城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講

1、城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 第八章第八章 城市地理信息系統(tǒng)的發(fā)展前沿城市地理信息系統(tǒng)的發(fā)展前沿(第二講第二講) 教學(xué)內(nèi)容： 5.3 數(shù)字城市的關(guān)鍵技術(shù) 教學(xué)時(shí)間：2課時(shí) 教學(xué)方法：講授法 多媒體教學(xué)法 協(xié)作學(xué)習(xí)法 教學(xué)目的： 1、讓學(xué)生熟悉和掌握數(shù)字城市的關(guān)鍵技術(shù)； 2、讓學(xué)生理解和掌握數(shù)字城市關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 教學(xué)重點(diǎn)： 數(shù)字城市的關(guān)鍵技術(shù) 教學(xué)難點(diǎn)： 海量存儲(chǔ)與互操作 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 本次課教學(xué)所涉及的學(xué)術(shù)前沿： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬仿真技術(shù) 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 5.3數(shù)字城市的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字城市的關(guān)鍵技術(shù) 1、高分辨率對(duì)地觀測(cè)技術(shù)、高分辨率對(duì)地觀測(cè)技術(shù)

2、 “數(shù)字城市數(shù)字城市”的建設(shè)的建設(shè) ,需要大比例尺、高精度需要大比例尺、高精度 的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) ,這些數(shù)據(jù)將主要來(lái)自對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的這些數(shù)據(jù)將主要來(lái)自對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的 發(fā)展。目前對(duì)地觀測(cè)技術(shù)將逐步實(shí)現(xiàn)多時(shí)相、發(fā)展。目前對(duì)地觀測(cè)技術(shù)將逐步實(shí)現(xiàn)多時(shí)相、 多角度和高分辨率化多角度和高分辨率化(王宏偉、羅成章、陳燕中王宏偉、羅成章、陳燕中 等等 ,1999) 。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 2、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和互操作、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和互操作 “數(shù)字城市數(shù)字城市”的數(shù)據(jù)是海量的的數(shù)據(jù)是海量的 ,因此因此 ,建設(shè)建設(shè)“數(shù)字城市數(shù)字城市” 需要海量的存儲(chǔ)技術(shù)。這些數(shù)據(jù)存放在不同系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)需要海量的存儲(chǔ)技術(shù)。這些

3、數(shù)據(jù)存放在不同系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù) 庫(kù)中庫(kù)中 ,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式也不盡相同。實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式也不盡相同。實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的 共享、動(dòng)態(tài)調(diào)用需要互操作技術(shù)。共享、動(dòng)態(tài)調(diào)用需要互操作技術(shù)。 互操作包括兩層含義互操作包括兩層含義:狹義上說(shuō)狹義上說(shuō) ,它是在保持信息不丟失它是在保持信息不丟失 的前提下的前提下 ,從一個(gè)系統(tǒng)到另一個(gè)系統(tǒng)的信息交換能力從一個(gè)系統(tǒng)到另一個(gè)系統(tǒng)的信息交換能力;從廣義從廣義 上講上講 ,它是指不同應(yīng)用它是指不同應(yīng)用(包括軟、硬件包括軟、硬件)之間能夠動(dòng)態(tài)地相互之間能夠動(dòng)態(tài)地相互 調(diào)用調(diào)用 ,并且不同數(shù)據(jù)集之間有一個(gè)穩(wěn)定的接口。并且不同數(shù)據(jù)集之間有一個(gè)穩(wěn)定的接口。 O

4、GC(Open GIS Consortium) 提出的提出的 OpenGIS是是 異構(gòu)系統(tǒng)之間進(jìn)行互運(yùn)算、互操作的規(guī)范異構(gòu)系統(tǒng)之間進(jìn)行互運(yùn)算、互操作的規(guī)范(簡(jiǎn)逢敏簡(jiǎn)逢敏 ,2000) 。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 3、計(jì)算機(jī)寬帶網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)不同用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)不同用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源 的共享的共享 ,把分布在廣泛區(qū)域中的眾多信息處理系統(tǒng)把分布在廣泛區(qū)域中的眾多信息處理系統(tǒng) 有機(jī)地連在一起有機(jī)地連在一起 ,構(gòu)成一個(gè)規(guī)模更大、功能更強(qiáng)、構(gòu)成一個(gè)規(guī)模更大、功能更強(qiáng)、 可靠性更高的綜合信息處理系統(tǒng)?？煽啃愿叩木C合信息處理系統(tǒng)?！皵?shù)字城市數(shù)字城市”的的 數(shù)據(jù)分布在不同

