虚拟现实及多媒体技术在京沪高速公路建设

　　一. 虚拟现实技术及发达国家的研究现状:

　　虚拟现实技术是二十世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感技术等多个信息技术分支，人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式.

　　虚拟现实技术在虚拟世界中为我们还原、搭建我们想要表现的项目，并且营造出真实的自然环境，动态的景观如人物、车辆、树木等，项目模型本身是按照相关资料严格建立的，从外观上保证其准确性，其次再虚拟的环境中，我们的浏览是完全自由的、主动的，就像是真实的世界中一样，可以行走、奔跑、飞翔；也可以超现实的进行景点的快速定位、察看，小到微小的细节、大到宏观的鸟瞰，都可以瞬间完成，尽收眼底。我们可以用鼠标真实的触摸到模型，象现实中的一样对其移动、转动。

　　与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。由于它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的，因此虚拟现实技术一改人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，计算机创造的环境将人们陶醉在流连忘返的工作环境之中。

　　由于虚拟现实这种技术 “身临其境”的沉浸感；友好亲切的人机交互性；发人想像的刺激性。所以,在西方国家,这种技术早已应用在很多领域,比如:虚拟现实技术一经应用，就向人们展示了诱人的前景，因而首先受到各国军界的青睐。从90年代初起，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要用于以下四个方面：一是虚拟战场环境。即通过相应的三维战场环境图形图像库，包括作战背景、战地场景、二是进行单兵模拟训练。让士兵穿上数据服，如美空军用虚拟现实技术研制的飞行训练模拟器，能产生视觉控制，能处理三维实时交互图形，且有图形以外的声音和触感，不但能以正常方式操纵和控制飞行器，还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况，如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。三是实施诸军兵种联合演习，建立一个“虚拟战场”，使参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况及其变化，“调兵遣将”、“斗智斗勇”，实施“真实的”对抗演习。四是进行指挥员训练。利用虚拟现实技术，根据侦察情报资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。

　　作为一门先进的人机交流技术，虚拟现实技术同时逐步流行于世界范围内的各个领域，如虚拟现实建筑物的展示与参观，虚拟现实手术培训，虚拟现实游戏，虚拟现实影视艺术,建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型.

　　二.虚拟现实技术在我国的研究和应用

　　由于虚拟现实技术同时需要处理大量的三维模型与纹理数据，导致这种形势需要很高的计算机性能作为后台支持，但随着近些年来计算机软硬件技术的提高，一些原有的技术瓶颈得到了解决，使虚拟现实的应用达到了前所未有的发展.在我国,许多学院和机构也一直在从事这方面的研究与应用.

　　天津传承传播影视多媒体公司,就是站在虚拟现实技术前沿队伍中的一员.作为国内较早,天津唯一一家开展虚拟现实项目研发的公司,传承的技术涵盖了“程序结构设计”、“ui设计”、“三维动画的制作”，“多媒体编程”，“falsh制作”多媒体项目制作各个方面的技术。公司的多媒体制作中心由多名专业设计师组成，技术人员搭配齐全，经验丰富，在确保虚拟现实多媒体产品基本功能的强大与稳定之外，能够将艺术与技术进行一个完美的结合，使受众在感受强大技术所带来的便捷与完美的同时得到进一步的艺术享受。目前已经完成的多媒体虚拟现实产品包括：虚拟售楼系统，小区电子沙盘演示系统，机械仿真系统，家电以汽车销售演示系统，等四大类，十多个类型。

　　三.虚拟现实技术在高速公路和桥梁建设方面的应用：

　　在高速公路与桥梁建设的虚拟现实演示方面,传承传播也做了有益的尝试:传承用虚拟现实技术做了一段高速公路及立交桥的仿真模拟，这样便解决了空间与浏览方式上的限制。

　　京沪高速公路,是我国第一条国道主干线,同时又是我国高速度公路网建设“两纵两横三个重要路段”战略中的最重要的一条。作为交通部和天津市重点项目的京沪高速二期工程,是京沪高速全线贯通的最关键的一段。线路全长55.406公里,它的实施和完善对于天津乃至中国的交通网建设，对于促进国民经济的发展有着极其深远和重大的意义。全线除了道路以外，主要有大型结构物46处，其中特大桥2座。大桥5座，分离式立交1座，中小桥33座，匝道收费站3座，服务区1处。

