革新城市形象设计

摘要：本文探讨了虚拟现实技术应用于城市形象设计这一领域的优势，并分析了传统应用方法的不足，在此基础上提出了建立城市形象立体交互系统的一套具体工作流程，再结合实例展现了虚拟现实技术在城市形象设计中的广阔前景。

关键词：城市形象；城市形象设计；虚拟现实

Abstract: The article explorel the advantage of application of virtual reality in design of city image, and analyzel the disadvantage of traditional application methods. On the foundation of those analysis, advances a set of specific work flow to build a three-dimensional interactive city image system, and illustrates a great future of the application.

Key words: city image; design of city image; virtual reality

1引言

城市形象是公众对一个城市的整体印象、整体感知和综合评价；是城市景观形态客观的、集中的表述。完整意义上的城市形象由城市建设理念、城市规划设计和城市形象设计三部分组成，其中城市形象设计是城市建设理念和城市规划的完善和延续，它可以把城市中可视的物质实体及环境视觉要素规范化、象征化、符号化，并通过整合构建城市具有识别性的形态[1]。

传统的城市形象设计方式一般为：方案工作模型、效果图和三维动画。在传统设计方式中，制作方案工作模型需要将城市模型经过大比例尺缩小，这样只能获得城市的鸟瞰图形象，无法让人们从正常的视角来感受城市的环境空间；效果图只能提供静态的、局部的视觉体验；三维动画虽然有较强的动态三维表现力，但不具备实时的交互性，在方案的修改及其路线的变化方面需要重新计算，这既不方便设计师的动态推敲和方案调整，也不便于客户对方案提出即时的、具有针对性的修改意见。因此，在城市形象设计工作中，我们迫切需要一种具有易修改性和良好交互性的“真实的”表现手法，以满足设计师和用户的需求。为此，笔者从虚拟现实技术的概念和特点入手，探讨在城市形象设计中引入虚拟现实技术的优势和方法，并提出了基于模型的三维体验式城市形象立体交互工作系统。

2 虚拟现实技术的概念和基本特征

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术，也是一种计算机界面技术，它利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等）,通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与环境直接地自然交互。

虚拟现实技术有三个基本特征：沉浸感、交互性和构想。其中沉浸感是指在VR系统中，用户与计算机的交互方式就像现实中人与自然交互一样，用户可以完全沉浸到通过计算机创建的环境中去；交互性是VR系统区别于传统三维动画的特征，用户不再被动地接受计算机所给予的信息，而是能够使用交互设备来操纵虚拟物体，以改变虚拟世界；构想则是指用户可以利用VR系统从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而深化概念、萌发新意[2]。正是对这种身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性的追求，推动了VR技术的发展与应用。目前，VR技术已经在商业、设计、教育、军事、医学和娱乐等领域得到了广泛的应用，并带来了巨大的经济效益。

3将虚拟现实技术引入城市形象设计

3.1 VR技术在城市形象设计中的应用历史

将VR技术引入到城市规划和仿真设计的起源可以追溯到20世纪80年代初期，当时美国Skidmore和Merrill两个城市就在城市建设上应用了3D城市仿真技术，而始于90年代中期的虚拟洛杉矶项目和费城城市模型，则是当今城市仿真模型中最复杂、最成功的系统。目前，欧美等发达国家已经广泛地将VR技术应用到了城市规划和设计领域。

20世纪80年代中期，我国的北京、深圳、海口、广州、济南等城市开始应用“城市规划管理信息系统”。进入90年代，更多城市进一步将计算机技术应用到城市规划管理与设计中，如深圳和上海分别为福田中心区和浦东新区建立了城市模拟系统，“虚拟城市”的研究和设计在我国开始起步[3]。

