，但是从中获得的信息却是有效的。 虚拟现实技术集计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于一体。可以说一个好的虚拟现实环境是由包括计算机图形学、图像处理、模式识别、多传感器、语音处理、网络等技术所构成的大型综合集成环境。虚拟现实技术从本质上说就是一种先进的计算机用户接口技术 ,它通过给用户提供视觉

8、、听觉、触觉、嗅觉、味觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段,最大限度地方便用户的操作,而不再需要进行繁琐的敲打键盘输入,以提高整个系统的工作效率。 三、 3S与VR技术在城市环境规划中的应用 3S与VR技术以其各类信息的数字化、大容量的数据存储设备和高效智能的处理系统，为科学的城市环境规划提供了丰富的信息和技术手段。 13S技术的应用 在城市环境规划中，可以把整个规划区域的可能污染源分别以点、线、面的形式概括出来，使用全球定位系统（ GPS）进行精确定位，通过遥感（RS）收集相关的地理、空间等信息，最后输入地理信息系统（GIS）进行分类整理。通过对遥感影像的分析，可以准确地获得所需的地形、地

9、质、气象、水文信息，建立起地理环境数据库和模型库。通过数据库中的各种定量化的信息，应用系统论、信息论和控制论的观点分析区域地理环境的变化过程，再以模型库中的地理环境数学模型为基础，对海量的地理环境信息数据进行分析处理，给出决策级的辅助信息，可以使决策过程更加直观和高效。处理的过程可以简洁的概括为：点处理、线处理、面处理。 （1）点处理 选取地理环境中的点源信息包括排污点、环境监测、地理特征点等，对不同类型的点源赋予不同的属性特征值。利用 GIS软件可以发挥点源的空间分析功能：选择属性满足条件的点以获得需要空间分析的点源，再指定缓冲区分析的范围，便可得到这类点源的影响区域，并可将点源信息转化为面

10、源信息。我们还可以通过现有点源信息来确定最佳规划位置，以获得最优规划效能。 （2）线处理 城市环境规划中的河流、街道、排污管道等信息都以线的形式表示。这些线条可以表示宽窄、走向、长度等信息，最主要的是可以表示其所处的空间位置。在规划图上叠加这些信息后，可以通过在 GIS系统内设定缓冲区的方法来得到这些线型污染源的分布及面积。 （3）面处理 城市环境规划中大多数信息都是以面的形式表达，例如：环境功能区、土壤类型区、植被类型区等。可以通过计算某地区的生态敏感性、生态适宜性，再由 GIS软件在相应的地图上进行叠加，就可以看出该地区的生态敏感性和生态适宜性分布情况。在这些地理背景支持下，可以方便的、有

11、针对性的进行地理环境规划的综合分析。 2VR技术的应用利用 VR技术可以使决策者犹如乘坐直升机飞跃规划地上空或是走在规划地的大街上一样，产生身临其境的感觉，能最大程度上保证规划的科学性、协调性。可以采用以下两种方法来建构虚拟场景。 （1）基于计算机语言的环境虚拟 常用的语言是 VRML，其基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体,基本特征包括分布式、三维、交互性、多媒体集成、境界逼真性等。 VRML中有三种造型方法可应用于虚拟环境模型的建立:一是运用基本的造型节点(Box, Cylinder, Cone, Sphere)结合Group节点等节点控制进行规则景物的建模(类似于CAD技术中的CSG

12、造型方法)；二是运用点线面造型法对不规则物体进行建模。三是运用特殊节点对动画声音等非实体进行建模。在描述整个城市环境时，需要多种节点综合运用才能建立完整虚拟场景表述。 用户可以从任何视角和路径来观看整个虚拟场景。这种虚拟场景的优点是互动性强，可以自由在场景中行走，产生虚构的场景并提供立体的视觉效果。但是，在计算机上制作这些三维模型难度较大，对计算机设备要求也较高。在制作庞大复杂的场景时，常常会不够逼真。为了增强场景的真实感，可以采用简化实体的方法，这样使数据结构简单，处理方便快捷，视觉效果也会不错。 （2）基于影像的环境虚拟 基于影像的虚拟环境构建是指用照相机、摄像机或者其它视频设备产生的 3

13、600环场影像，经计算机处理后由用户定点观察的场景。城市环境规划过程中，利用影像构建虚拟环境有其特殊性。由于，影像设备只能对具体事物进行展示，所以，我们只能对与目标景物类似的场景进行影像，这样就要避免构建出来的虚拟场景给人以多个景物简单叠加的感觉。同时，影像的过程中要注意许多技术性的细节，在拍摄时，要选取天气晴朗、能见度高且场景地人少的时候进行。选取具有代表性的场景，而且保证相邻的景物具有重叠的部分，以便保证景物的全景效果。同时，为了更好的展示景物的美感，使用影像方法进行虚拟场景时，可以加上图像处理的过程。 四、小结 3S与VR技术在城市环境规划中的应用现在还处在初步阶段，但是，我们可以看到3S与VR两项功能强大技术的联合应用，不但能够收集、整理大量的地理环境信息，而且可以很好的展示出来，这在城市环境规划乃至整个环境科学及工程领域都有着广泛的前景。_收稿日期 ： 2005-05-29 作者简介 ：耿良国（ 1980-），男，辽宁大连人，学士，主要从事机场气象保障及城市环境规划研究。 参考文献： 1曾思育，