【可视化专题Vol.4】一键生成的背后 - DataV数字孪生城市与智能设计

03-27 07:30:00 浪设计

1.数字孪生愿景

数字孪生最早是应用于大型装备制造业领域的一项革命性创新,通过搭建一个将制造流程全部进行整合的数字孪生生产系统,实现从产品设计、到生产计划、再到制造执行的全过程数字化;这样一个数字孪生生产系统,让大型工业装备制造领域从此提升至一个全新的高度。

数字孪生概念与城市数字化管理结合之后,便诞生了“数字孪生城市”的概念。作为物理世界镜像的数字孪生城市,物理城市之中所有的建筑、道路、设施、人等等对象,都在数字城市有虚拟映像;数字城市表征物理城市并映射真实城市的一举一动,虚实两个平行世界同步运转,实现视觉、数据与互动的统一;可以说数字孪生城市是“智慧城市”业务的终极形态。

之前DataV也支持了很多数字城市项目与城市可视化场景,如城市大脑系列、云栖大会、天猫双11等等,但是这些项目无一例外都是以线下大项目制的方式推进的,具有成本高、周期长等局限性。

2.数字化孪生-DataV.City-Lite三维数字城市公共云版

但是如上图的一个数字城市项目,其成本和周期不是中小企业或者个人用户可以承受的;为了降低普通用户门槛,DataV将三维时空可视化引擎、可视化数据服务等数字孪生城市相关业务迁移到了公有云之上,并推出了“一键生成数字孪生城市”产品-DataV.City-Lite。用户不需要安装任何专用客户端软件,可以使用windows/mac/linux等主流系统平台,在地图上框选一块区域,即可一键生成三维数字城市。

2.1要成为基于云计算的数字公共基础设施

没有基于云计算支撑成为数字公共基础设施的数字孪生产品,是无源之水;单个企业/个人根本无法承担构建数字孪生城市的天量成本;只有依靠云计算的优势,极度压低数字孪生城市的边际生产成本与用户使用成本,中小企业才能负担得起,才能实现普惠效应。

为了更好地构筑一个“数字孪生城市”,我们首先梳理并制定了“城市”的可视化信息呈现规范,它就好比最基础的骨骼和结构,定义了所有的信息以什么样的形式和层级,才能井井有条地清晰呈现给观者。

我们将“城市”分为两大部分:

一是由自然环境和城市基础设施构筑的城市基底,它是物理世界在数字世界的真实投影;

二是用物理世界中产生的用户和场景数据,通过可视化的形式在空间关系上进行组织,这样的数据图元是大数据时代下的城市数字镜像。两者组成了一个完整的“数字孪生城市”。

2.2可视化服务是数据孪生城市的基建

“可视化数据服务”是互联网时代数字世界可视化的基础设施,作为底层服务支持构建“数字孪生城市”的“云端数字地球”资产库;同时打造可视化生态,融合阿里datav与第三方如unreal、unity等主流可视化引擎。在通用渲染数据规范URBS之上,经过可视化增强算法对各类城市地理要素、业务数据的关联加工与可视化处理,提供支持各类渲染引擎的通用渲染数据。

主要服务包括:自然环境要素/城市基础要素/业务数据Mapping/社会人文数据集

2.3三维城市呈现标准体系

对应这样的城市骨骼,DataV.City组件由父容器和子组件组成,父容器对应城市基础底座,由地形、水体、绿地、路网和建筑5大信息层构成。在它们组成的底座上,不同的数据映射图元以点、线、面、体、场、图这几类基本可视化形态展示在空间关系上,通过子组件子组件的形式整合在父容器之上,共同构成了整个DataV.City组件。

建筑分为L1—L5五个模型级别,L3—L5需要人工建模;L1—L2为自动化过程建模;各等级定义如下:

图形等级定义

L1:程序建模,也称“白模建筑”,通常是由GeoJson文本数据拉伸而成的极简盒型建筑模型;除立面外,没有任何外观细节;几何体顶点数据通常可以附带楼高、楼层数量、楼面宽度、楼面UV等数据信息进行程序化贴图;

L2:经过细节增强的程序建模,也称“细节增强白模建筑”,立面可以做楼层分成增强、门窗区域增强;楼顶通常做随机的细节增强,如坡顶、尖顶、增加空调机房、增加顶部围栏等细节;几何体顶点数据通常可以附带楼高、楼层数量、楼面宽度、楼面UV等数据信息进行程序化贴图;

L3:人工建模,具备建筑外部主要几何轮廓,细节可以忽略;不超过5种材质种类;不包含内部几何细节;

L4:人工建模,具备建筑外部精确细节;材质种类丰富;不包含内部几何细节;

L5:人工建模,具备建筑外部精确细节;材质种类丰富;包含内部几何细节,根据项目需求对特定楼层、区域进行分组拆分;根据项目需求制作建筑展开、位移动画;

