电子科技论文发表浅谈城市规划中对计算机仿真技术的应用

　　【摘要】：伴随科技的快速发展，当今社会逐渐步入信息化的时代，计算机技术在我国各个领域的应运也越来越广泛。近年来，计算机技术与仿真技术相结合，形成一种研究分析系统运动行为、揭示系统动态过程和运动规律的计算机仿真技术，其在城市规划中的应用已日益成为人们所关注的热点话题。

　　【关键词】：电子科技论文发表,期刊投稿,城市规划,计算机仿真技术,静态渲染图,动画

　　仿真技术最早应用于高能武器、航海模拟以及航天器等军事方面。然而伴随国民经济的不断发展，这门技术迅速被推广应用到各个领域。尤其是在城市规划中，可以利用计算机仿真技术，创建城市真实数字化模型的三维可视环境，令设计者有种处身虚拟环境的错觉，因此，可以更好地将周边环境与规划设计二者相互协调配合。

　　一、计算机仿真技术简介与原理

　　1、计算机仿真技术是一门通过专用软件来整合声音、动画以及图像的综合性信息技术。其实现过程是，首先将三维的现实物体或环境通过计算机仿真模拟成多维的表现形式，然后将此表现形式通过数字媒介传播给媒体浏览者。因此当媒体浏览者在观赏时就会产生一种身临其境的“虚拟”错觉【1】。

　　2、计算机仿真技术的实现包括建立模型、模型转换以及模型仿真实验三部分。建立模型是指建立一个容易被计算机处理并能反应所研究对象实质的数学模型。根据时间关系可以将系统的数学模型分为连续时间动态模型、离散时间动态模型、混合时间动态模型以及静态模型等。

　　所谓的模型转换是指利用适当的算法以及计算机语言将数学模型抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，而这种形式所表现的就是“仿真模型”的内容。

　　所谓的模型仿真实验是指按照预先设计的实验方案来运行被载入计算机中的仿真模型，从而得到一系列的仿真实验结果【2】。

　　二、城市规划中对计算机仿真技术的应用

　　计算机仿真技术在城市规划中的应用主要包括在静态渲染图、固定路线的动画、交互式动态的景观仿真、复杂的虚拟现实技术等。

　　1、静态渲染图在城市规划中的应用。静态渲染图的操作步骤是，首先，要给建筑物体建立一个三维几何模型;其次，对模型表面的材料质感加以设定，同时还要选定场景中合适的照明和采光等;最后，通过计算机在一个合适观察角度将三维几何模型渲染成单幅的静态图像，并将此静态图像显示在计算机显示器上或者直接打印出来。在静态渲染图形成的过程中，可以将所渲染的图形与现场拍摄的相片加以合成，或者在图形中添加一些不一定存在的花、草、树、人等图像，以便使得建筑和背景之间的关系表现的更加充分逼真。同时，对建筑物体建立三维几何模型时，还可以通过采取计算机辅助设计或辅助制图来配合工作，从而减少设计者的工作量。此外，由于静态渲染图的视点被加以固定，所以为了减少创建模型的工作量，设计者可以尽量省略或简化那些被遮挡而不可视的物体【3】。

　　2、固定路径的动画在城市规划中的应用。由于静态渲染图的视点被固定，所以在实际应用中只适合于表示一个或者几个建筑物体。而对于复杂多量的建筑物群，静态渲染图往往只能靠俯视来表达全景。依靠这种方法，显然不能将复杂的室内景观或者大范围的城市景观充分展现在人们面前。由此，人们选择将多幅静态渲染图同时串联在一起，使之在计算机荧屏上连续播放，就形成了一种计算机的动画模式。这种情境下，不仅可以让观察者在场景中有运动的感觉，还能让场景中的物体如车辆、水等也能够运动。与静态渲染图相比，在制作动画时，需要适当添加选择合适的视点以及设置合适的观察路径等。其原理是，首先通过计算机将关键的帧计算出来;然后以此关键帧作为基础，运用算法令中间的画面自动填补空缺，从而产生出动画数据;最后，根据得到的动画数据来播放动画画面。由于固定路径的动画涉及到结构比较复杂、数量比较大的建筑物群，因此建立三维几何模型的工作量同样也极其庞大，所以对于一些遮挡而不可见的物体同样也可忽略不计【4】。

