虛擬城市

它能為現實城市創造更多的新空間， 包括新的工業園、科技園、電子產業基地。在虛擬城市中， 由於電子通信系統的發展， 使人類日常生活發生許多質的改變。它將推動未來巨型城市的形成與發展， 給人類創造更多、更美好的生存空間。

虛擬城市是數字地球、數字城市的外延。

虛擬城市是綜合運用GIS、遙感、遙測、網絡、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字化城市。

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。鑑於以上原因，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。

自從第四次科技革命將電子信息、虛擬技術和電腦網絡帶進人類社會之後，特別是隨着虛擬技術的日臻成熟和完善，人們便理所當然地把過去有的東西、未來可能有的東西、以及新近設想的東西，通過將光、電、色、能、數與信息集於一體的高科技手段， 而一起都搬進一個新世界， 很快類似虛擬空間、虛擬現實、虛擬地球、虛擬地理、虛擬大學、虛擬工場、虛擬人體、無邊界國家等一類虛擬物或構造物便噴湧而出， 並構成一個多姿多彩的虛擬世界。

在這個虛擬世界和人類生存的現實中，人們最關心、因而也是最具規模、與人類的政治經濟、科學文化最直接相關的虛擬現實， 就是在與日俱增的都市化過程中形成的虛擬城市和邊緣城市。現在不只是分散於美國、日本等發達國家的“科學城”具有虛擬城市的性質， 就是原本那些古老的城市， 諸如紐約、東京、倫敦、香港、大阪、巴黎、洛杉磯、舊金山、法蘭克福等， 也都由於包括金融、保險、地產、法律服務、廣告、設計、行銷、公共關係、安全、信息蒐集、信息管理， 以及科學技術的創新和開發等先進服務業的網絡化、全球化， 而失去傳統城市的概念， 轉變為新型的全球性城市， 即帶有更多的虛擬城市的性質。那麼究竟何謂虛擬城市? 它是否未來城市發展的趨勢? 人類社會是否會在今後有越來越多的人生活在虛擬城市之中? 下面將對這些問題展開論述。

所謂虛擬城市， 即人類利用虛擬技術和豐富的想象力構建起來的最複雜的虛擬現實（virtual reality） 和高度信息化、數字化、概念化與符號化的城市， 通常具有如下特徵：

首先， 虛擬城市主要是指塞博空間（ cyberspace） 和塞博時間（cyber-time） 中的城市，而非自然時空中的城市。所謂塞博空間主要是一個概念空間（conceptual space），而不是一個現實空間或物理空間。因此這種概念空間“顯然不是由現實世界中一種同質性的空間（ homogeneous space）組成的， 而是指謂無數個迅速膨脹的和個性差異極大的空間。每一種空間都提供了一種不同的數字相互作用和數字通信的形式。”同樣，塞博時間作為一種流動性的時間， 也是一個概念時間， 不是自然界中可以用秒、分、時、日等計時單位測量的時間， 而是類似於海德格爾所謂的由“此在”感知和揭示的時間； 它通常“綻露為此在的歷史性”，以及與煩相聯繫的日常性。因此虛擬城市的首要特徵就是不僅沒有城牆和護城河， 也沒有區界和固定的地理位置。這種以先進的電子通信系統作為支撐和運轉機制的虛擬城市， 可以讓先進的服務業的區位散佈全球。特別是隨着“電子家庭的興起”和“浮現中的市場”在世界範圍內的迅速發展， 地理空間中的城市和地區之間的關係的重要性似乎在與日遞減， 因為先進的電子技術可以容許任何意義上的辦公機構和辦公區位無所不在， 可以讓企事業總部離開那些租金昂貴、人口擁擠、污染嚴重、令人厭煩的商業中心區， 而遷移到全球各地景色宜人、環境優美的基地。在那裏， 人們用高科技的手段和工具同樣可以從事教育、文化活動， 生產、經營和銷售活動， 以及其它各種人類實踐活動。