　　从虚拟现实演示的角度审视，这一项目具有空间跨度大，覆盖信息量大，所需灵活度高这几大特点，在表现手段上有相当的难度。

　　京沪二期高速项目的特点是道路的宽度相对于长度而言比较狭窄，利用传统的图形图像表现形式难以表达出该工程的各项技术细节，特别是演示空间上的限制，与浏览方式的限制都是我们在展现此工程全貌上所遇到的难题。

　　如何将这个项目的全貌表现出来，最适合的表现形式是什么？

　　经过反复研究,得出这样的结论：最终的解决方案是——创建一个以虚拟现实技术为核心的多媒体演示系统。

　　在此项目中，采用了以虚拟现实技术为核心的演示方式，并由后台置入稳定的数据库信息，便于受众对各项技术指标进行实时的查询，周边再辅以多种媒体信息，如工程背景介绍,标段概况,技术数据,截面等,电子地图,声音、图像、动画，并与核心的虚拟技术产生交互，从而实现演示场景中的导航、定位与背景信息介绍等诸多实用、便捷的功能。

　　四、应用方案的实施

　　京沪高速二期工程(天津段)虚拟现实系统的结构及其效果：

　　1.界面设计:采用多媒体的设计风格来表现该项目，在设计风格上贯彻——稳重、大方、统一、实用这几个原则。首先从画面设计上会体现出我“京沪高速二期工程”的总体设计风貌；其次，确保在应用时易于上手，简便快捷地进行操作。

　　2.系统主程序构建以多媒体构建软件为主体的设计平台，利用通用的数据库接口与后台相关的项目数据进行连接并预留动态的修改接口。主体的程序设计需要将包括虚拟现实部分在内的动画、视频、图像、文字等多种媒体形式稳固的整合在一起。保证运行时的稳定性，并无需安装、操作简便，支持通用的windows操作系统。

　　3. 主要部分划分为：项目介绍、电子地图、项目统计数据库、虚拟公路、工程标段信息以及其他的相关资讯等。

　　（1） 项目介绍： 对于已达成的构建虚拟现实技术演示系统的方案，在系统演示之前附加一段项目宣传介绍十分重要。它通过语言和部分动画，对该项目开发其背景以及社会意义做概括介绍。该短片的主要内容来自于虚拟道路中的部分动态和静态的画面。同时包括部分电子地图和实际拍摄的内容。是多媒体虚拟现实演示之前的一个独立部分，它也可以单独成篇，用于各种场合（如项目成果评审会、申报新技术及新工艺成果,汇报演示）的项目介绍。

　　（2） 全景电子地图： 将京沪二期工程涉及的地区制作一个可以横移缩放的地图，使用鼠标可以拖拽画面，既可以看到全部的景色，也可以看到部分的局部建设场景，对于关键的部分可以采用交互的方法进行表现。这一部分既可以作为项目的总体布局统览，也可以配合虚拟现实场景进行快速的浏览定位。在具体操作上该界面可以直接进入虚拟道路的某一个路段，也可以看到重点工程的细部，从而进入虚拟演示的关键景观或者重点项目模块。

　　（3）项目统计数据库： 项目数据库作为整个多媒体项目的一个重要组成部分在设计与制作上都具有一定的独立性。我们将利用通用的windows系统下的数据库接口将多媒体系统中所出现的统计数据、结构饼图等动态信息与后台数据库相连接，使我们可以时实的对整个工程项目在进度与运作上进行总体把控。由于项目本身所具有的特点，会使总体的数据量十分庞大，对于同一组数据我们可能会有不同的分类方式与统计方式，这就需要我们在提供一个稳定的，独立的数据库系统的同时也提供一套统一的数据查询与修改的接口界面。

