CN109887084B - 一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，首先将地形、建筑、交通设施、植被绿化、河流湖泊等各类地理信息制成三维模型，然后在虚拟现实平台软件中将三维模型导入、整合以及编辑调整，从而使城市场景表现出真实的外观形态和物理性能，最后将规划的虚拟现实场景输出为exe可执行文件。本发明采用浸入式虚拟现实技术，具有真实地沉浸体验、具有丰富的交互性功能；使用者在使用时，通过头戴设备和手柄的使用，可以让使用者有种完全置身与虚拟场景中的体验，对空间认知效果有显著提升。

Description

一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法

技术领域

本发明涉及地理信息、城市规划技术领域，具体的说，是一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法。

背景技术

城市规划和地理信息数据的展示形式和内容上出现的视角单一、真实感差、互动性缺乏等问题。目前展示形式有两种：一种是传统的以实物为载体的手段，具体包括地图、场景平面图、外观效果图、沙盘模型；另一种是以计算机多媒体为载体的手段，具体包括三维动画、三维展示平台等。

其中，传统的以实物为载体的手段存在着较多局限性，一方面受限于纸质材质或模型尺寸的限制，仅能在有限的面积或空间内展示，因此信息量较小；另一方面纸质材质展示的各类图纸仅能提供单一视角，无法只有浏览。综合来看，以实物为载体的手段信息表现程度较低。

以计算机多媒体为载体的手段可以突破传统载体在空间上的局限性，但同样存在着如下问题：三维场景的光影效果、模型精细程度通常不能同时满足从宏观整体效果到局部细节的所有尺度上的浏览展示；现有研究表明，浏览者通过计算机屏幕观看三维场景，所获得的空间认知程度较低，无法满足后续各项工作的要求。

利用计算机三维技术对城市规划方案和地理信息现状数据进行展示的方式中，国内主流平台均以三维地理信息系统的作为展示平台，如伟景行的Citymaker、超图的iDesktop 9D等。此类三维平台均具有较多的浏览展示和分析功能，可以同时加载大量的二维和三维地理信息数据。但场景浏览时缺乏真实的光影效果和丰富的细节，而且展示终端依然为电脑屏幕，不能满足现阶段对场景信息量和真实感的需要，不能从根本上解决当前的问题。

另一方面，虚拟现实技术已经从娱乐领域逐渐渗透到各类行业应用领域。近年来国内外虚拟现实的软硬件技术以及行业应用拓展正在迅速发展，涌现出了大量将该技术用于辅助设计、工业制造、建筑设计、教育培训、安全生产培训等实际应用案例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，用于城市级别范围的城市现状三维大场景模型或规划三维场景模型的浏览、展示、审批规划、辅助设计等工作，将现状或规划场景制作成精度高、逼真程度高的三维场景，并通过浸入式虚拟现实技术提升浏览者对场景的体验和感受。

本发明通过下述技术方案实现：一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，具体包括以下步骤：

步骤F1：根据需要表现的场景类型、性质、内容，制定浸入式虚拟现实场景的城市规划方案展示，获取城市场景范围内相关设计图、施工图的基础数据；

步骤F2：利用基础数据在三维建模软件3DS MAX中制作各类建筑、道路、桥梁的基础三维模型；

步骤F3：将基础三维模型导入至三维引擎虚幻四中，利用三维引擎虚幻四中的工具，完成场景中所有三维模型的拼接，以及光影效果、动态轨迹的优化；

步骤F4：使用三维引擎虚幻四中的脚本编辑器和外部接口，通过开发制作开发场景中需要体现的互动性功能；

步骤F5：在虚拟现实平台软件中对三维模型进行导入、整合以及编辑调整；

步骤F6：完成城市规划场景的三维优化和开发后，对整个场景成果进行集成，得到虚拟现实平台软件；并进行虚拟现实平台软件的性能检查和测试，确保虚拟城市规划的各项功能能正常启用。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F1具体是指：

收集地形、建筑、交通设施、植被绿化、河流湖泊的规划、竣工及现状的相关基础数据，并在可以查看DWG、SKP、JPG文件格式的软件内分析相关基础数据。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F2具体包括以下步骤：

