摘要：長沙市勞動路和牌樓路之間的大橋就可采用虛擬現實技術，從景觀、交通、經濟、航運來分析其可行性。把當地的地形、景觀和交通條件和橋梁方案輸入建筑物漫游的虛擬現實系統中，人可以漫步橋上，也可以從任意視點、任意角度來觀察橋的形象，甚至可以驅車通過該橋，得到類似橋建成后的感受。
關鍵詞：虛擬現實,范圍,迫切性,意義
虛擬現實(virtual reality，簡稱vr)，是一種基于可計算信息的沉浸式交互環境，具體地說，就是采用以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨等同真實環境的感受和體驗。虛擬現實技術的核心是模擬和仿真。
1、虛擬現實在規劃領域的應用范圍
虛擬現實在規劃信息存儲和查詢系統中的應用 例如土質數據庫系統，地域信息系統，地理信息系統，城市政策信息系統等。這一類系統多采用數據庫系統的形式。現行數據庫的一個缺陷在于數字化程度高，可視化程度低，這種數據表現出來是抽象的，可接受性差，例如，地理信息系統對地形地貌的表現，如果只是由數字來表現，則可讀性很差，如果表現為地形圖的形式，則相對容易接受。而采用虛擬現實技術，在系統中輸入地形、地貌的數據，則可以從不同的角度去觀察，不但可以取得必要的數據，而且能夠有直觀的感受，不用再勞神費力地想象地形圖所表現的實際地形情況。
虛擬現實在規劃的輔助表現集成系統中的應用 例如景觀表現系統，交通規劃系統等。目前，景觀表現系統其表現物段主要是二維的圖片，如果能夠讓用戶產生一種身臨其境-“人在畫中游”的感覺，則景觀的規劃將更加科學合理、全面，而這種身臨其境的感覺，正是虛擬現實技術要解決的問題。
實際上應用于景觀表現的虛擬現實系統已經開始試用，德國的frankfort的中心城市，最近將城市模型輸入虛擬環境，用以規劃一座銀行，其實現并不是很復雜：首先把各個建筑物的平面圖(輪廓)輸入到記錄地區的數據庫中，將各建筑物的高度賦于適當的值的自動生成三維城市模型;再對重要建筑物利用cad系統以不同精度進行修改，把建筑物正面的照片掃描進去經過修改加工輸入cad數據庫;最后在vr系統及數據模型中加上動態措施及環境因素。目前，這一系統可以讓人得到在其中漫游的感覺，以后還可望在此基礎繼續修正。
虛擬現實規劃和建筑設計可行性論證系統中的應用 目前，規劃和建筑方案的設計還處在一個憑主觀想象和經驗基礎上及抽象數據模型基礎上的，而且對規劃和建筑設計方案的可行性沒有一個系統的評價論證，因此，在城市建設過程中，很容易出現實際情況跟預期效果偏差很大的情況，并且，這樣造成的損失是無法挽回的。如果，利用虛擬技術對須控制的要素(周圍環境、建筑高度、建筑體量、建筑色調等)對項目建成前后進行描繪，從而發現設計中的不完善的部分，反復修改，再根據修改后的參數虛擬現實，直到在虛擬現實中達到預期效果，這樣就可減少甚至杜絕實際建成效果與設計意圖偏差很大的情況。
虛擬現實在規劃管理輔助決策系統中的應用 目前，國內規劃和建筑項目的審批輔助決策大多是兩條途徑：1、對于一般項目規劃管理者參考國家或地方性技術規定來決定項目的可行性 2、規劃管理對于重大項目的審批通過設計單位撰寫項目可行性研究報告書和組織專家評審等辦法來決定項目的可行性。上述規劃輔助決策的兩條途徑都有它的局限性。完全根據國家或地方性技術規定來決定項目的可行性顯得太僵化，它不一定適應于城市的每一地塊和每一個項目。對于重大項目的審批，專家的意見也是根據自己的經驗和個人的愛好，也沒有一個科學的根據。因此，規劃管理、決策者需要一個決策的可靠依據。而虛擬現實技術則可通過模擬仿真為規劃管理者決策提供有力、可靠依據。
2、虛擬現實技術在規劃領域中應用的迫切性
由于城市規劃的延續性和超前性要求較高，城市規劃一直是對全新的仿真技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到修建性詳細規劃乃至建筑單體設計，在各個階段，通過對現狀和未來的描繪(身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等)，來改善人居生活環境，使城市布局更加合理，城市更加美觀。規劃決策者、規劃設計者、以及公眾，在城市規劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規劃最終成功的前提。虛擬技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用虛擬技術能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現。這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的。
