虛擬城市是綜合地運用GIS、遙感、遙測、網路、多媒體及虛擬仿真等技術，對城市內的基礎設施、功能機制進行自動採集、動態監測管理和輔助決策的數位化城市。 長期以來，城市規劃人員的一個重要的工作就是進行各種設計或規劃圖的繪製，但是這些圖紙並不能給人們提供一個直觀的、富有真實感的場景。虛擬城市的建立能夠全方位地、直觀地給人們提供有關城市的各種具有真實感的場景信息，並可以以第一人稱的身份進入城市，感受到與實地觀察相似的真實感。
基本介紹
- 中文名：虛擬城市
- 特點：第一人稱的身份進入城市
- 定義：運用GIS及虛擬仿真等技術
- 首先：要建立三維城市模型
簡介,開發的基本原理,定義為以下公式,可考慮以下兩種方案,三維城市模型的建立,對象模型的分類,互動查詢功能的建立,若干開發技巧介紹,減少檔案大小的方法,提高渲染速度的技巧,總結,相關遊戲,遊戲特點,最低系統要求,
簡介
虛擬城市是綜合地運用GIS、遙感、遙測、網路、多媒體及虛擬仿真等技術，對城市內的基礎設施、功能機制進行自動採集、動態監測管理和輔助決策的數位化城市。
長期以來，城市規劃人員的一個重要的工作就是進行各種設計或規劃圖的繪製，但是這些圖紙並不能給人們提供一個直觀的、富有真實感的場景。後來，人們雖然也使用紙板或木料來製作三維模型，以實現城市景觀的三維可視化。但其製作的工作量巨大、費用昂貴、須具備較高的製作技巧，而且僅能從外圍觀看，無法進入，修改也很困難。鑒於以上原因，在計算機上建立三維虛擬城市成為必然。虛擬城市的建立能夠全方位地、直觀地給人們提供有關城市的各種具有真實感的場景信息，並可以以第一人稱的身份進入城市，感受到與實地觀察相似的真實感。虛擬城市的各種模型易於修改，而且可以實現城市信息的查詢與分析功能。這些都是傳統的方法所無法比擬的。本文用製作實例的方式探討了虛擬城市的開發技術。
開發的基本原理
要建立虛擬城市，首先要建立三維城市模型。三維城市空間中的典型實體對象一般具有以下幾種：城市中的各種建築物、街道、綠地、公共場所、城市地形、樹木等。除此以外，還有一些輔助性的設施，如消防栓、變電站、噴泉、公園的長椅等。這些模型的製作可以採用編程的方法或者現有的三維模型製作軟體來完成。所謂編程的方法是在程式中利用三維空間中的坐標點和圖形繪製函式來實現模型的建立，由於城市模型的造型十分複雜，因而很難確定模型的具體幾何數據，此方法多用來製作地形模型，對於其他模型的製作則很少採用。製作城市模型的最好的方法是使用現有的成熟的三維設計軟體，如：3DSMAX、TRUESPACE等。
定義為以下公式
虛擬城市除了能實現城市信息的三維可視化外，其另一個重要的功能就是能實現城市專題信息的查詢功能，甚至實現一定的分析功能。可以將虛擬城市定義為以下公式：
虛擬城市=三維城市模型+專題信息+查詢功能+分析功能
可考慮以下兩種方案
一種方案是利用高級語言和三維圖形開發庫的方法，常用的開發語言是C++，常用的圖形開發庫是OpenGL3D或者 Directx3D。此方法的特點是開發的靈活性強、能實現功能複雜的套用系統。其缺點是開發者須熟練掌握編程技術，並且具備較高的計算機圖形學知識。另外，還要學習OpenGL3D或者 Directx3D的複雜開發技術。此方案的實現難度大，一般用戶根本無法勝任。其實現的套用系統也很難滿足網上使用的要求。
第二種方案是使用專用的三維虛擬開發工具，廣泛使用的是VRML語言。VRML（虛擬現實造型語言）是一種描述互動式三維世界和對象的檔案格式。VRML允許描述對象並把對象組合到虛擬場景中，可以實現仿真系統，可模擬動畫、具有動力學特性的物體。VRML能構造一個全互動的世界，其中的對象能對外部事件做出回響，並可在其中任意穿行。另外，其重要特性是支持虛擬場景的網上發布，並可實現多用戶的實時參與。VRML比高級語言容易掌握，並且無須再去了解OpenGL3D或者 Directx3D之類的三維圖形開發庫，這對於普通用戶來說無疑是一個福音。若配以Java程式的支持，也可實現功能較強大的系統。
