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1、蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁
2、蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节
3、蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀
4、薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀袆羆膆莂虿袂膅蒄袅螈膅薇蚈肆膄芆蒀羂芃荿蚆袈节蒁葿螄芁膁蚄螀芀莃蒇聿艿蒅螂羅艿薈薅袁芈芇螁螇芇莀薄肅莆蒂蝿羁莅薄薂袇莄芄螇袃羁蒆蚀蝿羀薈袆肈罿芈蚈羄羈莀袄袀羇蒃蚇螆肇薅蒀肅肆芅蚅羁肅莇蒈羇肄蕿螃袃肃艿薆螈肂莁螂肇肁蒄薄羃肁
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6、，通过创建和体现虚拟物体与虚拟场景，使信息的展示方式产生了新的途径和形式，使信息能够更加直观、高效的传递。将虚拟现实的制作设计方法应用于城市建设规划设计以及对古建筑的复原设计中，能够快速高效地制作出虚拟场景及展示效果。虚拟城市景观设计最有代表性的意义在于城市文明的永久保存和虚拟再现。本文重点论述了虚拟城市景观设计的几个方面：虚拟城市景观的分类、研究意义、设计特点、设计原则、制作技术及途径、未来展望等。通过对城市景观现有虚拟现实展示设计成果调研分析，本文将针对在城市景观设计领域虚拟展示研究的意义及设计特点进行分析，探讨了虚拟现实展示设计应该遵循的设计原则和对虚拟城市景观设计信息传播的用户需求，明
7、确虚拟现实展示方式对推进城市景观设计在展示理念等方面的发展中所发挥的重要作用，设计制作了烟袋斜街虚拟复原展示系统案例，强调虚拟展示过程中对虚拟信息的实时交互，以满足使用者通过本系统，能够充分了解烟袋斜街相关信息的需求，方便用户通过网络对虚拟城市景观设计的网页进行访问，实现了虚拟城市景观设计在网络环境中的开放性、宣传性、教育性和公众参与性的功能。文章最后就虚拟现实展示设计面临的问题和发展方向进行了探讨和展望。关键词 城市景观；古建复原；虚拟现实；交互性AbstractIn recent years, along with the development of Internet and multi
8、media technology, virtual reality technologies become more mature and Popularity. Virtual reality technology not only gradually applied in multimedia information, but also in the urban landscape planning and architectural design of buildings and landscape design also began to recover gradually. Virt
9、ual reality design with virtual reality technology and related technical popularization of computer application and design of a new topic, seeing it based on virtual reality technology, computer in effectively integrate images, sounds, animation, video and other multimedia display method at the same
10、 time, create and reflect the virtual objects through with virtual scene, make information display mode to create new ways and form so that information can be more direct and efficient transfer. Will the virtual reality design method was applied to design of urban planning and architectural design o
