[城市仿真技术发展历程及技术流派初步研究] 经济学流派发展历程
时间：2019-05-05 03:20:30 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要现代城市规划、建设面临的的任务越来越复杂，迫切需要采用城市仿真技术来提高管理水平，降低决策风险，本文初步研究了城市仿真的发展历程，从技术层面对流派进行了划分，并整理了案例及应用特点。
关键词城市仿真；发展历程；技术流派；应用现状
Abstract: Urban planning and construction faced with increasingly complex situation, the use of urban simulation technology can improve management, is helped to reduce the decision risk, this paper analyzes the course of development of the urban simulation, and divided into a variety of genres.
Keywords:urban simulation; development process;technical classification;application Status
中图分类号: TU984.1文献标识码：A文章编号：
引言
城市仿真(Urban Simulation)通过将建（构）筑物及其它设施的位置、高度、外观、空间形态等要素进行数据分析和处理，建立城市仿真模型，用于替代真实环境开展各类论证、试验、分析、运行、训练等工作，服务于城市规划、建设、管理等领域。
目前城市建设改造大规模开展，投资大、涉及面广，且对城市风貌、群众生活影响越来越大，城市规划、设计、建设、管理的难度大大提高。建筑不同于普通艺术品．其体量庞大，存在着很强的空间性，必须进行符合人体活动的动态空间体验．才能判断设计作品的优劣，所以必须模拟人的视线进行多角度、全方位的观察、体验，大到城市街道关系，小到室内局部空间等，因此迫切需要采用城市仿真技术手段，来协调建筑、道路、地下管线等建（构）筑物之间的关系，辅助城市规划、建设、管理工作。
城市仿真技术的发展历程
城市仿真来源于虚拟现实技术，从发展阶段来讲，城市仿真有别于传统的数字线划图、航空影像图等抽象的城市空间表现形式，仿真模型更为直观，信息量更丰富，功能更强大。
仿真研究起源于上世纪40年代开始的核武器开发，用于研究核反应过程，之后陆续发展，用于航天工业、武器试验等军工领域，多采用巨型计算机实现，没有可视化界面，采用方程式和数字方式得出仿真结果；从60年代开始，计算机图形处理技术迅猛发展，城市仿真研究进入科学家视野，克鲁格等将他们设计的未来建筑显现在他们发明的虚拟工作平台上，建筑学家们聚集在一起透过所佩戴的液晶眼镜，可以看到设计的立体建筑，可视化成为仿真技术在城市规划中的切入点。自从Goal在98年提出数字地球（Digital Earth）之后，世界各地掀起了数字地球热，限于当时科学技术和硬件水平，涉及到很多学科众多，需要极大的人力和物力，数字地球研发和应用发展缓慢。
2005年，Google推出Google Earth，彻底颠覆了人们的传统思维局限，人们可以利用Google在瞬间浏览查看世界的任何角落，Google还利用其基础上组织全球信息，并允许人们查询、标注、上传感兴趣的信息，界面直观、数据丰富、功能强大，标志着城市仿真进入社会化、产业化应用阶段，城市仿真在国内外已经得到了越来越多的应用，其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性，都是传统方式所无法比拟的。
城市仿真的技术流派
从技术形态上，城市仿真可分为以模型集成、影像集成、视觉集成3种类型。我国各地的城市仿真工作基本上采用以上一种模型或综合几种模式开展。
（一）模型集成的模式
模型集成型城市仿真技术主要通过建立各类三维模型表现，是国内在城市规划方面应用最为广泛的模式。模型集成型的代表是Google Earth，2005年6月，Google Earth发布，把卫星照片、航空照相、建筑三维模型和各类矢量信息、属性信息等布置在一个地球的三维模型上，用户可以观察世界上任何地方，包括卫星图像，地图，地形， 3D建筑物，甚至外层空间的星系的峡谷海洋，并可以自由标注、查询。国内建模规模较大的有武汉、宁波、重庆等城市。
