2023數字孿生世界白皮書

數字孿生世界白皮書2023目錄一、數字孿生：數智視融合，構建數字產業(yè)生態(tài)鏈 1（一）數字孿生高速發(fā)展，成為數字經濟熱點 1（二）打造“數智視融合、虛實人聯(lián)動”的數字孿生世界 3（三）持續(xù)推進數字孿生世界“多跨”數智場景建設 4二、數字孿生應用架構：B/S與C/S的探索 81、B/S與C/S數字孿生應用架構選型 82、B/S架構數字孿生應用建設探索 103、C/S架構數字孿生應用建設探索 14三、數字孿生核心技術：加速發(fā)展和融合應用 20（一）物理世界感知能力 201、構建一體化感知網 212、核心應用場景 21（二）數據融合與治理能力 241、數據治理架構 242、數據治理模式 263、數據治理實施路徑 274、大型數字孿生項目數據治理實踐 29（三）地理信息數據應用能力 331、矢量數據 332、柵格數據 353、常見地圖坐標系 374、在線地圖服務 38（四）數字孿生高效建模能力 381、三維數字孿生模型 382、模型數據的采集與處理 403、常見三維建模軟件 434、手工建模 445、程序化建模 51（五）數字孿生場景渲染能力 561、技術路線 562、游戲引擎 613、游戲引擎 684、實時云渲染技術路線 72（六）數字仿真能力 761、仿真模型構建的通用技術路線 762、典型應用案例 78（七）虛實交互能力 811、數字孿生多跨協(xié)同、預案指揮 812、典型數字孿生聯(lián)動預案指揮體系案例 82四、新型技術成果：降低數字孿生應用建設門檻 86（一）EasyTwin數字孿生融合渲染引擎 86（二）EasyVforUnreal數字孿生雙向通信插件 87（三）EasyMan數字孿生數字人 88五、數字孿生世界：重點行業(yè)解決方案探索 90（一）數字孿生園區(qū) 90（二）數字孿生港口 102（三）數字孿生工廠 108（四）數字孿生水利 115（五）數字孿生雙碳 123參考文獻 137數字孿生世界白皮書(2023)數字孿生世界白皮書(2023)PAGEPAGE101數字孿生世界白皮書(2023)數字孿生世界白皮書(2023)PAGEPAGE100一、數字孿生：數智視融合,構建數字產業(yè)生態(tài)鏈（一）數字孿生高速發(fā)展，成為數字經濟熱點3DWEF數據顯示，在全球數字孿生城市項目中，公40%，預計未來仍將高速發(fā)展。圖1全球數字孿生城市項目應用占比，數據來源：WEF在國內將成為數字孿生融合發(fā)展的先行領域。根據艾瑞咨詢數據顯示，2022年我國數字50億元，隨著應用場景的持續(xù)探索，數字孿生城市將實現多輪爆發(fā)并維持較高增長。艾瑞咨詢指出，近五年獲投的初創(chuàng)企業(yè)業(yè)務類型主要分布在可視化工具、CIM平臺和1/3，兩方面因素形成了這一格局。一方BIMGIS行業(yè)和下游解決方案、集成商市場均存在高行業(yè)和規(guī)模壁壘，另一方面可視化作為支圖2艾瑞咨詢2023年中國數字孿生城市行業(yè)研究報告：中國數字孿生城市產業(yè)圖譜202211艾瑞咨詢：2023年中國數字孿生城市行業(yè)研究報告成為重組全球要素資源、重塑全球經濟結構、改變全球競爭格局的關鍵力量。發(fā)展數字經濟是把握新一輪科技革命和產業(yè)變革新機遇的戰(zhàn)略選擇。新模式?；壍雀鱾€重點產業(yè)數字化領域應用融合創(chuàng)新的基礎設施之一。（二）打造“數智視融合、虛實人聯(lián)動”的數字孿生世界隨著物聯(lián)網、5GAGI（ArtificialGeneralIntelligence，通用人工智能階段，為不同行業(yè)帶來更有價值的應用，讓每一個組織和個體從看見到受益于數字化。數字化是數字孿生的基礎前提智能化是數字孿生的關鍵變量。智能算法是實現數字孿生技術在行業(yè)落地的關鍵變量，通過對數字模型進行智能化處理，可以實現對數字模型的自動控制和優(yōu)化。最近幾個ChatGPTAGIAGI驅動的數字孿生世界也必將往更通用的自演化和自決策的智能方向發(fā)展?？梢暬菙底謱\生的交互界面。通過對物理世界的實景/抽象三維模型進行可視化渲染處理，并和數字化的基礎數據以及智能化的仿真/預測結果相結合，通過各類大中小屏幕、AR/VR等交互終端設備進行可視化呈現，使數字孿生世界更加直觀和易于理解，讓更多人能夠通過數字孿生技術與虛擬世界和物理世界進行協(xié)同和交互。知和控制，實現“虛實人聯(lián)動”。毫無疑問，易知微提出的“數智視融合，虛實人聯(lián)動”理念，將是未來數字孿生產業(yè)的重要發(fā)展趨勢之一。（三）持續(xù)推進數字孿生世界“多跨”數智場景建設域應用廣泛。統(tǒng)，最終將問題有效解決。（2022年數字孿生世界企業(yè)聯(lián)盟在項目實踐中，也整理出了4P應用場景和五層工程技術體系：一是科學規(guī)劃（Plan）。基于數字孿生城市模型，匯聚多源城市規(guī)劃相關數據，構建效率，實現綠色高效規(guī)劃模式。二是度多維度觀測、全量數據分析深度透視，立體感知洞察城市運行規(guī)律，實現城市一張圖可視管理；三是輔助決策（Predict）?；谌驍祿椭悄芩惴?，對城市發(fā)展各種場景各種維度的態(tài)勢提前做出預測，用數據智能幫助管理人員做出科學決策。四是干預演練（Preact）。利用數字世界的可重復性、可逆性、可控性等特性，在數字城市中可以通過數據建模和事態(tài)擬合，對特定事件如突發(fā)事件應急提前做出干預演練，為物理世界的執(zhí)行方案提供細化的、量化的、變化的、可視化的分析和評估。數字孿生城市的實現依賴于諸多先進技術的發(fā)展和應用，其工程技術體系整體上可以分為五層：地理信息要素層（與空間要素幾何特性有關（間要素的信息的城市地理信息數據底板。實時感知控制層。主要由智能傳感器數據采集、高速數據傳送和全生命周期數據5G技術的發(fā)展，使得高性能傳感器可以獲得高速低延時的雙向數據傳輸能力，提高了數字孿生系統(tǒng)的實時感知控制的能力。數據智能層全真模型層。主要實現城市物理實體的全要素數字化表達，實現由粗到細、從宏可視化交互層。主要是為使用者提供良好的人機交互使用環(huán)境，讓使用者能夠獲預測結果，并且可以遠程控制城市各個場景的運行狀態(tài)。圖3數字孿生城市工程技術體系的肩膀上，借助數字化改革的力量，將成為未來城市“多跨場景”的重要應用。二、數字孿生應用架構：B/SC/S1、B/S與C/S數字孿生應用架構選型B/S架構由瀏覽器（Browser）和服務器（Server）兩部分組成，即將用戶界面放在瀏覽器端，應用程序的核心邏輯放在服務器端，通過網絡傳輸實現數據交互。B/S架構的數WebGL封裝的渲染庫直接進行開發(fā)；H53DWebGL；WebGL封裝的渲染庫開發(fā)適用于數字孿生項目的融合渲染引擎，再基于自研的引擎的進行開發(fā)，例如EasyTwin數字孿生融合渲染引擎。C/S架構應用由客戶端（Client）和服務器（Server）兩部分組成，客戶端通常是指用戶端的軟件程序，它們運行在本地計算機上，通過網絡連接到遠程服務器。C/S架構的數Unity3DUnrealEngine；基于游戲引擎封裝的適用于數字孿生項目的融合渲染引擎，再基于自研的渲染引擎的進行開發(fā)。數字孿生應用雙模式架構選型對比C/S架構B/S架構常見技術路線UnrealEngine；基于游戲引擎封裝適用于數字孿生項目的融合渲染引擎，再基于自研的渲染引擎的進行開發(fā)；WebGL封裝的渲染庫直接進行開發(fā)；H53DWebGL；基于WebGL封裝的渲染庫開發(fā)適用于數字孿生項目的融合渲染引擎，再基于自研的引擎的進行開發(fā)，例：EasyTwin；優(yōu)勢開發(fā)效率高：Unity3D、UnrealEngine這樣非常成熟、強大的游戲引擎，提供了成熟的三維渲染能力、場景編輯能力和腳本編程能力，可以幫助數字孿生場景的開發(fā)者快速創(chuàng)建、編3D場景，從而降低了開發(fā)成本；游戲引擎有龐大的用戶社區(qū)和插件庫，這意可跨平臺性景，因此具備很好的可跨平臺性；高可擴展性：數字孿生建設中，除去孿生場景的開發(fā)外，UI2D模塊的研發(fā)也是項目Web的研發(fā)效率，且實現效果更好。尤其結合味著開發(fā)者可以利用社區(qū)資源快速構建、優(yōu)化和發(fā)布數字孿生場景，減少了開發(fā)風險和成本；絡；性能表現相對良好：數字孿生場景通常包含大量的模型、紋理、光源和特效等等，這些要素需要在渲染時同時被處理。游戲引擎在處理大規(guī)模場景方面LOD（LevelofDetail，多級細節(jié)）和遮擋剔除（OcclusionCulling），可以根據場景中物體的距離和可見性來自動調整渲染的精細度和數量，從而在不影響渲染質量的前提下，提高渲染速度和性能；游戲引擎本身具備許多性能優(yōu)化技術，如批處理（Batching）GPU實例化（GPUCPUGPU的開銷，從而提高渲染效率；可更高效的利用客戶端的硬件資源進行加速，從而提高渲染速度；EasyV，將數據接入、事件交互以及場景通訊配置化，進一步提升建設效率、降低維護成本。(2)在一個數字化轉型項目中，數字孿生很可能?是項目當中的一部分，并且需要與其他業(yè)務系統(tǒng)配合，最終集成其他業(yè)務系統(tǒng)或是被B/S節(jié)的實現成本更低。