数字孪生世界白皮书

录一、数字孪生：数智视融合，构建数字产业生态链 1（一）数字孪生高速发展，成为数字经济热点 1（二）打造“数智视融合、虚实人联动”的数字孪生世界 3（三）持续推进数字孪生世界“多跨”数智场景建设 4二、数字孪生应用架构：BS与CS的探索 81、S与S数字孪生应用架构选型 8、S架构数字孪生应用建设探索 10、S架构数字孪生应用建设探索 14三、数字孪生核心技术：加速发展和融合应用 20（一）物理世界感知能力 201、构建一体化感知网 21、核心应用场景 21（二）数据融合与治理能力 241、数据治理架构 24、数据治理模式 26、数据治理实施路径 274、大型数字孪生项目数据治理实践 29（三）地理信息数据应用能力 331、矢量数据 33、栅格数据 35、常见地图坐标系 374、在线地图服务 38（四）数字孪生高效建模能力 381、三维数字孪生模型 38、模型数据的采集与处理 40、常见三维建模软件 434、手工建模 445、程序化建模 51（五）数字孪生场景渲染能力 561、L技术路线 56、le游戏引擎 61、D游戏引擎 684、实时云渲染技术路线 72（六）数字仿真能力 761、仿真模型构建的通用技术路线 76、典型应用案例 78（七）虚实交互能力 811、数字孪生多跨协同、预案指挥 81、典型数字孪生联动预案指挥体系案例 82四、新型技术成果：降低数字孪生应用建设门槛 86（一）EsTwin数字孪生融合渲染引擎 86（二）EsVforUnrel数字孪生双向通信插件 87（三）EsMn数字孪生数字人 88五、数字孪生世界：重点行业解决方案探索 90（一）数字孪生园区 90（二）数字孪生港口 102（三）数字孪生工厂 108（四）数字孪生水利 115（五）数字孪生双碳 123参考文献 137一、数字孪生数智视融合,构建数字产业生态链（一）数字孪生高速发展，成为数字经济热点近年来随着大数据物联网3D技术人工智能和网络基础设施的不断发展数孪生市场逐步规模化形成了产业生态目前数字孪生已广泛应用于城市管理工业造、水利流域和安防应急等领域。根据WEF数据显示，在全球数字孪生城市项目中，公共服务和公共管理中数字孪生应用占比超过50%领先于其他领域社区发展智能建和环境领域的渗透率也超过40%，预计未来仍将高速发展。图1全球数字孪生城市项目应用占比，数据来源：WEF在国内市场环境下，多方施策和标准制定双管齐下从目前政府相关部门的指导方来看未来城市发展与管理工业生产建筑工程水利应急综合交通能源与电力在国内将成为数字孪生融合发展的先行领域。根据艾瑞咨询数据显示，2022年我国数字孪生城市市场规模预计将突破50亿元，随着应用场景的持续探索，数字孪生城市将实现多轮爆发并维持较高增长。中在早期阶段，可见我国数字孪生城市初创企业多处在快速成长期。图2艾瑞咨询2023年中国数字孪生城市中在早期阶段，可见我国数字孪生城市初创企业多处在快速成长期。图2艾瑞咨询2023年中国数字孪生城市行业研究报告：中国数字孪生城市产业图谱2022年1月国务院印发“十四五数字经济发展规划中指出数字经济是继农业经济工业经济之后的主要经济形态是以数据资源为关键要素以现代信息网络为主要载体以信息通信技术融合应用全要素数字化转型为重要推动力促进公平与效率更加统一的新经济形态。数字经济正在推动生产方式、生活方式和治理方式的深刻变革1艾瑞咨询：2023年中国数字孪生城市行业研究报告成为重组全球要素资源重塑全球经济结构改变全球竞争格局的关键力量发展数字济是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。数字经济可以分为产业数字化和数字产业化。产业数字化方面要加快重点行业数化转型提升工程发展智慧农业和智慧水利开展工业数字化转型应用示范加快推动业互联网创新发展提升商务一领域数字化水平大力发展智慧物流加快金融能源领域的数字化转型数字产业化方面要增加关键技术创新能力补齐关键技术短板化优势技术供给抢先布局前沿技术融合创新要提升核心产业竞争力加快培育新业新模式。数字孪生技术无疑是符合数字产业化趋势的前沿和关键数字技术也是新型智慧城和数字乡村建设产业园区数字化建设工业数字化转型新型智慧水利建设能源数化升级等各个重点产业数字化领域应用融合创新的基础设施之一。（二）打造“数智视融合、虚实人联动”的数字孪生世界随着物联网、5G、云计算、大数据和AGI（ArtificialeneralIntelligence，通用人工智能等基础技术的不断发展数字孪生世界也将进入数智视融合虚实人联动的阶段，为不同行业带来更有价值的应用，让每一个组织和个体从看见到受益于数字化。数字化是数字孪生的基础前提。通过数字化技术将现实世界中的物体和过程数字化，形成数字模型并对数字模型进行仿真和再现数字化技术可以将数字模型进行存储享和传输，是虚拟世界和现实世界映射的数据基础。智能化是数字孪生的关键变量。智能算法是实现数字孪生技术在行业落地的关键变量通过对数字模型进行智能化处理可以实现对数字模型的自动控制和优化最近几个月以ChatGPT为代表的AGI技术取得了重大突破未来结合AGI驱动的数字孪生世界也必将往更通用的自演化和自决策的智能方向发展。可视化是数字孪生的交互界面通过对物理世界的实景/抽象三维模型进行可视化渲染处理并和数字化的基础数据以及智能化的仿真/预测结果相结合通过各类大中小屏幕ARVR等交互终端设备进行可视化呈现使数字孪生世界更加直观和易于理解让更多人能够通过数字孪生技术与虚拟世界和物理世界进行协同和交互。将数字化、智能化和可视化等技术相结合可以进一打造“数智视融合”的新型字孪生应用通过这类数字孪生应用虚拟世界可以与现实世界进行联动实现虚拟与实的融合现实世界可以与虚拟世界进行联动实现现实与虚拟的交互每个人可以通数字孪生应用实现对虚拟世界的参与和互动也可以通过虚拟世界对物理世界进行协同知和控制，实现“虚实人联动”。毫无疑问，易知微提出的“数智视融合虚实人联”理念，将是未来数字孪生产的重要发展趋势之一。（三）持续推进数字孪生世界“多跨”数智场景建设数字孪生相较于数据可视化有着更为繁杂的架构在传统数据可视化的展示价值基上数字孪生增加了业务运营价值尤其在可视管理模拟演练等场景里价值明显比面向复杂体隐蔽体综合体的业务运营层面效果突出所以在数字政府数字城市等域应用广泛。面对越来越纷杂和深度的疑难诉求数字孪生需要更为清晰的方法论用于将复杂问简单化从而将抽象问题有效拆解为具象的目标再将具象目标转化为易用好用的应用统，最终将问题有效解决。中国信通《数字孪生城市白皮（2022年指出未来数字孪生城“多跨应用场景将加速推进有力支撑中国式现代化发展模式短期看数字孪生“多源数据融合重组数字孪“多能新引擎构建数字孪“多跨场景实现将是近期发展重点中长期看数字孪生体有望突破数字资产运营难题孪生新引擎将全面激发城市数字化创新活力。数字孪生世界企业联盟在项目实践中也整理出了4P应用场景和五层工程技术体系一科学规划（Plan）。基于数字孪生城市模型，汇聚多源城市规划相关数据，构建规划算法模型实现全局最优化在规划时利用城市的一草一木一砖一瓦等部件要的数字孪生体实积木式自由组装在数字世界模拟规划方案效果极大的提升规效率，实现绿色高效规划模式。二是可视管（Present提供城市运营治理一张图的全景视角360度多维度观测、全量数据分析深度透视，立体感知洞察城市运行规律，实现城市一张图可视管理；三是辅助决策（Predict）。基于全域数据和智能算法，对城市发展各种场景各种维度的态势提前做出预测，用数据智能帮助管理人员做出科学决策。