5、的數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)分布在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中 ,由不同的部門負(fù)責(zé)構(gòu)由不同的部門負(fù)責(zé)構(gòu) 建和管理建和管理 ,只有通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的只有通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 無(wú)縫操作。要傳輸海量數(shù)據(jù)無(wú)縫操作。要傳輸海量數(shù)據(jù) ,進(jìn)行科學(xué)計(jì)算進(jìn)行科學(xué)計(jì)算 ,寬帶寬帶 網(wǎng)絡(luò)便成為網(wǎng)絡(luò)便成為“數(shù)字城市數(shù)字城市”是否能走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。是否能走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 4、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) o 可視化是實(shí)現(xiàn)可視化是實(shí)現(xiàn)“數(shù)字城市數(shù)字城市”與人交互的窗口和工與人交互的窗口和工 具具 ,沒有可視化技術(shù)沒有可視化技術(shù) ,計(jì)算機(jī)的一堆數(shù)字是無(wú)任何意義計(jì)算機(jī)的一堆數(shù)字是無(wú)任何意

6、義 的的(李德仁李德仁 ,1999) 。通過(guò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。通過(guò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù) ,為分析和為分析和 查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)展現(xiàn)了新的視野查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)展現(xiàn)了新的視野 ,有助于發(fā)現(xiàn)隱藏在有助于發(fā)現(xiàn)隱藏在 其中的信息其中的信息 ,為決策支持、宏觀管理提供更加有力的依為決策支持、宏觀管理提供更加有力的依 據(jù)。據(jù)。 o 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù) ,它綜合集它綜合集 成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、 仿真、人工智能、微電子等科學(xué)技術(shù)仿真、人工智能、微電子等科學(xué)技術(shù) ,生成一個(gè)逼真生成一個(gè)逼真 的的 ,

7、具有視覺、聽覺、觸覺等效果的可交互的動(dòng)態(tài)世具有視覺、聽覺、觸覺等效果的可交互的動(dòng)態(tài)世 界界 ,人們可以對(duì)虛擬的實(shí)體進(jìn)行操作人們可以對(duì)虛擬的實(shí)體進(jìn)行操作 ,它為人類觀察自它為人類觀察自 然、欣賞景觀、了解實(shí)體提供了身臨其境的感覺。然、欣賞景觀、了解實(shí)體提供了身臨其境的感覺。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 5、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining, DM) 利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) ,我們就能更好地認(rèn)識(shí)和分析所觀我們就能更好地認(rèn)識(shí)和分析所觀 測(cè)到的海量數(shù)據(jù)測(cè)到的海量數(shù)據(jù);對(duì)獲取的城市空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理對(duì)獲取的城市空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ,從中從中 挖掘出城市信息機(jī)理知識(shí)挖掘出城市信息機(jī)理知識(shí)

8、 ,進(jìn)而認(rèn)識(shí)城市系統(tǒng)的演化規(guī)進(jìn)而認(rèn)識(shí)城市系統(tǒng)的演化規(guī) 律。數(shù)據(jù)挖掘?qū)⑷斯ぶ悄?、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)庫(kù)等技律。數(shù)據(jù)挖掘?qū)⑷斯ぶ悄?、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)庫(kù)等技 術(shù)緊密結(jié)合術(shù)緊密結(jié)合 ,其方法和技術(shù)可以分為六大類其方法和技術(shù)可以分為六大類:1.歸納學(xué)習(xí)歸納學(xué)習(xí) 方法方法;2.仿生物技術(shù)仿生物技術(shù);3.公式發(fā)現(xiàn)公式發(fā)現(xiàn);4.統(tǒng)計(jì)分析方法統(tǒng)計(jì)分析方法;5.模模 糊數(shù)學(xué)方法糊數(shù)學(xué)方法;6.可視化技術(shù)?？梢暬夹g(shù)。 空間數(shù)據(jù)挖掘是指從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出用戶感興空間數(shù)據(jù)挖掘是指從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出用戶感興 趣的空間模式與特征趣的空間模式與特征 ,空間與非空間的普遍關(guān)系及其他空間與非空間的普遍關(guān)系及其他 一些隱含在