維護成本低：由于應用程序的核心邏輯在服務器端，進行統(tǒng)一管理和維護，減少了客戶端的更新和維護工作量。可以方便地進行遠程協(xié)作和數據共享，利于協(xié)同劣勢大部分項目所需資源在本地，協(xié)同受限；用人成本高：完整的團隊構建需要：模型師、地編、技術美術、游戲引擎開發(fā)工程師；客戶端開發(fā)工程師相較于前端開發(fā)工程師數量少；維護成本高exe文件；對硬件設備有要求exe文件僅支持windows系統(tǒng)運行；跨平臺訪問成本高：云渲染效果也受網絡帶寬影響大。資源包體大小要求高：由于數據傳輸需要通過網響渲染效果與整體性能；實現與游戲引擎等同的渲染效果成本更高：OpenGLESWebGL的兩重能力刪減，渲染效果表現力下降以及性能優(yōu)化手段受限；由于JS與WebGLDrawCallDrawCall對圖形渲染性能DrawCall都需CPUAPI置渲染狀態(tài)等。在大型場景中，如果存在大Draw戲或應用程序變得卡頓；Unity3DUnrealEngine具備非常成熟的三維渲染能力、場景編輯能力和B/S渲染引擎；性能整體不佳：JS語言性能較差，影響業(yè)務邏輯的性能；場景的渲染無法更大程度的利用硬件資源；2、B/S架構數字孿生應用建設探索EasyTwin數字孿生融合渲染引擎建設實踐為例EasyTwin數字孿生融合渲染引擎是一款低代碼數字孿生應用開發(fā)平臺，能夠以產品化實現入門級B/S架構數字孿生應用開發(fā)。圖4EasyTwin基礎架構圖EasyTwin4層，資源層、渲染層、功能層、編輯器層，上層依賴下層模塊。資源層：EasyTwinEasyTwin中各種數據格式。這些資源為為實體和組件提供了邏輯編輯需要的數據。EasyTwinThreejs提供的渲染能力，PBR（POI渲染。掛載狀態(tài)組件，該孿生體就具備了狀態(tài)編輯的能力。編輯器層：GUI，直接通過可視化界面進行場景編輯，例如：模型導入、模型位置調整、場景導入導出、資源管理以及組件編輯等功能。EasyTwin的組態(tài)化功能可以較好的解決純代碼開發(fā)以及通過支持H5的游戲引擎打包WebGL開發(fā)孿生場景的缺陷，在保障渲染效果、場景性能的前提下，實現場景高效開發(fā)、快速復用以及后續(xù)低成本的維護。以材質編輯系統(tǒng)、場景物體狀態(tài)和數據資產庫為例。材質編輯系統(tǒng)Web3D項目開發(fā)流程為建模師在建模軟件（Blender）3D模型以及模Web3DWeb3D然后再導入引擎中預覽效果，效率很低。PBR（ThreejsBabylon下渲染的效Web端三維引擎，其渲染效果也是有差異的。圖5不同Web3D引擎的渲染效果為了提高建模師的工作效率，EasyTwinEasyTwin后，直EasyTwin中對模型材質參數修改，即可預覽到最終渲染效果，不必再回到建模軟件中進行材質參數調整。PBREasyTwin后可以使用材質庫中的材質對模型進行材質替換。場景物體狀態(tài)EasyTwin對孿生場景的物體抽象出不同的狀態(tài)，由此來簡化物體與其他場景的交互。在通常情況下實現標牌通過外部數據顯示不同樣式，首先需要在場景中創(chuàng)建不同樣式的標牌，并記錄其唯一值（id），通過控制標牌的顯影，這樣才能完成樣式的切換，當場景中物體和交互增多時，實現的成本也會劇增。系。數字資產數字資產包括引擎內置的模型庫、數字要素、行業(yè)模版庫。仿真高保真還原的業(yè)務模型，支撐下一步三維建模業(yè)務場景的構建開發(fā)。數字要素：提供常用數字要素，可在三維場景中添加散點、信息面板、飛線、路徑、圍欄、iframe在數字要素中，可以通過手動打點、三維坐標（X、Y、Z）、經緯度坐標三種方式來實現EasyTwin低代碼數字孿生融合渲染引擎的進行項目交付，主要涉及以下角色：PM/PD：與甲方對接確定需求以及提供原型圖；確定各部分效果呈現的參考圖；跟進項目需求變更，協(xié)同客戶以及項目實施團隊；可視化/UI設計師：根據PM/PD的需求文檔/原型圖/參考來產出設計方案與設計稿；設計稿定稿后制作UI；輔助PM/PD提供參考圖給到模型師；在引擎中還原三維場景，把控二維至三維的美術效果一致性；模型師：根據業(yè)務需求提供定制模型；前端開發(fā)工程師：溝通數據格式與數據對接情況；與設計師合作設計屏內、場景的交互方式，并完成交互配置場景配置；在EasyV、EasyTwin中接入數據；3、C/S架構數字孿生應用建設探索主要有以下流程：）數字孿生三維場景搭建和渲染數字孿生三維場景搭建是一種在數字空間實現物理世界場景的數字化建模和渲染的型構建、場景渲染、和優(yōu)化迭代等方面。需求分析：L1~L5L1級可能就足夠了；如果要搭建一個用于工業(yè)設計或教育培訓的數字孿生場景，那么L4L5級可能更合適。數據采集：L1級的數字孿生場景，那么可能?需要基于衛(wèi)星影L5級的數字孿生場折射效果等渲染技術來提高細節(jié)感和動態(tài)感，并實現與人員車輛等元素之間自由交互。模型構建：BIM建模等。照和氛圍，并優(yōu)化性能和效果。工藝設計、工程設計等方面，提高產品的性能、質量和效率。比如可以替換或加工資產，LOD、CullDistance、Lightmap用戶體驗和滿意度。數據與場景的融合渲染舉例設備標記數據綁定和天氣天光環(huán)境系統(tǒng)條件進行說明。設備標記、數據綁定：CAD或者其他參考圖紙上找到設備對應的位置和編號。在UEPOIPOIPOIPOIPOIIDWeb并高亮圖標，Web展示對應的設備信息。圖6POI點標記天氣、天光環(huán)境等系統(tǒng)的調節(jié)：時間設置可以選擇為接入標準的北京時間數據來實現孿生場景與真實世界的時間與環(huán)境Web/API天時，天空下雨，同時啟用模型的雨水濕潤效果。交互場景鏡頭的管理和設定ABABB的對應鏡頭，并記錄場景狀態(tài)。鏡頭管理：不同的場景分別制作多個不同的鏡頭視角（向游戲引擎JSONJSON數據后進行解析，然后將視角從當前位置切換到建筑體左邊對應的視角上。場景發(fā)布和系統(tǒng)部署Web+游戲引擎的交互聯(lián)動和程序封裝打包：WebWeb頁面嵌入到游戲引擎中，可將帶有可視化圖表的頁面與三維孿生場景一起EXEEXEWindows電腦中，再通過程序的配置文件修改我們需要WebURLURL、TMSURL等?？蛻舳诉\行模式：將打包后的客戶端程序放置到對應電腦上，修改好相關的網頁、傾斜模型地址，直接打開程序即可運行。（IP地址/端口號瀏覽器打開對應地址展示遠程的客戶端畫面。基于游戲引擎進行數字孿生項目交付，主要涉及以下角色：PM/PD：與甲方對接確定需求以及提供原型圖；確定各部分效果呈現的參考圖（如設計方面的UI風格及場景部分的場景風格）；跟進項目進行溝通；設計師：根據PM的需求\原型圖\參考來設計方案與設計稿；設計稿定稿后制作UI；輔助PM提供參考圖給到場景；跟場景對接把控二維和三維的美術效果一致性；模型師：根據場景地編需求提供定制模型；（項目建模）根據場景地編需求提供預制模型；（資產庫制作場景地編：根據PM與設計師提供的美術效果參考制作場景氛圍；根據場景內容對模型提出模型需求，并與其進行對接驗收；與TA對接制作各類特殊效果；制作數字孿生三維場景；與開發(fā)對接場景內的功能需求；TA：根據場景地編的需求提供特殊材質效果、程序化生成、粒子特效、提高效率的工具等；與開發(fā)對接處理交互時產生的視覺效果；（如拆樓、水壩放水的水流等需要按鈕觸發(fā)的效果）數字孿生應用開發(fā)工程師：根據地編制作的場景與設計師提供的素材及PM的需求進行功能開發(fā)；對場景內產生交互的內容進行配置；對項目進行打包；前端開發(fā)工程師：和客戶溝通數據格式與情況；與設計師合作設計屏內的交互方式；數據接入；和數字孿生應用開發(fā)工程師進行交互配置；與其他的集成系統(tǒng)進行聯(lián)通（如東站的協(xié)同系統(tǒng)）；三、數字孿生核心技術：加速發(fā)展和融合應用（2022年演、態(tài)勢感知?能決策等多個環(huán)節(jié)2。數字孿生技術的向前發(fā)展和融合應用，使得數字孿7景渲染能力、動態(tài)仿真能力、虛實交互能力進行展開描述。（一）物理世界感知能力（InternetofThingsIoT）（RFID）以實現對設備的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。RFID2CAICT中國信通院：《數字孿生城市白皮書（2022年）》，2023年1月發(fā)布“可運行-可管理-（劉杰，黎羴，等，2010）。重要一環(huán)。1、構建一體化感知網AI算法為監(jiān)測技術賦能，實現人員以科技之眼實時掌握現場情況，實現全面感知、科學決策與智慧管理。如在水利行業(yè)中透徹感知依托水利感知網實現，水利感知網是智慧水利的“感知系水利感知網利用視頻監(jiān)控設備，動態(tài)監(jiān)測和實時采集河道/水岸線人、水、物三大類水利2、核心應用場景以智慧水利行業(yè)為例，水利感知一張網是建設數字孿生水利應用不可或缺的底層輸入，數字孿生平臺可將感知標識結果和智能算法分析的結果進行融合呈現。常見的水利物流速流量檢測、違法施工識別、煙火識別等。水位自動識別水位坐標的讀數。水體顏色識別

