浙江省美丽乡村三维虚拟仿真公共服务平台教学研究项目的设计与开发

文/赵筱斌

引言

随着浙江省村镇建设2003年开始的“千村示范、万村整治”工程等教学研究项目的推进，近年来浙江省“美丽乡村”建设进程的快速推进，三维虚拟仿真技术应用于村镇规划信息化的需求迫切起来。

运用虚拟仿真平台研究开发出浙江省“美丽乡村”三维虚拟仿真公共服务平台，具备全三维、高度仿真、测量距离、测量面积、显示数据信息等交互功能。通过本系统进行三维仿真，形成较完善的美丽乡村三维虚拟仿真公共服务平台的研究雏形，为不同用户服务。

1.教学研究项目平台设计与开发内容

本教学研究项目是通过搭建B/S结构模型平台，在研究如何经济、高效地制作三维村镇模型的方法与步骤方面取得了初步成果，一定程度上提升了浙江省村镇规划信息化水平。

1.1 本教学研究项目依托浙江省典型村镇三维仿真规划信息化平台模型，实现美丽乡村仿真场景漫游及规划信息化管理。着重研究在教学研究项目过程中采用的各种纹理建模方面的优化方案，包括纹理建模过程和烘焙过程的优化，以及开发软件平台自身提供的一些优化方案和优化技术。

1.2 教学研究项目通过本地或者远程管理界面，对三维村镇规划信息化平台场景中的个体信息进行交互，做到规划信息数据实时更新。

2.教学研究项目平台的开发流程

2.1 三维场景模型的构建

浙江省美丽乡村三维虚拟现实教学研究项目组织与实施及开发流程的研究。教学研究项目首先是对单个美丽乡村模型场景的创建，通过B/S浏览方式进行整合。平台的研发过程具体由以下几个部分组成:

(1)教学研究项目的需求分析及相关数据收集与整理。通过课程组成员调查走访，合作单位直接提供等方式获取一手资料，再结合卫星地图，综合创建地形地貌。大量的建设贴图通过单反相机进行实地拍摄。

(2)CAD总平面图的处理。通过测绘部门或者乡村相关职能部门获取的乡村CAD总图信息量大，对模型创建来说需要精简，然后导入3ds MAX软件进行场景模型的创建。

(3)优化创建的模型，通过多种技术手段，精简三维模型面数等信息，确保在平台运行时的流畅。

(4)村镇场景模型的烘焙。在目前虚拟现实场景中，通常都是由建筑模型在贴图、灯光等一系列步骤后进行烘焙 (在Unity最新的5.0系统中，可实现实时光影，不一定需要烘焙步骤)输出到相关平台，这样能获得的视觉效果更佳。

(5)在3DSMAX环境中直接导出并合并场景至相关虚拟仿真平台，可分为两种方式进行，部分静态模型的导出与全部静态模型导出，根据不同需求选择进行。

2.2 系统功能的实现

系统功能的设计，包括虚拟现实引擎和相关技术的选择以及在应用中如何提高信息管理水平的研究。

(1)创建相机及相机动画，在无人交互操作的时候，可以通过动态相机对美丽乡村进行飞行鸟瞰等预设。

(2)虚拟现实场景碰撞属性的设置，默认可以直接把场景中的所有物体设置为碰撞体，减少工作量，但在实践中发现，这样会在一定程度上造成系统运算量大，执行效率较低，影响最终的运行速度。所以一般都是人为设置一个较简单的物体，设置碰撞后，进行隐藏操作。

(3)创建特效与周围环境。教学研究项目可根据需求，设置不同季节及不同气候条件下的模拟环境，对表现水景效果、蝴蝶飞舞等特效的制作，动态效果通过3ds MAX进行动作设定，导入到虚拟现实引擎进行后期处理。

(4)村镇地图的导航制作。导航图的制作关键是要在3ds MAX平台中进行坐标的定位，确定坐标参数后，在虚拟现实平台中进行相关的参数设定。

(5)美丽乡村数据库的创建。平台可以支持的数据库丰富，包括ACCESS、Oracle、SQL Server、MySQL等，虚拟对象与数据库的关联操作和数据库查询功能的实现是平台实现交互的坚实基础。

(6)交互功能的实现。平台支持的交互功能众多，可能鼠标事件、距离、键盘等触发调用相应的响应事件，大量的交互功能还涉及到数据库的数据读写，这在本教学研究项目中是一个非常重要的环节。