9、數(shù)據(jù)庫(kù)中的普遍的數(shù)據(jù)特征一些隱含在數(shù)據(jù)庫(kù)中的普遍的數(shù)據(jù)特征(劉宇、曲波、朱劉宇、曲波、朱 仲英等仲英等 ,2000) 。利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) ,提高提高“數(shù)字?jǐn)?shù)字 城市城市”的智能化水平的智能化水平 ,使使“數(shù)字城市數(shù)字城市”真正成為智能化真正成為智能化 的空間咨詢和決策支持系統(tǒng)。的空間咨詢和決策支持系統(tǒng)。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 6、地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System, GIS） 地理信息系統(tǒng)技術(shù)是“數(shù)字城市”數(shù)據(jù) 庫(kù)管理的基礎(chǔ)技術(shù)(簡(jiǎn)逢敏 ,2000) 。另外 , 地理信息系統(tǒng)的空間信息表達(dá)和直觀表現(xiàn)能 力 ,在處理城市復(fù)

10、雜系統(tǒng)問(wèn)題時(shí) ,能幫助人 們更好地建立大局觀和模擬直接感受 (賴明 , 1999) 。目前 ,地理信息系統(tǒng)正從二維向多 維動(dòng)態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 7、決策支持系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)(Decision Support System，DSS） “數(shù)字城市數(shù)字城市”的目的之一就是要利用現(xiàn)有的各種數(shù)的目的之一就是要利用現(xiàn)有的各種數(shù) 據(jù)、信息據(jù)、信息 ,在綜合、全面地分析后在綜合、全面地分析后 ,為城市的規(guī)劃管理為城市的規(guī)劃管理 和可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。決策支持系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)、和可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。決策支持系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)、 人機(jī)交互進(jìn)行多模型的有機(jī)組合人機(jī)交互進(jìn)行多模型的

11、有機(jī)組合 ,輔助決策者實(shí)現(xiàn)科學(xué)輔助決策者實(shí)現(xiàn)科學(xué) 決策的綜合集成系統(tǒng)決策的綜合集成系統(tǒng)(陳文偉陳文偉 ,2000) 。目前。目前 ,決策支決策支 持系統(tǒng)正在向智能決策支持系統(tǒng)、分布決策支持系統(tǒng)、持系統(tǒng)正在向智能決策支持系統(tǒng)、分布決策支持系統(tǒng)、 群決策支持系統(tǒng)、高層決策支持系統(tǒng)、以及綜合決策支群決策支持系統(tǒng)、高層決策支持系統(tǒng)、以及綜合決策支 持系統(tǒng)方向發(fā)展。與一般決策支持系統(tǒng)不同持系統(tǒng)方向發(fā)展。與一般決策支持系統(tǒng)不同 ,數(shù)字城市數(shù)字城市 所需的決策支持系統(tǒng)是空間決策支持系統(tǒng)。空間決策支所需的決策支持系統(tǒng)是空間決策支持系統(tǒng)。空間決策支 持系統(tǒng)是面向空間問(wèn)題領(lǐng)域的決策支持系統(tǒng)持系統(tǒng)是面向空間問(wèn)題領(lǐng)域

12、的決策支持系統(tǒng)(黃躍進(jìn)、黃躍進(jìn)、 反偉勝、朱云龍反偉勝、朱云龍 , 2000) ,它支持復(fù)雜的、結(jié)構(gòu)性較它支持復(fù)雜的、結(jié)構(gòu)性較 差差(如半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化如半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化)的空間問(wèn)題并對(duì)此進(jìn)行求的空間問(wèn)題并對(duì)此進(jìn)行求 解解(王橋、吳紀(jì)桃王橋、吳紀(jì)桃 ,1999) 。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 8、系統(tǒng)集成(System Integration , SI) o“數(shù)字城市”的數(shù)據(jù)、計(jì)算和應(yīng)用具有分布式的特 點(diǎn) ,因此它需要多數(shù)據(jù)庫(kù)、多平臺(tái)、多技術(shù)的集成。 采用集成平臺(tái)作為“數(shù)字城市”的框架結(jié)構(gòu)具有很 多優(yōu)點(diǎn):首先集成平臺(tái)所具有的協(xié)調(diào)和反饋機(jī)制可 以使整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)有機(jī)的整體 ,完成單獨(dú)部

