一、虚拟现实概述
    虚拟现实技术是利用计算机技术建立一种逼真的虚拟环境，集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、传感器、网络、并行处理等技术的最新发展成果，浏览者通过数字手套、立体头盔、立体眼镜和三维鼠标等传感器与计算机发生联系，从而减小人机差距，最终产生一个拟人化的三维信息环境，在这个环境中，人们的视觉、听觉和触觉等的感受象是在真实的环境中一样，即有“身临其境”的感觉，人们可以沉浸在这个环境中与环境进行实时交互。
    虚拟现实技术的主要特点就是：“沉浸性”、“实时性”和“交互性”。虚拟现实技术是一项极具发展前途和实际应用前景的技术，已经运用到了很多领域，如生产监控、教育训练、教学导览、设计与规划等。

二、虚拟现实技术在城市规划中的应用
    虚拟现实技术可以广泛应用于城市规划中。虚拟现实技术为实践各种可行方案创造了条件，能将各个规划设计的方案定位于现实环境中，考察加入规划方案后对现实环境的影响，评价方案的合理性。虚拟现实技术不会像建造实际建筑物那样耗资巨大又费时费工，使得虚拟现实技术不仅可以提高城市规划或者城市生态建设的科学性，降低城市开发的成本，同时还能缩短规划、设计的时间。

·虚拟城市规划
    可以采用虚拟现实技术，评价城市设计和规划的方案。可以根据城市的功能和城市美学的原则，将城市的街道及其建筑物进行多方案的对比分析，得到最优方案。图1给出的是虚拟的洛杉矶和深圳中心区
     美国UCLA城市仿真小组-虚拟洛杉矶                  深圳规划国土局-深圳中心区
                                    图1虚拟城市规划

·虚拟建筑设计
    利用虚拟现实的照片建模技术，能建立起一个现实城市的背景环境，还可以加入诸如工厂、街道路标和雕塑之类的细节，以取得更加逼真的效果，用户可以在实时3D的虚拟环境中快速浏览和详细演示。还可以评价设计方案的可行性，仿真新建筑建成后的环境变化等等。

·破坏地区的重建
    在被破坏地区的重建工作中，利用虚拟现实技术可以建立一个虚拟的社区，使得规划人员能够利用用户界面交互执行一系列任务：现有建筑的拆除、街区改造，环境绿化。通过与GIS数据库的连接，能够显示有关区域内的信息。GIS的属性数据作为整个系统的一部分，能够实时地访问这些数据意味着能够及时地将那些适合改造的区域定下来，有利于重建工作。

·小区规划
    VR系统应用到小区规划和设计时，其初始模型包括拟建小区的周围环境和现有建筑，还包括相关的街道系统、多条界线和空阔地带等，避免传统小区规划时忽视与周围环境的协调。在虚拟规划小区中，可以步行到任何地方，研究公共设施的合理配置，绿化系统的组织，考察规划的合理性。

三、 虚拟现实技术能够应用于城市规划的优点

    虚拟现实技术能为创建和体验城市三维空间提供强有力的支持：

·运动中感受城市空间
    城市设计具有运动性，人在城市当中是不断运动，不断改变视角，形成了同一个空间中的观察序列。不同的序列下，人会有不同的感受，这正是城市设计要研究的，虚拟现实技术使得这种研究成为可能。

·多种运动方式模拟
    人对城市空间的感受时多样的，可以步行，车行，飞行等。利用虚拟现实技术可以设定相应的观察高度，运动速度和运动路径，方便设计人员感受整个城市。

·特定角度城市观察
    在城市中，某些特定观察角度的景观是城市设计中的研究重点。利用虚拟现实技术，可以在未来城市中预定好多种观察角度供研究时直接转换，也可以实时通过鼠标等在场景中直接定位，这种能力极大地解脱的辅助工具对设计师的束缚。

                           图2 不同角度对同一建筑的观察

·实时多方案比较
    在虚拟的城市三维空间中，可以实时地切换不同的方案，在同一观察点或同一观察序列中感受不同的城市形象，这有助于比较不同的城市发展方案的特点和优劣，并进一步进行决策。实际上，利用虚拟现实技术不仅能够对不同的方案进行比较，而且可以对某个特定的局部要素作修改，并实时地与修改前的方案进行比较推敲。