步骤F21：分别在CAD中画出各类地理信息的轮廓线；

步骤F22：将CAD中制作的轮廓线导入3DS MAX制作三维轮廓，在Photo Shop内参考收集到相关数据制作纹理，得到三维模型轮廓的基础数据；

步骤F23：将各类地理信息三维模型轮廓的基础数据整合到一个场景中，调整各类地理信息三维模型轮廓的坐标，并优化场景，最终得到基础三维模型的场景。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F3具体包括以下步骤：

步骤F31：将三维模型按照建筑、植物、地形、小品的模型资源进行分类处理；

步骤F32：根据三维模型资源的分类情况选择相应的三维模型进行模块化效果图调试，效果图调试包括高光设置、法线贴图设置、场景灯光设置、植物颗粒度设置、玻璃反射设置、水面效果设置；

步骤F33：利用三维引擎虚幻四中的光影、动画、物理系统、碰撞检测的工具，编辑调整场景内三维模型的各项性能和显示效果，从而使该场景表现出真实的外观形态和物理性能。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F4具体是指：

使用三维引擎虚幻四中的脚本编辑器和外部接口接入的VS2015创建虚拟显示平台软件的应用程序；所述应用程序包括浏览功能、漫游功能、跳转功能、交互功能。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F5具体是包括以下步骤：

步骤F51：查找MESH文件夹，把效果图调试完成的三维模型按照顺序拖动到虚拟现实平台软件的资源列表上的目录中进行分类，再设置模型碰撞属性信息和三维模型资源列表整合管理工作；

步骤F52：完成资源列表整合工作后把UI界面交互功能列表中的关卡拖动至场景中进行编辑调整。

进一步地，为了更好的实现本发明，步骤F1中所述场景类型包括城市现状的场景、城市规划的场景；对于表现城市现状的场景需要收集各类地形图以及实地影像，对于表现城市规划的场景需要收集各类规划设计图、效果图。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F1中获取的基础数据包括大比例尺地形图、实地拍摄建筑或场景照片、无人机拍摄航空影像、机载激光扫描数据成果、城市规划设计图、建筑施工图。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F2中对于城市现状的地形使用数字高程度模型叠加数字正射影像的方式制作，对于城市规划的场景地形严格按照设计图、施工图制作。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤F33中的各项功能具体是指：在三维引擎虚幻四中处理的建筑、植物、地形、小品分别存储为独立的文件。

工作原理：

在制作过程中，首先将地形、建筑、交通设施、植被绿化、河流湖泊等各类地理信息制成三维模型，然后在虚拟现实平台软件中将三维模型导入、整合以及编辑调整，从而使城市场景表现出真实的外观形态和物理性能，最后将规划的虚拟现实场景输出为exe可执行文件。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明采用浸入式虚拟现实技术，具有真实地沉浸体验、具有丰富的交互性功能；使用者在使用时，通过头戴设备和手柄的使用，可以让使用者有种完全置身与虚拟场景中的体验，对空间认知效果有显著提升；

（2）本发明在虚拟现实场景中，根据场景的环境特性，添加了游客、行人、工作人员、展厅模特、行驶车辆、游艇、动物、植物等动态元素。从而丰富了场景内容、使虚拟现实场景更具有真实感和生活气息。

附图说明

图1为本发明工作流程图；

图2为本发明设备模块示意图；

图3为本发明步骤F3的工作流程图；

图4为本发明虚拟现实平台软件的应用程序及功能示意图；

图5-图8为本发明虚拟现实平台软件的界面展示图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1-图8所示，一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，具体包括以下步骤：