13、件 不能完成的功能 ,從而增強(qiáng)系統(tǒng)的整體性。其次 , 在統(tǒng)一的集成平臺(tái)的基礎(chǔ)上 ,多種信息可以共享 , 信息融合和深層次挖掘可以產(chǎn)生大量新的有用信息。 第三 ,減少集成的復(fù)雜度。第四 ,減少各子系統(tǒng)的 重復(fù)部件 ,減少系統(tǒng)冗余 ,保持系統(tǒng)的一致性。第 五 ,便于系統(tǒng)的維護(hù)和更新(張健挺 ,1998) 。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 9、空間一致性匹配、空間一致性匹配 o建立“數(shù)字城市”是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程。不同信息源(跟 蹤矢量化數(shù)據(jù)、掃描柵格化數(shù)據(jù)、遙感柵格圖像及GPS數(shù)據(jù) 等)、不同比例尺及不同的投影方式、不規(guī)則分幅的空間圖， 要在數(shù)字城市系統(tǒng)中復(fù)合顯示、疊加查詢和綜合分析。首先 必須系

14、統(tǒng)整合，它是目前最流行的地理坐標(biāo)匹配法。地理上 一個(gè)點(diǎn)可以被多種多樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所描述，反之，再?gòu)?fù)雜的 描述與表達(dá)，如對(duì)象為同一個(gè)地點(diǎn)，它只能有唯一的空間坐 標(biāo)，因此，從需求上看，集成系統(tǒng)應(yīng)有多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；但從 集成系統(tǒng)邏輯上看，所有空間數(shù)據(jù)唯一定位基準(zhǔn)應(yīng)是經(jīng)緯度 坐標(biāo)。各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象都應(yīng)具備某種空間影射關(guān)系，因此 在系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)換算法，以便多源信息可 快速按基準(zhǔn)拼貼在系統(tǒng)“虛擬空間拼圖板”上。在實(shí)際工作 中還可解決非同域或非鄰域圖幅的強(qiáng)制拼接整合。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 10、城市標(biāo)準(zhǔn)空間統(tǒng)計(jì)單元的建立 o “數(shù)字城市”采用的是一體化的地理數(shù)據(jù) 和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性數(shù)據(jù)的管

15、理，建立標(biāo)準(zhǔn)空間 統(tǒng)計(jì)單元是數(shù)字城市的基礎(chǔ)。所謂空間統(tǒng)計(jì) 單元，就是在地圖上劃出有層次的、互不重 疊的、不規(guī)則的多邊形，每一層次上每個(gè)多 邊形就是一個(gè)空間單元，有唯一的代碼?？?間單元及其編碼的標(biāo)準(zhǔn)化是普及城市地理信 息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 11、“3S”一體化集成技術(shù) o全球定位系統(tǒng)、遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)是 建立“數(shù)字城市”的三大支撐技術(shù)。這些技 術(shù)各具特色，GPS可以實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)位置坐 標(biāo)；遙感技術(shù)可快速獲取區(qū)域面狀信息；地 理信息系統(tǒng)具有較好的查詢檢索、空間分析 計(jì)算和綜合處理能力?！皵?shù)字城市”需要綜 合運(yùn)用這三大技術(shù)的特長(zhǎng)，提供所需的對(duì)地 觀測(cè)、信息處理和分析模

16、擬的能力。因此 “3S”一體化技術(shù)將是建立“數(shù)字城市”的 核心技術(shù)之一。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 12、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)管理及標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù) o 從內(nèi)容上，城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)可分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)和 專題信息數(shù)據(jù)庫(kù)兩大類。基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的主要內(nèi)容是城市大 比例尺的地形圖(1：500，1：1000，1：2000)的數(shù)字化數(shù) 據(jù)，如各種不同遙感平臺(tái)采集和獲取的圖像數(shù)據(jù)構(gòu)成的圖像庫(kù)， 輔之以其他基礎(chǔ)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)信息。專題信息數(shù)據(jù)庫(kù)可以是空 間型數(shù)據(jù)庫(kù)及專題信息數(shù)據(jù)(圖形和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))，如規(guī)劃管理信 息數(shù)據(jù)子庫(kù)，市政管線信息數(shù)據(jù)子庫(kù)。 o 從數(shù)據(jù)組織形式上，基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括矢量的地形圖和遙 感影像