11、f the recovery, can quickly and efficiently produce virtual scene and display effect. A virtual city landscape design is the most typical significance lies in the permanent preservation of urban civilization and the virtual reappear.This paper discussed the urban landscape design aspects: virtual ci
12、ty landscape of classification, the research significance, design features and design principles, techniques and approaches, and future prospects, etc. Through to the urban landscape design of virtual reality existing research results, this paper analyses on the urban landscape design of virtual dis
13、play the significance of research field and design characteristics are analyzed, and probes into the virtual reality design should follow the principle of design of virtual urban landscape design and the spread of information users demand, virtual reality shows way to promote the urban landscape des
14、ign concept in the development of aspects show the important role of the YanDai, design and manufacture XieJie virtual recovery system, emphasize the virtual display cases in the process of the real-time interactive virtual information, in order to satisfy the users through this system, we can fully
15、 understand YanDai XieJie related information needs, convenient user through a network of urban landscape design of virtual web access, realize the virtual city landscape design in the network environment, and educational and public participation propaganda. Finally, the virtual reality design probl
16、ems faced and development trend are discussed and the prospects.Key Words: The urban landscape, Hexiang recovery, Virtual reality，Interaction,III目 录目 录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 虚拟城市景观设计的研究意义11.1.1虚拟城市景观设计的分类21.1.2 虚拟城市景观设计的研究意义61.2 虚拟城市景观设计研究的现状91.2.1 国外的研究与现状91.2.2 国内的研究与现状111.2.3 现阶段存在的不足191.3 本文的研究重