四是干预演练（Preact）。利用数字世界的可重复性、可逆性、可控性等特性，在数字城市中可以通过数据建模和事态拟合，对特定事件如突发事件应急提前做出干预演练为物理世界的执行方案提供细化的、量化的、变化的、可视化的分析和评估。数字孪生城市的实现依赖于诸多先进技术的发展和应用其工程技术体系整体上可分为五层：地理信息要素层包括空间数（与空间要素几何特性有关和属性数（提供空间要素的信息为数字化模型的表达提供空间分析支撑地理信息数据主要包括地理方面的地形层道路层植被层水域层等与地理数据一起形成全空间一体化且相互关的城市地理信息数据底板。实时感知控制层。主要由智能传感器数据采集、高速数据传送和全生命周期数据管理等智能感知数据反映设备即时运行动态情况数据是整个数字孪生技术体系的基先进传感器技术及分布式传感器技术使整个数字孪生技术体系能够获得更加准确充分的实时数据源支撑同时植入到物理世界中的诸多传感器也是实现实时反向控制的关键5G技术的发展，使得高性能传感器可以获得高速低延时的双向数据传输能力，提高了数字孪生系统的实时感知控制的能力。数据智能层主要基于一体化智能化公共数据平台和云计算基础设施对跨行业、跨领域全要素全流程全业务的全域多元实时数据进行融合计算充分利用机器学习和人工智能领域的技术实现数据深度特征提取和建模，挖掘和学习其中蕴含的相关关系逻辑关系和主要特征，实现对物理世界的仿真、预测和智能干预能力。全真模型层。主要实现城市物理实体的全要素数字化表达，实现由粗到细、从宏观到微观从室外到室内不同粒度不同精度的孪生数字化还多维多时空多尺度模型具有高保真高可靠高精度的特征实现数字空间与物理空间一一映射数字孪生全真模型是城市统一的“展示窗口”和“决策中心”。可视化交互层。主要是为使用者提供良好的人机交互使用环境，让使用者能够获得身临其境的技术体验从而迅速了解和掌握复杂系统的特性和功能结合数据智能和字孪生城市全真模型集中可视化呈现全域智能终端信息城市运行实时状态和数据智预测结果，并且可以远程控制城市各个场景的运行状态。图3数字孪生城市工程技术体系数字孪生城市对于促进城市数智治理模式升级、提高人民美好生活服务水平创造全优良的社会环境具有深远的历史意义数字孪生城市作为新型智慧城市站在城市大的肩膀上，借助数字化改革的力量，将成为未来城市“多跨场景”的重要应用。二、数字孪生应用架构：BS与C/S的探索1、/S与/S数字孪生应用架构选型B/S架构由浏览器（Browse）和服务器（Server）两部分组成，即将用户界面放在浏览器端，应用程序的核心逻辑放在服务器端，通过网络传输实现数据交互。B/S架构的数字孪生场景渲染，常见有以下三种技术路线：基于WebGL封装的渲染库直接进行开发；基于支持H5的3D游戏引擎进行开发开发完成后打包成WebGL基于WebGL封装的渲染库开发适用于数字孪生项目的融合渲染引擎，再基于自研的引擎的进行开发，例如EasyTwin数字孪生融合渲染引擎。C/S架构应用由客户端（Client）和服务器（Server）两部分组成，客户端通常是指用户端的软件程序，它们运行在本地计算机上，通过网络连接到远程服务器。C/S架构的数字孪生场景渲染常见的有以下两种技术路线基于游戏引擎直接进行开发例如Unity3DUnrealEngine；基于游戏引擎封装的适用于数字孪生项目的融合渲染引擎，再基于自研的渲染引擎的进行开发。数字孪生应用双模式架构选型对比/S架构B/S架构常见技术路线1.2.基于游戏引擎直接进行开发例Unity3DUnrealEngin；基于游戏引擎封装适用于数字孪生项目的融合渲染引擎，再基于自研的渲染引擎的进行开发；1.2.3.基于WebGL封装的渲染库直接进行开发；基于支持H5的3D游戏引擎进行开发，开发完后打包成WebGL；基于WebL封装的渲染库开发适用于数字孪生目的融合渲染引擎，再基于自研的引擎的进行开发，例EasyTwin；优势1.开发效率高：(1) 已有Unity3D、UnrealEngine这样非常成熟、强大的游戏引擎，提供了成熟的三维渲1.2.可跨平台性由于只需要使用浏览器就可以访问场景，因此具备很好的可跨平台高可扩展性：(1)数字孪生建设中，除去孪生场景的开发外，UI的还原以及其他2D模块的研发也是项目建设的重要部分这一部分在Web具备更的研发效率，且实现效果更好。尤其结合染能力、场景编辑能力和脚本编程能力，可以帮助数字孪生场景的开发者快速创建、编辑和调整3D场景，从而降低了开发成本；(2) 游戏引擎有庞大的用户社区和插件库，这意味着开发者可以利用社区资源快速构建、优化和发布数字孪生场景，减少了开发风险和成本；资源包体大小的要求资源的读取可以不依赖网络；性能表现相对良好：数字孪生场景通常包含大量的模型、纹理、光源和特效等等，这些要素需要在渲染时同时被处理。游戏引擎在处理大规模场景方面具有很强的优势它们使用了许多优化技术如LOD（LevelofDetail，多级细节）和遮挡剔除（OcclusionCulling），可以根据场景中物体的距离和可见性来自动调整渲染的精细度和数量，从而在不影响渲染质量的前提下，提高渲染速度和性能；游戏引擎本身具备许多性能优化技术，如批处理（Batching）和GPU实例化（GPUInstancin可以将多个物体合并成一个次来减少CPU和GPU的开销，从而提高染效率；可更高效的利用客户端的硬件资源进行加速，从而提高渲染速度；EasyV将数据接入事件交互以及场景通配置化，进一步提升建设效率、降低维护成本。(2)在一个数字化转型项目中，数字孪生很可能只是项目当中的一部分，并且需要与其他业务系统配合，最终集成其他业务系统或是被集成在其他业务系统中B/S架构的在这一节的实现成本更低。维护成本低：由于应用程序的核心逻辑在服务器端，进行统一管理和维护，减少了客户端的更新和维护工作量。可以方便地进行远程协作和数据共享，利于协同劣势不利于项目协：通常情况下工程文件包体量大，大部分项目所需资源在本地，协同受限；用人成本高：完整的团队构建需要：模型师、地编、技术美术、游戏引擎开发工程师；客户端开发工程师相较于前端开发工程师数量少；维护成本高场景的更新都需要重新打包输出exe文件；对硬件设备有要求：最终输出的exe文件仅支持windows系统运行；跨平台访问成本高：需通过云渲染实现跨平台会产生额外成本云渲染效果也受网络带宽影响大。资源包体大小要求高：由于数据传输需要通过网络包体的加载受制于网络带宽包体大小直接响渲染效果与整体性；实现与游戏引擎等同的渲染效果成本更高：经过OpenGLES和WebGL的两重能力删减，渲染效果表现力下降以及性能优化手段受限；由于JS与WebL通信成本较高优化DrawCall的成本更高DrawCall对图形渲染性能的影响非常重要。因为每个DrawCall都需要一定的CPU开销例如调用API函数设置渲染状态等。在大型场景中，如果存在大量的DrawCall则会降低渲染帧率导致游戏或应用程序变得卡顿；市面上未有像Unity3UnrealEngine具备非常成熟的三维渲染能力、场景编辑能力和脚本编程能力的B/S渲染引擎；性能整体不佳：JS语言性能较差，影响业务逻辑的性能；浏览器对于硬件资源的调用有限受限于此场景的渲染无法更大程度的利用硬件资源；2、/S架构数字孪生应用建设探索以EasyTwin数字孪生融合渲染引擎建设实践为例图4EasyTwin基础架构图图4EasyTwin基础架构图EasyTwin架构共分为4层，资源层、渲染层、功能层、编辑器层，上层依赖下层模块。资源层：是EasyTwin的最底层模块，定义了EasyTwin中各种数据格式。