3.2 VR技术在城市形象设计中的应用优势

较之于传统的城市形象设计方法，基于VR技术的城市形象设计具有以下优势：

（1）基于VR技术的城市形象设计可以以多种运动方式和从特定的角度去感受城市空间。在这种虚拟环境中，人们可以步行、车行甚至飞行等方式在运动中感受城市的形象，也可以从某些特定观察角度体验城市空间，如在城市制高点上俯瞰全城，在城市的入口处、主要景观轴线上、主要城市广场和街道上感受城市的形象。

（2）基于VR技术的城市形象设计可以进行三维空间的综合信息交流。利用这种虚拟环境，可以把人们对环境空间的感受，用不同的压力表示出来，通过头盔和数据手套等VR设备传递给观察者，从而拓展了设计师控制未来城市形象的能力[4]。

（3）基于VR技术的城市形象设计可以进行实时多方案比较。在虚拟的城市三维空间中，可以实时地切换不同的方案，然后在同一个观察点或同一个观察序列中感受不同的城市形象；当然，也可以对某个特定的局部要素，如建筑物的高度或色彩、行道树的种类、雕塑等小品的尺寸、广场铺地图案等做修改，并实时地与修改前的方案进行比较推敲，从而大大提高了方案的设计速度和评估质量。

（4）基于VR技术的城市形象设计，加强了宣传效果，可以辅助政府决策和促进公众参与。VR技术提供的实时互动的真实规划效果，使决策者、城市建设部门、城市管理部门和公众能够更好地掌握城市的现状和未来的发展，理解城市的建设理念和规划意图，从而为政府和公众之间有效的合作提供了理想的平台。

将VR技术应用于城市规划和城市仿真设计,一方面，设计师可以将各种规划和设计方案定位于虚拟环境中,由此去考虑这些方案对现实环境的影响,并对各种方案进行比较、修改；另一方面，用户也可以提前在虚拟环境中真实地感受空间设计的合理性、舒适性和实用性，并对各种方案进行评价、选择。这样，既避免了在实际建造中浪费不必要的时间和资金,又能大大提高城市设计评估质量。

3.3VR技术在城市形象设计中的应用方法

3.3.1VR技术在城市形象设计中的传统应用方法

VR技术在城市形象设计中的应用始于VR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。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，基本上不能及时辅助设计师动态推敲和调整方案。

3.3.2 VR技术在城市形象设计中的应用分类

随着研究的不断深入，VR技术发展迅速，种类非常多。它们在城市形象设计中的应用大致可以分为两类：基于模型的三维体验式技术和基于照片的全景技术。

（1）基于模型的三维体验式技术。这种技术的思路是：首先制作一个矢量化的3D模型，然后开发一个实时渲染引擎，并传输模型文件以及在本地做实时渲染，最终显示具有交互性的3D图形和动画。这种技术立体感、空间感强，给人的真实感也就非常强，是最有发展前景的VR开发方向。

基于这类技术的国外VR软件有： MultiGen系列仿真软件（Creator、Vega等）、虚拟现实建模语言――VRML、新一代的三维图形规范――X3D、Cult3D、Viewpoint、Atmosphere、B3D、Java3D、EON Studio等。另外，CityMaker 和Rocket3D Studio是基于此技术的两款具有代表性的国产VR软件。它们均具有简单易用、渲染效果较好、性价比较高的优点。

（2）基于照片的全景技术。这种技术主要通过图片或者相片的缝合，实现自由的风景环视和对物体的三维拖动显示。此技术具有一定的交互性，但由于它是图片模拟的，所以空间感不是很强，也正因为这个原因，它比之一般的三维体验式现实速度快，在计算机计算速度还不是很快的现状下这将是一种很好的虚拟现实解决方法。

实现全景虚拟现实的解决方案非常简单，只要是能编写程序或缝合照片的软件，基本都可以用在全景制作的过程里面，例如：Java、Flash、QuikTime 等现在很流行的软件经常用于全景虚拟现实的制作，其中以QuikTime居多。目前国内外多数的全景软件只能完成柱形全景的制作，并且大多数都是基于Java技术而延伸开发的，如Ulead Cool360、MGI Photo Vista、VR Toolbox、PixMaker等[5]。

