浅析三维仿真在城市规划中的应用

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摘要：三维仿真作为重要的计算机技术以其高效的设计功能和优质的可视化展示也逐步在城市规划领域中广泛运用。本文主要阐述了三维仿真技术的概述，分析了三维仿真在城市规划中应用的意义，对仿真技术在重庆市规划管理中的应用做出了详细的说明。

关键词：三维仿真 城市规划 城市仿真技术

中图分类号：TU98 文献标识码： A

前言

随着三维建模与可视化技术的不断发展，尤其是随着虚拟现实(Virtual Reality—VR)技术研究的不断深入开展，当前技术水平已能通过计算机整合图像、声音、动画等将三维现实环境、物体等模拟成二维形式表现的虚拟现实，再由数字传媒通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生犹如身临其境的交互式视景仿真，并可选择任何一个角度，观看任何一个范围内的虚拟现实场景。正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性追求，以及个人能够沉浸其中，超越其上进出自如交互作用的多维信息系统的出现，进一步推动了虚拟现实技术在城市规划中的应用与发展。

三维仿真技术的概述

三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真环境中，获得一种身临其境的感受。例如《重庆市三维数字规划管理系统》，利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术，以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础，在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。

二、基本概念和意义

城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：

2.1 实现城市规划精细化管理

实现从总规-控规-修规以及从项目的初步方案-正式方案-工程许可的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的规划电子政务管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，运用可视化的图、表、文一体化界面配置工具，实现多个展示组件的互动包含：统计图、表格、文书、GIS、三维仿真等内容的综合展示模型，使图表展示工具、规划业务文书展示工具、GIS展示工具、三维仿真展示工具之间通过配置实现动态调用和信息传递，完成从文到图、从图到表、从表到文的图、表、文关联互动，使各种统计分析结果融为一体，使城市规划管理进入精细化管理阶段。

2.2 提高规划编制的科学水平

利用三维数字模型、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提供高效，直观，便捷的新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。

2.3 展示现状及规划情况

通过利用计算机仿真和虚拟现实技术形成的三维数字规划管理系统，将现状与规划成果带入城市景观的电脑虚拟环境中，提供一个逼真的模拟环境，从而很好地向规划管理者和市民展示该地区的现状及规划建设情况。此外，利用空间信息可视化技术可以实现分析、查询大量数据信息并以直观的方式显示结果，将传统的数据库带入到可视化空间中，以对各个方面的情况有一个全面的了解。

2.4 提高规划项目的管理效率

通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程，这具有很大的局限性，无法完成规划对象的修改和管理。城市三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统，为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中，可以直接导入或更新相关的数据信息，可以及时做出方案调整和实施，提高规划项目的整体管理质量和效率。

2.5 多样化的数据服务

利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计，可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料，为规划管理者提供城市单位或部门的信息资料。在重庆市三维数字规划管理系统中，运用城市三维仿真、地理信息系统、空间数据库、关系数据库、工作流、系统集成、网络、多媒体等技术，以现有的规划电子政务平台为框架，以分布式数据库应用为基础，实现了网络环境下多数据源海量精细化城市三维仿真数据的高效管理和服务，通过强大的三维仿真，GIS分析和辅助审批功能，为现状调查、规划编制、项目方案审批、行政决策提供了直观、高效和科学的技术手段，实现了精细化建筑管理，提升了重庆市规划局规划管理技术水平。

三、仿真技术在重庆市规划管理的应用

3.1通过建立建筑物及周边环境的三维仿真模型，规划管理人员可以在三维可视化环境下观察和研究建筑物与周边环境的协调状况，还可以通过模拟建筑物的日照阴影走向和计算阴影面积来研究建筑物的高度对周边建筑物的日照的影响等（图1）。对于规划新区的建筑设计方案，由于没有实际的周边环境，可以用规划的周边环境来进行仿真模拟，还可以通过三维空间环境下的实时建筑物模型置换、建筑物纹理置换、建筑物高度调整等功能，来进行多方案的比较(图2)。此外，还可以进行特定视点的景观图生成、空间坐标查询、距离量算、属性数据管理、实时的规划指标统计等，实现对建筑方案的全面的审查（图3）。

（图1）

（图2）

（图3）

3.2 城市景观设计的应用。城市景观设计反映城市的整体风貌，城市的整体风貌依靠科学的环境资源布局来实现。利用仿真技术对城市景观进行设计和环境模拟，可以对城市建筑的空间形态、建筑形式、城市天际线、城市景观、城市色彩等多方面进行综合考虑，做出更为准确的、直观的设计方案。仿真技术的应用有助于城市规划管理人员进行多功能技能操作，从整体上把握城市空间形态的展示要点和亮点的设计，体现出城市的整体风貌和城市特色之处。同时，仿真技术利用计算机软件进行实际景观设计的环境模拟，创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，将设计的内容和效果展示在大众面前，实现人机交互，让大众和客户有一种身临其境的感受。对于城市规划评审、公示、展览、规划项目的宣传及招商引资等各方面都有着重要的指导意义和经济效益。（图4）

（图4）

3.3城市规划需要把握整个城市土地利用的决策动向，就需要对城市土地利用现状信息资料进行完整的把握，所以城市土地利用现状信息资料尤为重要。规划管理人员可以依靠当地的航空卫星影像、DEM 高程数据等基础地理数据，构建仿真三维模型，通过三维模型，可以更广泛的了解和把握整个城市的土地利用范围、现状以及城市周边的概况，对城市的整体信息资料的掌握和城市规划设计方案的确定有着重要意义。仿真技术还可以通过模拟建筑物的日照阴影走向和计算阴影面积来研究建筑物的高度对周边建筑物的日照的影响等，通过三维空间环境下的实时建筑物模型置换、建筑物纹理置换、建筑物高度调整等功能，来进行城市土地利用现状和规划设计方案的筛选。

四、小结

总而言之，三维仿真在城市规划中的应用前景是广阔的。我们有理由相信，三维仿真技术会使城市规划的产生一次技术革新，会极大地拓展和丰富城市规划的工作思路。三维仿真技术的应用，明显的提高规划审批的效率和方案设计的科学科学性，避免了传统规划评审采用大量设计文稿的方式，极大提高了设计单位、业主单位和管理单位的沟通效率，协调了与周围建筑群的空间、色彩、材料，有利于体现城市的特点，促进城市的可持续发展。

参考文献：

[1] 杨建国，黄玲，高剑锋.三维仿真技术在城市规划中的应用[J]规划信息化，2007

[2] 满懿著，三维空间构成，北京；人民美术出版社，2008

[3] 彭一刚著，建筑空间组合论，北京；建筑工业出版社，2008