圖7宇視科技水位感知監(jiān)測應用水體污染是環(huán)境污染防治的最主要指標之一，當前，水質的數據采集大多數需要人工具有很大的優(yōu)勢，但是在缺乏實時性和實效性，當問題出現的時候具有一定的滯后性。排放等企業(yè)得到及時的處理，輔助管理者做出相應管理決策。積水監(jiān)測識別

圖8宇視科技智能水體顏色識別應用不可估量的影響。過程追蹤及記錄等。圖9宇視科技智能積水識別應用（二）數據治理能力IT1、數據治理架構圖10袋鼠云數據治理架構IT系統(tǒng)獲取業(yè)務活動產生的各類數據后，經過系統(tǒng)的數據治理、管理，技術、管理、平臺的有效聯(lián)動。不是單平臺功能。理機制及流程體系。2、數據治理模式8理模式包括三種基本模式。模式一：自下而上，以數據架構為重，開展數據治理?；蛐陆?、自研系統(tǒng)較多的企業(yè)。模式二：自上而下，以明確的數據應用為重，開展數據治理。治理，才能得到業(yè)務部門的認可和支持。此模式通常圍繞數據應用的需求進行數據治理，比如升級架構、更換平臺等涉及數據應用遷移時，或聚焦監(jiān)管、上報類等明確數據應用時，圍繞數據應用進行數據治理。升企業(yè)整體數據認知，為未來數據治理的開展提供基石。整個過程涉及系統(tǒng)改造升級、業(yè)務流程優(yōu)化再造，是企業(yè)全面升級的過程。圖11數據治理三大基礎模式3、數據治理實施路徑數據治理實施路徑通常包含三個階段。第一階段：起步階段，業(yè)務運營數字化階段。整合各系統(tǒng)的數據，打破數據孤島，沉淀數據資產，探索業(yè)務場景化。第二階段：深入拓展階段，數據賦能常態(tài)化階段。KPI的轉型，數據決策成為企業(yè)決策主要決策方式。這個階段，企業(yè)開始全面建立數據管理權限體系，完善數據治理機制，優(yōu)化數據治理流程及制度體系，由原有的“粗放式”管理升級為“精細化”管理，數據質量不斷提升，企業(yè)數據管理能力升級，逐步通過數據質量平臺、數據資產平臺、數據治理平臺工具等實現智能管理，企業(yè)數據思維認知全面提升。第三階段：智能應用階段，運營決策智慧化階段。甚至在原有商業(yè)模式上，激發(fā)新的業(yè)務模式。圖12數據治理實施路徑三大階段4、大型數字孿生項目數據治理實踐某高鐵樞紐站總建筑面積達122萬方，年到發(fā)客流1.37億，東西跨度820米，是集高10種交通換乘方式于一體的亞洲最大的鐵路樞紐站之50家并集多種交通換乘方式于一體。按照Ⅴ字模型理論，進行業(yè)務拆解、數據歸集、功能集成，建立以“IoT（物聯(lián)感知）+GIS（地理信息系統(tǒng)）+BIM（建筑信息模型）+量調配等可視化管理，實現大型綜合交通樞紐精細化協(xié)同治理。圖13數字孿生V字模型5618個三級任務、63個四級任務。圖14某大型數字孿生項目需求概覽二是建立指標體系。圍繞5項一級任務，分別建立可量化的指標體系，并綜合運算生成壓力指數、通行指數、滯留指數、預警指數，直觀反映運行全景態(tài)勢。三是打通歸集數據。聯(lián)通系統(tǒng)平臺，通過調用、接入、采集等多種方式，歸集200余項數據，形成某高鐵樞紐站安全防控數據體系。四是實現綜合集成。重點打造“一圖一庫一網+N個子場景”。有效協(xié)同。圖15某高鐵樞紐數字孿生全景運行圖一庫，即專題數據庫，聯(lián)通區(qū)一體化智能化公共數據平臺，存儲、歸集基礎數據、名錄數據、事件數據等，通過邊、云、超計算，生成治理數據。協(xié)作鏈路，實現跨部門、跨系統(tǒng)、跨地域、跨層級事項處置“一體協(xié)同”。N個子場景：根據急用先行、成熟先行的原則，先期打造客流預測預警、氣象防災、消防安全和治安防控4個子場景。圖16某高鐵樞紐數字孿生應用數據治理成果（三）地理信息數據應用能力為用戶進行決策、控制、反饋提供途徑。GIS數據分為矢量數據和柵格數據。矢量數據用據用于表示地圖上的圖像信息，例如衛(wèi)星影像、地形圖、天氣圖等。1、矢量數據矢量數據文件主要常見的數據格式有：GeoJSON、ShapeFile、TopoJSON、WKB/WKT（Well-knowntext）、KML/KMZ。其中在實際項目里最常見的GIS矢量數據文件格式是GeoJSON和ShapeFile。GeoJSONJSON（JavaScriptObjectNotation）格式的地圖矢量數據格式，邊界、建筑、路網、河流水系等。EasyMap3中可獲取標準或自定義的行政邊界數據，例如華東區(qū)（江蘇省、安徽省、江西省、浙江省、上海市），下鉆層級支持中國-省-市-區(qū)、縣（不可下鉆至鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道）同時，EasyMap支持手動繪制或自動生成點、飛線、軌跡、面的要素數據。圖17EasyMap中生成點、線、面數據說明：EasyMap數據來源為高德開放平臺4Shapefile是一種開放的地圖矢量數據格式。它包含至少三個文件：.shp文件包含矢量幾何數據、.shx文件包含索引信息、.dbf文件包含屬性數據。項目建設中并不常直接使用EasyMaphttps://map.easyv.cloud/高德開放平臺：/shphpGeoJSONshp數據可在OpenStreetMap中獲取。2、柵格數據GIS衛(wèi)星影像/衛(wèi)星照片（片）都是柵格數據。GIS中一些遙感應用的數據或空間分析、計算結果數據一般也都會以柵格數據的形式提供，柵格數據的大小根據數據空間范圍和分辨率正成正比。數字高程模型（數字化表達DEM庫中提取。圖18數字高程模型（DEM）數字表面模型地、水系、交通、管線、地貌、植被等內容。圖19數字表面模型（DSM）數字正射影像數字正射影像是指利用數字高程模型對掃描處理的數字化的航空像片/遙感影像（單色/彩色），經逐個象元進行投影差改正，再按影像鑲嵌，根據圖幅范圍剪裁生成的影像數據。具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優(yōu)點，DOM的制作原理是依據其特變和位移誤差而最終得到具有包含地理信息和各種專題的衛(wèi)星遙感數字正射影像地圖。圖20數字正射影像（DOM）3、常見地圖坐標系WGS841984GPS衛(wèi)星星歷的參考基準也是協(xié)議地球參考系的一種。如果地圖數據來源為MapBox、Cesium、OpenStreetMapWGS84。GCJ-02火星坐標系：由中國國家測繪局制訂的地理信息系統(tǒng)的坐標系統(tǒng)。國內出版GCJ-02對地理位置進行首次加密。如果地圖數據來源為高GCJ-02。BD-09百度坐標系：在GCJ-02坐標系基礎上再次加密，如果地圖數據來源為百度地圖，那么數據使用的坐標系為BD-09。CGCS2000CGCS2000WGS8415cm左右，數值不準確，僅供參考。4、在線地圖服務API接口調百度、天地圖、OpenStreetMap、Mapbox等。（四）數字孿生高效建模能力物理實體保持一致，更重要的是要能模擬物理實體的時空狀態(tài)、行為、功能等。1、三維數字孿生模型三維數字孿生模型在數字孿生領域的應用可以分為以下幾個方面：三維數字孿生模型可提高數字孿生的精度和逼真度，使得虛擬世界中的數據模型能夠更好地反映真實世界中的物理對象或系統(tǒng)的狀態(tài)和變化。三維數字孿生模型可以支持數字孿生的多維度展示和交互，使得用戶能夠從不同角度、不同層次、不同尺度觀察和操作虛擬世界中的數據模型，增強用戶體驗和效率。三維數字孿生模型可以促進數字孿生的跨領域應用和創(chuàng)新不同需求之間能夠通過共享和融合虛擬世界中的數據模型，實現協(xié)同創(chuàng)新和價值提升。在實際數字孿生項目交付中，通常對三維數字模型有以下要求，需要引起注意：精準化。修改和更新。輕量化。模型應盡可能地減少數據量和計算量，以提高運行效率和節(jié)省資源。需要采用合適的抽象和簡化方法，去除冗余和無關信息，保留模型核心特征。可視化若交付的數字孿生項目為B/S架構，為了實現高效和高質量的數字孿生場景，通常需要注意模型大小、格式和質量等方面的要求，主要包括：雜度。勢。一般來說，WEB端可視化場景需要選擇支持動畫、紋理、材質等屬性的格式，例如GLTF、FBX、OBJ環(huán)境和需求的格式。2、模型數據的采集與處理不斷發(fā)展和創(chuàng)新，主要有以下技術趨勢：精密化、智能化和集成化。隨著測繪儀器設備的不斷更新?lián)Q代，如全站儀、GPS理方法的有機結合和協(xié)同作用。多源化、多尺度化和多維化。隨著遙感衛(wèi)星、無人機、激光雷達等新型數據獲取平臺和傳感器的出現和發(fā)展，以及大數據、云計算等新型數據管理和分析技術的推廣和應用，現場測繪技術可以獲取更豐富、更全面、更實時的地理空間信息，并可以從不同角度、不同層次、不同尺度來表達和展示這些信息。人工測繪在實際數字孿生項目中，人工測繪通常需要單反攝像機、手機、360全景設備和人工方式更為靈活且成本較低；對于大型數字孿生場景的建設來說，一般不建議采用人工測繪的方式。人工測繪一般來說可以分為以下幾個步驟：確定測繪的內容、范圍和精度，制定測繪的方案和方法。水平尺、游標卡尺等。豎直角、高程差等。對測繪到的數據進行核對、整理和存儲，刪除或修改錯誤或重復的數據，保證數據的完整性和準確性。圖形工具或專業(yè)軟件等對數據進行加工、展示或報告。傾斜攝影440°~60°之間，可以較為完整地獲取地物側面的輪廓和紋理信息。傾斜攝影技術大大降低了三維建模成本，能夠彌補傳統(tǒng)三維建模技術的缺陷，是大場景三維建模的重要選擇之一。傾斜攝影技術主要具有以下技術優(yōu)勢：一是高分辨率。傾斜攝影平臺搭載于低空飛行器，可獲取厘米級高分辨率的垂直和傾斜影像。二是可以獲取豐富的地物紋理信息。傾斜攝影從多個不同的角度采集影像，能夠獲取地物側面更加真實豐富的紋理信息，彌補了正攝影像?能獲取地物頂面紋理的不足。墻，以及地形地貌等精細特征。但傾斜攝影技術也具有一定的局限性。傾斜攝影技術采用可見光進行測量，對天氣要求較高，并且對密集植被下的地形無能為力，對細小物體的建模能力不足。激光雷達測繪激光雷達測量技術是最初由歐美發(fā)達國家發(fā)展起來并投入商業(yè)化應用的一門新興技激光雷達測繪技術主要具有以下技術優(yōu)勢：一是可以快速獲取數字高程模型。激光點云數據是激光雷達技術中最為直接的數據，TINDEM的生成也更為方便、準確。GPS技術實時顯示飛行軌跡。不會發(fā)生漏拍的情況，避免人為錯誤。三是信息獲取敏感。可以獲取小于遙感影像或者雷達影像分辨率的目標信息，可穿透植被覆蓋物獲得地面點數據。態(tài)，受天氣影響較小。3、常見三維建模軟件BlenderBlenderPTC開發(fā)的數字孿生軟件，它可以將物理世界中的實體轉換為數字模型，并在數字環(huán)境中進行仿真和分析。Blender提供了一個可視化的界面，使BlenderCAD、PLMIoT數據，以及各種傳感器和設備數據。Maya/3DMAXMaya/3DMAX是一款數字內容創(chuàng)建軟件，主要用于三維動畫、建模、仿真和渲染。在數字孿生領域中，可以用于建立虛擬孿生體。Substance3DPainterSPAdobe3D3DSubstance3DPainter3D資產創(chuàng)建紋理變得比以往更容易。4、手工建?？梢暬故竞徒换ゲ僮鳎阅苌弦哺哂袃?yōu)勢。基于手工模型制作的數字孿生建模方法主要涉及以下幾個關鍵技術：BIM傾斜攝影、人工照片采集、激光點云等方式進行模型數據采集和處理。BIMBIMBIM模型數據進BIMBIM量化處理流程。手工重構重建數字孿生模型。BIMBlender等軟件對模型進行手工重構重建，并利用已有的既定知識或專家經驗來對模型制作過程和效果進行管理。傾斜攝影模型數據處理傾斜攝影的處理：傾斜攝影呈現出正確、符合項目需要的內容部分。傾斜攝影的優(yōu)化：