17、点201.4 本文的研究方法21第2章虚拟城市景观设计的特点222.1 虚拟城市景观设计的概念222.2 虚拟城市景观设计的特点232.2.1 虚拟真实性242.2.2 经济性272.2.3 时空延展性282.2.4 可复制性292.2.5 存储便捷性292.3 本章小结29第3章虚拟城市景观的设计原则303.1 需求分析303.1.1 对传统建筑景观保护的需求303.1.2 对城市规划设计的需求313.1.3 对教育行业的应用需求313.1.4 时效性需求313.2 虚拟城市景观的设计原则313.2.1 虚拟建模仿真原则323.2.2 准确传达信息原则323.2.3 人性化设计原则323.2
18、.4 适合传播原则333.2.5 艺术化原则333.3 虚拟城市景观的设计构想333.3.1 使用功能设计343.3.2 结构设计343.3.3 技术设计343.3.4 艺术设计343.4 本章小结35第4章虚拟城市景观设计实例分析364.1 研究案例来源及概况364.1.1 研究案例背景分析364.1.2 研究案例项目概况374.2 基于虚拟现实的城市景观案例设计384.2.1 设计原理394.2.2 设计内容394.2.3 设计流程414.3 虚拟城市景观案例的技术设计414.3.1 建模贴图及光照渲染414.3.2 交互设计制作分析484.3.3 虚拟设计效果分析504.4 虚拟城市景观
19、设计的构建与测试514.4.1 虚拟设计的构建514.4.2 虚拟设计的测试514.5 本章小结53第5章虚拟城市景观设计的问题与展望545.1 虚拟城市景观设计过程中的问题545.1.1 硬件和技术方面的限制545.1.2 网络条件对虚拟城市景观设计的约束545.1.3 缺乏统一范式和标准555.1.4 技术至上观点的存在555.2 虚拟城市景观设计的应用与展望555.2.1 虚拟城市景观设计的应用价值555.2.2 虚拟城市景观设计的推广565.2.3 虚拟城市景观设计的未来与展望585.3 本章小结58结论59参考文献61致谢64III第1章 绪论第1章 绪论我国是世界四大文明古国之一，
20、有着悠久的文化历史和丰富的建筑文化遗存，在城市建筑和发展方面，我国的建筑形式也成为东方木构造建筑模式的代表，区别于西方以石构造为主的建筑模式。木构造建筑形式有很多优点，建造周期短，节省人力和时间；可以灵活的改变空间格局形式。中国传统建筑室内采用格栅分割空间，随时可以进行拆装；取材方便，因地制宜。无论是在干燥地区，还是潮湿地区，都有对应的良好木材可以适用，木材吸热比较好，冬暖夏凉。但木构造建筑形式也有很多缺点，首先是自然毁坏，木构造建筑无法长久保存，虫蛀、腐朽、自然老化等，这从中国现存建筑就可看出，现存的中国古建筑大多数都是明清建筑，唐以前的建筑几乎没有。其次是人为破坏，在朝代更替中，是以破坏前
21、朝遗物为代价的，包括建筑。今天，世界进入信息时代，我国也在加快信息化建设，信息数字化和数据库管理成为信息化过程的基本要求，在计算机技术和多媒体技术迅速发展的今天，我们可以采用数字修复技术将其进行复原设计，这种技术不但可以复原某一建筑，某一景观，某一街道，甚至复原整个城区。这一数字信息化过程推动了数字城市的数字信息网络化传播模式的发展，同时也推动了虚拟城市景观设计信息化的发展。本章对虚拟城市景观设计研究的背景和研究意义进行了详细的分析和阐述，同时提出了本文的研究重点与研究方法。1.1 虚拟城市景观设计的研究意义虚拟城市景观设计是在计算机上真实表达现实世界城市环境的虚拟表达方式，是计算机图形学的一
22、个重要努力方向。它提供了对城市环境的逼真表达方式 ,从而在计算机上再现了真实的城市客观世界。一个虚拟城市景观设计是计算机对一个城市内所有固定对象 (如建筑物、道路、水系、植被 )的虚拟现实表达 ,是对整个城市的虚拟再现。虚拟城市景观设计可以对行将消失或者是已经消失的城市建筑景观进行数字信息化的虚拟复原和记录，满足考古工作和科研的需要；还可以将现实存在的城市景观进行虚拟现实的设计，满足对文物保护和方便旅游参观的需要；对未来的城市景观进行虚拟现实的设计，可以满足未来城市规划设计、建设和管理的需要。进而可以应用到影视、动画和游戏的创作设计中。1.1.1 虚拟城市景观设计的分类在此可以将虚拟城市景观设
23、计内容分为三类：即对过去、现在和未来的城市景观进行虚拟现实的设计制作。（1）过去城市景观的虚拟设计对过去的已经不存在的城市建筑景观进行虚拟复原的设计，是将历史上有考古科研价值的景观建筑进行复原。不但方便考古研究工作，同时也能在虚拟世界里再现这些建筑场景历史上的辉煌规模，让现代人能够再睹其历史风貌并体验分享历史成果。但这方面的虚拟设计作品还是很少的，目前在国内有虚拟圆明园、虚拟阿房宫等，国外有虚拟意大利古罗马城市等。（2）现在城市景观的虚拟设计在对现存的城市景观的虚拟设计中可以分为以下三种情况：对过去的现在进行的虚拟设计在这里是指建筑景观虽然是过去的，但现在还依然存在并且基本完好。对其进行虚拟复