这些资源为上层模块提供了最基本的数据基础如网格材质纹理资源为渲染层提供了模型渲染需要的数据动画片段骨骼为动画系统提供了动画播放需要的数据脚本文件和状态文为实体和组件提供了逻辑编辑需要的数据。渲染为EasyTwin提供了三维可视化能力该层主要依赖Threejs提供的渲染能力，使用PBR和阴影进行真实感场景渲染使用后处理技术实现画面效果提（抗锯齿颜色校正）、利用蒙皮技术实现角色动画、精灵渲染技术进行POI渲染。功能使用组件式架构提供了数字孪生系统开发中所需的各种功能组件该层实现了孪生体和各种功能组件通过向孪生体挂载组件来进行功能扩展如通过向孪生体挂载模型组件，该孪生体就具有了模型渲染能力；挂载脚本孪生体就具备了自己的代码逻辑挂载状态组件，该孪生体就具备了状态编辑的能力。编辑器层：该层提供了场景编辑的GUI，直接通过可视化界面进行场景编辑，例如：模型导入、模型位置调整、场景导入导出、资源管理以及组件编辑等功能。EasyTwin的组态化功能可以较好的解决纯代码开发以及通过支持H5的游戏引擎打包WebGL开发孪生场景的缺陷，在保障渲染效果、场景性能的前提下，实现场景高效开发快速复用以及后续低成本的维护。以材质编辑系统、场景物体状态和数据资产库为例材质编辑系统一般Web3D项目开发流程为建模师在建模软件（如Blender）中制作3D模型以及模型材质之后导入Web3D引擎进行展示但是当模型导入Web3D引擎后模型师总会发现引擎中渲染效果和建模软件中预览效果有所差异。模型师需要在建模软件中调整参数然后再导入引擎中预览效果，效率很低。造成渲染效果不一致原因很多最主要因素是不同引擎PBR材质系统底层实现是不同的因此渲染出的画面也是不同的我们使用同一份模型和材质在不同渲染引擎下面还是有差异的下图为同一个模型在三种引（ThreejsBabylonCesium下渲染的效果，可以看出即使都是Web端三维引擎，其渲染效果也是有差异的。图5不同Web3D引擎的渲染效果为了提高建模师的工作效率EasyTwin将引擎材质系统开放到编辑器层允许用户接在编辑器中创建材质资源，并调整材质参数。这样建模师将模型导入EasyTwin后，直接在EasyTwin中对模型材质参数修改，即可预览到最终渲染效果，不必再回到建模软件中进行材质参数调整。用户可界面化地对PBR材质参数进行调整并实时预览材质渲染效果同时也会提供丰富的材质库，模型导入EasyTwin后可以使用材质库中的材质对模型进行材质替换。场景物体状态EasyTwin对孪生场景的物体抽象出不同的状态，由此来简化物体与其他场景的交互在通常情况下实现标牌通过外部数据显示不同样式首先需要在场景中创建不同样式的标牌，并记录其唯一值（id），通过控制标牌的显影这样才能完成样式的切换，当景中物体和交互增多时，实现的成本也会剧增。而如果采用物体状态的方法，那么仅需要给这个标牌设置上不同的样式状态通过态列表来切换其状态即使交互复杂也能和清晰的理清场景中各个物体间的交互关联系。数字资产数字资产包括引擎内置的模型库、数字要素、行业模版库。模型库：内含各类型通用设备模型、设备零件模型可通过组装的形式，快速组装搭建目标样式及效果通过对多种通用模型的堆叠旋转变得到和真实生产环境一致的仿真高保真还原的业务模型，支撑下一步三维建模业务场景的构建开发。数字要素：提供常用数字要素，可在三维场景中添加散点、信息面板、飞线、路径、围栏、iframe等多种类型的数字要素，同时预置多套风格供选择，可一键切换要素样式在数字要素中，可以通过手动打点、三维坐标（X、Y、Z）、经纬度坐标三种方式来实现时空业务数据融合并结合实时数据来控制相应数字要素状态做到与现实世界的虚实对应。模板库：行业模版库包含对行业中等核心生产指标和生产流程的数字化还原高保真还原生产环境和重点检测情况通过数字要素专业特实现对业务场景的一站式管理利用模版库快速构建专属于客户的数字孪生场景实现降本增效的目的数字孪生可视化平台的数字资产库内容丰富且定期更新更新最新的行业生产设备模型及相关孪生体模型，打通了资产库和数字孪生可视化平台的使用链路，便捷实用，一键创建快速复用。基于EasyTwin低代码数字孪生融合渲染引擎的进行项目交付，主要涉及以下角色：PM/PD：与甲方对接确定需求以及提供原型图确定各部分效果呈现的参考图；跟进项目需求变更，协同客户以及项目实施团队可视/UI设计师：根据PM/PD的需求文档原型图/参考来产出设计方案与设计稿设计稿定稿后制作UI；辅助PM/PD提供参考图给到模型师；在引擎中还原三维场景，把控二维至三维的美术效果一致性模型师：根据业务需求提供定制模型前端开发工程师：沟通数据格式与数据对接情况；与设计师合作设计屏内、场景的交互方式，并完成交互配置场景配置在EasyV、EasyTwin中接入数据；3、/S架构数字孪生应用建设探索以基于游戏引擎的项目交付实践为主要有以下流程：）数字孪生三维场景搭建和渲染数字孪生三维场景搭建是一种在数字空间实现物理世界场景的数字化建模和渲染的过程是数字孪生技术的重要组成部分数字孪生场景搭建包括需求分析数据采集型构建、场景渲染、和优化迭代等方面。需求分：需求分析是数字孪生场景搭建的第一步也是最重要的一步它决定了数字孪生场景搭建的目标范围对象和需求以及对应的视觉精度等级视觉精度等级指数字孪生场景与物理世界场景之间在视觉上的相似度或差异度通常分为L1~L5五个级从低到高表示视觉精度从低到高不同的目标范围对象和需求可能需要不同的觉精度等级来满足例如如果要搭建一个用于城市规划或交通仿真的数字孪生场景么L1级可能就足够了；如果要搭建一个用于工业设计或教育培训的数字孪生场景，那么L4级或L5级可能更合适。数据采：需要选择合适的数据源制作工具渲染效果和交互方式来构建数字孪生模型和场景不同的视觉精度等级可能需要不同的数据源制作工具渲染效果和交互方式来实现。例如，如果要构建一个L1级的数字孪生场景，那么可能只需要基于卫星影像、地形数据、道路网络等数据源来生成三维地图；如果要构建一个L5级的数字孪生场景那么还需要基于高清摄像头传感器网络等数据源来采集实时数并利用置换贴图折射效果等渲染技术来提高细节感和动态感，并实现与人员车辆等元素之间自由交互。模型构：三维模型是数字孪生世界的重要组成部分可以反映物理世界的形态结构功能等特征目前常用的三维模型制作方式有BIM模型倾斜摄影和在三维软件建模等。场景渲数字孪生中的场景渲染一般是指使用三维建模技术构建出一个虚拟现实场景并通过渲染引擎实现场景的高精度高保真实时渲染同时将现实场景中的数据息融合到虚拟场景中实现对现实情况的监测和控制在开始场景搭建前首先要分析要搭建的场景的风格主题氛围等并寻找一些参考图片或类似的项目然后在渲染擎中创建一个新的项目并设置好场景的基本参数如视角光照后处理等使用场管理工具如层级世界大纲蓝图等来组织和控制你的场景对象并在视口中进行局和摆放并根据项目需求使用地形编辑器程序化植被体积等来创建和绘制地形和被并调整其材质和参数最后使用灯光系统天空球雾效等来设置和调整场景的照和氛围，并优化性能和效果。优化迭通过对现实场景和拟真场景的数据收集分析和反馈不断改进产品设计、工艺设计、工程设计等方面，提高产品的性能、质量和效率。比如可以替换或加工资产使用高质量的模型、纹理和材质，提升美术效果和性能指标，使用LOD、CullDistance、Lightmap等工具来优化场景根据功能场景和用户需求优化页面交互和视觉设计提用户体验和满意度。数字孪生数据联动和场景管理数据与场景的融合渲染举例设备标记数据绑定和天气天光环境系统条件进行说明。