　　此外，数据的安全性也是开发这套系统所需要考虑的一个方面，我们将提供相应的安全保障体系，如密码登录，数据备份等必要的安保功能，以确保整套系统的稳定性。

　　（4） 虚拟公路：

　　这部分是多媒体演示的主体，将二期项目的全程进行详细的介绍。包括道路、桥梁、收费站、服务区以及沿途的部分景观,大到整个收费站,小到一个道钉(波形梁,反光伴,边坡,路牌等完全真实再现)同时配有各标段的地形资料和数据。

　　主要通过两种浏览模式分别表现驾驶（驾驶模式）和飞行(鸟瞰模式)状态下的公路桥梁，在这部分中，浏览者既可以沿着汽车的路线看完全程，也能通过飞行（鸟瞰）的效果快速的走完全程。这对于真实的表现高速公路是一个非常有效的手段。

　　在浏览的过程当中，我们可以通过点击路边的项目标识牌调出有关于该路段的设计信息。此外配合整个系统中的电子地图功能，对虚拟场景进行浏览的快速定位操作——也就是浏览中的定位模式。按照用户的具体要求，我们可以设置多条相对固定的浏览路线，无需操作，自动播放（定镜头顺序播放功能）。

　　虚拟现实技术是此项目的核心内容，所以在具体的构建过程当中涉及到以下几个方面的工作：

　　* 场景中所涉及的模型制作，包括道路、桥梁、收费站、服务区以及周边的辅助设施。

　　* 模型的着色及渲染。

　　* 总体环境的气氛营造，包括建筑布景、天气模拟等。

　　（5）重点工程介绍：使用比较精细的模型和真实的光影来表现这些项目，如桥、收费站、服务区等全部单独制作出来同时给予更多的咨讯。总体项目实施安排：工程进度表、沿时间线进行的项目及其施工工艺，工程施工的动画。

　　五.虚拟现实技术表现手段与其它形式的比较：

　　（1）与传统沙盘的比较：

　　传统沙盘最大的缺点在于其空间的限制性太大，不足以体现出整个项目的设计细节，同时将其它的媒体信息加盖其中亦存在着许多困难，导致信息量严重匮乏，而虚拟现实为我们提供了一个无限的虚拟空间，近乎完美的解决了这个问题。同时，他也可以与其它媒体刑是无缝结合，辅以强大的数据库功能，所传递的信息量巨大。

　　（2）与传统效果图画的比较：

　　静止的效果图只能向观者展示项目的某一个或某几个方面，对观者提出的其他问题与要求必须以相近的图像或文字加以说明，运作起来不直观、不全面，具有相当大的局限性。而以虚拟现

　　实技术为核心的多媒体介绍程序，不需要观看者发挥任何的想象力，以空前直观的方式将项目展现给观众。在虚拟的世界中，我们可以任意角度，任意比例的观看我们所感兴趣的内容，丝毫没有束缚之感。

　　（3）与传统三维动画的比较：

　　动画演示在一定程度上弥补了静止画面的不足之处，声音与动画同步播放，生动细致。但是严格意义上讲，这种浏览演示方式只是用于地产演示项目，或其它类似的只是为了表现视频效果的项目，而对于典型的工程项目则缺少应有的严谨性、灵活性与客观性。动画在播放的过程当中，观者只是一直在被动的观看，接受一些有关于项目的信息，并不能按照自己的意愿去观看、查阅、检索相关信息，而虚拟现实产品则完全解决了以上两种表现形式中所存在的问题。我们可以虚拟空间中的任意地点、任意时间进行观察，地点与时间都是无限的。

　　六.结尾

　　虚拟现实的吸引力，在于它的高技术，它能提高我们的工作效率或帮助我们去完成以前做不到的事情；它的艺术魅力也是不可忽视的。虚拟现实技术的发展历史，也可以说是一个信息环境多维化的历史。创建多维信息环境、突破数字及文字的单维表现力的局限，这是人类的共同追求，也是全世界的科技工作者代代相继的奋斗目标。虚拟现实技术是人们世世代代所追求的人机和谐的信息处理环境的继续。只有在计算机及其它科学技术高度发达的今天，这样的信息处理环境才能够被实现。