圖21傾斜攝影模型示例通常需要將傾斜攝影的頂層數量進行二次構建、建立多層不同數量的瓦片層級。來處理傾斜攝影在孿生場景內加載速度慢、加載出現卡頓的情況。傾斜攝影的發(fā)布：將已經處理優(yōu)化后的傾斜攝影通過平臺加密上傳到官方平臺云端。不需要將傾斜攝影下載至本地，即可在孿生場景內通過直接鏈接URL的方式實時在線加載云端的傾斜攝影。傾斜攝影的加載方案：OSGB、3DTiles、URL三種格式進行轉換，來滿足數字孿生應用程（斜攝影的方式還可以一定程度上提高傾斜攝影的加載速度。圖22加載傾斜模型示例建模流程PBR（Physically-BasedRendering）流程其實是一個很復雜的概念，它的基本概念是一和引擎的作用下會產生不同的實現效果（一般指渲染器模型和貼圖的輸入類型）。PBRPBR/3APBRPBR流程的材質效果不但更接近于真實事物效果，而且制作效率相比傳統(tǒng)流程快了許多。圖23模型對比示例PBRPBR流程最基礎的中模、高模、低模以及對模型的烘培是相同的。傳統(tǒng)流程：normal（法線）AOnormalAOCAVITYPSAO調整為疊加模式,以便區(qū)分物體的大體色塊。PBRPBRAOnormalMetalnessRoughness四張貼圖。PBRAOAO貼圖，不包含任何的Metalness用來控制金屬的金屬度，非RoughnessPBR3D真實。在實際數字孿生項目交付的過程中，PBR建模流程可以概括為以下步驟：在建模軟件中建立中模，即基礎的三維模型；在建模軟件中雕刻高模，制作擁有細節(jié)和紋理的高精度模型；UV坐標的低多邊形模型；3D境光遮蔽貼圖等；3D質貼圖；6在Blender等軟件中渲染，需要設置光源和環(huán)境，并調整參數和效果，最后導出。6圖24PBR流程模型示例模型輕量化處理BIM（BuildingInformationModeling）是繼CAD之后整個工程建設領域的第二次數字革BIM（BIM各種信息集成在模型要素上，構建出建筑的數字孿生體。BIM模型的輕量化主要是指通過對原始BIM模型數據進行清BIM模型的運行效率，使其更適合在電腦、手機等終端上查看和交互。數字孿生建模人員可以通過BlenderBIM模型的輕量化，常見的操作有：可以使用融合變形或混合變形（BlendShape）從而減少模型的頂點數和多邊形數。使用多邊形簡化或網格簡化（PolygonReduction/MeshSimplification）工具，根據一定的標準和閾值，自動或手動地刪除或合并不必要的頂點和面。（Texture/Material）BIMAutoCA.dwg/.dxf/.dwt/.dwsSketchup（.skp/.skb）、AutodeskRevit（.rte/.rvt/.rfa）、SOLIDWORKS等。BIM模型經過輕量化處理FBXOBJBlenderUE中進行進一步捋順。BIM模型應用軟件 支持格式 主要作用 輕量化處理需要參考CAD中的總成圖，對線條進AutoCAD .dwg/.dxf/.dwt/.dws