17、。在基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和管理中，我們要特別重視遙 感影像數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。地形圖能夠準(zhǔn)確具體地表示地物的平面 位置和高程；遙感影像(包括航空影像)真實(shí)反映了地表綜合信 息，另外，遙感影像還具有波譜信息、時(shí)間信息和綜合信息， 而這些信息特征正是建立“數(shù)字城市”所十分需要的。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 要考慮城市之間以及國(guó)際間的交流，因 此必須有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在城市空間數(shù)據(jù) 建設(shè)方面已經(jīng)有了一定的標(biāo)淮和體系，并吸 收、引進(jìn)了其他國(guó)家和行業(yè)已有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī) 范與規(guī)程，同時(shí)結(jié)合城市的具體情況編制了 分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、語(yǔ)言和數(shù) 據(jù)詞典、匯錄格式和交換格式等。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 重

18、點(diǎn)復(fù)習(xí)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 1、所謂虛擬現(xiàn)實(shí)(Viruality RealityVR)， 就是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的視覺、 聽覺、觸覺及嗅覺的感覺世界，使人們可以 用人的自然技能對(duì)這個(gè)生成的虛擬實(shí)體進(jìn)行 交互考察。它是當(dāng)代信息技術(shù)高度發(fā)展、多 種技術(shù)綜合集成的產(chǎn)物，是一種高度遏真模 擬人在現(xiàn)實(shí)世界中視、聽、動(dòng)等行為的技術(shù)。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用三維圖形生成技術(shù)、 多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成 三維遏真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭 盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠 標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進(jìn)入虛擬空間，成為 虛擬環(huán)境的一員，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，感

19、知和操 作虛擬世界中的各種對(duì)象，從而獲得身臨其 境的感受和體會(huì)。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 一個(gè)計(jì)算機(jī)一個(gè)計(jì)算機(jī)VR系統(tǒng)，可系統(tǒng)，可 以分解為三個(gè)獨(dú)立的、以分解為三個(gè)獨(dú)立的、 但又相互聯(lián)系的感覺引但又相互聯(lián)系的感覺引 導(dǎo)子系統(tǒng)：視覺子系統(tǒng)、導(dǎo)子系統(tǒng)：視覺子系統(tǒng)、 聽覺子系統(tǒng)和觸覺動(dòng)覺聽覺子系統(tǒng)和觸覺動(dòng)覺 子系統(tǒng)。這三個(gè)子系統(tǒng)子系統(tǒng)。這三個(gè)子系統(tǒng) 由虛擬環(huán)境產(chǎn)生器進(jìn)行由虛擬環(huán)境產(chǎn)生器進(jìn)行 控制、協(xié)調(diào)?？刂?、協(xié)調(diào)。 圖解圖解 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 一個(gè)能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng) 具有以下三個(gè)基本要素： 1、能夠提供給用戶以三維立體的虛擬境界， 即以三維空間為基礎(chǔ)，在其中顯示逼

20、真的立 體圖形，從而給用戶一種身臨其境的感覺。 2、能夠提供給用戶以第一人稱的感覺，并有 實(shí)時(shí)任意活動(dòng)的自由。 3、用戶能夠通過(guò)一些控制裝置實(shí)時(shí)地操縱和 改變用戶所進(jìn)入的虛擬境界。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)方式不同，主要分為兩類 一是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言（VRML）在WWW 網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)三維對(duì)象的顯示和操作； 另一類是基于圖形工作站的，給用戶提供一種 高質(zhì)量的虛擬環(huán)境，有的還采用立體眼鏡等 外設(shè)，提高用戶的參與感。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 2、虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言、虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言 1）虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言概述 虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言（VRML,Virtual Reality Mo