步骤F1：根据需要表现的场景类型、性质、内容，制定浸入式虚拟现实场景的城市规划方案展示，获取城市场景范围内相关设计图、施工图的基础数据；

步骤F2：利用基础数据在三维建模软件3DS MAX中制作各类建筑、道路、桥梁的基础三维模型；

步骤F3：将基础三维模型导入至三维引擎虚幻四中，利用三维引擎虚幻四中的工具，完成场景中所有三维模型的拼接，以及光影效果、动态轨迹的优化；

步骤F4：使用三维引擎虚幻四中的脚本编辑器和外部接口，通过开发制作开发场景中需要体现的互动性功能；

步骤F5：在虚拟现实平台软件中对三维模型进行导入、整合以及编辑调整；

步骤F6：完成城市规划场景的三维优化和开发后，对整个场景成果进行集成，得到虚拟现实平台软件；并进行虚拟现实平台软件的性能检查和测试，确保虚拟城市规划的各项功能能正常启用。

需要说明的是，通过上述改进，为解决目前城市规划和地理信息数据的展示形式和内容上出现的视角单一、真实感差、互动性缺乏等问题，本发明提出一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法。充分利用虚拟现实技术所具有的真实感、沉浸感、互动体验感的特点，以及城市规划中的建筑、场景设计数据和地理信息数据中的现状真实空间的信息，制作出既具有真实效果和体验感，又具有真实详尽的规划和现状地理信息数据的虚拟现实展示平台，全面提升城市规划方案和地理信息数据的展示性能。

在制作过程中，首先将地形、建筑、交通设施、植被绿化、河流湖泊等各类地理信息制成三维模型，然后在虚拟现实平台软件中将三维模型导入、整合以及编辑调整，从而使城市场景表现出真实的外观形态和物理性能，最后将规划的虚拟现实场景输出为exe可执行文件。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤F1具体是指：

收集地形、建筑、交通设施、植被绿化、河流湖泊的规划、竣工及现状的相关基础数据，并在可以查看DWG、SKP、JPG文件格式的软件内分析相关基础数据。

步骤F1中所述场景类型包括城市现状的场景、城市规划的场景；对于表现城市现状的场景需要收集各类地形图以及实地影像，对于表现城市规划的场景需要收集各类规划设计图、效果图。

所述步骤F1中获取的基础数据包括大比例尺地形图、实地拍摄建筑或场景照片、无人机拍摄航空影像、机载激光扫描数据成果、城市规划设计图、建筑施工图。

需要说明的是，通过上述改进，根据需要表现的场景的类型、性质、内容等，指定详细的浸入式虚拟现实场景的技术方案，获取场景范围内的基础数据，包括但不限于大比例尺地形图、实地拍摄建筑或场景照片、无人机拍摄航空影像、机载激光扫描数据成果、城市规划设计图、建筑施工图等。对于需要表现城市现状的场景需要重点收集各类地形图以及实地影像，对于需要表现城市规划的场景需要重点收集各类规划设计图、效果图。在现状场景的展示中，利用无人机拍摄处理的空中全景影像予以展示，空中全景影像具有分辨率高、成像清晰、内容丰富、全景无死角等特点，不仅能满足展示的内容要求，也能直接用于沉浸式虚拟现实设备。将全景影像与三维模型结合使用，将影像现实性的特点和三维模型的前瞻性的特点有效结合，使得展示内容更加全面完整。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤F2具体包括以下步骤：

步骤F21：分别在CAD中画出各类地理信息的轮廓线；

步骤F22：将CAD中制作的轮廓线导入3DS MAX制作三维轮廓，在Photo Shop内参考收集到相关数据制作纹理，得到三维模型轮廓的基础数据；

步骤F23：将各类地理信息三维模型轮廓的基础数据整合到一个场景中，调整各类地理信息三维模型轮廓的坐标，并优化场景，最终得到基础三维模型的场景。

需要说明的是，通过上述改进，按照获取的地形、建筑、交通设施、植被绿化、河流湖泊的规划、竣工及现状等相关基础数据，在CAD中制作出轮廓线然后导入3DS MAX制作三维轮廓，三维模型的位置、尺寸、形状结构均要与现实物体或设计图纸严格一致，再进行一些坐标调整后得到基础三维模型的场景。所述步骤F2中对于城市现状的地形使用数字高程度模型叠加数字正射影像的方式制作，对于城市规划的场景地形严格按照设计图、施工图制作。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图3所示，所述步骤F3具体包括以下步骤：