行拆解和區(qū)分，根據平面進行建模，貼圖可參考照片或其它相似的材質。SketchupAutodeskRevit.skp/SketchupAutodeskRevit.skp/.skb.rte/.rvt/.rfa常用于制作草圖模型參考常用于于建筑業(yè)BIM體系中SOLIDWORKS常用于工業(yè)高精度模型查看Revit格式至其它軟件進行優(yōu)化或重新制作。SOLIDWORKS工業(yè)模型精細度一般極高，在面數過高的情況下，需要對模型objstp格式的導出，再導入通用軟件內進行減面制作。在BIM模型輕量化的過程中，建模人員需要注意以下問題：UV層面要求和規(guī)則：UVUV重疊或錯位的情況；UV方法；UVUV以減少貼圖數量和內存占用；使用無縫平鋪或三向投影等技術，避免出現明顯的接縫或拉伸等貼圖問題；UV需要盡量減少空白區(qū)域，提高紋理的利用率和質量；UVUV塊。UVTiling貼圖則盡可能遵守貼圖層面要求（具體可細看下面貼圖層面案例細分）圖25UV示例貼圖層面要求和規(guī)則：選擇合適的貼圖格式，根據不同的平臺和需求，選擇最優(yōu)化的壓縮比和清晰度；控制貼圖數量和大小，盡量減少不必要的貼圖，并將多個貼圖打包到同一個圖片中；UVUV重疊或錯位等問題，并提高貼圖利用率。輕量化層面要求和規(guī)則：選擇合適的減面工具，根據不同的模型格式和需求，選擇最優(yōu)化的算法和參數；保持模型的完整性和拓撲結構，避免出現模型破損或變形等問題；保留模型的重要特征和細節(jié)，避免出現模型失真或質量下降等問題；使用高效的數據壓縮和傳輸技術，進一步降低模型數據量和加載時間。模型輕量化處理通常會選擇使用模型減面工具進行減面優(yōu)化處理，處理完成后導入Blender等軟件進行進一步優(yōu)化理線制作。對于無法處理的模型，需要進行重新布線建模。5、程序化建模有多樣性和靈活性的模型，幫助建模人員大幅提高建模效率。是按照一定規(guī)則將組件進行組合與排列，生成模型?；碛懈叩娜蒎e率，同時也減少了不少重復工作。BlenderAdobeSubstance3DCityEngine等，還有專門聚焦于程序化建模的軟件Houdini，這些工具為建模人員提供了極大的便利。HoudiniCityEngine兩種程序化建模方式。Houdini3D模型和特效，為電影行業(yè)提供了一個革命性的工具。隨著技術的不斷發(fā)展和完善，Houdini的應用領域逐漸擴展到了游戲開發(fā)、虛擬現實、數字孿生等各個領域。Houdini3D內容的制作過程轉化為程序的生成過程，通過對程3D的程序3D模型、動畫和特效，并且具有高度的靈活性而且也為數字孿生、工業(yè)設計、建筑可視化等領域提供了強大的支持。Houdini具有以下技術特點，可以幫助技術人員快速制作高質量數字孿生模型：Houdini同時還可以讓技術人員輕松地進行修改和調整。數據流編程。數據流編程是一種編程范式，它將程序看作是一組數據流，其中每個數據流代表著一組數據或者一組操作，Houdini的程序化生成技術就是基于這種思想實現的。它將數據和操作看作是一系列節(jié)點，通過連接節(jié)點之間的輸入和輸出，實現復雜的程序邏輯和生成過程。非線性流程控制。程序化建模的核心是對流程的控制，Houdini（NodeNetwork）Houdini務。Houdini加專注于創(chuàng)意和創(chuàng)新。在數字孿生領域，Houdini技術的應用可以幫助廠商提高數字孿生場景的制作效率和質量，解決場景建模、數據采集、場景模擬等問題：大規(guī)模場景建模建模速度。城市建筑場景生成。Houdini程序化生成可以用于快速創(chuàng)建高度真實的城市場景。可以通過簡單的參數控制快速生成符合規(guī)劃標準的城市場景。此外，Houdini還可以通過實現城市道路系統(tǒng)、建筑物等元素的可編程化，以及通過使用各種分形算法和L-系統(tǒng)算法、或是基于GIS數據來自動生成城市場景。圖26基于Houdini生成的城市建筑場景自然環(huán)境生成。利用Houdini程序化生成，藝術家和技術人員可以快速創(chuàng)建逼真的自然環(huán)境場景。通過使用L-系統(tǒng)、分形算法等方法，Houdini可以自動地生成樹木和植被，并為它們分配逼真的材質和紋理。此外，Houdini程序化生成還可以用于創(chuàng)建地形、河流、湖泊等自然景觀元素。高精度數據采集

圖27基于Houdini生成的自然環(huán)境場景數字孿生領域需要對現實世界中的物體和場景進行高精度的數據采集，例如使用激光掃描儀等設備進行點云數據采集。使用程序化生成技術，可以對采集到的數據進行快速、準確的處理和優(yōu)化。高效模擬精度。高效的數據管理這些數據量通常非常龐大，需要一定的存儲和管理能力。Houdini程序化生成技術可以通過高效的數據節(jié)點、緩存機制等來管理這些數據，從而提高數據的讀取和處理效率。CityEngine是一款使用基于代碼的程序化方法來高效地生成三維城市模型的軟件。最GISCityEngine3DGIS3D模型創(chuàng)建等易用功能的特點。支持多種格式的導入和OBJ、Collada（DAE）、DXF等。這些獨特的能力讓其可于真實的地理信息系統(tǒng)（GIS）數據來生成與現實較為匹配的城市模型，很好的滿足了數字城市大范圍城市模型的需要，大大提高了孿生體場景建模的效率。CityEngine最大的特點在于他GISShapeFile類的文件DEM數據級影像圖數據生成與建筑輪廓相匹配的地形保證，因此較好的保證CityEngine局層次對生成的建筑進行形狀、類型、紋理的調整，在保持邏輯性的前提下提高了場景建模的效率。此外，CityEngine還具備城市規(guī)劃功能，能夠快速地創(chuàng)建和修改城市布局，并根據道CityEngine也支持批量建模功能CGA規(guī)則文件應用到多個宗地上，實現批量生成建筑物模型。（五）數字孿生場景渲染能力情況的監(jiān)測和控制。目前大多數數字孿生城市項目在三維渲染引擎的技術選型上通常是2種方案，一種是基于C/S架構的主流游戲引擎技術路線（UnrealEngine、Unity3D等），另外一種是基于B/S架構的WebGL技術路線。數字孿生場景渲染能力是當下數字孿生項目實際交付過程中的核心關注能力之一，本節(jié)將基于B/S和C/S兩種技術架構以及云渲染技術架構分別介紹。1、WebGL技術路線WebGL的三大數字孿生技術路線純代碼開發(fā)WebGLthree.js、babylon.js。適用于體量較小、開發(fā)周期短而效果相求不高的項目優(yōu)勢：靈活性高：根據業(yè)務需求進行深度定制，且易于其他業(yè)務系統(tǒng)通信或集成；代碼冗余少：代碼體量小，易于問題排查；建設成本低；劣勢：復用性低：由于根據業(yè)務需求進行深度定制可復用的代碼少，難以模塊化以至于無法通過該路線批量化交付項目；效果較差：能支撐的三維場景體量小，能達到的渲染效果比較有限，難以實現中大型場景或較為寫實的場景風格；H5C/SCocosEgretUnity3D優(yōu)勢：成本實現高質量效果和高性能；復用性高；三維渲染效果好；劣勢：靈活性低：難以嵌入其他業(yè)務系統(tǒng)或通信；實現專業(yè)領域下的特有業(yè)務成本高或不可實現；難以基于場景進行二次開發(fā)；學習成本高；代碼冗余多：游戲場景中場景和邏輯同等重要，邏輯上多為事件驅動。且游UI要求都很高。而數字孿生重場景、輕WebGL代碼冗余過多；維護成本高：封裝度過高，做后期優(yōu)化空間小，bug難排查；WebGL；B/S低代碼融合渲染引擎WebGLEasyTwin數字孿生融合渲染引擎。適用于有大量中大型數字孿生需求，項目間具有一定的可復制性且有與別的業(yè)務系統(tǒng)耦合的需求。優(yōu)勢：靈活性高：可根據通用業(yè)務自由定制；學習成本較低：WebGL等技術棧；代碼體量合適：完全根據業(yè)務確定引擎功能；可深入到引擎底層做性能以及渲染效果的優(yōu)化；bug高效、解決問題徹底；復用性高：業(yè)務的可復用點可得到引擎層的支持；維護成本低：低代碼化、配置化實現孿生場景，業(yè)務的修改以及場景上的修改不需要修改代碼；效果較好：可開發(fā)各種通用或定制的編輯器，實現技術與美術的結合；劣勢：渲染引擎的研發(fā)成本高：需要較強的技術能力通用化、組態(tài)化引擎的場景編輯能力、渲染效果、以及業(yè)務邏輯開發(fā)能力；WebGL的數字孿生場景實踐WebGL被，并控制性能消耗。準備工作：過山的高度校對植被的垂直方向坐標；幀導出深度緩存；PS中處理成一個黑白圖片，白色表示”種樹”，黑色表示“不種樹”(左圖)；計算生成植被點位的世界坐標；生成植被示例：1生成噪聲圖，用于給定植被的XY坐標、種類、色調、大小一個有規(guī)律的隨機(右1圖)；地紋理、草、灌木、樹木；ViewBillboard；性能優(yōu)化：視錐體剔除；遮擋剔除；實例化渲染；LOD；GPUDrvien；生成效果：圖28基于WebGL生成的數字孿生植被自然場景2、UnrealEngine游戲引擎UnrealEngine（EpicGamesUE支持實時渲染、高品質的圖形效果和物理模擬、可擴展的藍圖視覺腳本語言，以及跨平臺和多語言支持等特性。UE還他們在一個集成化的環(huán)境中進行開發(fā)。UE在數字孿生領域中發(fā)揮著重要的作用，可以用于創(chuàng)建高度仿真的虛擬環(huán)境，以便實現虛擬演練、測試和模擬，提高效率并降低成本。）UE的特性強大的渲染引擎和物理模擬系統(tǒng)UEPBR（PhysicallyBasedRendering）的渲染引擎還支持全局光照、陰影、體積光等效果，可以讓場景更加細膩。UEUE提供的物理引擎來模擬車輛、物品、角色等的物理運動，同時還可以使用腳本來控制物體的行為，從而實現更加豐富的游戲玩法。實時渲染和交互性UE輯器實時調整場景中的元素、光照、材質等參數，以便更好地觀察和調試場景。UEUE實。可視化腳本語言和藍圖系統(tǒng)UE而不需要編寫代碼。同時，UEC++代碼的混合使用，可以讓開發(fā)者在需要C++代碼來增強功能。圖29藍圖系統(tǒng)隨著UE5的發(fā)布，UE游戲引擎有以下新特性可以應用于數字孿生領域：Nanite技術UE引擎的光線追蹤技術來實現實時渲染，可以呈現數十億個多邊形的場精度和更快的速度創(chuàng)建更復雜的場景和模型。Lumen技術這是一種全局光照技術，可以實時計算光線在場景中的反彈和折射，使數字孿生場景看起來更加真實。MetaHumans的新工具可以輕松創(chuàng)建高度逼真的人物模型。這些模型可以用于游戲、虛擬現實和數字孿生行業(yè)中的各種應用。UE數字孿生場景實踐環(huán)境模擬仿真數字孿生天氣系統(tǒng)圖30基于UE的數字孿生天氣系統(tǒng)[晴天/陰天/雨天/雪天]數字孿生晝夜交替系統(tǒng)數字孿生四季切換系統(tǒng)