當然， 這不是説， 現實世界中的城市可以廢棄不用。事實上， 全世界各地的城市， 除了在20 世紀90 年代初一度使得馬德里、紐約、倫敦和巴黎等城市， 引發了地產價格的急劇跌落，以及新建築業的停頓外，到了90 年代晚期， 倫敦和紐約的房地產就有了明顯的起色。因此全球性的都市化和城市的虛擬化，並沒有替代現實城市，相反由於“空間分散與全球整合的結合， 而替主要城市創造了一種新的策略性角色。在這些城市長期作為國際貿易與銀行業務中心的歷史之外，它們有了4 種新運作方式：一是承任世界經濟組織裏高度集中的發令點； 二是承任金融和專業服務公司的關鍵區位； 三是承任生產基地， 包括主導產業的創新生產； 四是作為所生產之產品和創新的市場。”因此， 現代化的城市實質上都是現實城市與虛擬城市的結合，地理空間和虛擬空間的統一。虛擬城市作為對現實城市的補充形式， 主要是更充分地利用、擴充和創造了地理空間或幾何空間。

人類生存的空間，從古到今都在逐漸擴展着。古代是從森林→草原→沙漠→荒山→河流→海洋。20 世紀以來， 則是從地面到天空，從地球到月球和其它星球； 而今又從自然空間擴展到虛擬空間，從有距離空間擴展到零距離空間。虛擬城市就是一個零距離的城市， 是一個集中於全球網之中的某個節點上的空間。它當然不能夠完全離開現實的地理位置而單獨存在， 因為它與現實世界固有着其實在性的聯繫， 但是即便就虛擬城市得以存在的節點的地理位置而論， 也完全可以説它不屬於任何一個現實城市， 只是可以起到現實城市所起到以及所不能起到的作用。因此虛擬城市是疊加於現實城市之上的城市， 就像虛擬世界是可以疊加於每個人所生活於其中的那個現實世界之上的世界一樣。而且這種疊加必將產生各方面的影響和作用。儘管現實城市作為經濟交易中心的重要性不會消失，但是，隨着國際市場即將來臨的管制， 經濟遊戲規則和操作者的不確定性的降低，信息其次，虛擬城市將為現實城市創造更多的新空間， 包括新工業空間、新科技工業園、新的電子產業基地。比如加州大學伯克利校區都市與區域發展研究所做的一項實驗， 就基本上確認了一種“新工業空間”的樣貌。這種新工業空間的特徵是：利用其技術和組織能力， 先將生產過程分散到不同區位， 再通過電子通信系統將其重新整合為一體， 同時考慮具體的地理條件和環境特色， 設計獨特的勞動力類型和職業組成， 形成產品開發、商品生產和銷售的一條龍的工業基地。關於這種新工業空間的區位分工模式， 基本上都是由那些難以忍受的擁擠城市或運轉成本飛漲的區域， 轉向一些經濟較不發達、勞動成本較低、發展環境較為寬鬆的地區。因為在虛擬世界或虛擬空間中，不論其節點的地理位置在哪裏， 人們都能夠將生產系統分散到類似的全球鏈接裏。

新工業空間迅速擴張的典型事例， 就是平地崛起於世界諸多發達國家的科技城。其中最具代表性的就是美國的“硅谷”、南加州的科技城、北卡羅萊納的研究三角、西雅圖， 以及奧斯汀等地。這些區位都是集信息網絡技術、知識創新和產業開發於一體的新型工業化和信息化城市。特別是斯坦福工業園區， 不僅催生了硅谷， 也使得整個新西部都會區成為世界上最大的高科技國防體。最後是各種社會網絡都有力地凝聚了創新氛圍及其動態， 確保觀念的溝通、勞動的循環， 以及技術創新與企事業主義（entrepreneurialism） 的“異花受精”。在網絡技術推動下， 在全球與地區或城市之間建立起動態的新鏈接。因此新工業空間本質上是由創新與製造的層級在全球網絡中相互結合而組成； 而且總是隨着信息的流動不斷髮生變動； 不斷創造全球產業的多重性， 不斷擴張新空間。在虛擬城市中， 通過信息和網絡技術， 將原本的工業基地轉變為製造業的流動（manufacturing flows）， 這是新空間的最重要價值和作用。

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件來完成。所謂編程的方法是在程序中利用三維空間中的座標點和圖形繪製函數來實現模型的建立，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件，如：3DSMAX、TRUESPACE等。

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

要實現一個虛擬城市系統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、能實現功能複雜的應用系統。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，一般用户根本無法勝任。其實現的應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，目前廣泛使用的是VRML語言。VRML（虛擬現實造型語言）是一種描述交互式三維世界和對象的文件格式。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能構造一個全交互的世界，其中的對象能對外部事件做出響應，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佈，並可實現多用户的實時參與。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，這對於普通用户來説無疑是一個福音。若配以Java程序的支持，也可實現功能較強大的系統。