24、原设计的目的是既能更好的保护现存的建筑景观不受影响，又能对外进行开放以方便游人参观游览。也就是说，既要对其进行保护又要满足游人的参观需要，要达到两者都能实现的需求，最好的方式就是对其进行虚拟复原的设计。例如国内的虚拟敦煌莫高窟和数字故宫、虚拟苏州园林、数字长城等；国外的设计有虚拟巴黎圣母院、虚拟西班牙圣地亚哥大教堂等。虚拟故宫不但能实现世界各地的人们实时参观，还能将故宫内不便展出的重要藏品进行网上展示，让人们都能方便的看到，可以实现对文物保护和展出的双重目的。虚拟苏州园林则可以实现中国古典园林在虚拟网络里向世界各地进行展示。方便旅游者和中国建筑文化研究者的参观考察。对现在的现在进行的虚拟设计这
25、种设计是对现在存在的城市景观进行的虚拟设计，虽然这些城市景观建筑在现实中存在，但为了让世界各地的人们能够足不出户就能方便的参观，我们可以运用虚拟现实的设计手段对其进行重建。比如上海世博会的虚拟网上世博会等。网上世博会是上海世博会的重要组成部分，是世博会的导引、补充与延伸；是服务于上海世博会的集推介、导引、展示、教育四大功能于一体的综合性、国际性的网上平台。网上世博会是世界博览会传统展示模式的创新。通过在网上的漫游和体验，可以使参观者按照不同的需求和爱好，实现与组织者、参展者的网上互动以扩大世博会的全球覆盖面，弥补一部分无法到现场参观世博会人士的缺憾，从而增强世博会的国际影响力，在更大范围内推广
26、世博会理念（如图1-1、1-2所示）。图1-1 网上世博会设计Figure 1-1 Online expo design 图1-2 网上世博会设计Figure 1-2 Online expo design 对现在的未来进行的虚拟设计这种设计是对现在存在或者是在未来的规划发展中将要建造的城市景观进行的虚拟设计，但这些设计在不久的将来就能变为现实。这些设计在城市规划及管理方面有着很好的应用价值。随着城市的发展，现有的规划方案随时有进行变更的可能，而虚拟城市景观设计能更好的解决这一问题，在虚拟世界里可以很方便的对未来情景进行反复修改比对，直至定稿，对未来的规划方向会有更清晰明确的展示效果。在城市规划
27、中对住宅小区的虚拟漫游设计及对某条街道的改造设计等都属于这一类（如图1-3所示）。比如对前门大街和烟袋斜街的改造设计，图1-3 住宅小区虚拟漫游设计Figure 1-3 Residential virtual walkthrough design这些商业老街现在还担当着历史重任，但由于发展需要对其进行改造设计，在改造之前的方案阶段就可以用虚拟现实的设计手段对其进行归划设计，能够更真实的展示改造后的效果。（3）未来城市景观的虚拟设计这种设计是对未来城市发展的某一情景进行大胆设想的虚拟设计，也许永远不能变成现实，只是人们的一种假想。这种虚拟设计大多在影视剧中经常出现，但其虚拟特技场景设计却是借助计
28、算机的虚拟现实制作手段，这些假想可以让我们在精神生活方面得到某些超出现实意义的感受和体验。如美国大片2012、和后天及前些年的日本沉没等。这些影视作品大都是以灾难片为主题，其主要意义不仅仅是让观众在视觉和精神感官上有震撼的体验，更重要的是给人们一些启示，比如告诫人们要保护自然环境和生态平衡等，具有一定的教育意义。2012是美国最近拍的一部灾难片，几乎集中了灾难片的所有元素，特大地震，超级火山，超级海啸，毁灭整个人类的大洪水，陆地的下沉与崛起，地球磁场的倒转，城市的毁灭，无助的人群等，都远远超出我们的想象。（如图1-4所示）。图1-4 2012电影画面Figure 1-4 The 2012.后天
29、这部电影同样是灾难片，所运用的高科技制作技术也非常精良，让观众可以更直观的感受到身处在这样的一个灾难里，人们的无助和灾难的可怕。 由于温室效应所导致的天气异常，冰山的融化引发了全球性的大规模海啸。电脑特技的运用，使我们震撼于大自然的力量。我们每一个人都生活在地球这个环境里，在这里我们有着有太多太多的爱和牵挂。我们的生活是如此的美好，而环境恰恰关乎着我们每一个人的生活。这部片子同样让我们对环境问题进行反思，其虚拟效果的真实感无疑是这部电影震撼我们的地方，电影通过虚拟现实的手段告诫人们，我们的担心和幻想正在一步步走入我们的生活中（如图1-5所示）。 图1-5 后天电影画面Figure 1-5 Af