一個大型的公共建筑工程項目或比較重要的建筑，如車站、機場、電視塔、橋梁、港口、大壩、核電站等，建成后往往會對某一地區的景觀、環境等有較大的影響。它們建設成本高，社會影響大，其安全性、經濟性以及功能合理性的意義更加重大。目前，這種重大項目的建設過程的初期可行性評價是建立在高度抽象的模型基礎上，其結果經常出現很大偏差。項目上馬前的功能評價也只是建立在想象和經驗的基礎上，經常出現偏差。而這種偏差造成的功能上的缺陷幾乎是無法彌補的。當然，目前也有一些功能評價建立在物理模型和計算機仿真模型分析的基礎上。但物理模型是縮小比例的模型，試驗和評價難免出現誤差，而且試驗周期長，費用較高。目前，計算機仿真模型由于存在和圖形結合差、可視化不強的缺點，許多功能上的評價，特別是建筑的使用功能的評價，很難達到滿意的效果。如何在規劃和建筑的設計階段就對方案進行全面、客觀的評價，是人們所關心的問題。
許多研究未來城市的資料表明：隨著城市人口的空前增長，市民文化素質的提高、土地需求的白熱化狀態、以及城市機能的高度集約化和信息化，工業時代城市的穩定社會結構和傳統職能均被打破，許多新的課題將應運而生。城市人口的高速增長帶來的一系列社會問題，城市組團密集導致的城市結構系統擴張，城市為向三度空間的發展所期待的新環境研究，城市建筑(特別是住宅)的高密度和多樣化需求提出的新內容、新形式課題，高速運載系統對環境的沖擊，大量人口需求戶外娛樂對社會和生態的影響，以及人們對環境質量的新要求，能源匱乏和生態環境面臨的危機等，所有這些都與城市實質環境有關。因此，在環境保護意識日益受到重視的今天，我們不能不考慮到一個建筑對周圍環境所產生的影響，毫無疑問，在工程竣工以前，我們不可能以一個與實際建成后的建筑同等比例的模型置于實際的環境中，用以考察該建筑物對于周邊環境的影響。以三峽工程為例，對于本世紀最大的水利工程，其影響是深遠的，一旦其建成以后無論是對生態環境，還是社會環境都有相當大的影響。就在截流前幾天，一批科學家對三峽上下游進行全面考察，其目的不言而喻自然是為了得到各方面的相關數據，從而保護上下游的自然環境。然而，以傳統的在一堆抽象的數字上加以想象力的發揮，其結果的可信度無疑并不十分理想。要使結果達到預期的效果，首先必須經過一套完善嚴密的技術對預期效果來論證和檢驗。顯然，先期技術成果的演示和論證技術是檢驗這種效果的有效手段。基于這種情況，世界各國的研究機構都在作不懈的努力，以找出一種有效的評價規劃設計效果及建筑質量的有效辦法。虛擬現實技術正是解決這一問題的方法之一。
3、虛擬現實技術在規劃領域中應用的意義
3.1 改善設計
在虛擬現實系統中，可以全方位,多種樣式(步行、驅車、飛行、ufo等),完全由用戶自由控制在場景中漫游。虛擬現實技術與傳統的三維動畫最根本的區別就是：傳統動畫的觀察路徑都是預先設定好的，用戶只能按照事先設定的路徑瀏覽場景;而虛擬現實技術可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產生一種身臨其境的感覺。這樣一來，很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，減少由于事先規劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質量。采用虛擬現實技術的虛擬環境系統，可以向設計單位提供一套進行規劃、建筑性能評價的有效工具，以利于更好地認識設計參數與設計結果之間的關系，發現設計中潛在的缺陷和問題，試探解決問題的不同方法，從而使整個設計更加完善。
如：長沙市院士專家村的設計和審批過程中就充分利用了虛擬現實這一技術,使設計更加完善，規劃審批效率更高。為規劃決策者決策提供了依據，同時為建設單位贏得了寶貴的時間。由于長沙市院士專家村位于國家級名勝風景保護區(岳麓山)的邊緣地帶，規劃方案的好壞和建成后對周圍環境所產生的影響直接影響到規劃決策者的決策。但是，傳統的技術難以對項目建成后周圍環境所產生的影響進行模擬和仿真，雖然一些專家對此項目作過一些可行性研究，規委會也多次組織專家對此項目進行評審，但是，可行性研究結果和專家意見都是建立在經驗基礎之上的，同時專家內部意見的不一致使規劃決策者缺乏可靠的科學的審批依據，致使項目進度進展緩慢。在這種情況下，長沙市規劃信息服務中心利用虛擬現實，對項目建成前后進行周圍環境、風景質量、山體水質、植被覆蓋、進行了模擬和仿真，在虛擬現實制作期間，多次聘請權威專家到現場指點和評價，通過對設計方案虛擬現實，專家和規劃決策者們有了更多的科學決策的依據，同時對方案提出了更多的、合理的修改意見，然后，設計單位再按照專家和規劃管理者的意見進行修改，然后再虛擬現實。這樣最終使長沙市院士專家村的設計取得了巨大的成功。