綜合以上兩種方法，對於功能不太複雜的應用，採用後一種方法較為合適。下面我們將就後一種方案詳細介紹虛擬城市開發的技術細節。

虛擬場景的建立和建築CAD中的場景的建立有着很大的區別，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。在響應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：一種是使用繪畫軟件進行手工繪製、另一種是對建築物的各個觀察面進行拍照，然後用掃描儀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，貼圖文件較小，生成的場景文件也較小，適合網上傳遞和實時性的要求。後一種方法視覺效果好，但文件的壓縮比例較小，貼圖文件較大，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分辨率和尺寸，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、分辨率為72dpi，用JPEG壓縮（採用最高壓縮比）後約為20K字節。

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；

為虛擬城市模型加入交互和查詢功能可採用兩種方法：通過編程加入相應的交互和查詢功能、利用VRML的輔助工具來完成交互和查詢功能的加入。後一種方法比較適合普通的用户。

Kinetix製作了特殊的VRML輸出嵌入程序，可以輸出場景，包括幾何、材質、動畫製作等，嵌入程序也可製作特殊的VRML輔助工具來規定場景的交互元素。運行VRML嵌入 程序VRMLOUT.EXE即可安裝VRML嵌入程序。

通過VRML嵌入程序，可設置以下輔助工具：

Anchor：可將某一實體作為熱點，當被點擊時，取出網上所指定的文件。若為VRML場景文件，則該場景被下載顯示。若為其他類型文件，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，這些事件表示用户是否指向特定幾何體，同時也表示用户何時何處按下定位設備的按鈕；

ProxSensor：接近感知器，指定當用户進入、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：設置霧化的效果；

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：是某一對象隨用户一起旋轉，以使之始終面向用户；

LOD：允許瀏覽器在物體表示的不同層次細節間自動切換；

Inline：可在文件中引入外部文件的場景，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交互和查詢功能。

減少文件大小的方法

⑴ 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。

⑵ 使用原型：原型物體是指那些使用頻繁且改動不大的物體。使用它可減少文件的大小。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，瀏覽器可自由地優化那些不修改的部分。

⑶ 壓縮文件：在發佈文件前，使用gzip工具壓縮VRML文件和相關的HTML文件，大約可是文件減小10~100倍。

提高渲染速度的技巧

⑴ 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；

使用佈告板節點，此節點允許在場景中使用二維圖象來模擬三維造型並旋轉，從而始終面對觀察者。此法既減小了文件又不影響真實效果，可用來製作樹木、電線杆、路牌、消防栓等輔助性對象；

⑵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接關係；

⑶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。該節點允許根據硬件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，僅需讓用户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。

⑷ 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佔用大致相同的空間。這樣，可大大減少檢測時間。

虛擬城市規劃動畫製作是數字光魔動畫製作的一項，作為規劃動畫中的虛擬城市規劃動畫是體現規劃設計的一個重要載體，虛擬城市規劃動畫製作一般用於重大項目規劃體系圖示表現部分，採用計算機3D圖形軟件根據規劃圖紙和相關技術參數，在專業計算機上製作出3D動畫。　數字光魔製作虛擬城市規劃動畫製作分以下幾步完成：首先客户需將要表現的規劃圖紙（總平面圖、立面圖、剖面圖、平面圖等相關圖紙）及其電子版文件，提供給動畫製作公司，虛擬城市規劃動畫的初步構想設計文字型説明和動畫參考圖片，以及各種效果的材質圖片、環境照片、綠化方案等材料一併提供給動畫製作公司，當然動畫製作人員、設計人員會和客户進行深入的溝通了解項目情況，同時，製作人員會提出好的想法和製作方案供客户選擇，製作方案定下來以後，就是製作階段了，數字光魔會根據項目性質來組成項目小組，小組成員由設計人員、製作人員、後期出圖人員等構成，在虛擬城市規劃動畫第一稿製作完畢後傳到客户方，客户提出修改或調整意見後，再進行修改製作，直到客户滿意為止，客户對動畫驗收後，數字光魔提供後續的售後服務和相關技術諮詢反饋，做到從不同項目中吸取更好的製作經驗和專業知識，來豐富自己做好下一個項目。