21、deling Language)是由馬克皮 斯在1993年構(gòu)想出來(lái)的，意在解決WEB上 三維圖形的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。他和托尼帕里斯編寫 了一個(gè)叫做Labyrinth(迷宮）的瀏覽器（程 序），并于1995年4月首屆WWW國(guó)際會(huì)議 上展示，引起了廣泛的關(guān)注，并發(fā)出了為 WWW上的三維應(yīng)用建立正式規(guī)范的倡儀。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 VRML(Virtual Reality Modeling Language，虛，虛 擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言) VRML(Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言)是一項(xiàng)和多媒體通信、是一項(xiàng)和多媒體通信

22、、 Internet和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域密切相關(guān)的新技術(shù)，其基和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域密切相關(guān)的新技術(shù)，其基 本目標(biāo)是創(chuàng)建本目標(biāo)是創(chuàng)建Internet上的交互式三維多媒體技術(shù)和上的交互式三維多媒體技術(shù)和 規(guī)范。規(guī)范。1998年年1月月VRML被正式批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)被正式批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (1SOIECl4772一一I：1997，通常稱為，通常稱為 VRML97)。 VRML是是HTML的三維模型，它使用的三維模型，它使用VRML瀏覽瀏覽 器能讀懂的器能讀懂的ASCII文本格式來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界和鏈接。文本格式來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界和鏈接。 通過(guò)通過(guò)VRML，我們可以模仿現(xiàn)實(shí)世界的特征，生成自己，我們可以模仿現(xiàn)實(shí)世界的特征

23、，生成自己 的虛擬現(xiàn)實(shí)世界，供別人巡訪。的虛擬現(xiàn)實(shí)世界，供別人巡訪。VRML瀏覽器可以帶你瀏覽器可以帶你 瀏覽瀏覽Web上的三維環(huán)境。這樣，人們就能在計(jì)算機(jī)屏上的三維環(huán)境。這樣，人們就能在計(jì)算機(jī)屏 幕之前，使用幕之前，使用VRML瀏覽器，通過(guò)瀏覽器，通過(guò)Internet來(lái)參觀工來(lái)參觀工 廠和實(shí)驗(yàn)室，在虛擬電子辦公室內(nèi)會(huì)談。廠和實(shí)驗(yàn)室，在虛擬電子辦公室內(nèi)會(huì)談。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 為了提供具有三維效果的虛擬現(xiàn)實(shí)世界，為了提供具有三維效果的虛擬現(xiàn)實(shí)世界，VRML使使 用了一種可用于描述所有三維世界靜態(tài)特征結(jié)構(gòu)的場(chǎng)景圖，用了一種可用于描述所有三維世界靜態(tài)特征結(jié)構(gòu)的場(chǎng)景圖， 它包括對(duì)象的幾何

24、關(guān)系、材質(zhì)、紋理、幾何變換、光線、它包括對(duì)象的幾何關(guān)系、材質(zhì)、紋理、幾何變換、光線、 觀點(diǎn)及嵌套結(jié)構(gòu)?；谟^點(diǎn)及嵌套結(jié)構(gòu)。基于Internet的特殊性，的特殊性，VRML總共總共 提供了提供了6十十1個(gè)自由度：既可以沿著三個(gè)方向移動(dòng)，也可個(gè)自由度：既可以沿著三個(gè)方向移動(dòng)，也可 以繞著三個(gè)方向旋轉(zhuǎn)；與此同時(shí)，還可以建立與其他三維以繞著三個(gè)方向旋轉(zhuǎn)；與此同時(shí)，還可以建立與其他三維 空間和空間和WWW空間的超鏈接。為了訪問(wèn)基于空間的超鏈接。為了訪問(wèn)基于VRML的三的三 維虛擬世界，需要一種支持維虛擬世界，需要一種支持VRML的瀏覽器的瀏覽器(Browser)。 目前最為流行的目前最為流行的WWW瀏覽

25、器都內(nèi)含瀏覽器都內(nèi)含VRML支持，如支持，如 Netscape公司的公司的Navigator、communications內(nèi)內(nèi) 含的含的Live3D及及Microsoft公司的公司的Internet ExPlorer 內(nèi)含的內(nèi)含的Active VRML。 這樣，我們就可以在這樣，我們就可以在WWW瀏瀏 覽器中直接訪問(wèn)覽器中直接訪問(wèn)VRML文件，或者將三維虛擬世界嵌入文件，或者將三維虛擬世界嵌入 主頁(yè)之中。主頁(yè)之中。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 VRML語(yǔ)言被稱為第二代語(yǔ)言被稱為第二代Web語(yǔ)言，改變語(yǔ)言，改變 了了WWW上單調(diào)、平面的缺點(diǎn)，將人的擴(kuò)動(dòng)作上單調(diào)、平面的缺點(diǎn)，將人的擴(kuò)動(dòng)作 為瀏覽