30、ter the movie screen1.1.2虚拟城市景观设计的研究意义传统的街景建筑展示是摄像机和照相机在空间和时间固定的条件下进行的，必然受同一时间、同一空间内有限的环境限制而只能获得有限的信息量，而对于已经消失的街道景观则无法进行拍摄纪录，它的展示方式的发展也受到很多限制和阻碍。随着虚拟现实技术的发展与成熟，运用虚拟现实的设计方法进行城市景观的展示设计具有深刻的研究意义。（1）对于丰富城市景观展示方式的意义通常传统城市景观及胡同文化往往是在脱离街景建筑的原有环境的条件下展示的，观众对于它的感受是与自身生活体验有距离的，对传统建筑形式本身的感受有偏差，更谈不上感受该建筑景观的历史情境及
31、传统文化的生活体验了。而实际上任何一处传街景建筑，不管是胡同四合院还是民居建筑，不管是园林艺术还是街道牌楼，不管是单体的塔还是群落的寺庙建筑，这些都是与当时的生活环境密切相关的。虚拟城市景观设计可以模拟某个历史时期的生活情景、风土文化，包括模拟同一时期的人物装束与行为，模拟某一历史民俗仪式的场景过程等，人们对这些街道景观的欣赏可以不受时间和空间的限制，欣赏的过程也是交互式、沉侵式的，达到了身临其境的心理感受，虚拟城市景观设计的展示方式在这里起到了分享人类生活经验的特殊功能，而不仅仅是表面的影像美工1。同时，与实体传统建筑的唯一性、不可共享和不可再生性的特点相比，虚拟城市景观设计的信息是无限的、
32、可共享的、可再生的。虚拟城市景观设计具有实时性和交互性的特点，从而体现了用户行为上的个性化行为方式。在虚拟环境中，用户可以选择自己的方式去浏览和参与，同时他作为个体也会在虚拟环境中成为一个具有情感的虚拟三维生命体，即虚拟替身。虚拟城市景观设计的另一个不同就是模拟仿真的特点，在虚拟世界中，时时处处都是“现实”的再现，符合使用者的“现实感受”2，即人机交互是全方位的，实时的。虚拟城市景观设计的展示方式在保护物质文化遗产方面具有与传统照相及摄像展示无法比拟的优越性，虚拟城市景观设计将在展示和传播传统街景建筑文化遗产方面占有重要的地位。（2）对于传统建筑遗产保护的意义有文物保护价值的古建筑是属于人类的
33、文化遗产，是人类祖先留给我们的宝贵财富，是凝固的艺术，也是人类智慧的结晶，所以利用虚拟现实技术和艺术设计相结合来对一些有研究价值的古建筑进行虚拟复原是有意义的。当今，知识经济的兴起和信息时代的到来使人们有更多的手段去记录和保存传统历史文化。虚拟城市景观设计能够将传统建筑和城市街景文化以数字信息的形式进行记录，这方便了普通老百姓对于传统街景文化的查询、了解和研究，能够不出家门即能了解和学习这方面的地理知识，更好的普及传统街景文化和建筑形式的保护价值。具有对传统建筑文化收藏保护、科学研究、展示展览、宣传教育等功能，是对该领域进行人文、历史、艺术、自然、科技、传承等方面教育的重要途径。全国有多处古村
34、落建筑及城市街道胡同建筑被确定为文化遗产保护对象，成为宣传和研究传统街景文化和建筑形式的重要载体和阵地。改革开放以来，我国政府正式成为联合国教科文组织有关国际公约的缔约国。这些传统建筑和街景文化也担负起中国文化和国际文化相互学习和交流的责任。虚拟城市景观设计就是建立在网络上的虚拟现实展示形式，是利用数字化技术和网络技术将传统照相机和摄像机所具备的职能以数字化的形式表现出来，用数字化技术在互联网上实现相关信息的可视化共享34。虚拟城市景观设计是传统街景建筑文化面向新世纪、适应信息时代发展要求的产物，也是现代数字城市发展的必然，是利用信息时代的诸多优势作为数字城市有益的、必要的补充。（3）对于考古
35、研究的意义进入信息化社会以后，新的信息传播方式对街道胡同景观固有的记录手段和传播形式提出了新的要求。虚拟城市景观设计采用数字图像技术和虚拟现实技术来实现网络虚拟展示的功能5，它是运用计算机对现实世界进行全面仿真和复原的技术，能够细致全面的虚拟展现传统街景建筑复原后的影像，解决考古研究中对已拆除的街道胡同建筑的原貌及当时生活情景研究的问题，同时对于考古研究中的分析、推论和鉴定过程的虚拟推演也有积极作用6。利用虚拟现实技术可以大量而完好地多角度展示街道景观，有利于对传统街道胡同的建筑形式进行研究推论。采用数字修复、三维复原、虚拟现实等技术复原城市建筑当中的已拆除或已经破损的建筑，可以低价高效的制作