3.3.3 基于VR技术的城市形象立体交互工作系统

在对真实感、交互性要求较高的城市形象设计工作中，基于模型的三维体验式技术是我们的首选。本文将该技术与城市形象设计结合，首先把收集到的相关信息和数据（包括城市内外调查分析和城市定位的信息资料、城市建设相关工程数据、设计规划等）进行整理和提炼，然后在3D建模软件或者建模语言中建立实物模型场景，再导入虚拟现实软件中给对象相应事件和行为来触发对象做出响应，得到可交互的虚拟现实场景，最后将此场景在互联网上或者在多媒体上进行演示。实现此城市形象立体交互的工作系统可以用图1来表示。

4 虚拟现实技术在城市形象设计中的应用示例

在一项九寨沟县城市形象咨询工作中，笔者应用虚拟现实技术对咨询方案进行了展示。

位于阿坝州境内北部之川、甘两省交界处的九寨沟县拥有非常丰富的自然资源和人文资源，该县中南部即坐落着驰名中外的九寨沟景区，因此将其城市形象设计的理念定位于“生态旅游城市”和“民族风情地区”。为了更形象地说明此咨询方案，便于客户的理解和开展下一步的工作，我们运用了VR技术。

在此项方案的展示工作中，考虑到3DS Max具有快速、参数化的多边形建模和方便的材质调整等优点，并且与很多主流软件都有良好的接口，我们选择它作为场景建模的主要软件；在实现场景漫游驱动的软件选择上，我们选用了Cult3D，主要利用它能在低宽带网速上高质量地渲染3D对象、允许用户在线配置设计方案以及可以作为元素插入到Word和Acrobat等文档中使用等优点，以满足城市形象设计中多方案的实时比较和在各种多媒体上的展示需求；另外，在使用Cult3D的过程中还运用了Java Action Script(Java动作脚本,简称为JAS)进行程序开发，增强了Cult3D的交互性和扩展性，使其可以更好地满足具体工作中某些特定需求。图2所示为本展示方案的软件系统工作流程。

我们截取了展示方案中某道路局部场景的几幅图片：图3为九寨沟县某道路原始景观；图4和图5为应用VR技术后该道路景观的两个设计方案。在此道路的虚拟现实场景中，用户可以随意漫游，从任意角度观看城市风貌，体验自然、古朴、富有民族特色的环境氛围，从而更好地理解“生态旅游城市”和“民族风情地区”的设计理念。两个方案之间的切换，或者某局部要素的单独修改(建筑物高度、路灯样式、行道树种类、公路护壁花纹、铺地图案等)仅需通过点击鼠标或键盘按键，非常便捷。

4 结束语

本文介绍了虚拟现实技术应用于城市形象设计中的优势和具体方法，并通过一个城市形象设计的实例，体现了虚拟现实技术在城市形象设计中的广阔前景。

随着VR技术的进一步发展，虚拟现实技术将进一步和RS（遥感）技术、GIS（地理信息系统）技术和Web技术相结合，实现多用户环境的虚拟城市；在输入工具和演示设备方面，会更加广泛地运用到3D位置跟踪器、传感手套、触觉和力反馈的装置、立体显示器以及3D声音生成器等交互设备，真正实现自然交互。21世纪将是虚拟现实的时代，在城市科学的领域中它将向人们展现一种新的生存方式。

参考文献：

[1] 吕文强. 城市形象设计[M]. 南京：东南大学出版社，2002.

[2] 陈定方，罗亚波等. 虚拟设计[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

[3] 刘晓艳，林珲，张宏. 虚拟城市建设原理与方法[M]. 北京：科学出版社，2003.

[4] 迟伟. 虚拟现实技术在城市设计中的实践[J]. 世界建筑，2000，（10）:56-60.

[5] 刘祥. 虚拟现实技术辅助建筑设计[M]. 北京：机械工业出版社，2004.