设备标记、数据绑定：从CAD或者其他参考图纸上找到设备对应的位置和编号。在UE中创建一个设备相关POI点在POI里创建一个图标组件和一个编号变量图标使用应的设备图标编号变量公开给实例自由填写并在场景中对应位置上摆放设备POI并录编号若模型文件中有设备对应位置可以通过模型文件导入的方式在场景中确定设的位置将每个设备模型替换为设备POI点并记录对应的设备编号同时在有需要击的设备里制作点击POI后将设备ID传给Web并高亮图标，Web展示对应的设备信息。图6POI点标记天气、天光环境等系统的调节：使用自定义天空环境组件制作不同的天空光照效果天空光照效果随时间推移表现出清晨白天黄昏夜晚四大不同环境效果光照模拟符合真实大气环境的散射影响符合实际所在位置的经纬度对场景的影响天空光照环境的时间设置可以选择为接入标准的北京时间数据来实现孪生场景与真实世界的时间与环境同步天气效果受场景效果需要经过细致的调节比如晴天雨天等在场景材质上制雨水湿润效果在需要的时候开启考虑到雨水打击到模型表面模型从We/API或者他方式接入天气数据例如当为晴天时环境晴朗不启用模型的雨水湿润效果当为天时，天空下雨，同时启用模型的雨水湿润效果。交互场景镜头的管理和设定场景管不同区域的场景分层管理是指到达对应区域时展示对应区域的场景使场景管理器可以实现对不同的场景进行管理当从场景A切换到场景B时先用场景管器将场景A进行卸载操作再用场景管理器将场景B进行加载加载完成后从当前镜头渡到场景B的对应镜头，并记录场景状态。镜头管理：不同的场景分别制作多个不同的镜头视角（调整包括镜头的位置、旋转、镜头距离是否锁定等对于不同镜头设定不同的编号根据用户的操作对不同视角行切换如查看建筑体不同的视角场景当用户点击建筑体左侧按钮时Web向游戏引传递一个视角切换到建筑体左边的JSON数据，游戏引擎接收到JSON数据后进行解析，然后将视角从当前位置切换到建筑体左边对应的视角上。场景发布和系统部署Web+游戏引擎的交互联动和程序封装打包：使用Web和游戏引擎之间的通信插件将对应的Web页面嵌入到游戏引擎中，可将带有可视化图表的页面与三维孪生场景一起展示并做交互联动数字孪生应用程序系统制作完成后进行打包程序输出输出文件为EXE格式。将EXE文件复制到Windows电脑中，再通过程序的配置文件修改我们需要的WebURL、倾斜摄影模型URL、TMS相关URL等。客户端运行模式将打包后的客户端程序放置到对应电脑上修改好相关的网页倾斜模型地址，直接打开程序即可运行。云渲染模式将打包后的客户端程序放置到对应服务器上安装云渲染服务设置应的参（IP地址/端口号启动云渲染服务启动客户端程序使用其他电脑通过浏览器打开对应地址展示远程的客户端画面。基于游戏引擎进行数字孪生项目交付，主要涉及以下角色：PM/PD：与甲方对接确定需求以及提供原型图；确定各部分效果呈现的参考图（如设计方面的UI风格及场景部分的场景风格跟进项目进行沟通；设计师：根据PM的需求\原型图\参考来设计方案与设计稿设计稿定稿后制作UI；辅助PM提供参考图给到场景；跟场景对接把控二维和三维的美术效果一致性模型师：根据场景地编需求提供定制模型；（项目建模）根据场景地编需求提供预制模型；（资产库制作场景地编：根据PM与设计师提供的美术效果参考制作场景氛围；根据场景内容对模型提出模型需求，并与其进行对接验收与TA对接制作各类特殊效果；制作数字孪生三维场景；与开发对接场景内的功能需求；TA：根据场景地编的需求提供特殊材质效果、程序化生成、粒子特效、提高效率的工具等；数字孪生应用开发工程师：根据地编制作的场景与设计师提供的素材及PM的需求进行功能开发对场景内产生交互的内容进行配置；对项目进行打包；提供相关技术支持前端开数字孪生应用开发工程师：根据地编制作的场景与设计师提供的素材及PM的需求进行功能开发对场景内产生交互的内容进行配置；对项目进行打包；提供相关技术支持前端开发工程师：和客户沟通数据格式与情况；与设计师合作设计屏内的交互方式数据接入；和数字孪生应用开发工程师进行交互配置；与其他的集成系统进行联通（如东站的协同系统）；三、数字孪生核心技术：加速发展和融合应用中国信通院《数字孪生城市白皮2022年中指出数字孪生城市技术集成高核心板块日渐清晰当前已逐步深入到城市全要素表达业务预警预测场景仿真演、态势感知只能决策等多个环节2。数字孪生技术的向前发展和融合应用，使得数字生在城市流域工厂等数字化场景的建设中得到了广泛的应用为现实世界的数字化虚拟化提供了坚实的技术支持本章将围绕数字孪生世界建设7大核心能力物理世界知能力数据治理能力空间数据采集与处理能力数字孪生高效建模能力数字孪生景渲染能力、动态仿真能力、虚实交互能力进行展开描述。（一）物理世界感知能力物联（InternetofThing,IoT）是通过智能传感器射频识别设（RFID卫星定位系统等信息传感设备按照约定的协议把各种设备连接到互联网进行数据通信和交以实现对设备的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的技术构成主要包括感知与标识技术、网络与通信技术计算与服务技术及管理与支撑技术四大体系感知和标识技术是物联网的基础负责采集物理世界中发生的物理事件和数据实现外部世界信息的感知和识别包括多种发展成熟度差异性很大的技如传感器RFID二维码等网络是物联网信息传递和服务支撑的基础设施通过泛在的互联功能实现感知信息高可靠性高安全性传送海量感知信息的计算与处理是物联网的核心支撑服务和应用则是物联网的最终价值体现管理与支撑技术是保证物联网实现2CAICT中国信通院：《数字孪生城市白皮书（2022年）》2023年1月发布“可运行可管理可控制”的关键包括测量分析网络管理和安全保障等方（孙其博刘杰，黎羴，等，2010）。物理世界感知能力是数字孪生应用建设架构中的底层基础是物理世界信息输入的础是实现物理对象与其数字孪生应用间全要素全业务全流程精准映射与实时交互重要一环。1、构建一体化感知网近年来随着计算机算力的大规模发展及算法的不断突破AI得到了快速发展这物理世界全域感知和管理监测等技术的研发和创新提供了强大的工具构建一体化感知主要是指利用定位、视频监控、无人机、遥感等技术，以AI算法为监测技术赋能，实现感知范围全域覆盖在扩大物理世界实时在线监测范围的同时提升监测能力帮助使人员以科技之眼实时掌握现场情况，实现全面感知、科学决策与智慧管理。如在水利行业中透彻感知依托水利感知网实现，水利感知网是智慧水利的“感知系统实现了水利大脑对涉水对象及其环境信息的监测感知是水利大脑获得信息输入的渠道。水利感知网构建了智慧水利的智能感知体系，负责获取涉水对象及其环境数据水利感知网利用视频监控设备，动态监测和实时采集河道/水岸线人、水、物三大类水利感知对象的业务特征和事件信息通过视频解析数据和智能化分析后通过结构化的数据为管理者提供内容全面、质量可靠的全面感知。2、核心应用场景以智慧水利行业为例，水利感知一张网是建设数字孪生水利应用不可或缺的底层输入数字孪生平台可将感知标识结果和智能算法分析的结果进行融合呈现常见的水利理感知应用场景有智能水尺识别漂浮物识别排污口识别水体颜色识别积水识别流速流量检测、违法施工识别、烟火识别等。水位自动识别传统的水位检测是靠人工记录数据，由于地形环境因数水位的采集相当困；并人工排查数据进行判断存在一定的滞后同时无法远程监管水位数据的及时性也是管众多难题之一水位数据的采集基于深度学习和传统目标检测算法的可以快速拟合水位坐标的读数。智能化的水位监测是基于计算机视觉深度学习等算法通过分析水位视频或者图像得出观测点各水尺的读数并结合水尺高程实时计算出监测点的水位数据并根据预设的告警阈值，输出相应告警数据。水体颜色识别