三維城市模型的建立
虛擬場景的建立和建築CAD中的場景的建立有著很大的區別，它首先強調的是模型的簡單化，這是由虛擬現實的實時性要求決定的。在回響速度和場景的真實性發生衝突時，應犧牲一定的真實性，只要能在視覺上達到基本真實即可。因此，常用一些簡單的框架來代替複雜模型，但為了保證一定的真實性，可採用貼圖的方式來彌補視覺上的不足。貼圖有以下兩種製作方法：一種是使用繪畫軟體進行手工繪製、另一種是對建築物的各個觀察面進行拍照，然後用掃瞄器掃描成相關貼圖材質。第一種方法的顏色可限定在256色內，其壓縮的比例較大，貼圖檔案較小，生成的場景檔案也較小，適合網上傳遞和實時性的要求。後一種方法視覺效果好，但檔案的壓縮比例較小，貼圖檔案較大，生成的場景大，在網上傳遞和實時性方面不如前一種方法好。無論用哪一種方法都需考慮貼圖的解析度和尺寸，為了便於下載和渲染，在質量和大小允許的情況下，一幅貼圖限為320*240（或240*320）像素、解析度為72dpi，用JPEG壓縮（採用最高壓縮比）後約為20K位元組。
對象模型的分類
根據以上所述的貼圖製作方法，虛擬場景中的對象模型可分為以下幾類：
(a)由簡單幾何體組成的簡單模型：該類模型常用作遠處建築物的替身，在LOD方法中採用；
(b) 賦予手繪貼圖的模型；
(c) 賦予照片材質的模型；
(d) 賦予手繪和照片混合材質的模型；
(e) 具有全部細節的精緻模型；
互動查詢功能的建立
為虛擬城市模型加入互動和查詢功能可採用兩種方法：通過編程加入相應的互動和查詢功能、利用VRML的輔助工具來完成互動和查詢功能的加入。後一種方法比較適合普通的用戶。
Kinetix製作了特殊的VRML輸出嵌入程式，可以輸出場景，包括幾何、材質、動畫製作等，嵌入程式也可製作特殊的VRML輔助工具來規定場景的互動元素。運行VRML嵌入 程式VRMLOUT.EXE即可安裝VRML嵌入程式。
通過VRML嵌入程式，可設定以下輔助工具：
Anchor:可將某一實體作為熱點，當被點擊時，取出網上所指定的檔案。若為VRML場景檔案，則該場景被下載顯示。若為其他類型檔案，由瀏覽器決定如何處理；
TouchSensor:對從指定設備的輸入產生相應的事件，這些事件表示用戶是否指向特定幾何體，同時也表示用戶何時何處按下定位設備的按鈕；
ProxSensor:接近感知器，指定當用戶進入、離開或在立方體的區域內移動時產生的事件；
TimeSensor:在時間變化是發出事件，可用來控制動畫，也可用於某一時刻進行某項活動，或於某一時間間隔中產生事件；
NavInfo:描述有關觀察者和觀察模式的物理特性；
Background:設定場景的背景；
Fog:設定霧化的效果；
Sound:設定聲音片段的有效範圍，以產生隨距離改變的音響效果；
Billboard:是某一對象隨用戶一起旋轉，以使之始終面向用戶；
LOD:允許瀏覽器在物體表示的不同層次細節間自動切換；
Inline:可在檔案中引入外部檔案的場景，避免重複製作。
通過以上輔助工具，就可製作出虛擬城市場景及其互動和查詢功能。
若干開發技巧介紹
減少檔案大小的方法
(1) 使用實例：對於在場景中多次使用的對象，可在該對象首次使用時用DEF給物體命名，以後僅需通過名字即可引用該物體。
(2) 使用原型：原型物體是指那些使用頻繁且改動不大的物體。使用它可減少檔案的大小。由於使用了DEF/USE方法，物體一旦定義，只要指定發生變化的公共接口即可。另外，原型顯示出場景層次中哪一部分可修改，瀏覽器可自由地最佳化那些不修改的部分。