36、出用于反复研究、展示所需的数字文件。由于客观条件的限制，考古研究者不可能长时期的处于原始环境中进行勘查和研究，虚拟复原原始街道景观的技术突破了环境限制，通过计算机产生一种“身临其境”的具有动态、影像、声音、交互功能的虚拟三维空间环境7，不仅使考古研究者可以随时进入该环境进行观测和研究，对于完整保留考古遗址原始的整体面貌也是非常有效的，例如对敦煌莫高窟的虚拟现实设计的意义就在于此。在研究过程中，由于其它时期的街景建筑形式不太容易随时调用而会影响到对比性的研究，虚拟城市景观建筑是将所有建筑形式的过去和现在放在同一个网页上进行浏览，可以随时通过网络调用察看，方便考古研究。虚拟城市景观设计营造了良好、
37、公平、共享的网络研究环境，有利于扩大研究人员的范围和便于研究人员研究资料的快速收集、查阅、分析以及讨论，由此形成一个全面、具有真切体验的可视化和互动性极强的研究平台。由以上可以看出，虚拟城市景观设计在对过去、现在和未来建筑景观虚拟设计的市场应用中研究的必要性，以及其具备一定的研究意义和研究前景。1.2 虚拟城市景观设计研究的现状1.2.1 国外的研究与现状国外很重视利用虚拟现实技术来复原一些有价值的古建筑文化遗产，同时在这方面的技术也处于领先地位，无论是软件平台还是硬件设施、甚至是技术人员。以虚拟西班牙圣地亚哥大教堂项目为例，该项目复原了欧洲最大的基督教堂之一西班牙圣地亚哥大教堂8，该项目属于
38、对过去街景建筑的虚拟复原设计。该项目由美国加利福尼亚大学洛杉矶分校文化遗产虚拟实验室承接制作。虚拟西班牙圣地亚哥大教堂不仅复原了教堂的外部结构，连大教堂的内部结构的复原效果也很细致，该项目还加入了13世纪的典型音乐和声音作为该虚拟漫游系统的背景音乐，使该虚拟现实项目增色不少。采用的虚拟软件平台是实时三维视景数据库建模和优化工具 MultiGencreator，使参观者能够很好的观看实时优化的场景，不会出现画面停顿不流畅的感觉（如图1-6、1-7所示）。图1-6虚拟大教堂效果图Figure 1-6 Virtual cathedral rendering图1-7虚拟实验室里的大教堂Figure 1
39、-7 Virtual laboratory cathedral2000年，巴黎圣母院的虚拟展示工作开始，研究人员分别来自Digitalo设计公司、日本岐阜大学和巴黎历史纪念碑研究中心。他们的目标是生成一个全世界都可以访问的共享虚拟展示环境，可以在世界的任何地方对著名的巴黎圣母院进行虚拟漫游。方法与前者相似，首先收集该建筑的蓝图和文史资料，然后拍摄数码照片，然后建模9。不同的是模型的绘制是在一个专用引擎Epic Unreal上完成的，该引擎通常用于创建视频游戏。它允许24位纹理和C+编程，有方便的扩充性，能高速绘制复杂的模型，生成的大教堂精细的让人吃惊。为了让现代人能够再睹古罗马城市的辉煌，19
40、97年由美国的维吉尼亚大学利用虚拟现实技术复原设计了意大利的古罗马城。参加这个项目的有来自美国、英国、意大利和德国的专家，从1997年开始制作到2007年，经过10年的努力，耗资200多万美元。这个项目也被称作是“罗马再生”，虚拟罗马是世界上最大的虚拟古建筑，虚拟罗马古城重现了大约三十个建筑的内部结构，参观者可以在虚拟古罗马里面通过一个3D虚拟模型，查找到自己的方位，“在虚拟罗马城里，参观者可以实现在现实古罗马城里不能实现的游览，参观者可以借助电脑在古罗马著名的斗兽场内“散步”，或“腾空而起”近距离观摩古罗马凯旋门上的浮雕和刻字。”透过这个动画虚拟场景，人们不但可以亲临1600百年前的古罗马，
41、还可鸟瞰罗马城或穿越竞技场等著名建筑物，享受古罗马人从未有过的视觉体验（如图1-8所示）。图1-8虚拟古罗马效果图Figure 1-8 Virtual Roman rendering这些虚拟建筑技术的发展为虚拟城市景观设计奠定了基础，把相应的技术手段应用到城市景观设计方面，使虚拟城市景观的设计制作得以更加完善和应用普及。1.2.2 国内的研究与现状目前，我国虚拟城市景观设计的探索和研究还处于起步阶段，重点工作界定在城市街道景观原始资料收集，数字化街道胡同及路面、树木、车、人等模型，虚拟展示街道文化场景信息等内容（如图1-9、1-10所示）。我国在应用软件研发图1-9数字街道场景Figure 1
42、-9 Digital street scene图1-10数字城市场景Figure 1-10 Digital city scene方面也取得了一定的成绩，设计制作的硬件设备和展示的硬件设备也在不断地更新换代，用来设计制作的软件平台也是多种多样。例如，国内在北京、深圳、上海、成都、西安等一些城市的某些公司就在专门做虚拟现实软件平台和硬件设施的研发，北京有中视典数字科技有限公司的软件平台VR一Platform和硬件展示设备一整套的解决方案，还有陕西省西安市的3DVRI软件平台等等。现在很多虚拟古建筑系统做得越来越逼真，已经能够更好地还原古建筑的原来面貌。目前国内有影响的虚拟项目主要有虚拟敦煌、虚拟故