图7宇视科技水位感知监测应用水体污染是环境污染防治的最主要指标之一，当前水质的数据采集大多数需要人工采集河水到实验室化验出具水质监测数据报告这种手段在数据的准确性和权威性具有很大的优势，但是在缺乏实时性和实效性，当问题出现的时候具有一定的滞后性。智能化的水体颜色识别对河道周边企业排污口农业畜牧排污口等水域水体状态实进行识别结合漂浮物识别结果可实现对水体污染状态科学化的判断有效对违规污排放等企业得到及时的处理，辅助管理者做出相应管理决策。积水监测识别

图8宇视科技智能水体颜色识别应用在夏季，下穿道、低洼地区及各类隧道涵洞等极易因极端天，形成积水，严重情况下形成城市内涝造成交通瘫痪行人车辆被困等事件发生对生命财产安全造不可估量的影响。智能化积水识别通过对摄像机监控画面进行动态分析，精准判断积水的状态并可置相应阈值达到预警阈值可立即进行预警无需人工值守将现场图像积水面积等送给相关人员并追踪记录预警处理过程实现对积水的自动监测自动预警以及处过程追踪及记录等。图9宇视科技智能积水识别应用（二）数据治理能力随着世界经济由工业经济向数字经济转型，数据逐步成为关键的生产要素企业开始将数据作为一种战略资产进行管理数据从业务中产生在IT系统中承载要对数据进行有效治理需要业务充分参与IT系统确保遵从这是一个非常复杂的系统工程实践证明，企业只有构筑一套企业级的数据治理综合体系，明确关键数据资产的业务管理责任依赖规范的制度流程机制，构建有效的管理平台及工具，数据的价值才能真正发挥出来1、数据治理架构图10袋鼠云数据治理架构构筑数据治理体系的过程，即以数据应用为核心打“良性循环的闭环数据治理管理体系”的过程。各IT系统获取业务活动产生的各类数据后，经过系统的数据治理、管理，不断挖掘变现数据价值拓展深入数据应用场景指导业务决策同时在不断应用数据过程中基于发现的数据问题通过数据治理管理的过程不断修订推动业务系统全面升级真正优化业务流程管理机制及规范最终构建数“获取→管理→变现→发现→应对→修正的闭环管理机制以数据应用核心数据治理平台工具为支撑在数据治理组织/制度保障下不断通过数据治理手段推动实现数据标准化及业务标准化实现业务技术、管理、平台的有效联动。在数据治理综合体系内，数据治理核心模块包括数据治理规划数据治理职能及数治理平台工具数据治理规划是指数据治理体系与规划数据治理组织与职责数据治制度及流程是数据治理规范化管理的核心模块数据治理职能包括数据标准管理数质量管理数据架构及模型管理数据开发元数据管理主数据管理数据生命周期理数据安全管理八大职能实际过程中企业通常会合并管理数据治理平台工具包数据开发平台数据资产管理平台数据质量管理平台数据服务平台通常数据治理台工具基于数据治理的阶段功能并不完全一致实践中平台工具通常综合多方面功能不是单平台功能。三大模块互为动力，数据治理规划指导数据治理职能的全面发挥数据治理各项职通过数据治理平台工具协助管理数据治理平台工具支撑数据治理规划的落地及优化据治理规划各层面逐步固化在数据治理平台上数据治理平台辅助数据治理各项职能的理通过数据治理各项职能不断落实和完善数据治理规划实现组织数字化转型固化理机制及流程体系。2、数据治理模式数据治理模式是指企业基于不同的数据治理目标，根据企业组织系统、数据应用现状以何种数据治理策略开展数据治理活动根据袋鼠云8年的实践证明通常数据理模式包括三种基本模式。模式一：自下而上，以数据架构为重，开展数据治理。这种模式重在数据架构，层层向上治理数据至数据应用。这种模式从底层数据切入基于现有数据基础盘点建设治理应用层层展开对企业整体的数据思维数据治理水平要求较高，通常适用于数据量重、业务应用轻大型技术型企业，或政府机构或新建、自研系统较多的企业。模式二：自上而下，以明确的数据应用为重，开展数据治理。这种模式即单点应用式，通常以现有应用需求为核心开展数据治理聚焦各个业务域的数据应用数据治理需求在有需求有资源有驱动力的前提下按需组织推进据治理工作只有业务部门的深入参与才能做好数据治理只有针对业务自身需求进行治理，才能得到业务部门的认可和支持。此模式通常围绕数据应用的需求进行数据治理，比如升级架构更换平台等涉及数应用迁移时，或聚焦监管、上报类等明确数据应用时，围绕数据应用进行数据治理。此模式通常适用于数据应用较强、业务部门较为强势、但整体数据认知较弱的企业这种模式的数据治理切入相对较为简单实践证明大部分企业数字化转型初期会这种式慢慢探索企业的数据治理道路这种模式有助于拉齐数据部门业务部门的认知升企业整体数据认知，为未来数据治理的开展提供基石。模式大规划模式从数据应用规划入手治理现状规划未基于数据资产的未来开展数据治理。这种模式需要企业全面梳理业务的现状痛点及业务未来畅想，盘现状规划未来，基于业务现在及未来的需求规划分析应用场景在应用场景蓝图规划的范围内全面的梳理数据的现状规划数据的未来针对蓝图规划中的数据需求制定全方位策略哪些新建系统新购数据源？哪些需要现有数据系统升级细化标准化现有数据？哪些数据需求落地可行性较高？制定全面的规划体系划分优先级有节奏有步骤地实现全面的数据治理这种模式通常是企业的战略项目由高层推进开展对数据业务协同性要求较高整个过程涉及系统改造升级、业务流程优化再造，是企业全面升级的过程。图11数据治理三大基础模式3、数据治理实施路径数据治理实施路径通常包含三个阶段。第一阶段：起步阶段，业务运营数字化阶段。这个阶段主要是梳理企业面临的现状，响应痛点探索业务场景。企业逐步开始信息化向数字化转型这个阶段企业会重新审视原有的数据治理策略重构数据治理战及实现路径逐步开始搭建数据治理框架数据治理体系框架升级原有的数据处理用模式搭建大数据平台构建大数据采集汇集存储计算服务的基础能力逐整合各系统的数据，打破数据孤岛，沉淀数据资产，探索业务场景化。第二阶段：深入拓展阶段，数据赋能常态化阶段。这个阶段数据应用成为重点，企业开始深挖数据价值提高数据应用覆盖。数据应用的范围由核心KPI指标的实现逐步覆盖全部核心业务搭建完善的分析框架和洞察体系，不断地提升业务决策质量。大数据平台持续发挥大数据处理的能力，企业纳入更多更广的数据内容不断扩大数据应用的广度及深度初步形成企业的数据资产地图数据标准体系逐步搭建，数据应用的效率大大提升，初步完成由“经验主义”向“数据主义的转型，数据决策成为企业决策主要决策方式。这个阶段，企业开始全面建立数据管理权限体系完善数据治理机，优化数据治理流程及制度体系，由原有的“粗放式”管理升级为“精细化”管理，数据质量不断提升企业数据管理能力升级逐步通过数据质量平台数据资产平台数据治理平台工具等实现智能管理，企业数据思维认知全面提升。第三阶段：智能应用阶段，运营决策智慧化阶段。这个阶段企业实现洞策合一，智慧场景应用成为常态全面完成数字化转型，探索字业务开启新篇章这个阶段以智能应用为主AI赋能成为常态企业不断地挖掘数的价值激发创新开始为企业战略性分析提供准确的数据依赖在这个阶段有些企甚至在原有商业模式上，激发新的业务模式。数据管理层面由数据治理体系建设逐步向数据治理体系优化进阶完善机制流程进一步细化数据管理职责数据资产层面完成全域数据资产建设构建强壮的数据模型体系完成企业数据标准建设不断完善数据资产体系平台工具层面大数据平台能力逐步向算法能力转移智能推荐算法模型开发成为常态化的需求数据治理平台逐步完善功能协助企业智能化数据质量数据标准数据资产及主数据等模块企业真正进入运营决策智慧化阶段。