圖31基于UE的晝夜交替系統(tǒng)圖32基于UE的數字孿生四季切換系統(tǒng)[春/夏/秋/冬]交通路況模擬

圖33基于UE的熱力圖圖34基于UE的交通路況模擬展示和POI點展示粒子特效展示

圖35基于UE的路徑導航效果圖36基于UE的粒子特效模擬火災效果人物效果模擬自定義描邊效果

圖37基于UE的人物動態(tài)效果模擬圖38基于UE的自定義描邊效果應用模型切割透視效果3、

圖39基于UE的模型切割透視效果和電梯透視管理UnityUnityTechnologies2D/3D游戲引擎。它以交互的圖WindowsMacOSWindows、OSXiOSHTML5C#，本質上屬于游戲引擎和游戲開發(fā)工具。業(yè)數字化、網絡化、智能化發(fā)展進程。Unity30（PCMacLinuxIOSAndroidSwitchXbox等跨平臺開發(fā)的支持能力，相較于傳統(tǒng)可視化圖表展示，Unity除了多跨開發(fā)能力強，在應用VR/AR/MR的模擬仿真應用、建筑效果展示、汽車設計制造3D用者可以通過數字孿生可視化項目，更好地應對城市中不斷變化的景觀、氣候、交通等挑戰(zhàn)。）Unity的特性較好的平臺開放性和數據集成能力UnityCAD格式模型導入和輕量化，如Solidworks、JT、FBX、3dxml、OBJ、DAE、3DS、STL等。Unity提供對第三方仿真軟件接ANSYSMatlabFMIUnity實時接入傳感器和控制器的高頻信號，對虛擬模型進行狀態(tài)同步和模型參數的調整。Unity開發(fā)支持當下較為流行的主流平臺，能夠滿足絕大部分項目需求。Unity多平臺VR等設備上觀看，實現更直觀的三維數字孿生效果。友善的開發(fā)環(huán)境UnityGPUAPIAPI，為創(chuàng)建豐富逼真的音效效果提供混音接口。C#強大的交互內容。高性能圖像級渲染Unity平臺提供了實時渲染、物理引擎、MR等關鍵技術，渲染底層支持DirectX和OpenGLUnity100Shader系統(tǒng)，簡單易用、靈活高效，同時，也支持開發(fā)者使用ShaderLab建立自己的Shader。先進的遮擋剔除（OcclusionCulling）技術以及細節(jié)層級顯示技術（LOD），可支持大型數字孿生應用所需的運行性能。Unity3D的數字孿生場景實踐環(huán)境模擬仿真數字孿生天氣系統(tǒng)（雪天效果）圖40基于U3D的數字孿生天氣雪天效果數字孿生晝夜交替系統(tǒng)（夜景效果）圖41基于U3D的數字孿生夜景效果POI

圖42基于U3D的數字孿生熱力數據展示圖43基于U3D的POI點位動態(tài)數據展示動態(tài)模型掃描效果

圖44基于U3D的漫游路徑導航效果圖45基于U3D的動態(tài)模型掃描效果4、實時云渲染技術路線WebGL案具有一定的優(yōu)勢。GPUAR/VR/MR等場景。云渲染與本地渲染的技術對比云渲染 本地渲染原理 服務器端渲染，通過視頻流分發(fā)到用戶端 客戶端渲染多并發(fā)支持 根據云端資源彈性配置 取決于本地設備性能和內云端服務器通常都配備高性能顯卡渲染畫面逼渲染效果

真，也適用于復雜場景

和本地設備性能相關交互性 良好，可隨意調整角度/方向/位置等 良好，可隨意調整角度/方向/位置數據安全性 高，客戶端無任何應用數據，?接收視頻流 低，需下載模型數據移動端支持 移動端通過瀏覽器即可體驗應用 需安裝在移動端且效果取決于移動端本身性對客戶端配置要求 極低，能聯(lián)網即可 高，否則畫面卡頓或無法瀏覽典型云渲染實現方案UE云渲染——像素推流UEWeb端，支持用戶在UE的云渲染像素推流也具有一定的局限性，?適用于UE模型，在實際項目中對于不同瀏覽器的兼容也存在一定局限。圖46UE像素推流功能技術框架PixelStreamingWeb服務器。PixelStreamingPluginUEWeb服務器負責協(xié)商瀏覽器和像素流插件之間的連接，HTMLJavaScript環(huán)境。3DCAT實時云渲染3DCATIaas+Pass的云渲染解決方案，為各類場景提供三維可視化與交互3D性，任何人可在全世界的任意地點輕松體驗各種虛擬顯示的沉浸式應用。云渲染實現步驟：