近年來，因新建建築擋光而引起的糾紛時有發生，妨害方與受影響方的矛盾激烈。而通過數字系統，可以評估新建建築是否會影響相鄰建築的採光，這樣在建設之前就避免妨害採光權的發生。

目前，南寧市規劃管理局已經投入使用的“城市形態控制與規劃方案比較評估系統”（簡稱“數字南寧”），便可以實現上述功能。該系統包含城市空間信息，將服務於整個南寧市的城市規劃，普通市民也可以利用該系統作模擬觀光。

“簡單地説，該系統就是一個虛擬的南寧市。”南寧市規劃管理局規劃信息技術中心的易主任説道，該系統通過三維建模構築了一個立體的虛擬城市，因其製作精細，就像是把現實中的南寧市搬到了電腦裏。在該中心機房，工作人員為記者演示了“數字南寧”系統。在演示中記者看到，電腦屏幕顯示的畫面就像是沿着民族大道開車時所能看到的情景：虛擬的民族大道和現實中的一樣，有4條機動車道，而且與非機動車之間有綠化隔離帶；道路的劃線，以及兩旁的路樹、路燈都能看得一清二楚；從民族廣場到五象廣場，兩旁的建築都與現實中的一模一樣，夢之島紅色字體的招牌，航洋國際菱形切割的玻璃外牆，顏色和形狀都與現實並無兩樣。　“地勢的高低也與現實中的一樣。”規劃信息技術中心的工程師鄧曙光介紹道，譬如長嶺的坡度也能在該系統中表現出來。

目前應用較廣的“城市獵人”三維地圖，其實只能從一個角度看到簡單的建築物輪廓，而“數字南寧”系統則不然，該系統能從不同方位和角度任意觀看建築物，“天上、地下，旋轉360度都可以，隨你怎麼看”。

“數字南寧”系統支持模仿行走、駕駛、繞物觀察等瀏覽模式。譬如説使用者可以從古城路的方位，面對着夢之島察看其停車場的入口時，也可以繞到民族大道上，面對夢之島察看其正面的商場入口。觀看視角由使用者決定，只需通過小小的鼠標就可實現。

觀看“數字南寧”系統演示時，建築物表面凸出的窗台都可以看到一清二楚。據規劃信息技術中心的易主任介紹，這是因為該系統採用了“精細建模”的方法。所謂“精細建模”，就是當建築物表面凹凸的尺寸大於0.5米時，在模型中就應顯示出來，所以建築物的立體感很強。

為何“數字南寧”系統能精確地表現出城市的原貌，甚至連柏油路的模樣、建築外牆和商店招牌都與現實中的一樣呢？鄧曙光解釋道，該系統是在建立數據庫的基礎上研發出來的。工作人員利用地形圖和航拍圖，建立了包括地表高度、建築物實況等數據的城市模型數據庫。在該數據庫的基礎上，系統研發人員利用3Dmax軟件製作出三維模型。

建築物和道路等的外觀之所以與現實中的一樣，是因為這些圖像都是由工作人員到城市街頭，用數碼相機實拍取得的。工作人員將實拍的相片貼到虛擬建築物、道路的表面，一個活生生的南寧市便出現在眼前了。

“下午4時許，西斜的太陽照射到廣西人民會堂，在民族廣場上形成一個三角形的陰影。”——上述場景在現實中能看到，在“數字南寧”系統裏也能顯示出來。

原來“數字南寧”系統能根據經緯度等信息，通過計算指定時刻太陽所處的位置，計算太陽光的入射角度，從而顯示建築的陰影。該系統的這一功能，能精確地評估新建建築是否會影響相鄰建築的採光，為城市規劃提供了方便。

“南寧市國際會展中心的朱槿花頂是重要的標誌性建築，所以要求附近的建築物不能超過其高度，以妨破壞其景觀風貌。”規劃信息技術中心的易主任表示，該系統能為城市規劃提供的分析功能還有許多，其中包括檢測是否有超過控高要求的建築物。

易主任進一步解釋説：“打個比方，如果計劃在某地建設一棟新樓房，可以在系統裏將它先‘建’起來，然後在系統裏作相關測算。”