(3) 壓縮檔案：在發布檔案前，使用gzip工具壓縮VRML檔案和相關的HTML檔案，大約可是檔案減小10~100倍。
提高渲染速度的技巧
(1) 簡化場景：簡化場景有以下方法：
·減少多邊形的數目，這可極大地提高執行的性能；
·使用紋理代替多邊形造型，既可美化場景又可提高性能；
·使用灰度圖的紋理；
·儘量少用光源，這將有效地提高渲染的速度；
(2)場景分割:將大的場景分為多個相對獨立的小場景，通過Anchor節點為場景中邏輯上分離的部分建立連線關係；
(3)自適應LOD節點：若在LOD的range域中未明確指定具體值，瀏覽器會在給定時刻決定哪一層物體需要顯示。該節點允許根據硬體平台的能力調整場景的細節程度。在建立一條街道時，由於街道兩邊有許多精細的建築物，要對它們進行實時渲染是不可能的，但又不能不可見，僅需讓用戶能以一定的速度前進即可。在此，可為每個建築物建立兩個LOD節點，一個是沒有明確範圍的外部LOD，另一個是具有near和far範圍的內部LOD節點。內部節點能按建築物與攝像機的距離調整層次，外部"自適應LOD"節點允許瀏覽器調整必要的多個建築物以趕上場景的動態變化。
(4) 碰撞檢測要花費大量的處理時間，為提高對複雜物體的碰撞檢測速度，可在Collision節點的proxy（替身）域指定某一更為簡單的幾何體作為該形體的替身，它與被替代的原形體占用大致相同的空間。這樣，可大大減少檢測時間。
總結
以上介紹了虛擬城市的基本原理和製作技巧，對於進行其他領域的虛擬現實套用製作同樣有效，僅為場景中實體的不同。用VRML製作虛擬現實入門容易，但要達到很高的視覺效果和運行速度並非易事，須對VRML和圖形學進行深入了解才可勝任。我們用它製作了虛擬校園，其運行效果較為滿意。可以相信，隨著VRML的不斷發展，我們將可用它製作出功能更加強大的虛擬現實套用。
相關遊戲
中文名稱: 虛擬城市 英文名稱: Virtual City 遊戲類型: SIM 模擬經營類遊戲 資源格式: 壓縮檔 版本: Final 發行時間: 2009年 製作發行: Brightstar Games 地區: 瑞典 語言: 英文
簡介】 在虛擬城市的世界中，你最重要的事情就是盡你所能將整個城市做出最好的建設及管理。不管是為無家可歸的人們提供住所，還有提升城市的醫療系統，或是為維護城市的環境而努力。建立您的夢想的城市 - 天堂住宅區或工業中心。建立住宅和工業樓，生產商品和提供他們的商場。安裝集體運輸系統採取的市民公園，電影院和體育場的地方。 讓您成為一個更美好的生活垃圾的回收，增加醫院和消防局，種植樹木，建築物和升級，使其更加環保。使公民通過發射壯觀的公共活動快樂。與周邊城市的貿易，完成碼頭等，列車站的標誌性建築建設，飛船發射台。幫助陷入困境的城市回到繁榮，經濟不景氣，人口危機處理，以及自然災害的後果。關鍵參數之間實現您的成功：時間，收入，環境，人口，和幸福的平衡。 另外，你還要為城市制定一些有利的政策，可以強制使人民更愛惜現有的城市。當然在經由你的努力之下，讓城市會逐漸發展，也會增加一些稅收收入，可是好還要更好，你要投入更多的資金在研發新的公共建設上，讓你的城市更可以變成你心中的理想大城市。在這裡你最主要的目標就是打造一個人見人愛的理想城市，不過凡事並不會都盡如人意，因為一些的天災人禍，就會阻礙你達成目標，因此，如何克服一切困難，還是要考驗你的管理智慧。
遊戲特點
- 50級挑戰，在5設定：科羅拉多州，加利福尼亞州，密西根州，蒙大拿州，紐約 - 18鮮明的任務環境 - 免費播放模式5大砂箱地圖 - 50多個各類建築物 - 25種商品的運輸和貿易 - 7生產鏈的主 - 16賺取特別成就 - 數以萬計的升級和解鎖建築物
最低系統要求
#Windows 2000/XP/Vista/7 #DirectX 9 #800 MHz
#256 MB RAM