图12数据治理实施路径三大阶段4、大型数字孪生项目数据治理实践某高铁枢纽站总建筑面积达122万方，年到发客流1.37亿，东西跨度820米，是集高铁、地铁、公交、长运、出租车等10种交通换乘方式于一体的亚洲最大的铁路枢纽站之一也是我国最重要的现代化综合交通枢纽之一该枢纽站涉及跨领域跨地区跨部门跨层级、跨业务、跨隶属关系的管理协作单位超过50家并集多种交通换乘方式于一体。在日常运行中面临站体结构复杂管控难度大突发大客流滞留应对难人流密集疫情防控难极端天气抢险救援难治安管控协同联动难等一系列问题为了更好地将管理经验从线下转为线上，需要大量的数据进行支撑。根据项目建设要求成立某高铁枢纽站数字治理实验室及工作专班构建铁路地方院所社会共同参与“四位一体驱动机制完四横四纵的保障体系形成运营单位主驱动、研究机构深度协同、社会各方齐共享的格局。按照Ⅴ字模型理论，进行业务拆解、数据归集、功能集成，建立以“IoT（物联感知）GIS（地理信息系统）BIM（建筑信息模型）+公共数”为核心的数据底座，通过数据分析交互反馈算法模型支撑建立三维数字孪生系统推动交通运行资源配置量调配等可视化管理，实现大型综合交通枢纽精细化协同治理。图13数字孪生V字模型一是明确应用任务围绕需求明确客流预测预警智慧防疫气象防灾消防安全治安防控等5项一级任务并逐项细化至最小颗粒度如气象防灾包括雨雪冰雹冰冻、大风、高温等6个二级任务，以及交通疏导、防滑处置等18个三级任务、63个四级任务。图14某大型数字孪生项目需求概览二是建立指标体系。围绕5项一级任务，分别建立可量化的指标体，并综合运算成压力指数、通行指数、滞留指数、预警指数，直观反映运行全景态势。三是打通归集数据联通系统平台通过调用接入采集等多种方式归集200余项数据，形成某高铁枢纽站安全防控数据体系。四是实现综合集成。重点打造“一图一库一网N个子场景”。一图，即数字孪生全景运行图，运用三维建模仿真模拟等技，以全景视图和指图表等形式可视化管理交通运行资源配置力量调配等实现统揽全局与精准对焦有效协同。图15某高铁枢纽数字孪生全景运行图一库，即专题数据库，联通区一体化智能化公共数据平台存储、归集基础数据、录数据、事件数据等，通过边、云、超计算，生成治理数据。一网，即某高铁枢纽站智管网，依托部门管理端和移动执行端通过信息一体化、务一体化执行一体化建立完整的事项发现上报流转处置反馈工作链条和主协作链路，实现跨部门、跨系统、跨地域、跨层级事项处置“一体协同”。N个子场景：根据急用先行、成熟先行的原则，先期打造客流预测预警、气象防、消防安全和治安防控4个子场景。图16某高铁枢纽数字孪生应用数据治理成果更多内容可扫码下载《数据治理行业实践白皮书》（三）地理信息数据应用能力地理信息数据是数字孪生的核心基础之一它能够把真实世界的空间结构和关系映射到数字世界包含了静态的地理元素和动态的时空变量如道路建筑水系交通流量人口密度环境质量等它能够反映真实世界的时空特点和动态变化为数字孪生进行分析、预测、优化提供依据。在数字孪生应用的建设阶段，地理信息数据是数字孪生应用的输入能够通过各种传感器和设备进行收集和传送并通过云计算和大数据技术处理和存储为数字孪生应用提供多方面多层次多来源的数据并通过机器学习和算法进行智能分析在数字孪生应用的展示阶段地理信息数据是数字孪生的输出它能够有效展示数字孪生的结果和效为用户进行决策、控制、反馈提供途径。在实际数字孪生项目中，我们通常将GIS数据分为矢量数据和栅格数据。矢量数据用于表示地图上的点线面等几何要素和属性信息例如道路建筑物地名等栅格据用于表示地图上的图像信息，例如卫星影像、地形图、天气图等。1、矢量数据矢量数据文件主要常见的数据格式有：GeoJSON、ShapeFile、TopoJSON、WKBWKT（Well-knowntext）、KML/KMZ。其中在实际项目里最常见的GIS矢量数据文件格式是GeoJSON和ShapeFile。NGeoJSON是一种基于JSON（JavaScriptObjectNotation）格式的地图矢量数据格式，它支持点线面等各种几何要素同时也支持属性数据在项目建设中常用于绘制行边界、建筑、路网、河流水系等。在EasyMap3中可获取标准或自定义的行政边界数据，例如华东区（江苏省、安徽省、江西省、浙江省、上海市），下钻层级支持中国省市-区、县（不可下钻至乡镇街道）同时，EasyMap支持手动绘制或自动生成点、飞线、轨迹、面的要素数据。图17EasyMap中生成点、线、面数据说明：EasyMap数据来源为高德开放平台4eShapefile是一种开放的地图矢量数据格式。它包含至少三个文件：.shp文件包含矢量几何数据、.shx文件包含索引信息、.dbf文件包含属性数据。项目建设中并不常直接使用EasyMaphttps://map.easyv.cloud/高德开放平台：/shp数据shp数据常作为源头数据裁剪处理或直接转换为GeoJSON使用shp数据可在全国地理信息资源目录服务系统和OpenStreetMap中获取。2、栅格数据常见的GIS栅格数据是遥感影卫星影像/卫星照片更广义的各种航拍的影（片）都是栅格数据。GIS中一些遥感应用的数据或空间分析、计算结果数据一般也都会以栅格数据的形式提供，栅格数据的大小根据数据空间范围和分辨率正成正比。模）在山河数据的采集过程中，也同时能得到海拔高度信息我们称之为高程数据。数高程模型是指通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模（即地形表面形态数字化表达它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型目前取数字高程模型的方式分为一下几种摄影测量地面测量已有地形图数字化已有DEM库中提取。图18数字高程模型（DEM）模）数字表面模型是指用一组有序数值阵列表示地表物体表面高程的一种实体地面模型一般特指那些特定比例尺系列有着固定分幅范围的全面表达地表面的地形地物特的地图其内容特点是全面均衡不突出表达某种要素一般包括测量控制点居地、水系、交通、管线、地貌、植被等内容。图19数字表面模型（DSM）影）数字正射影像是指利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片/遥感影（单色/彩色），经逐个象元进行投影差改正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，DOM的制作原理是依据其特点应用专业的地理信息遥感软件对原始感遥影像经过辐射校正几何校正后消除各种变和位移误差而最终得到具有包含地理信息和各种专题的卫星遥感数字正射影像地图。图20数字正射影像DOM）3、常见地图坐标系WGS84世界大地坐标系它是美国国防制图局于1984年建立的是GPS卫星星历的参考基准,也是协议地球参考系的一种。如果地图数据来源为MapBox、Csium、OpenStreetMap，那么数据使用的坐标系基本为WGS8。GCJ-02火星坐标系：由中国国家测绘局制订的地理信息系统的坐标系统。国内出版的各种地图系统必须至少采用GCJ-02对地理位置进行首次加密。如果地图数据来源为高德地图、腾讯地图，那么数据使用的坐标系为GCJ-02。BD-09百度坐标系：在GCJ-02坐标系基础上再次加密，如果地图数据来源为百度地图，那么数据使用的坐标系为BD-09。CGCS2000国家大地坐标系根据国家测绘法规定中国建立全国统一的大地坐标统如果地图数据来源为天地图那么数据使用的坐标系为CGCS2000测试下来与WGS84世界大地坐标系相差15cm左右，数值不准确，仅供参考。