实景三维应用服务能力建设思路与探索
自然资源部办公厅在2021年8月发布《实景三维中国建设技术大纲（2021版）》，确定了实景三维中国建设技术路线。在2022年2月发布《关于全面推进实景三维中国建设的通知》（以下简称《通知》），明确了实景三维作为新型基础测绘标准化产品，为数字中国提供统一的空间定位框架和分析基础，是数字政府、数字经济建设重要的战略性数据资源和生产要素。
实景三维中国建设是面向新时期测绘地理信息事业服务经济社会发展和生态文明建设的新定位、新需求，是对传统基础测绘业务的转型升级，是测绘地理信息服务的发展方向和基本模式，已经纳入“十四五”自然资源保护和利用规划。
解读建设内容，明确技术路线
国图信息围绕《通知》提出的技术路线和建设任务，对实景三维建设所需的应用服务能力相关关键技术进行了研究与探索。
图1 实景三维应用服务体系总体架构
实景三维应用服务系统基于国土空间基础信息平台进行建设，依托平台提供的数据治理和通用技术能力，实现基础环境搭建、数据仓储构建、图形服务支撑和基础功能建设，并面向业务支撑各类应用服务。
探索关键技术与方法，
解决难点问题
01
二三维一体化的多维数据管理
实景三维建设中，存在三维模型数据量庞大、数据格式多样、时间跨度不一致等问题。如何将多源、多尺度、多时序的三维模型数据与二维数据进行融合，实现二三维一体化管理，是亟需解决的核心问题。国图信息基于国土空间基础信息平台构建跨平台的分布式管理能力，通过三维立体+时序的多角度、多方位、多维度的数据管理技术，将二维数据、DEM、白模、精模、BIM、倾斜摄影、地质体、水体、管线等数据基于统一空间尺度进行整合集成，实现二三维一体化数据管理。
图2 三维模型（1）
图3 三维模型（2）
02
三维模型数据轻量化处理
与动态可视化管理
传统可视化技术存在大场景数据加载方式不直观、效率低、渲染效果不佳等问题。借助webp、块存储和子域技术等一系列数据轻量化创新技术，通过数据压缩、并发请求、渲染优化和加载策略改进等方式，压缩模型切片和缓存文件体积，极大提升渲染效率。采用webp图片格式可在保证图片质量无损的前提下最大程度缩小体积，且不同的压缩方式以及金字塔层级设置能有效提高数据加载效率；块存储方式进一步将小瓦片进行成块管理，减少网络请求次数；子域技术提升浏览器网络并发请求数量。多项技术的结合使用，解决了三维模型数据动态加载与渲染效率低的难题，实现了三维模型数据的毫秒级加载，加载效率较传统方式提升近4倍。
图4 三维白模夜景模拟
图5 三维数据渲染
03
三维大场景分析展示
满足二三维数据动态可视化渲染基础上，进一步扩充空间分析能力，集成复杂多维空间分析能力，支撑自然资源、智慧城市等各项业务应用决策。通过大数据分析算子的可视化动态编排，借助三维实景渲染技术，提供通用的“即时分析、实时展现”的三维大场景分析展示能力，主要包括：可用于建筑物视线遮挡判断以及通讯信号覆盖等方面的可视域分析，在土木工程、城市规划和景观分析等领域输出建筑光照适宜性模型的日照分析，模拟城市内涝淹没情况为城市灾害预警、建设规划提供依据的淹没分析，对建筑施工、设计领域进行土方量分析，对工程费用概算与方案优选进行填挖方分析，耕地质量评价的坡度坡向分析等。
图6 三维分析应用
图7 三维水体权属范围分析
针对大场景、全要素三维模型数据高保真展示、渲染性能差等问题，研究游戏渲染引擎与GIS引擎的融合仿真技术，构建基于“游戏渲染+三维GIS”的双引擎可视化模式，有效提升三维大场景的真实感和用户体验水平。
视频 游戏引擎
总结与展望
夯实数据基础，强化新技术应用，探索智慧化管控，建设实景三维中国，为构建数字中国提供强有力支撑。国图信息将在现有实践基础上持续优化，不断推进自然资源三维实景数据库建设，开展大规模数据生产，全力支持软件技术创新，为实景三维中国建设添砖加瓦。
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