圖473DCAT3D應用：3DCAT實時渲染云平臺，一次發(fā)布長期可用；生成應用訪問方式：URL或二維碼分享給用戶，支持海量用戶訪問；多終端訪問/交互：URL或二維碼即可運行應用。3DCAT云渲染方案，將渲染任務都放置在高性能的服務端來進行，用戶僅需要Web3D進行項目進度管控，實時溝通交流。（六）數字仿真能力仿真不是對一個階段或一種現象的仿真，應是全周期和全領域的動態(tài)仿真。1、仿真模型構建的通用技術路線對于設備實時的數字孿生模型構建通用技術方法主要分為五個階段：圖48數字孿生模型構建通用技術方法路線第一階段試驗測試與載荷識別：從機械設備中選擇核心零部件，對其最佳應變片貼片位置進行分析，并結合工程實際經驗，確定零部件最優(yōu)貼片位置。然后進行設備應變實測統(tǒng)動力學中位移頻響函數反推設備零部件所經歷的載荷時間歷程。第二階段訓練數據生成：為了生成零部件應力/ROM(ReduceOrderModeling)，第三階段降階模型生成：利用第一階段測試的應變數據和計算得到的載荷時間歷程，依據響應面擬合方法，構建載荷識別ROM。此外利用第二階段生成的多組加載方案的有限元計算結果數據，基于SVD+響應面擬合的方法構建應力/變形場ROM。第四階段數字孿生體模型建立：把第三階段中生成的載荷識別ROM和應力/變形場ROM片的應變數據實時計算得到零件所承受的載荷時間歷程、零件的應力/變形結果及云圖等的數字孿生模型。圖49零部件系統(tǒng)仿真模型示意圖2、典型應用案例水泵運行的數字孿生體ANSYS優(yōu)化資產性能。圖50基于數字孿生體的服務模式（來源：ANSYS）20KHzIoTEL20邊緣計算系統(tǒng)。PTCThingWorx平臺創(chuàng)建了一個可將設備和傳感器連接到物聯(lián)網的生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能充分釋放物聯(lián)網數據蘊藏的巨大價值。ThingWorx可作為傳感器與數字模型（包括泵的仿真模型ThingWorxEL20成有洞察力的信息和預測結果。此外，ThingWorxWeb傳感器數據和分析結果以及部件列表、維修說明和其它基于部件的信息疊加到泵的圖像上，用戶可通過智能手機、平板電腦或VR眼鏡查看。工程機械的連桿如連桿（如連桿生體模型。圖51挖掘機動臂傳感器ROM：包括利用應變時間歷程和載荷時間歷程建立載荷ROM，和利用動臂的有限元仿真模型，生成多組訓練數據，然后生成其應力/變形場twintwin所有仿真環(huán)境，部署到終端設備（IoT平臺）實時得到挖掘機動臂的應力/變形數據、云圖等結果。圖52挖掘機動臂數字孿生模型建立技術路線圖53挖掘機動臂數字孿生體模型建立實施過程通過構建挖掘機動臂的數字孿生體模型，可以實現如下具體應用：可快速搭建基于該動臂的機械設備系統(tǒng)虛擬測試環(huán)境，實現相應機械設備系統(tǒng)的性能實時檢測與試驗參數優(yōu)化，有效降低客戶的測試驗證時間與成本；可基于數字孿生體模型部署虛擬傳感器，全面監(jiān)控相應機械設備系統(tǒng)實際運行過程中施預測性維護；快速構建完全脫離有限元仿真環(huán)境的動臂數字孿生體模型及不同操作平臺的部署應速構建與部署應用。（七）虛實交互能力隨著數字孿生可視化的市場需求迸發(fā)及行業(yè)的日益成熟，數字孿生駕駛艙的發(fā)展從IOC、設備監(jiān)控管理運維等。AI模型進行訓練和優(yōu)化，達到事態(tài)提前預報、題、以虛優(yōu)實5。1、數字孿生多跨協(xié)同、預案指揮員，一線業(yè)務人員上報情況后事件處理的結果能在場景中反饋出來。5中國信通院：數字孿生城市成熟度研究報告（2022年）圖54聯(lián)動預案指揮體系架構圖好的預案；“物”是物聯(lián)網設備數據，例如：攝像頭、溫濕度儀、煙霧報警器、閘機。通過數據中臺去整合物聯(lián)網感知設備、自建系統(tǒng)、IRS等各種來源的分散的數據，或DTable低代碼數據協(xié)作平臺去構建數據應用實現精細化業(yè)務管理，以及任務協(xié)EasyV等應用場景。2、典型數字孿生聯(lián)動預案指揮體系案例某大型交通樞紐數字孿生聯(lián)動預案指揮體系系的多跨協(xié)同。圖55某大型交通樞紐數字孿生數智應用急從原本的“被動應對”到“主動干預”。圖56某大型交通樞紐聯(lián)動預案指揮體系（模擬數據）用移動端應用來接收任務消息上報異常事件，實現端到端的協(xié)同。園區(qū)管理數字孿生聯(lián)動預案指揮體系通知盡快完成巡檢任務。援人員是否抵達現場以及整個救援過程都可以通過梯外監(jiān)控觀測到。完成救援后，救援人員再提交情況反饋的表單，最終關閉這個告警事件。圖57數字孿生園區(qū)聯(lián)動預案指揮業(yè)務邏輯發(fā)生的情況去調整檢修頻次，形成長效治理機制。圖58智慧園區(qū)數字孿生系統(tǒng)該園區(qū)管理數字孿生聯(lián)動預案指揮體系，是用EasyV低代碼數字孿生可視化平臺和DTableDTableEasyVEasyVEasyV數據在數字孿生應用中串聯(lián)起來，實現虛實人聯(lián)動。四、新型技術成果：降低數字孿生應用建設門檻（一）EasyTwin數字孿生融合渲染引擎EasyTwin數字孿生融合渲染引擎是一款數字孿生應用開發(fā)平臺，以產品化實現入門級80SaaSSaaS化AI、物聯(lián)網（IoT）、大數據生城市從宏觀到微觀進行全方位管理。EasyV低代碼數字孿生可視化平臺的圖表進行交互。業(yè)務配置開發(fā)中，沿用渲染引擎和建模軟件中最常規(guī)的藍圖編輯，降低學習成本，提高項目開發(fā)中的配置開發(fā)的難度和后期維護性。0-1頭部企業(yè)的數字化手段，成為每個企業(yè)都可以快速上手開發(fā)的數字孿生開發(fā)平臺。圖59EasyTwin數字孿生融合渲染引擎開發(fā)面板圖60基于EasyTwin實現的數字孿生應用示例（二）EasyVforUnreal數字孿生雙向通信插件EasyVforUnrealEasyVUnrealEngine（UE）EasyV的圖表能力、數據接入能力、自定義交互能力UEUEEasyV可實現多種復雜的交互，處理數EasyVforUnreal插件進行雙向通信，可以集成二者的優(yōu)勢，更好、更高效地助力于各類數字孿生項目的交付和實現。EasyVUE引擎的開發(fā)能力，進一步構建三維場景，發(fā)揮兩者的功能價值，才能去進一步交付高質量的數字孿生項目。一、在UE引擎中進行三維場景的搭建UE以通過添加互動和動畫來增加交互性和真實感。二、在EasyV中進行基礎圖表的搭建置。三、EasyVforUnreal：建立雙向通信EasyVforUnrealEasyVUE4UE5UEUMG數據雙向通信，高效完成數字孿生場景的搭建和數據交互。（三）EasyMan數字孿生數字人的運營還涉及到例如，人的選拔、培訓，驅動軟件和設備的學習等一系列的復雜流程，這也讓部分企業(yè)和個人用戶對其望而卻步。當前數字孿生應用仍處于技術完善和行業(yè)滲透期，多元技術的融合有助于豐富數字孿生的應用場景，助力企業(yè)數字化轉型。目前，易知微作為新華網元宇宙及AIGC創(chuàng)新聯(lián)盟的首批成員正式牽手新華智云，著力賦能元宇宙和數字孿生產業(yè)，接入新華智云「元卯」極速數字人API，共同研發(fā)了EasyMan數字孿生數字人應用。在虛擬數字人的形象仿真方面，可以通過建模、物理仿真和渲染等技術，使虛擬數字人的外觀更加真實自然，并且可以自動生成多個版本，以便用于不同的場景和應用。AI自然的情感和面部表情，使其能夠表現出更加真實的情感和情緒。不斷拓展，數字人制作技術的應用前景也會越來越廣闊。61EasyMan核心應用場景五、數字孿生世界：重點行業(yè)解決方案探索（一）數字孿生園區(qū)屬于園區(qū)自身發(fā)展的獨特性。隨著國內外智慧城市建設步伐的不斷加快，黨中央和國務院等國家機關單位也更加注重智慧園區(qū)的建設與發(fā)展。2021年3月中共中央發(fā)布《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要（草案）》要求加快數字化社會建設步伐，提供智慧便捷的公共服務，建設智慧城市和數字鄉(xiāng)村，構筑美好數字生活新圖景。20221月國務院發(fā)布《“十四五”數字經濟發(fā)展規(guī)劃》提出積極探索平臺企業(yè)與產的資源共享水平，引導各類要素加快向園區(qū)集聚。隨著國家不斷出臺智慧城市、智慧園區(qū)等政策，各省市也積極響應國家號召，發(fā)布了多項智慧園區(qū)地方政策，目標與國家目標基本一致。全國各省市智慧園區(qū)地方政策（部分）地區(qū)政策名稱核心觀點政策解讀上海市《上海產業(yè)園區(qū)轉型升級“十四五”規(guī)劃》打造可持續(xù)發(fā)展空間的園區(qū)以“數字底座、數字運營、數字經濟、數字示范”為重點，將園區(qū)打造成為以全面感知和泛在聯(lián)接為基礎，具備主動服務、智能進化等能力特征的有機生命體和可持續(xù)發(fā)展空間。天津市《天津市智慧城市建設“十四五”規(guī)劃》推進智慧園區(qū)試點示范以濱海新區(qū)、武清區(qū)、西青區(qū)為試點地區(qū)，開展相關產業(yè)園開展園區(qū)管理信息系統(tǒng)建設，搭建集園區(qū)招商管理、物業(yè)服務等于一體的信息系統(tǒng)。江蘇省《蘇州工業(yè)園區(qū)國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標綱要》泛在互聯(lián)、智能高效的智慧園區(qū)以數字政府建設為抓手，加強政府一體化數字整合，營造國際一流數字創(chuàng)新生態(tài)，加快建設泛在互聯(lián)、智能高效的智慧園區(qū)。浙江省《浙江省推進數字化園區(qū)建設實施方案》支撐園區(qū)企業(yè)數字化轉型加強新一代信息技術在各類開發(fā)區(qū)、高新區(qū)、特色小鎮(zhèn)、小微企業(yè)園及產業(yè)集群中的應用，整合園區(qū)內外部資源，實現數字化賦能園區(qū)管理和生產型、生活性服務。山東省《山東省傳統(tǒng)產業(yè)智能化技術改造三年行動計劃（2020年）》推動園區(qū)上線，促進園區(qū)智慧化推動產業(yè)園區(qū)內企業(yè)兩化深度融合，建設以設施數字化、管理可視化、產業(yè)智能化、服務智慧化為重點的智慧園區(qū)。山東青島智慧園區(qū)試點工作的通知》廳”，實現數字也太更聚集5G動漫游戲產業(yè)園進行智慧化升級改造。湖南省四五”發(fā)展規(guī)劃》打造國家重要先進制造業(yè)高低的引領區(qū)推動全省園區(qū)產業(yè)高端化智能化綠色化融合化發(fā)展，奮力打造國家重要先進制造業(yè)高地的引領區(qū)。安徽省《安徽省國民經濟和社會發(fā)展第十四個五2035目標綱要》打造可持續(xù)發(fā)展空間的園區(qū)5G區(qū)塊鏈與實體經濟、智慧園區(qū)的融合應用，2025性智慧園區(qū)全覆蓋。廣東深圳云南省四五”發(fā)展規(guī)劃》（意見稿）》初步建成具有卓越競爭力的世界領先科技園區(qū)開發(fā)區(qū)打造成為產業(yè)強省主引擎2025區(qū)，產業(yè)集群培育成效更加凸顯。統(tǒng)籌開發(fā)區(qū)產業(yè)布局，完善管理機制、突出創(chuàng)新驅動、推動綠色發(fā)展、強化招商引資，講開發(fā)區(qū)打造成產業(yè)強省的主引擎、改革開放的先行區(qū)、創(chuàng)新驅動的引領區(qū)和產城融合的示范區(qū)河南省型智慧城市發(fā)展規(guī)劃（2021-2025年）》打造園區(qū)智慧服務平臺+數據化、可視化，達到“建鏈、強鏈、補鏈”的營商工作目標。重慶市《重慶市渝北區(qū)智慧劃》建設智慧園區(qū)，全面提升園區(qū)服務能力推進合作共建智慧園區(qū)，共促科技成果轉化，加強關鍵核心技術攻關協(xié)作，健全技術轉移和產權交易服務體系，打造創(chuàng)新孵化“聯(lián)合體”，促進科技成果異地轉化、重大科技項目產業(yè)化。以卓見云某智慧園區(qū)數字孿生云腦建設為例：）建設背景降低成本，實現可持續(xù)發(fā)展。解決方案圖62卓見云數字孿生智慧園區(qū)建設架構游戲引擎為手段，在園區(qū)本身建設的軟硬件基礎上結合物聯(lián)網、云計算等技術，集成環(huán)境、監(jiān)控、監(jiān)測、報警等可視化運營管理。該智慧園區(qū)數字孿生云腦建設存在如下難點：用的規(guī)范化。設智慧園區(qū)的重要難點之一。整體智能化。四是園區(qū)基礎設施亟待改造，建設成本高。該項目主要圍繞以下建設思路進行：園區(qū)數字化還原。3D虛擬現實的最佳表現對園區(qū)1：1讓園區(qū)的整體視角更加的直觀，使復雜的園區(qū)場景變得易于表達、理解和傳播。通過模360°設備設施統(tǒng)一集成。支持園區(qū)內的物聯(lián)設備及物聯(lián)平臺集成對接到可視化平臺進行自動控制和管理。另外支持園區(qū)內的空調、給水排水、供配電設備、通風、消防、保安設備設備運行。曲線圖、拆線圖、柱狀圖、餅形圖等多種不同風格的數據報表形式呈現數據分析結果。該項目主要針對以下場景進行應用建設：場景運營全覆蓋，體征檢測無死角3D展示場景。為園3D可視化管理環(huán)境和統(tǒng)一的用戶訪問界面。通等。播放。表現園區(qū)建筑樓層、道路及相關基礎設施的結構布局和典型特征。圖63卓見云智慧園區(qū)數字孿生云腦總覽一體化運營指揮，全立體空間調度3D模型，實時定位展示各類事件預警信息，包括事件位置、事件詳情查看以及預警事件列表，展示事件處置狀態(tài)，展示事件的統(tǒng)計分析。通過時空、建筑、設備、人員、事件進行數字化轉義，在孿生平臺實現應急事件的預警、處置、調度和跟蹤。圖64卓見云數字孿生園區(qū)應急指揮場景建設成果一是提升城市品質。智慧園區(qū)建設利用現代化技術手段，提升園區(qū)管理、服務和生產效率，改善城市環(huán)境和生活品質。二是促進經濟發(fā)展。智慧園區(qū)建設為企業(yè)提供了更加智能、高效、便利的經營管理和生產環(huán)境，有助于提高企業(yè)生產效率、降低生產成本，從而推動經濟發(fā)展。三是推動產業(yè)升級。智慧園區(qū)建設能夠聚集各類優(yōu)秀企業(yè)和科研機構，促進產業(yè)升級和技術創(chuàng)新，提高園區(qū)的核心競爭力。以易知微智慧園區(qū)數字孿生系統(tǒng)建設為例：）建設背景發(fā)地，高新企業(yè)群集的區(qū)域，高新產品孵化和生產的基地。IT務管理平臺和對外服務平臺。解決方案該智慧園區(qū)數字孿生系統(tǒng)建設存在如下難點：數據收集難度大。向參觀人員要突出園區(qū)的數字化價值，面向管理人員要重點體現園區(qū)的管理功能三是現場不清，應急不及。對突發(fā)事件現場情況不明（比如發(fā)生位置、人員數量、設施狀況、是否存在危險品等），導致指揮調度被動。該項目的主要圍繞以下建設思路進行：該項目主要針對以下場景進行應用建設：智慧園區(qū)總覽分析2301號，是袋鼠云57316設備管理模塊