                              图3 方案比较

·实时建筑高度控制
    建筑高度控制是城市设计的一个重要内容，既要考虑城市中不同地区的控制高度，还要考虑文物古迹和风景名胜的景观保护、视线走廊以及街道景观对建筑高度的要求。利用虚拟现实技术可以对个别建筑和整街区建筑进行实时高度变化，从不同角度观察变化后的效果，从而动态地形成对城市空间体系和轮廓线与制高点的设计，而且这些高度变化还可以和建筑容积率等指标建立动态联接，从而实现城市设计数据和三维空间形象的一致性。
         
                        图4 建筑高度控制与修改

·实时城市设计元素编辑
    与传统手段不同，虚拟现实技术支持对城市设计元素的实时编辑，除了高度控制外，还可以实时替换建筑物的色彩、材质，实时布置街道环境和建筑小品，模拟时间推移后绿化的变化等等。实际上，虚拟现实技术能够支持对未来城市中任意元素进行编辑以适应城市设计的需要。

·三维空间综合信息交流
    在城市设计过程中，我们要处理的不仅仅是视觉信息，还有很多与其相关的信息例如城市基础数据。而虚拟现实产生的目的之一就是建立一个交互环境，为人创造一个多维的信息交流空间，可以给人各种不同的感觉，拓展了设计师的感受和控制未来城市形象的能力。

·辅助决策和公共参与
    城市设计不仅仅是设计单位的事情，决策者、相关部门以及公众都在城市设计和实际建设中扮演不同角色。有效的合作是保证城市设计最终成功的前提，而虚拟现实技术为这种合作提供了一个理想的平台。

四、虚拟城市的建设

    虚拟现实技术在城市规划中的应用始于虚拟现实技术在建筑和工程领域中的应用。建筑设计者用CAD 或3DMAX工具对建筑物进行设计和建模，然后通过3DMAX制成动画，客户在设计者的引导下，在虚拟漫游的过程中针对不足之处提出修改意见。但是，这样的虚拟现实技术虽然具有较强的动态三维表现力，却不具备实时的交互性。人是被动的，而且对方案的修改以及观察路线的变化需要重新计算，要几天才能看到结果，基本上不能及时辅助规划师动态推敲和调整方案。所以这样的技术在城市规划中的应用目前仅局限于一种微观层面上的景观设计，而整个城市规划则包括在宏观条件下城市发展的用地和总体布局，如城市工业用地规划，城市道路交通规划和城市居住用地的规划等，在宏观范围基础之上再涉及到微观范围之内，包括建筑物的单体结构设计等，它是一种庞大而复杂的体系，仅仅通过上面所提及的建模方法来实现，显然是不可能的。真正意义上的城市规划中的虚拟现实技术包括的关键技术：

·数据获取技术
    指利用研究区域的基础资料, 采用野外测量、地形图数字化、全数字摄影测量等方法, 获取研究区域的地理数据, 包括数字高程模型、建筑外表结构与纹理数据等。三维源数据的数据模型及数据存储格式与获取方法和应用软件系统有关。

·三维实体快速建模技术
    根据采集到的数据, 利用建模软件建立各种地理实体, 如地形、建筑物、道路、水面、树木、草地等在虚拟现实系统中的模型。

·仿真技术
    建立虚拟仿真环境, 实现研究区域的真实环境再现以及规划环境的预见。

·接口技术
    包括DEM 数据、矢量数据的转换，虚拟现实系统的数据格式转出为国家空间数据标准格式以及国家空间数据标准格式转入为虚拟现实系统的格式。

·集成技术
     如何将遥感、GIS、科学计算可视化系统、VR 系统进行集成。

五、总结

    虚拟现实技术的运用，可以使城市规划中原有的一些可以意会而不可言传的东西，以一种直观的面貌展现出来，这无疑对于城市规划设计水平的提高、历史上的城市景观恢复和研究等，都有着非常重要的意义和应用价值。但是虚拟现实技术作为一种全新的技术，在城市科学范围内的运用才刚刚起步，在技术和方法上还存在许多问题有待进一步解决和完善。当然我们相信在不久的将来，作为城市规划设计中崭新而便捷的技术手段,虚拟现实技术必将为城市规划建设画上精彩的一笔。

参考文献：

[1]虚拟现实技术在城市规划与设计领域的实践

[2] 虚拟现实技术在城市设计中的实践

[3] 浅析虚拟现实技术及其在城市规划中的应用

[4] 虚拟现实技术及其在城市规划中的应用

[5] 虚拟现实技术在城市规划中的运用探讨