　　3、交互式动态的仿真在城市规划中的应用。对于某些结构和空间过于复杂的建筑或城市景观，动画和观察路径已经不能够加以完整表达。这时，人们可以应用交互式实时动态的景观仿真技术来完成目标。交互是指观察者能够任意灵活调整并控制所观察的视点、方向以及位置等。而实时动态是指计算机能够依照观察者任意选择的视角以及位置而立即生出渲染图。采用交互式动态仿真技术，其中观察者的自由度要远远大于动画，因此，需要向计算机中输入大量的物体，在无形中就加大了建立集合模型的工作量，并使得计算机的计算量以及图形数据处理量呈几何倍增。所以，动态交互式仿真技术一方面对计算机硬件性能的要求非常高，另一方面还需要大量的几何形体输入。

　　目前简化三维几何模型、降低计算量和建模工作量来实现交互式动态仿真效果的方式主要有纵向拉伸和基于图像的环视仿真两种【5】。

　　纵向拉升，又被称为二维半或者准三维模型，它是将复杂的地形进行纵向拉升或者把建筑的平面图转化成立体体块并保证其垂直方向不变。通过这种三维的简化模型，只需采用建筑物的平面图及其相应高度或者复杂地面若干关键点的三维坐标，就可以让计算机软件依据已知数据自发生成立体简化几何模型，并且可以保证其仿真效果与全三维模型相同。

　　基于图像的环视仿真是指，基于某一固定点，对其周围的景观环绕360°加以摄影，并将这些不连续的图像用计算机整合在一起，形成一个闭合的360°全景，最后通过荧屏显示出来。设计时，可以先将所要设计的建筑或物体制成一个静态渲染图，然后将其嵌入所摄的图像之内，便可实现场景与规划和设计的建筑或物体相互融合。

　　4、复杂的虚拟现实仿真在城市规划中的应用。在实现交互式动态仿真时，人依靠鼠标或者操纵杆来完成观察角度、位置以及方向的调整。这里还有许多种控制观察的方法来提高观察者与景观两者间的交互性，如可以让观察者戴上过滤眼镜观察水平方向两相邻视点的图像，还可以让观察者戴上传感头盔来感应改变观察视觉角度而产生的渲染图，或者可以让观察者戴上传感手套来向计算机传达设计指令，亦或者可以让观察者穿上传感鞋来实现人在场景中步行的模拟等等。

　　三、城市规划中对计算机仿真技术应用的意义

　　1、在城市规划中应用计算机仿真技术，能够使方案设计及审批效率得到提高。通过在城市规划中应用计算机仿真技术，可以让设计者在审查过程中通过模拟穿行和观察计划方案，随时将视点停留在重点地段，对该方案以及周围环境间的关系进行多方向探讨审查，从而保证设计的合理性。同时，利用计算机仿真技术生成三维几何模型，符合方案规划审批的要求，大大提高了审批的效率。

　　2、在城市规划中应用计算机仿真技术，可以从多角度对城市建设发展的问题加以分析。利用仿真技术，可以结合城市发展建设的现状，对城市的不同地区以及不同发展阶段加以合理的规划和设计，并形成跟踪模型，从而避免由于规划失误而造成的城市建设的缺憾【6】。

　　3、在城市规划中应用计算机仿真技术，可以有效实现城市规划信息的准确定位和管理公开。利用计算机仿真技术实现城市规划的三维几何模型，可以有效对城市空间信息加以分析，并对城市管理工作加以准确定位。同时，还能将这种规划的三维几何模型发布到网上，实现城市规划政务工作的公开展示。

　　结束语：通过在城市规划中应用静态渲染图、固定路径的动画、交互式动态的仿真以及复杂的虚拟现实仿真等计算机仿真技术，创建城市真实数字化模型的三维可视环境，令设计者身临其境，从而很大一定程度提高了设计审批的效率，同时还可以从多角度对城市建设发展方向加以分析，并能实现城市规划的政务公开，从而起到宣传展示规划方案的效果。

　　参考文献:

　　[1] 江伟.计算机网络在城市规划设计中的应用及经验[J].山西建筑.2009，(05)：22-23.

　　[2] 孙大龙，张艳华.城市规划管理信息系统建设的对策研究[J].中国高新技术企业.2007，(06)：111-113.

　　[3] 王军，方源敏.城市规划管理信息数据库的设计与建立[J].中国勘察设计，2008，(01)：122-125.

　　[4] 聂康才.浅析城市规划管理中的系统研究方法[J].山西建筑，2008，(02)：215-222.

　　[5] 乔鹏飞.AUTOLISP在城市规划制图中的应用[J].科学之友(B版)，2008，(01)：108-110.

　　[6] 王莉，胡开全，王阳生.城市仿真技术在城市规划管理中的应用实例[J].中国建设信息，2008，(04)：118-121.