圖65易知微數字孿生園區(qū)系統(tǒng)總覽也可以點擊設備分布上具體位置的點查看路燈的情況。66易知微數字孿生園區(qū)設備管理資源管理模塊相應的電梯情況，為電梯的維護和檢查提供可靠直觀的數據。車輛管理模塊

圖67易知微數字孿生園區(qū)資源管理3D可視化場景映射出時空信息的綜合態(tài)勢，將傳統(tǒng)的靜態(tài)平面展示升級為實的狀態(tài)對其進行及時的修理和維護，很大程度上降低了充電樁故障后發(fā)生火災的風險。智慧安防模塊

圖68易知微數字孿生園區(qū)車輛管理與黃碼人員所在區(qū)域進行報警顯示，幫助用戶及時進行防疫管控。圖69易知微數字孿生園區(qū)智慧安防建設成果（二）數字孿生港口為一流管理和一流技術強港的最重要標志。展的重要方面。我國對外貿易的發(fā)展。20219（2021—2025年）》文件要求為進一步推動智慧港口建設行動，推進廈門港等集裝箱碼頭智能升級。202112口建設再次提出明確要求，要求各港口對既有集裝箱碼頭智能化改造。2022816日，中國科技部發(fā)布《關于支持建設新一代人工智能示范應用場景的康管理的智能化解決方案，打造世界一流水平的超大型智能港口。以某大型港口集團數字孿生港口智慧應用建設為例：）建設背景轉型升級，可以預見智能化的港口將成為未來港口發(fā)展的新業(yè)態(tài)。解決方案圖70易知微數字孿生港口建設架構ais5G港口設備數據、理貨數據等，數字孿生平臺通過港區(qū)多維場景構建、孿生體管理、數N項應用場景。該智慧港口數字孿生應用建設存在如下難點：一是信息數據分散。大型港口的信息系統(tǒng)應用較多，數據分散，不能統(tǒng)一在一個平臺呈現，難以基于數據實現正確決策。二是作業(yè)效率提升難。效率是一個港口的生命線，單一環(huán)節(jié)的數字化，對提升整個港口作業(yè)效率是有限的，需針對全流程作業(yè)進行整合升級。航司、監(jiān)管部門的壓力，面臨著復雜的決策難題，急需強化應對機遇和挑戰(zhàn)的能力。該項目主要圍繞以下建設思路進行：BIM、孿生手段、大數據、云計算、智能化等先進數字技術，構建港區(qū)孿生仿真該項目主要針對以下場景進行應用建設：港區(qū)作業(yè)動態(tài)擬真揮的人員準確、實時、全面監(jiān)測和掌握全港生產作業(yè)信息。港區(qū)智能操作

圖71數字孿生港區(qū)作業(yè)動態(tài)擬真場景并能實現對各環(huán)節(jié)的遠程操作、遠程傳話和調度控制。集卡指揮調度

圖72數字孿生港區(qū)智能操作模塊常信息，從港區(qū)全局維度調度作業(yè)資源，提升整體作業(yè)效率和吞吐能力。車路協(xié)同一體化

圖73數字孿生港口集卡指揮調度速互聯(lián)，不同軟硬件系統(tǒng)的無縫連接，以及水平運輸載體與港機設備間的高效協(xié)同。智能倉儲管理

圖74數字孿生港口車路協(xié)同一體化通過孿生場景對港區(qū)倉庫、堆場進行實時庫存、車輛管理，對貨物的實時位置實現智能感知，對倉庫、堆場存儲率實現最優(yōu)解。圖75數字孿生港口智能倉儲管理建設成果創(chuàng)安全便捷、經濟高效、綠色智慧、開放融合的世界大港。造更大的經濟和社會價值。（三）數字孿生工廠5G、IoT、云計算、大數據、人工智能為代表的新一代信息技術蓬勃發(fā)展并推動著城市管理向數字化、網絡化、智能化轉變。3D可視化結合用領域。2025年信息化與工業(yè)化2025年規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)大部分實現數字化網絡化，重點行業(yè)骨干企業(yè)初步應用智能化；到2035年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數字化網絡化，重點行業(yè)骨干企業(yè)基本實現智能化。在技術的更新迭代和國家政策的推動下，數字孿生技術在工業(yè)領域中成為生產的寵兒，并不斷蓬勃興起。圖76數字孿生工廠的組成要素以數孿云某數字孿生智慧工廠運營管理系統(tǒng)建設為例：）建設背景20254.0、工業(yè)互聯(lián)網、物聯(lián)網、數字孿生等熱潮下，給轉型提供了很好的技術支撐。解決方案數孿云自主開發(fā)的數字孿生智慧工廠運營管理系統(tǒng)，是通過傾斜攝影、BIM等數據對1:1圖77數孿云數字孿生智慧工廠運營管理系統(tǒng)架構圖該智慧工廠運營管理系統(tǒng)建設存在如下難點：質量、效率等。每個維度涉及的環(huán)節(jié)也很多，數據采集和建模的難度比較大。搭建工廠級/該項目主要圍繞以下建設思路進行：時業(yè)務數據，實現可視化生產線的設備狀態(tài)和建議。圖78數孿云智慧工廠生產過程模擬仿真數據集成與可視化。以生產