43、宫、虚拟圆明园的复原与虚拟苏州园林建设以及数字长城等信息化工程。从公元386年第一位佛选择莫高窟居住到今天，莫高窟的众神在此落脚已逾千年风雨，但没有可以永久保存的东西，莫高窟的最终结局是不断毁损。随着游人增多，保护与利用间的矛盾在莫高窟还在进一步加剧：一是保护压力剧增，游人呼出的水汽、二氧化碳等有害气体严重影响了壁画的“生命”；二是旅游服务效果降低，狭小、昏暗的洞窟无法一次性满足更多游客的参观需要。1900年，敦煌藏经洞被发现后敦煌文物开始流散海外，无论是专业研究者还是普通游客，都无法观览到一个完整的敦煌遗产10。它的真实录入、易于传播和无损复制等特点，将是永久性完整保存珍贵文物信息的最佳手段
44、；二是将分散在世界各地的敦煌文献、研究成果、相关资料，通过数字处理，汇集成电子档案，为多视角、多层次地探索敦煌文化起到了其他技术难以达到的效果。“虚拟敦煌”是一个互动的体验场所，采用了先进的“沉浸式”虚拟技术，构造了一个体验更逼真、更具震撼力的虚拟环境，在这个环境当中，游客既可以自由地对石窟内外景观进行立体观览，又能对壁画和雕塑品进行细微观察（如图1-11所示）。图1-1 1敦煌复原模型制作Figure 1-11 Dunhuang rehabilitation model数字故宫是我国国内较为成形的数字虚拟博物馆展示设计项目11。目前，已经完成了包括故宫太和殿为中心的多处古建筑数字化的过程，通
45、过采用三维激光扫描测绘技术准确获取相关数据，并创建故宫数字模型1213。同时还与IBM合作建立一个3D表现形式的虚拟故宫。虚拟故宫着重在故宫的古建筑、古文物的虚拟重建和虚拟展示，并以讲述历史和互动形式表现给用户，从而提供具有吸引力的虚拟游览效果，虚拟故宫将是一个完全潜入式的、具有空间性的、游客可以操作的，和实际故宫在建筑和历史上相呼应的世界14（如图1-12所示）。图1-12 数字故宫模型Figure1-12 Digital Forbidden City Model圆明园坐落于北京市海淀区，包括圆明园、长春园、绮春园三座园林，圆明三园平面布局是倒置的“品”字形，长春园在东，圆明园在西，万春园居
46、南。圆明园是清代封建帝王在150余年间逐步建造完成，总占地面积约5200余亩。虽然我们不能有幸目睹世界园林艺术的奇迹，但却可以通过虚拟展示技术感受它昔日的辉煌。为了辅助电影圆明园的拍摄工作和后期制作，由中国北京锐智盛扬文化传播有限公司利用先进的CG技术经过4年的艰辛创作，设计制作了数字圆明园，数字化的圆明园场面恢宏壮观，再现了盛世皇家御用园林雍容华贵的磅礴气势。其对圆明园逼真细致的复原效果让人惊叹不己，数字化的圆明园场景凭借其优美精致的画面，气势宏大的场景使参观者无不惊叹当今计算机技术的能力（如图1-13、1-14所示）。图1-13 圆明园复原模型-海晏堂Figure 1-13 Yuanmin
47、gyuan unscrambling model-Haiyantang图1-14圆明园复原模型-远瀛观Figure 1-14 Yuanmingyuan unscrambling model-Yuanyingguan由江苏省苏州艺维数码设计有限公司独立开发制作的苏州古典园林虚拟游览系统，该系统采用软件 3dsmax制作了古建筑模型，后期采用了软件Virtoo1S进行虚拟漫游和交互设计的制作15，用户可以通过该系统的交互操作来鸟瞰苏州古典园林的全景，也可以通过该系统的自由相机或者是自动控制相机在虚拟苏州古典园林里行走、漫游（如图1-15、1-16所示）。图1-15苏州古典园林虚拟游览系统鸟瞰图Fi
48、gure 1-15 Suzhou classical garden virtual tour herproposal system图1-16苏州古典园林虚拟游览系统漫游Figure 1-16 Suzhou classical garden virtual tour system河北省基础地理信息中心与广西桂能信息工程有限公司北京分公司合作制作了“数字长城”虚拟现实系统。这个项目分成了两期工程，因为制作前期利用了多重三维激光雷达扫描技术第一次对山海关古长城进行了全面测绘，因此制作出了精度高、尺寸比例大、能测量、真实感极强的山海关三维长城模型，同时也为山海关古长城的修复提供了很好的测绘技术保障，并极大地提高了长城