近期国内比较著名的是“激光雷达故宫古建筑数字化保护与应用工程”，2003年开始，北京建筑工程学院与故宫文化遗产数字化应用研究所合作，采用3D激光测绘技术，对故宫建筑进行3D数字化测绘。该项目在2009年荣获“测绘科技进步奖一等奖”。
2008年5月，汶川地震，三维数字技术应用于指挥部署工作之中，快速还原当时的地形和环境，中央电视台利用国家测绘局提供的三维仿真系统进行直播活动，城市仿真应用在国内更加深入人心。
国内很多城市还基于城市规划设计，对规划区进行虚拟建模，模型按照城市规划和城市设计的内容进行建设，建筑形态、建筑色彩、交通组织、用地布局等与各类规划控制指标相一致，直观、准确展现规划前景，1994年，武汉市城市规划设计研究院与华中理工大学联合开发建筑设计方案计算机三维动画辅助评审系统。 1999 年，深圳市建成中心区城市仿真系统并投入运营，宁波市与2002年，就建设了东部新城虚拟仿真系统。
上述模型都以数字化形式为表现，还有以实体模型构建的仿真城市，目前遍布国内各地的各类影视城是规模最为宏大的城市仿真产品，以横店影视城为例，就包含广州街、香港街、明清宫苑、秦王宫、清明上河图、梦幻谷、屏岩洞府、大智禅寺、明清民居博览城等13个跨越几千年历史时空，汇聚南北地域特色的影视拍摄基地，总投资超过30亿元。
（二）影像集成型
影像集成型城市仿真技术主要通过给人以立体感觉的平面影像表现，视角通常是固定的（或有限的）。影像集成型相对成本低，建设速度快。主要代表有杭州阿拉丁公司、李德仁院士主持研制的MMS系统应用和微软的Street Slide产品。
杭州阿拉丁公司的E都市，通过采集楼宇3个面以上的照片，利用图像引擎集成为城市级的单视角平台影像地图，目前已覆盖全国86个城市，是影像集成型模式的最大规模应用。
2005年，李德仁院士主持的“移动道路测量系统” MMS研制成功，在机动车上装配GPS（全球定位系统）、CCD（视频系统）、INS（惯性导航系统）或航位推算系统等先进的传感器和设备，可大量收集沿途的地理信息数据：建筑物的坐标，道路宽度、坡度、转弯半径、涵洞高度，还可自动记录190多种交通标志，处理后可生成实景影像导航电子地图。
微软最新推出 Street Slide产品，允许无缝浏览道路两侧街景，后退以获得更广的视角，系统会自动进行街景图像的全景缝合处理，其研发的系统还可以自动识别和显示沿街的广告、路牌等信息。
杭州市应用实景影像和规划方案影像叠加模式进行辅助方案审查，是这方面的成功应用。
（三）视觉集成型
视觉集成型主要通过有屏幕投影方法、增强现实方法、全息投影方法，屏幕投影方法目前应用较为广泛，后两种方法目前都处于研究性应用阶段，城建规划方面应用较少。
屏幕投影方法普遍采用多通道投影显示系统实现，有大面积的平面幕、折幕、环幕、球幕、6面立体幕等，折幕、环幕等在各地的规划展览馆被普遍采用，民众接触比较多的为大面积的平面幕，代表性的为IMAX影院的投影系统，尤其是IMAX3D是目前的热点，使用两盘IMAX专用的15/70胶片，一盘胶片对应一只眼睛，通过偏振过滤眼镜或红外同步系统配合电子眼镜以提供两个单独的图像，结合IMAX巨幕，IMAX3D能够产生逼真的全视野立体效果。
北京理工大学王涌天教授主持的“虚拟圆明园”工程，利用增强现实技术，游览者通过佩戴透视式头盔显示器（Head Mounted Display，简称HMD），从视觉上将数字历史建筑叠加真实场景中，以直接品位圆明园的历史景观，人们在浏览、参观的同时，通过增强现实技术还将接收到途经建筑的相关资料，观看展品的相关数据资料。
全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是24个环形的投影设备将不同角度影像投影至中心的特殊棱镜上，棱镜使用特殊的视觉角度屏蔽技术，使观众可以通过前后、左右和上下移动来观察图像的不同形象，感觉有一个真实的物体在那里，全息技术目前在世博会展中被普遍采用。目前最先进的技术是不借助棱镜，直接把投影投射在空气中。
结论
总体来说，城市仿真主要包含3部分工作，首先是复制出一个城市空间，然后建立空间内部要素间的反馈关系，最后利用仿真环境开展各种城市规划、建设活动的试验场，用以检验各类活动的合理性。城市仿真涉及学科多、科技含量高、投入相对较大，论者基于实际工作简介，对其其发展历程和技术流派特点进行牵线的探讨研究，希望有一定的借鉴意义。
参考文献
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