图形生成-PBR图形工作流

PBR基于物理的渲染,是一种能对光在物体表面的真实物理反应提供更精确着色与渲染方式。

我们为什么用PBR

因为PBR的方法论和算法都是基于物理精确的公式实现的,它的工作流更加系统规范化,而且有许多成型的辅助工具和实验测定的物理参数,场景和模型在所有光线条件下都会表现得非常精确.PBR提供了一个稳定的工作流,保持相对稳定定的输出模式。DataV图形工作流是采用Metalness-Roughness建模工作流,通常包括6种贴图,具体包括:Metalness / Roughness / BaseColornormal / Occlusion / Emissive

因为PBR是基于真实的物理参数,所以按照它的工作流规范制作出来的模型、材质,放在任何光照条件下都是正确的。也就是说,一套模型或者材质可以重复使用,这就使得建造材质库得以实践。

图形增强算法与规则建模

三维数字城市大屏展示的地理空间范围大,交付周期短,建筑作为城市的主体要素,传统的手工建模难以满足大屏交付的时间和成本要求, 需要提供一种快速的自动化建模方案快速生成城市的建筑要素,同时能够提供足够的建筑几何体细节,满足三维数字城市大屏的展示需求。

在数字化规则建模过程:

1.原始的GeoJSON矢量地理数据。

2.提取要素的几何轮廓、高度数据计算要素间的空间关系如相交关系、相互包含关系。

3.如果要素在空间上不与其他要素相交也不与其他要素相互包含,则要素的几何轮廓代表一个完整的建筑底面;

根据要素的几何轮廓形状和高度信息,判断要素的建筑类型,建筑类型包含商业大楼、高层居民住宅、平房居民住宅、厂房及体育场等;

根据要素的几何轮廓和高度数据进行拉伸构建建筑几何体;

根据要素的建筑类型,对拉伸后的建筑几何体进行细节增强,增加屋顶、门窗等几何体结构。如平房居民楼住宅通常为尖顶,商业大楼通常层高较大且多为玻璃幕墙结构;

建筑层中L1—L5五级的建筑模型里L1-L2的模型属于“程序化建模”,通过呈现化建模生成,其中将和地图里的三维视图相比对图形进行了视觉增强算法,同时支持各通道PBR贴图,建筑进行“顶面”“立面”基本拆分,建筑类型和要素所表达的建筑结构来对要素进行几何体生成和细节增强;

三维图形资产上云

用户可以跟进业务具体需求与城市业务地理范围直接调用精模资产。建筑层中L1—L5五级的建筑模型里L1-L2的模型属于“程序化建模”,通过呈现化建模生成,其中将和地图里的三维视图相比对图形进行了视觉增强算法,同时支持各通道PBR贴图,建筑进行“顶面”“立面”基本拆分,建筑类型和要素所表达的建筑结构来对要素进行几何体生成和细节增强。

建模流程示意

为了在云上搭建我们的图形资产,我们构建标准图形资产上云流程,图形资产按业务需求等级划,标准化建模适配到各图形引擎输出到数据地理位置完成图形资产上云过程。

3.数字孪生城市的叙事

数字城市是真实城市行为的映射,想要清楚地还原现实世界的一举一动,一个静态的城市是不够的,还需要通过镜头动画叙事,展示城市中的数据故事,从而实现实现虚实两个平行世界同步运转,帮助用户更准确快速地获取到数据信息,让这座“数字孪生城市”真正“动”起来。

通常情况下,可视化搭建工具中的组件以往都是通过设置面板的参数调整具体位置和视角,在DataV.City中,为了配合用户更便捷地设置城市镜头动画,特别增加了沉浸式编辑模式,用户可以聚焦在城市场景中,通过鼠标实时调整地图的展示视角,直接在场景中完成相机镜头位置设置,所见即所得。DataV.City为公共云用户提供了两种最常用的镜头动画模式:绕轨和路径,配合沉浸编辑和镜头位置设置功能,使用者无需调整复杂的参数即可快速配置镜头动画,描绘出每个数字孪生城市独特的数据叙事。

3.1.更多可能性——便利的数据融合与场景交互能力

除了以上数字孪生城市相关能力外,随着算力的提示、数据的爆炸,大屏项目复杂度也在逐渐上升。用户仅仅融合数据是不够的,还要考虑通过交互行为帮助用户更好地展示与阅读这些种类繁多的数据,以及现实中的场景事件如何展示与联动数据。DataV.City支持产品内的蓝图编辑器,以可视化节点拖拽的形式进行数据与事件交互,包括强大的事件管理、交互搭建与场景数据管理。

https://v.qq.com/x/page/i0940k9ecam.html

4.数字孪生背后的智能设计

三维城市场景风格智能切换

基于PBR图形标准工作流搭建的三维场景,我们希望用户基于数据服务快速搭建三维场景之外还希望用户"0"成本切换不同风格, 为了达到“一键切换三维场景”的目标,首先我们将三维场景的风格化PBR贴图打包上云,形成多套的风格化的PBR贴图资产,在产品开发快速样式接口,这样用户就可以随时调用切换贴图。