4、在线地图服务在线地图服务通常包含矢量数据和栅格数据两种类型的地图数据，可通过API接口调用嵌入在线地图服务的矢量数据通常以矢量切片的形式提供将地图数据分割成一系列小的矢量图块以便在网页或移动设备上快速加载和显示栅格数据通常以栅格切片的形式提供，将地图数据分割成一系列小的栅格图块。常见的在线地图服务提供商包括高德百度、天地图、OpenStreetMap、Mapbox等。（四）数字孪生高效建模能力创建高保真的数字孪生体虚拟模型是构建数字孪生应用的重要步骤之一需要真实再现物理实体的几何图形属性行为和规则等数字孪生体模型不仅要在几何结构上物理实体保持一致，更重要的是要能模拟物理实体的时空状态、行为、功能等。1、三维数字孪生模型三维数字孪生模型在数字孪生领域的应用可以分为以下几个方面：三维数字孪生模型可提高数字孪生的精度和逼真度使得虚拟世界中的数据模型能更好地反映真实世界中的物理对象或系统的状态和变化。三维数字孪生模型可以支持数字孪生的多维度展示和交互，使得用户能够从不同角度、不同层次、不同尺度观察和操作虚拟世界中的数据模型，增强用户体验和效率。三维数字孪生模型可以促进数字孪生的跨领域应用和创新使得不同行业不同场景不同需求之间能够通过共享和融合虚拟世界中的数据模型，实现协同创新和价值提升。在实际数字孪生项目交付中，通常对三维数字模型有以下要求，需要引起注意：精准。模型需要能够准确地反映物理实体或系统的结构属性、方法和行为以及与环境的交互并且具有足够的细节和精度以满足不同层次和目标的分析和仿真需标准遵循统一的规范和格式便于三维数字模型在不同平台和系统之间进行共和交换模型应该具有良好的可读性可理解性和可扩展性以便于后期进行模型资产修改和更新。轻量模型应尽可能地减少数据量和计算量，以提高运行效率和节省资源需要采用合适的抽象和简化方法，去除冗余和无关信息，保留模型核心特征。可视模型应该能够通过图形、图像、动画等方式进行直观地展示以便于用户观察理解和操作支持多种视角和尺度的切换以适应不同场景下模型展示和变换的需若交付的数字孪生项目为BS架构为了实现高效和高质量的数字孪生场景通常需要注意模型大小、格式和质量等方面的要求，主要包括：模型的大小模型的大小决定了加载和渲染的速度过大的模型会导致网络传输和存占用过高影响用户体验因此模型需要进行合理的压缩和优化降低其数据量和杂度。模型的格式模型的格式决定了其兼容性和功能性不同的格式有不同的特点和优劣势。一般来说，WEB端可视化场景需要选择支持动画、纹理、材质等属性的格式，例如GLTF、FBX、OBJ等。同时，也需要考虑浏览器对不同格式的支持程度，选择最适合当环境和需求的格式。模型的质量模型的质量决定了其视觉效果和真实感过低或过高的质量都会影响用户体验。过低的质量会导致模型失真、粗糙、不自然；过高的质量会导致渲染压力过大卡顿延迟因此模型需要根据目标分辨率和设备性能进行适当的细分或简化并保持合理的比例和形态。2、模型数据的采集与处理在项目建设前期，开发者需要对模型数据进行全面的采集与处理为创建数字孪生景打下坚实的数据基础随着科学技术的不断进步和社会需求的不断变化测绘技术也不断发展和创新，主要有以下技术趋势：精密化、智能化和集成化。随着测绘仪器设备的不断更新换代，如全站仪、GPS接机数字航摄仪等以及计算机网络人工智能等信息技术的广泛应用现场测绘技可以实现更高的精度效率和自动化程度同时可以实现多种数据获取方式和多种数据理方法的有机结合和协同作用。多源多尺度化和多维化随着遥感卫星无人机激光雷达等新型数据获取平台和传感器的出现和发展，以及大数据、云计算等新型数据管理和分析技术的推广和应用现场测绘技术可以获取更丰富更全面更实时的地理空间信息并可以从不同角度不同层次、不同尺度来表达和展示这些信息。绘在实际数字孪生项目中，人工测绘通常需要单反摄像机、手机、360全景设备和人工拍照采集人员在人工测绘采集的过程中需要提前规划好测绘路线有序进行走动循基本逻辑先整体定位空间后局部拍摄细节对于简单的单一模型体来说人工测方式更为灵活且成本较低对于大型数字孪生场景的建设来说一般不建议采用人工测的方式。人工测绘一般来说可以分为以下几个步骤：确定测绘的内容、范围和精度，制定测绘的方案和方法。选择合适的测绘工具和设备如三脚架水准仪经纬仪激光垂准仪全站仪水平尺、游标卡尺等。在现场进行测绘按照规定的格式和要求记录或输入相关的数据信息如水平角竖直角、高程差等。对测绘到的数据进行核对、整理和存储，删除或修改错误或重复的数据，保证数据的完整性和准确性。对测绘到的数据进行分析处理和应用根据不同的目标和需求利用计算方法图形工具或专业软件等对数据进行加工、展示或报告。影倾斜摄影测量是指在同一台无人机上搭载着镜头相机从垂直倾斜等多角度采集影数据获取完整准确的纹理数据和定位信息倾斜摄影数据采集的过程中一台获取垂影像，另外四台从前后左右4个方向同时获取地物的侧视影像。相机倾斜角度在40°~60°之间，可以较为完整地获取地物侧面的轮廓和纹理信息。倾斜摄影技术大大降低了三维建模成本，能够弥补传统三维建模技术的缺陷是大景三维建模的重要选择之一。倾斜摄影技术主要具有以下技术优势：一是高分辨率倾斜摄影平台搭载于低空飞行器可获取厘米级高分辨率的垂直和斜影像。二是可以获取丰富的地物纹理信息倾斜摄影从多个不同的角度采集影像能够获地物侧面更加真实丰富的纹理信息，弥补了正摄影像只能获取地物顶面纹理的不足。三是可以高效构建三维模型通过垂直与倾斜影像的全自动联合空三加密无需人干预即可全自动化纹理映射并构建三维模型通过影像构建的真实三维场景不仅有准确地物地理位置坐标信息并且可精细的表达地物的细节特征包括突出的屋顶和墙，以及地形地貌等精细特征。但倾斜摄影技术也具有一定的局限性。倾斜摄影技术采用可见光进行测量对天气求较高，并且对密集植被下的地形无能为力，对细小物体的建模能力不足。测绘激光雷达测量技术是最初由欧美发达国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术集成了激光测距系统全球定位系（GPS和惯性导航系（IN三种技术于一身在三维空间信息的实时获取方面取得了重大突破为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段，是当下较为先进的测绘技术之一。激光雷达测绘技术主要具有以下技术优势：一是可快速获取数字高程模型。激光点云数据是激光雷达技术中最为直接的数据，点云数据的密度和精度都比较高能快速清晰的显示点位的三维坐标构架经人工交替操作或自动运行，将人放射到地面植物中或建筑物之类的地形之外目标上的点云统一分类滤波或清除之后构建三角网TIN就能及时得到DEM因为激光点密度非常大数目比较繁多，DEM的生成也更为方便、准确。二是自动化程度高从飞行设计到数据获取到最终的数据处理自动化程度非常高通过GPS技术实时显示飞行轨迹。不会发生漏拍的情况，避免人为错误。三是信息获取敏感可以获取小于遥感影像或者雷达影像分辨率的目标信息可穿透植被覆盖物获得地面点数据。四是传感器工作条件局限性小主要采用主动式测量自行发射和接收激光脉冲穿透茂密植被直达地面不受光照和阴影的限制获取的数字高程模型更接近真实地表态，受天气影响较小。3、常见三维建模软件BlenderBlender是一款由美国公司PTC开发的数字孪生软件，它可以将物理世界中的实体转换为数字模型，并在数字环境中进行仿真和分析。