步骤F31：将三维模型按照建筑、植物、地形、小品的模型资源进行分类处理；

步骤F32：根据三维模型资源的分类情况选择相应的三维模型进行模块化效果图调试，效果图调试包括高光设置、法线贴图设置、场景灯光设置、植物颗粒度设置、玻璃反射设置、水面效果设置；

步骤F33：利用三维引擎虚幻四中的光影、动画、物理系统、碰撞检测的工具，编辑调整场景内三维模型的各项性能和显示效果，从而使该场景表现出真实的外观形态和物理性能。

所述步骤F33中的各项功能具体是指：在三维引擎虚幻四中处理的建筑、植物、地形、小品分别存储为独立的文件。

需要说明的是，通过上述改进，将3DS MAX制作的基础三维模型导出为FBX文件，再导入三维引擎虚幻四中，为方便模型资源在后续引擎中的管理工作，需要把模型进行分类别的处理，其中包括建筑、植物、地形、小品等。根据资源分类情况选择相应的三维模型进行模块化效果图调试和碰撞设置，其中效果图调试包括高光设置、法线贴图设置、场景灯光设置、植物颗粒度设置、玻璃反射设置、水面效果设置等；碰撞设置包括光影、动画、物理系统、碰撞检测等。

编辑调整场景内三维模型的各项性能是指：三维建筑模型在平台内以独栋建筑为单位存储，地形模型以单个地块为单位存储的，道路也单独存储为一个文件，其他文件也同样分别单独存储，方便后期模型的更新及后面相关数据库的属性直接使用。

编辑调整场景内三维模型的显示效果是指：虚拟现实平台软件内的植物、任务、车辆等元素都是以动态的方式展现的，包括玻璃、水面都添加动态反射光影技术，加强现实生活中的真实效果。

三维引擎虚幻四在三维图形的实时渲染性、互动性上具有独特的优势，而且游戏引擎内拥有建模、动画、光影、粒子特效、碰撞检测等丰富的工具和插件，可以极大提高三维场景的制作效率。因此本实施例采用三维引擎虚幻四来制作城市规划方案的三维场景，在显示性能上获得了极大的提升。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图4所示，所述步骤F4具体是指：

使用三维引擎虚幻四中的脚本编辑器和外部接口接入的VS2015创建虚拟现实平台软件的应用程序；所述应用程序包括浏览功能、漫游功能、跳转功能、交互功能。

需要说明的是，通过上述改进，如图4所示，为创建的虚拟现实平台软件的应用程序及功能，但不限于此。其中浏览功能为：在发布可执行文件之前，设置几条景观好的路线，发布之后通过界面选择要浏览的路径；漫游功能为：固定一些位置点，在界面选择人物浏览的起点，通过键盘和鼠标或者界面直接操作人物在场景中漫游；跳转功能为：通过点击界面上的场景切换，会出现不同的场景标题，点击标题就会进入相应的场景中。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图5-图8所示，所述步骤F5具体是包括以下步骤：

步骤F51：查找MESH文件夹，把效果图调试完成的三维模型按照顺序拖动到虚拟现实平台软件的资源列表上的目录中进行分类，再设置模型碰撞属性信息和三维模型资源列表整合管理工作；

步骤F52：完成资源列表整合工作后把UI界面交互功能列表中的关卡拖动至场景中进行编辑调整。

步骤F6：完成城市规划场景的三维优化和开发后，对整个场景成果进行集成，得到虚拟现实平台软件；并进行虚拟现实平台软件的性能检查和测试，确保虚拟城市规划的各项功能能正常启用。

需要说明的是，通过上述改进，将调试完成的三维模型按顺序拖动到虚拟现实平台软件的资源列表上，编辑调整工作的测试环境为电脑本地预览就可以查看场景中UI界面整合和模型资源整合的全部功能。

为进一步软件成果的使用便利性，开发了基于安卓平板的遥控辅助漫游软件，可以让用户在浏览时脱离键盘鼠标的限制，简单快速的实现场景的自由漫游。

如图5-图8所示，在虚拟现实场景中，根据场景的环境特性，添加了游客行人、工作人员、展厅模特、行驶车辆、游艇、动物、植物等动态元素。从而丰富了场景内容，使虚拟现实场景更具有真实感和生活气息。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤F1：根据需要表现的场景类型、性质、内容，制定浸入式虚拟现实场景的城市规划方案展示，获取城市场景范围内相关设计图、施工图的基础数据；