26、的主體，所有的表現(xiàn)都將隨操作者行為為瀏覽的主體，所有的表現(xiàn)都將隨操作者行為 而改變，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言而改變，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VRML)是一種可是一種可 以發(fā)布以發(fā)布3D網(wǎng)頁(yè)的跨平臺(tái)語(yǔ)言，可提供一種更自網(wǎng)頁(yè)的跨平臺(tái)語(yǔ)言，可提供一種更自 然的體驗(yàn)方式，包括交互性、動(dòng)態(tài)效果、延續(xù)然的體驗(yàn)方式，包括交互性、動(dòng)態(tài)效果、延續(xù) 性以及用戶的參與探索。性以及用戶的參與探索。VRML的設(shè)計(jì)理念與的設(shè)計(jì)理念與 HTML相近，主要在于與平臺(tái)無(wú)關(guān)、具有擴(kuò)展相近，主要在于與平臺(tái)無(wú)關(guān)、具有擴(kuò)展 性，性，VRML還特別被設(shè)計(jì)能在低帶寬的聯(lián)機(jī)下還特別被設(shè)計(jì)能在低帶寬的聯(lián)機(jī)下 運(yùn)作。運(yùn)作。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 第二

27、代WEB 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 2）VRML的功能 （1）三維物體的建模功能 VRML既可以用來(lái)建立真實(shí)世界場(chǎng)景的 模型，也可以建立虛構(gòu)的三維世界。 VRML2.0標(biāo)準(zhǔn)提供了幾種幾何節(jié)點(diǎn)來(lái)刻畫 三維世界中的空間目標(biāo),還提供了一個(gè) Transform組節(jié)點(diǎn)，可完成移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)幾何 節(jié)點(diǎn)等多種功能。同時(shí)，為了使建模更逼真， VRML2.0提供了一些表現(xiàn)質(zhì)感、質(zhì)材、特 殊效果的節(jié)點(diǎn)。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 （2）自由瀏覽功能 由VRML構(gòu)造的三維景物，可以通過(guò)改 變用戶視點(diǎn)的位置和觀察方向來(lái)實(shí)現(xiàn)自由瀏 覽，以便于從不同的角度來(lái)觀察物體。 （3）實(shí)時(shí)操縱及交互功能 實(shí)時(shí)操縱和交互是根據(jù)使

28、用者的動(dòng)作來(lái) 改變虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的狀態(tài) 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 3.其它虛擬現(xiàn)實(shí)方法 虛擬仿真技術(shù)(Virtual Simulation technology):實(shí)現(xiàn)由真實(shí)的人在虛擬環(huán)境 中操作仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真的技術(shù)。特點(diǎn)是將 實(shí)物、半實(shí)物仿真系統(tǒng)與操作者融合在一個(gè) 合成的虛擬環(huán)境中進(jìn)行仿真。其中，實(shí)物仿 真系統(tǒng)可以包括真實(shí)的硬件，并由計(jì)算機(jī)仿 真結(jié)果來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。這 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 o 虛擬仿真工具包括硬件和軟件兩方面。 仿真硬件中最重要的是具備一定圖形顯示能 力的計(jì)算機(jī)，特別是高性能的圖形顯示設(shè)備， 還包括各種類型的傳感器、輸入輸出交互 設(shè)備、多功能的終端顯示設(shè)備，以及專用的 物理仿真器和模擬訓(xùn)練仿真器等。虛擬仿真 軟件包括圖形建模語(yǔ)言、圖形程序包、實(shí)時(shí) 渲染程序包以及仿真建模程序等。 城市規(guī)劃第五章數(shù)字城市第二講 虛擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)：虛擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)： o圖形建模技術(shù)。是對(duì)虛擬環(huán)境中所需描述對(duì)象內(nèi)部固有圖形建模技術(shù)。是對(duì)虛擬環(huán)境中所需描述對(duì)象內(nèi)部固有 的幾何性質(zhì)的抽象描述的技術(shù)。包括對(duì)對(duì)