近日該局準備在該圖書館門前佈置一些美化道具，為了預知美化的效果，工作人員將在系統上建構出方案。

“你可以在系統內添加任意物體，可以建一棟樓房，可以造一輛小車，也可以弄出花盆、氣球等道具。”負責系統操作的工作人員説，在該系統內察看美化方案的效果後，如果不滿意可以及時更改。　據瞭解，該系統還可以模擬雨雪等場景，以及模擬水波盪漾、反射以及折射的效果。如在系統內近看五象廣場的噴泉，就可以看到水柱正在變幻不同的效果。

“數字南寧”系統由南寧市規劃管理局委託北京清華規劃院數字城市研究所製作，目前已經完成第一期50多平方公里的三維建模，包括民族大道全段以及道路周邊的建築。第二期建模計劃在明年初完成，將新增100平方公里，囊括南寧市6個主要城區。

南寧市市民可以在近期體驗“數字南寧”系統。11月7日-8日，南寧市規劃管理局承辦的“中國城市規劃信息化年會”將在廣西圖書館召開，同期在圖書館大樓舉辦“規劃信息市民活動日”，屆時將設置4個展示“數字南寧”系統的顯示屏，並設置模擬方向盤和模擬駕駛器配件，市民可以體驗在虛擬的南寧市裏開車行走的效果。

書名：虛擬城市建設原理與方法（21世紀高等院校教材·地理信息系統教學叢書）

作者：楊紅朱海燕 李久進

出版社：科學出版社

出版日期：2003年12月

ISBN：703011594

頁數：351

裝幀：精裝

開本：B5

版次：1

書名： 數碼城市地理信息系統——虛擬城市環境中的三維城市模型初探

作者： 朱慶，林琿 著

出版社： 武漢大學出版社

出版日期： 2004-10

印次： 1

定價： 40.00

內容提要：城市逼真的三維數字表示由於其在城市基礎設施管理、城市開發決策支持等眾多領域顯現出巨大的應用潛力，從而成為城市信息第化普遍關注的熱點問題之一。如何從二維地理信息系統向城市環境的三維描述轉變正日益成為城市數據管理的前沿問題。本書從攝影測量與遙感和地理信息工程的角度，首次較系統全面地論述了有關三維城市模型的數據表示、獲取、管理與分析應用等關鍵問題，並用數碼城市地理信息系統對其進行統一的描述。本書可作為城市數字化工程建設和地理信息領域的研究與教學參考

書名：虛擬城市建設原理與方法

作者：劉曉豔

圖書編號：827138

出版社：科學出版社

定價：32.0

ISBN:703011594

出版日期：2004-03-18

版次：1

開本：小16開

簡介：本教材主要介紹了虛擬城市系統建設的背景、理論和關鍵支撐技術；現今較為流行的一些虛擬實現系統程序設計接口技術；虛擬環境的設計方法論及虛擬環境管理器的概念模型設計方法；虛擬環境的建模技術和虛擬環境視景數據庫的構建技術；地理信息數據互操作技術及其實現。結合上述研究，作者提出了以虛擬現實為核心，結合數字攝影測量技術與GIS進行虛擬城市快速建設的理論和方法，為虛擬現實技術在地學領域的研究與應用提供了一個典型示範。