Blender提供了一个可视化的界面，使用户能够轻松地创建编辑和管理数字孪生模型Blender还支持多种数据格式包括CAD、PLM和IoT数据，以及各种传感器和设备数据。May/3DMAXMay/3DMAX是一款数字内容创建软件，主要用于三维动画、建模、仿真和渲染。在数字孪生领域中，可以用于建立虚拟孪生体。Substance3DPainterSP是Adobe公司旗下的一款专业的3D数字绘画软件它具有强大的功能被公认是最具创新性和用户友好性的3D绘图器，广泛用于游戏和电影制作以及产品设计、时和建筑中。在数字孪生中Substance3DPainter能提供从无到有的贴图绘制制作，使为3D资产创建纹理变得比以往更容易。4、手工建模数字孪生领域中，手工建模是一种常用的建立数字模型的技术它可以帮助工程师更好地理解和掌握产品的设计制造运营等方面的信息从而更好地进行产品的优化改进在实际的数字孪生项目中手工建模也是技术人员最常采用的建模方式可以灵适应不同数字孪生场景需求根据项目需求进行灵活修改和迭代且更容易进行数字孪可视化展示和交互操作，性能上也更具有优势。基于手工模型制作的数字孪生建模方法主要涉及以下几个关键技术：利用倾斜摄影等方式进行数据采集和处理在没有BIM模型支撑的情况下需要利倾斜摄影、人工照片采集、激光点云等方式进行模型数据采集和处理。BIM模型轻量化的处理流程在已有BIM模型的情况下需要对原始BIM模型数据进行清洗减面压缩等操作以在实际项目中提高BIM模型的运行效率对于BIM模型量化处理流程。手工重构重建数字孪生模型。对于无法进行人工采集且没有BIM模型支撑的情况下需要通过Blender等软件对模型进行手工重构重建，并利用已有的既定知识或专家经验来对模型制作过程和效果进行管理。模理倾斜摄影的处理：通常情况下会选择使用倾斜摄影处理软件，根据航拍数据航拍视频等现实参考，合孪生场景内的地形关系对倾斜摄影模型进行一系列的数据对齐模型裁剪等操作倾斜摄影内出错或质量不足的部分进行处理或者直接转换成其他模型通用格式从而倾斜摄影呈现出正确、符合项目需要的内容部分。倾斜摄影的优化：

图21倾斜摄影模型示例通常需要将倾斜摄影的顶层数量进行二次构建、建立多层不同数量的瓦片层级来理倾斜摄影在孪生场景内加载速度慢、加载出现卡顿的情况。倾斜摄影的发布：将已经处理优化后的倾斜摄影通过平台加密上传到官方平台云端不需要将倾斜摄影下载至本地，即可在孪生场景内通过直接链接URL的方式实时在线加载云端的倾斜摄影倾斜摄影的加载方案：需要对倾斜摄影的OSGB、3DTiles、URL三种格式进行转换，来满足数字孪生应用程序在面对不同网络环（内网公网时的倾斜摄影加载情况同时若使用本地加载斜摄影的方式还可以一定程度上提高倾斜摄影的加载速度。图22加载倾斜模型示例R程PBR（Physically-BasedRenderin）流程其实是一个很复杂的概念，它的基本概念是一系列复杂的处理真实物理和光照的渲染器的组合以及一系列使用标准化的表示真实材参数的贴图本质上PBR就是一个用于创建贴图和渲染工作的整体系统在不同的工和引擎的作用下会产生不同的实现效果（一般指渲染器模型和贴图的输入类型）。伴随着时代的发展次世代技术PBR流程也随之普及在游戏行业和数字孪生行业最开始的传统流程慢慢转向PBR流程比如我们现在经常能够听到次世代游戏/3A游戏说法，指的都是使用次世代PBR流程制作的游戏。转变主要原因来自于PBR流程的材质效果不但更接近于真实事物效果，而且制作效率相比传统流程快了许多。图23模型对比示例下面是对传统制作流程与PBR流程的制作流程效果进行剖析对比不论传统流程是PBR流程最基础的中模、高模、低模以及对模型的烘培是相同的。传统流：首先需要对高低模进行烘培得到norma（法线）与AO，然后通过normal和AO转出一张CAVITY贴图然后在PS中将AO进行正片叠底CAVITY调整为叠加模式,以便区分物体的大体色块。PBR流程在PBR流程中最后获得的贴图为AOnormaMetalnessRoughness四张贴图。PBR流程相比传统流程去除了AO的叠加，只存有固定的AO贴图，不包含任何的光影。法线的烘培流程与传统流程相一致，增加的Metalness用来控制金属的金属度，非黑即白白色为金属黑色为非金属而Roughness来控制材质的粗糙度同样也是用黑白来控制越白越粗糙反之越黑越光滑此外在PBR流程中使用3D纹理贴图软件制可以通过软件计算模拟出现划痕掉落漆脏渍等使得制作更为方便的同效果也更真实。在实际数字孪生项目交付的过程中，PBR建模流程可以概括为以下步骤：在建模软件中建立中模，即基础的三维模型；在建模软件中雕刻高模，制作拥有细节和纹理的高精度模型；在建模软件中拓扑低模，形成优化网格和拆分UV坐标的低多边形模型；在D纹理贴图软件中烘焙贴图，将高模的信息投影到低模上生成法线贴图、境光遮蔽贴图等；在D纹理贴图软件软件中绘制材质，创建高光度图、粗糙度图、金属度图等质贴图；在Blender等软件中渲染需要设置光源和环境并调整参数和效果最后导出。图24PBR流程模型示例M化理BIM（BuildingInformationModeling是继CAD之后整个工程建设领域的第二次数字革命对建筑行业的生产组织模式和管理方式产生了深远的影响BIM的核心是通过建立拟的建筑工程三维模型利用数字化技术为这个模型提供完整的与实际情况一致的筑工程信息库该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息专业属性及状态信息包含了非构件对（如空间运动行为的状态信息基于BIM技术可以将建筑设施各种信息集成在模型要素上，构建出建筑的数字孪生体。在数字孪生项目交付中BIM模型的轻量化主要是指通过对原始BIM模型数据进行清洗、减面、压缩等操作，减少模型的体量和复杂度，以在实际项目中提高BIM模型的运行效，使其更适合在电脑、手机等终端上查看和交互。数字孪生建模人员可以通过Blender或其他建模软件做BIM模型的轻量化，常见的操作有：可以使用融合变形或混合变形（BlendShap）功能，将多个形状组合成一个变形链从而减少模型的顶点数和多边形数。使用多边形简化或网格简化（PolygonReduction/MeshSimplification）工具，根据一定的标准和阈值，自动或手动地删除或合并不必要的顶点和面。使用贴图或材Texture/Material来代替复杂的几何细节例如纹理贴图法线贴图等。具体来看常见的BIM模型应用软件和格式有AutoCA.dwg/.dxf/.dwt/.dwsSketchupBIM模型应用软件支持格式主要作用轻量化处理AutoCADdwg/.dx/.dwt.dws常用于查看平面精确图纸需要参考CAD中的总成图，对线条进行拆解和区分，根据平进行建模，图可参考照片或其它相似的材。Sketchup.skp/.skb常用于制作草图模型参考SU多为草图类型的模型相对模型较潦草单薄或面数过多连线杂乱。需要导出通用格式后，再进行进一步细化或进一步减面优化。AutodeskRevit.rtBIM模型应用软件支持格式主要作用轻量化处理AutoCADdwg/.dx/.dwt.dws常用于查看平面精确图纸需要参考CAD中的总成图，对线条进行拆解和区分，根据平进行建模，图可参考照片或其它相似的材。Sketchup.skp/.skb常用于制作草图模型参考SU多为草图类型的模型相对模型较潦草单薄或面数过多连线杂乱。需要导出通用格式后，再进行进一步细化或进一步减面优化。AutodeskRevit.rt/.rvt/.rfa常用于于建筑业BIM体系中Revit相对模