智能色彩

识图生成

5.结语-四大核心能力推动数字孪生城市的技术普惠

要将数字孪生城市推进成一项普惠性的创新技术,前提必须是基于四项核心能力的实现:1.基于云计算的公共数字基础设施。2.城市数字资产的高覆盖率。3.数据融合与场景交互能力。4.第三方友好的开放性平台

https://v.qq.com/x/page/o0940pwqqlg.html

数字孪生城市核心能力一:要成为基于云计算的数字公共基础设施

没有基于云计算支撑成为数字公共基础设施的数字孪生产品,是无源之水;单个企业/个人根本无法承担构建数字孪生城市的天量成本;只有依靠云计算的优势,极度压低数字孪生城市的边际生产成本与用户使用成本,中小企业才能负担得起,才能实现普惠效应。

数字孪生城市核心能力二:城市数字资产的高覆盖率

没有城市数字资产的高覆盖率,往往很难对各类客户的场景实现有效覆盖。很多现实中的数字城市项目,往往到了建设的时候才发现“城市基座”的数字资产需要从头创建,卫星影像、城市建筑模型搭建、地理测绘、倾斜摄影、BIM系统等基础数字资产的准备往往要让单个项目耗时半年以上。

因此,一个数字孪生城市的“城市基座”的核心能力是覆盖尽可能多的城市,并且囊括建筑、道路、水系、社会人文等尽可能多的基础数据。

数字孪生城市核心能力三:数据融合与场景交互能力

没有良好的数据融合与场景交互能力,数字孪生城市对于业务方来讲只是另一个平行宇宙,只能沦为摆设。

数字孪生城市应该能便利地融合公共的“城市基座”与个体的“业务场景”,支持“业务场景”各类数据的融合,并根据不同场景对数据进行交互;最终实现一个“视觉真实”“地理信息”“物理模拟”及“数据交互”于一体的三维可视化数字孪生场景。

数字孪生城市核心能力四:第三方友好的开放性平台

没有开放性的数字孪生城市,会迅速被技术时代抛弃,沦为一座“数字死城”。当前,全域立体感知、数字化标识、万物可信互连、泛在普惠计算、智能定义一切、数据驱动决策等,构成了数字孪生城市强大的技术模型,而支撑上述技术模型的区块链、人工智能、智能硬件、AR/VR等新技术条件基本成熟,但实现方案相当复杂,这已经不是一个公司或者一个项目能够独立构建一个完整的数字孪生城市解决方案。

一个第三方友好的开放性平台,才能让数字孪生城市技术模型不断完善,成为时代新技术融合创新的试验场,保持旺盛的技术生命力。

——————————————————————————————————————————————————

经过阿里云设计中心与DataV团队小半年的全情投入,DataV.City-Lite终于顺利上线公共云!试用地址https://datav.aliyun.com/30456/project

感谢@宁朗@鹿山 @黍客 @铭望 @游衍 @可鉴 @卡密 @木菁 @染熙 @十修 @雅宋@行休 @尘栖 @零源 @瞳羽 @央久 @嘉卉 各位大佬!Love to work with your guys!

文章剧透:

周二:

周三: 《医疗院感可视化》

周四: 《态势环形图设计:让数据展示更全面直观》

周五:《一键生成的背后-DataV数字孪生城市与智能设计》

周六:《COVID-19患者追踪—阿里安全设计师的疫情可视化探索》

返回首页查看更多 >>
猜你喜欢
施工环节在智能化领域究竟多么重要
产业气象站 03-28 02:39:17 4682人点击
疫情之下问诊大增,互联网医疗能否迎来新的爆发点?
财联社 4933人点击
带货直播:淘宝直播运营,淘宝直播需要哪些设备?
小小天看世界 03-28 10:59:24 3064人点击
安卓10发布一年后,Lineage OS 17.1终于要姗姗而来
小谦 4493人点击
刚刚,华为全场景 AI 计算框架MindSpore开源!
新智元 3297人点击
热门推荐
400公里续航还带L2自动驾驶 你想买的微型车都在这里
车友料 30分钟前 1620人点击
刚刚,厦门新增2例境外输入,活动轨迹曝光!福建一男子曾三次谎报境外入闽行程!
厦门头条 03-28 14:15:15 7199人点击
邻家知性大姐姐的感觉,好看且迷人
书春影视 6670人点击
萧山区慈善总会3月27日公布收支明细,累计接收款物5331.31万元
萧山发布 9073人点击
女人对你有好感,会有以下四个表现藏不住,你经历过吗?
扒友看娱乐大事 03-28 11:00:30 7970人点击
返回头条首页 极速头条的内容都由自媒体作者提供,如有侵权联系15993596@qq.com;我们将会最短的时间配合删除。 Copyright 2013-2017 788v.com. All Rights Reserved