3.2展示設計成果
現在流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，對規劃項目進行真實的“再現”。但是虛擬現實技術建立的虛擬環境是由基于真實數據建立的數字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求，屬于科學仿真系統;而傳統動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據資料或想象繪制而成，與真實的環境和數據有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。
傳統的設計成果的展示，都是通過平面圖、分析圖、以及鳥瞰圖等來表現設計者的設計思想。這樣表現有它的局限性，它的表現僅是在平面的、靜態的，而虛擬現實則不一樣，它是三維的、動態的、仿真的。用虛擬現實技術展示設計成果是一種理想的方法。這種設計成果的展示，既可以面向大眾，作為宣傳的需要，又可以將方案展示給業主，供其提出修改意見，及時修改，以增加方案的競爭能力。在設計階段，利用各種建模工具，數字化該擬建建筑物以及周圍環境，對其進行仿真建模(此時的模型比例為1：1)，得到虛擬世界中該擬建建筑物的實體模型;而后按真實三維位置放置建筑物，同時考慮周圍地形的輪廓;再次加上建筑細節，如門和窗設計，以便準確地表現該環境的美學特征。綜合編輯各種對象(文字、表格、圖形、虛擬世界中用多維信息所描述的對象以及真實世界在虛擬空間中的映射)，在其中增加動畫和對象的動態行為。同時利用虛擬藝術制作工具和虛擬世界編輯器，形成一個存在于虛擬世界中擬建建筑物的“客觀實體”。最后在各種輸入、輸出軟件和設備的支持下就可以實現對該建筑物設計成果的預先展示，據此對擬建建筑物結構進行創建、修改和可視化。其設計開發系統框圖如圖一。
例如，橋梁的設計方案是方案能否為人們所接受，方案是否具有競爭力的關鍵。一般地，橋梁方案主要由以下幾個方面組成：橋梁工程地點的路線、水文、地質、氣象、地形等交通資料信息的處理;全橋平面圖、立面圖、結構設計圖、鋼筋布置圖、曲線布置及墩部分詳圖;墩、臺、基礎設計資料;全橋工程概預算等。
結構設計方案也可以采用三維建模的方法直觀、形象地展示出來。而工程概預算等其它信息則可以用聲音等多媒體的方式表現出來。這種虛擬現實系統可以設計成交互性很好的系統，用戶可以很方便地選取任何細部去看，給人留下深刻的印象。例如，英國的skye島大橋的規劃設計，在環境保護問題上有爭議，受到公眾關注。后來應用虛擬現實技術，逼真地向公眾展示了設計建成后的大橋及周圍環境的形貌，以及作環島飛行和駕車通過大橋的動態視覺感，受到公眾的歡迎，大橋的設計方案也得到了肯定。
3.3 節省投資和運行費用
運用虛擬現實系統，我們可以很輕松隨意地進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統中的參數即可，而不需要象傳統三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規劃設計意圖通過vr技術實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且虛擬現實系統可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調整，輔助用戶作出決定。從而大大加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，也節省了大量的資金。
采用虛擬現實技術進行先期技術成果的演示和論證有助于發現設計中多余的措施和方案中各工種不協調的部分，及時修正從而節省投資和運行費用。同時，演示論證也可發現設計中可能導致無法滿足要求的設計不當之出，從而避免了建筑物建造完成后的返工。
再如，南方某省會城市的外環線。按照總體規劃該市有三道環線，內環已建成，二環和三環正在籌建之中，當時在先建二環線還是先建三環線上頗有爭議。最后，在一些“專家”通過可行性論證之后，決定先建三環，當時，該市在當時財政非常緊張的情況下，耗資幾十個億，修建了三環線(二環線至今為止現在還沒修好)。可是，事實卻與研究結果大相徑庭，到目前為止，耗資幾十個億的三環線幾乎看不到車影(過境交通因為收費太高，繞道太遠而不愿走三環線)，而市區二環以內因為缺少快速交通而擁擠不堪。如果當時我們能夠對利用虛擬現實對交通流量、經濟等各方面進行科學的可行性論證，或許我們也不會出現今天這種局面。