所述步骤F1具体是指：

收集地形、建筑、交通设施、植被绿化、河流湖泊的规划、竣工及现状的相关基础数据，并在可以查看DWG、SKP、JPG文件格式的软件内分析相关基础数据；

步骤F2：利用基础数据在三维建模软件3DS MAX中制作各类建筑、道路、桥梁的基础三维模型；

所述步骤F2具体包括以下步骤：

步骤F21：分别在CAD中画出各类地理信息的轮廓线；

步骤F22：将CAD中制作的轮廓线导入3DS MAX制作三维轮廓，在Photo Shop内参考收集到相关数据制作纹理，得到三维模型轮廓的基础数据；

步骤F23：将各类地理信息三维模型轮廓的基础数据整合到一个场景中，调整各类地理信息三维模型轮廓的坐标，并优化场景，最终得到基础三维模型的场景；

步骤F3：将基础三维模型导入至三维引擎虚幻四中，利用三维引擎虚幻四中的工具，完成场景中所有三维模型的拼接，以及光影效果、动态轨迹的优化；

所述步骤F3具体包括以下步骤：

步骤F31：将三维模型按照建筑、植物、地形、小品的模型资源进行分类处理；

步骤F32：根据三维模型资源的分类情况选择相应的三维模型进行模块化效果图调试，效果图调试包括高光设置、法线贴图设置、场景灯光设置、植物颗粒度设置、玻璃反射设置、水面效果设置；

步骤F33：利用三维引擎虚幻四中的光影、动画、物理系统、碰撞检测的工具，编辑调整场景内三维模型的各项性能和显示效果，从而使该场景表现出真实的外观形态和物理性能；

步骤F4：使用三维引擎虚幻四中的脚本编辑器和外部接口，通过开发制作开发场景中需要体现的互动性功能；

步骤F5：在虚拟现实平台软件中对三维模型进行导入、整合以及编辑调整；

所述步骤F5具体是包括以下步骤：

步骤F51：查找MESH文件夹，把效果图调试完成的三维模型按照顺序拖动到虚拟现实平台软件的资源列表上的目录中进行分类，再设置模型碰撞属性信息和三维模型资源列表整合管理工作；

步骤F52：完成资源列表整合工作后把UI界面交互功能列表中的关卡拖动至场景中进行编辑调整；

步骤F6：完成城市规划场景的三维优化和开发后，对整个场景成果进行集成，得到虚拟现实平台软件；并进行虚拟现实平台软件的性能检查和测试，确保虚拟城市规划的各项功能能正常启用。

2.根据权利要求1所述的一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，其特征在于：所述步骤F4具体是指：

使用三维引擎虚幻四中的脚本编辑器和外部接口接入的VS2015创建虚拟显示平台软件的应用程序；所述应用程序包括浏览功能、漫游功能、跳转功能、交互功能。

3.根据权利要求1所述的一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，其特征在于：步骤F1中所述场景类型包括城市现状的场景、城市规划的场景；对于表现城市现状的场景需要收集各类地形图以及实地影像，对于表现城市规划的场景需要收集各类规划设计图、效果图。

4.根据权利要求3所述的一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，其特征在于：所述步骤F1中获取的基础数据包括大比例尺地形图、实地拍摄建筑或场景照片、无人机拍摄航空影像、机载激光扫描数据成果、城市规划设计图、建筑施工图。

5.根据权利要求1所述的一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，其特征在于：所述步骤F2中对于城市现状的地形使用数字高程度模型叠加数字正射影像的方式制作，对于城市规划的场景地形严格按照设计图、施工图制作。

6.根据权利要求1所述的一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法，其特征在于：所述步骤F33中的各项性能具体是指：在三维引擎虚幻四中处理的建筑、植物、地形、小品分别存储为独立的文件。

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