目錄：第一章 結論

第1節 數字地球

第2節 數字城市

第3節 虛擬城市

第4節 數字地球、數字城市與虛擬城市的關係

第5節 虛擬城市建設應用的發展

第6節 小結

思考題

第二章 虛擬城市建設的技術基礎

第1節 虛擬現實技術的基本概念

第2節 虛擬現實系統的類型

第3節 虛擬現實的技術基礎

第4節 虛擬現實的研究內容

第5節 虛擬現實的發展與應用

第6節 小結

思考題

第三章 虛擬城市的內容和關鍵技術

第1節 虛擬城市的理論基礎

第2節 虛擬城市的技術基礎

第3節 虛擬城市的技術發展

第4節 虛擬城市體系結構

第5節 構建虛擬城市的關鍵技術

第6節 小結

思考題

第四章 虛擬環境的系統設計方法論

第1節 面向對象方法學是VR系統設計的基該方法學

第2節 面向對象方法學在VR系統開發中的應用

第3節 面向智能體技術是對面向對象技術的改進

第4節 面向智能體方法學在VR系統開發中的應用

第5節 虛擬環境管理器的概念模型設計方法

第6節 小結

思考題

第五章 虛擬現實系統圖形程序設計接口

第1節 三維圖形應用程序接口

第2節 OpenGL的概念

第3節 OpenGL的基本程序結構

第4節 OpenGL的基本操作

第5節 OpenGL圖形的描繪

第6節 特殊效果實現

第7節 Open Inventor

第8節 小結

思考題

第六章 虛擬現實建模語言VRML及其擴展

第1節 VRML簡介

第2節 VRML的核心概念

第3節 VRML場景生成器

第4節 VRML創建分佈式多用户虛擬環境

第5節 GeoVRML

第6節 X3D簡介

第7節 小結

思考題

第七章 城市三維空間信息的獲取方法

第1節 城市三維空間信息的內容

第2節 城市三維空間信息獲取

第3節 野外數據採集

第4節 地圖數字化

第5節 全數字攝影測量系統

第6節 激光掃描測量系統

第7節 合成孔徑雷達

第8節 近景攝影測量方法

第9節 多數據源集成

第10節 小結

思考題

第八章 虛擬城市建模技術

第1節 虛擬環境建模概述

第2節 虛擬環境建模的特點

第3節 虛擬環境中虛擬實體的表現形式

第4節 虛擬環境幾何建模技術

第5節 虛擬環境物理建模技術

第6節 虛擬環境行為建模技術

第7節 小結

思考題

第九章 基於AutoCAD、3DS MAX的城市建模

第1節 AutoCAD三維建模

第2節 AutoCAD構造線框模型

第3節 AutoCAD三維表面造型

第4節 AutoCAD三維實體模型

第5節 AutoCAD建模實例

第6節 3DS MAX三維建模簡介

第7節 3DS MAX材質貼圖概念

第8節 在3DS MAX中製作VRML文件

第9節 小結

思考題

第十章 基於MultiGen的城市建模

第1節 MultiGen的特點

第2節 MultiGen界面佈局

第3節 MultiGen三維實體結構建模

第4節 MultiGen地形地貌建模

第5節 快速構建城市建築模型

第6節 模型集成

第7節 數據導入導出

第8節 小結

思考題

第十一章 虛擬城市視景數據庫建模技術

第1節 視景數據庫設計原則

第2節 視景數據庫數據模型

第3節 視景數據庫系統結構框架

第4節 數字地形模型建模

第5節 氣象模型建模

第6節 水文模型建模

第7節 紋理映射建模

第8節 小結

思考題

第十二章 空間數據的互操作技術

第1節 概述

第2節 地理空間數據的來源

第3節 地理空間數據差異分析

第4節 地理空間數據互操作的相關概念

第5節 地理空間數據互操作的技術基礎

第6節 互操作的方法和步驟

第7節 小結

思考題

第十三章 虛擬城市應用實例

第1節 虛擬城市環境概述

第2節 虛擬玄武湖需求分析

第3節 玄武湖地區數據獲取

第4節 虛擬玄武湖地區仿真建模

第5節 玄武湖地區虛擬環境生成

第6節 小結

思考題

參考文獻

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應用製作同樣有效，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和圖形學進行深入瞭解才可勝任。我們用它製作了虛擬校園，其運行效果較為滿意。可以相信，隨着VRML的不斷髮展，我們將可用它製作出功能更加強大的虛擬現實應用。

另一方面網絡上流行的虛擬城市是完全偽虛擬城市

虛擬城市是在網絡上的一種虛擬的模擬現實生活中的情景。比如像“露雨虛擬城市”，就是一個典型的虛擬城市，包括遊戲，生活，工作，交流都可以做到。

而到目前為止，最為成熟的虛擬城市是美國林登實驗室開發運營的“第二人生”，其完全是開放式的平台，其中有紐約、有中國城，完全照搬了現實世界，並且用户可以通過客户端展示自己的一切創意，而在國內，虛擬城市也正在起步，目前國內較早的以用户創造內容為模式的虛擬城市如hipihi，novoking已經陷入運營困境，這類為客户端虛擬城市由於其技術限制，不能呈現出高仿真度的虛擬都市，人物和場景畫面都比較粗糙。而另外一種非UGC（用户創造內容）模式的虛擬城市，如哈啪世界（hapaworld）也已出現，哈啪世界採用國外頂尖的Unreal3引擎進行開發，無論人物還是場景畫面都具有高仿真的逼真效果，當然這類大客户端產品，要保證其流暢的運行，就需要較高的電腦配置，高性能的顯卡以及足夠大的網絡帶寬。

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