(7)教学研究项目发布。教学研究项目平台支持生成EXE可执行文件脱离平台环境单独运行，也可以发布到互联网络中进行网页浏览交互，本教学研究项目最终是通过生成单个的网络版本，通过WEB树形目录，把浙江省的各个村镇的三维虚拟仿真系统合成到大平台中。今后的研究中考虑使用跨平台支持效果更好的Unity3D引擎。

2.3 平台特点与特色

本平台采用Photoshop，AutoCAD，3DMAX等图形图像软件结合虚拟现实平台完成，脚本引擎功能强大，压缩率高，真实感强，沉浸感好，可嵌入音频、flash、视频、图片、网页。

(1)平台仿真度高，区别于能流畅实现村镇的三维漫游功能，部分村镇信息查询等功能，满足决策者对美丽乡村规划功能的要求。

(2)可以实时把画面用“虚拟相机”进行拍摄出图，能直观、精确、更大范围地展现规划设计方案，有效地提高规划审批决策科学性。

(3)该系统作为公共服务平台，可通过二次开发，开放接口，扩展到经济、卫生、交通、应急、消防等领域。

3.教学研究项目平台的经济与社会效益

浙江省村镇共有1500多个，教学研究项目建成后，为浙江省美丽乡村规划信息化水平提升做出明显成效，也为浙江省乡村建筑数字化程度的提升做出重大贡献。研究成果专注于虚拟现实与三维可视化技术在浙江省美丽乡村规划领域中研发和推广，目标是国内领先的村镇虚拟现实技术解决方案。教学研究项目能满足不同数字规划管理领域，不同层次决策者对数字仿真的需求。

4.平台的保障力量

4.1 人员保障

教学研究项目分别由高校、企业与政府职能机构等三部分技术力量组成:教学研究项目主持单位高职院校在教学研究项目实施过程中，采集村镇基础数据，利用研究小组学生在暑期社会实践中调查数据、采集可视化资料及到乡村管理部门查询资料，也为教学研究项目的完成打下坚实基础。本科院校为本教学研究项目提供理论支撑，在校的虚拟现实方面的硕士研究生，也参与到教学研究项目中，为教学研究项目提供了技术保障。

4.2 资料保障

规划设计院作为合作企业单位，负责提供浙江省典型美丽乡村规划图纸。企业内部有较多的规划专家，可以对教学研究项目进行深度研究。提供一手资料，研究中的浙江省溪口美丽乡村规划方案就由他们提供，为该教学研究项目的顺利进行起到了重要的保障作用。

4.3 政策保障

浙江省住房和城乡建设厅科技委村镇建设专业委员会，对教学研究项目的推广提供政策上的扶持，所在的村镇建设专业委员会在教学研究项目研究中还负责对村镇管理者规划信息化方面进行指导。每年都会对浙江省村镇优秀规划方案进行汇编、获奖教学研究项目的收集整理，具有非常丰富的参考资源，对建设系统相关职能部门具有良好的沟通协调能力，便于教学研究项目具体实施过路中的运行与推广。

5.结束语

相关研究案例在多次研讨会上得到相关领域专家的好评，对于用于浙江省美丽乡村建设过程所起到的推动作用是肯定的。教学研究项目的研究成果专注于虚拟现实与三维可视化技术在数字乡村规划领域中研发和推广，是国内领先的美丽乡村虚拟现实技术解决方案。

由于教学研究项目研究周期较短，后续会通过虚拟现实引擎自生的更新及教学研究项目研究的深入，进一步提升虚拟仿真制作水平。

本平台是数字乡村规划、建设、管理与服务数字化工程的重要组成部分，它综合运用GIS、遥感、网络、多媒体及虚拟现实仿真等高科技技术，为浙江省美丽乡村数字化提供三维可视化管理和规划辅助决策支持功能。该教学研究项目也能在建设“两美”浙江中做出应有的贡献。

［1］赵筱斌，虚拟现实技术及应用研究——在建筑行业中的应用［J］.北京:中国水利水电出版社，2014.

［2］唐中祥.安吉“中国美丽乡村”建设情况汇报——中国美丽乡村论坛交流发言材料.2011

［3］浙江省农业和农村工作办公室.中国乡镇企业 ［J］.浙江省美丽乡村建筑行动计划.2011