数字冰雹 大规模城市建筑渲染技术解析

重点推文

一、大规模城市建筑，数字孪生城市的核心元素

随着5G、云计算、物联网、大数据、人工智能的广泛应用，以及”新基建”政策的实施，城市的发展与管理模式 正在由”数字化”进入"新智慧化”时代，智慧城市的内涵不断丰富，基于数字孪生理念的新型智慧城市管理模式正不断推进城市管理各领域升级革新。数字孪生城市，是以基础设施为支撑，通过在数字世界对真实物理空间进行仿真和反映，并在数字世界进行模拟试验和分析预测，为城市管理指令下达、流程体系的进一步优化提供决策依据，最终赋予城市实现智慧化管理与科学决策的能力。建设数字孪生城市，最重要的是对整个城市进行三维空间展示，而大规模城市建筑渲染，是构建城市三维空间的核心元素。

数字冰雹十余年、上千个行业实施经验，使我们对在不同应用场景、不同监测范围、不同展示需求下的大规模城市建筑渲染有着深刻理解和认识，本文将对数字冰雹大规模城市建筑的多精度模型数据以及应用场景进行解析。

二、大规模城市建筑渲染 技术解析

构建数字孪生城市，大规模城市渲染是最关键的技术之一。数字冰雹针对用户的不同管辖范围和应用需求，可提供不同精度城市建筑模型数据，并能够实现大规模城市建筑的动态加载，从地球全景到大规模城市建筑直至具体设备的平滑过渡，无需进行画面切换；此外还可为用户提供多种城市建筑风格，充分满足用户不同应用场景需求。

1.多精度城市建筑模型，无限接近真实世界

数字冰雹可视化系统可提供城市简模、概念精模、倾斜摄影模型、建筑精模等不同精度模型数据，实现无限接近真实的可视化，充分满足用户需求。可在提供高水准视觉效果的基础上，为用户匹配最优方案、为用户业务应用提供有力支撑。

1.1简模城市 大规模城市级态势监测

简模城市是指依据楼宇的高度和形状，建出大片楼宇的外形轮廓，不展示楼宇的精细外观，主要用于大范围城市态势监测，直观展现城市建筑分布态势，可确保可视化系统高效运行，建设时间周期短、成本也相对较低。以城市视角，对城市宏观建筑分布态势进行可视化呈现，能从形状上区别不同建筑，但从外观颜色等方面，不体现具体差别。重点突出城市监测数据指标，满足用户对城市管理数据指标进行精细掌控的需求。

1.2概念精模，较大范围精细化态势监测

概念精模是指对指定建筑按照实际精细外观进行建模，其他建筑按照概念化精细外观进行建模，即外观造型与不一定与实物完全匹配，但类型相同、尺寸接近的精细三维建筑模型。适用于在满足用户对部分建筑想要优异的建筑效果的需求上，最大程度节约构建成本和时间的应用场景。通过概念精模建模，对重点安保场馆进行精细化呈现，对于重点安保场地之外的建筑使用了概念化建模，既保证了对安保区域的精细化监测，同时又实现了可视化系统快速构建。

1.3倾斜摄影模型 园区级态势监测

倾斜摄影模型是指通过航空拍摄采集的三维城市模型，其视觉效果高度接近真实景物。适用于对城市建筑有着高精度监测需求的园区级应用场景。系统对接倾斜摄影数据，通过三维渲染，对园区建筑进行高度还原，真实再现区域道路、建筑、设施等细节，实现对监测区域的全三维精细化呈现，辅助管理者提升精准监测效能。

1.4建筑精模，重点楼宇建筑监测

建筑精模除了可以实现建筑的实际精细外观，还支持展示楼宇内部建筑结构信息。适用于对单体建筑有重点监测需求的场景。除了建筑的实际精细外观，还支持展示楼宇内部建筑结构信息。真实还原纹理、材料，内部结构等细节，提高管理者对重点楼宇的结构、设施、能耗等要素进行精细化监测的能力和效率。

2.智能化全尺度渲染，视野无极缩放显示

有别于割裂的场景切换方式，数字冰雹可视化系统具备智能化全尺度渲染能力，支持从地面到太空的连贯渲染，可依据用户视野动态加载不同精度级别的模型数据，自动优化显示效率，可实现从宇宙空间到大规模城市、再到建筑、装备细节的无级放缩，流畅呈现。

（从楼宇到太空无极缩放）

（从太空到楼宇无极缩放）

3.多种城市建筑风格

数字冰雹可视化系统可针对用户不同可视化场景的应用需求，提供多种建筑风格，主要包括信息化风格、写实化风格以及实体化风格等，针对不同可视化场景的应用需求，均可提供超炫酷显示效果、非凡视觉体验均。

4.城市建筑实时光影计算

支持实时光影计算，如：基于大气光照扩散模型的大气衰减透视效果，可以更加真实、自然地反应地表距离远近，增强地形地貌的空间感，以及动态阴影的光照效果、大规模全局光阴影；屏幕空间射线追踪的动态环境反射效果等，真实展示城市建筑实时光影状态，可以更加真实、自然地反映城市建筑视觉效果，增强逼真感、空间感。

5.动态八叉树高效渲染

针对大规模城市海量建筑显示，数字冰雹可视化系统将动态八叉树技术与可视渲染技术进行有效结合，将三维空间场景中的模型对象递归划分为不同层次的树结构，进行组织和优化管理，逐层简化存储、处理细节，确保了在大规模城市海量建筑的高效率渲染、交互操作的零延时分析响应。

6.高级渲染特效

除了上述对城市建筑的渲染效果外，系统还支持丰富的高级渲染特效，包括动态辉光的车流效果、城市夜间灯光等，提供更加逼真、丰富、细腻的三维城市建筑显示效果；同时支持任意角度建筑模型剖分，便于快速、详细查看建筑内部结构，多角度掌握细分领域运行态势。

7.三维建筑结构剖分

针对用户对单体建筑有重点监测需求的场景，除了建筑精模效果渲染，还可对重点监测建筑进行三维结构剖分。通过对重点监测建筑进行精细化三维建模，可实现建筑内部结构、设备设施的真实复现和结构剖分，支持建筑结构逐级展开查看，并可进行点选查询、视点调整及场景切换等交互操作，充分满足用户对重点建筑进行监测的需要。

三、构建数字孪生城市，城市管理转型升级

数字孪生城市建设如火如荼，构建数字孪生的核心——大规模城市建筑渲染，与数字孪生城市共生共存，是数字冰雹可视化系统的关键技术。构建数字孪生城市，打造数字冰雹可视化系统是在充分整合城市各领域信息资源的基础上，利用可视化渲染技术，将大规模城市建筑及各领域管理要素通过三维建模进行精准复现，为城市智慧化以及精细化管理提供决策依据，最终实现城市全要素数字化和虚拟化、城市全状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的城市发展格局，助力城市管理转型升级，进而实现城市智慧式管理和运行。