DataV 核心揭密（一）：数字孪生渲染引擎

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。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，都在数字城市有数字镜像，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”的终极形态。

从2017年“数字孪生城市”概念走红开始，全国各地“数字孪生城市”如雨后春笋般涌现，迅速推动了整个行业快速发展。与此同时，整个“数字孪生城市”产业链路上的技术瓶颈开始显现，尤其是数字孪生城市构建的核心环节之一的三维渲染引擎已经成为制约数字孪生城市项目正真实战落地的核心痛点。

数字孪生城市

应该是一项技术普惠

数字孪生城市作为一项新的技术，对于卫星遥感、GIS数据的综合运用，快速构建大规模城市级模型的效率、细节等要求，具有很高的技术与资金投入门槛；来自众多业务系统的海量数据的集成整合需求，形成很大的工程挑战；这两大痛点也从根本上将一些中小企业排除在了“数字孪生城市”的技术红利之外，因此除了在一些政府重点项目中进行过尝试之外，“数字孪生城市”目前还没有很好的落地场景。

数字孪生城市其实是带有强烈的数字化公共基础设施属性的，具有前期投入巨大、建成后可以低成本服务众多客户的典型公共基础设施特征。因此迫切需要区分“数字孪生城市”中公共数字基础设施与个体场景的属性区别，降低公共数字基础设施重复建设，提高“数字孪生城市基座”的利用率，在满足重大项目的同时，让中小企业也能很便利的满足局部场景需求。

一个合格的数字孪生渲染引擎，应该具备自带“数字孪生资产”装备库和业务应用快速搭建能力，让中小企业也能很快以低成本跨入“数字孪生”时代。

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Why DataV.CityPro？

经过行业主流的引擎技术选型比较，可以发现新兴的数字孪生城市行业其实缺乏一款真正满足行业需求的渲染引擎。在阿里集团城市大脑、数字政务、智慧交通等大量数字孪生项目的孵化下，DataV 团队自主研发了数字孪生渲染引擎 DataV.CityPro。

从信息安全角度考虑，传统数字孪生城市领域所用的主流三维引擎技术，如GIS引擎CesiumJS、Google Earth Studio，或者游戏引擎UE4、Unity，都是国外技术并掌握了绝对的技术话语权。国内三维引擎的技术探索也仅仅局限在少数大型游戏公司，同时由于业务特性差异巨大，完全无法对数字孪生城市领域提供技术支撑。随着国际环境的不断变化，缺乏国产自主数字孪生渲染引擎技术，是当前数字孪生城市相关业务的一大风险点。

DataV.CityPro 引擎在架构设计上基于主流GIS引擎采用的二三维一体化地理空间，对时空数据实现了底层支持；在图形渲染技术上，采用自研的渲染管线、材质系统、后期系统，实现了主流游戏引擎的渲染效果。DataV.CityPro研发了便捷易用的数据/动画/交互编辑器，同时自带“城市资产库”，大幅降低了中小信息化服务ISV参与数字孪生城市行业生态的门槛。

DataV.CityPro 如何满足数字孪生场景的需求？

01 精准地理数据源支持

DataV.CityPro 全面支持CIM数据需求，实现数字孪生世界的精准重建，尤其是对目前数字孪生城市迫切需求的BIM、倾斜摄影、高精地图这精准重建三要素提供了良好的支持，包括提供进一步的数据融合与交互支持。

BIM支持

与手工精模相比，BIM模型在数据定义上是地理精准的，并且有完整的语义及属性信息，可以满足数字孪生应用中精细化管理的需要。BIM模型数据包含了完整的拓扑结构，更适合做空间查询、分析、业务数据融合。BIM技术能够让数字孪生应用从宏观概览走向微观管理。

DataV.CityPro对BIM实现了数据源级存储与融合，并对几何数据提供了轻量化LOD分级优化，使得传统巨大体量的BIM模型也能应用在各种场合。   

倾斜摄影

倾斜摄影技术是测绘领域近年发展起来的一项新技术，突破了传统正射影像只有垂直角度的局限，通过无人机搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，能够实现大规模区域的快速三维重建，并以真实影像作为模型贴图，是对真实空间进行快速复原的有效技术方案。DataV.CityPro对主流倾斜摄影格式实现了兼容，并提供流式加载，同时提供单体化矢量数据的交互支持，解决了倾斜摄影只能看不能语义化交互的弊端。

02 简单易用的编辑器

易用性一直是三维渲染引擎的重大挑战之一；面向数字孪生城市渲染的产品，同时兼具三维产品/GIS产品的特点，需要用户对三维图形、地理数据有相当程度的认知，这也导致了三维渲染引擎的功能复杂、操作困难。

传统的三维城市渲染引擎，由于业务模块抽象程度不高，没有面向业务开发的编辑器，数据的载入、场景的管理、镜头的调度、事件的管理全部依赖脚本级代码开发，这对原本由设计同学擅长的三维场景搭建功能必须由开发同学完成，导致设计师无法发挥最大的想象力空间与设计水平。

提升产品易用性的核心切入点是编辑器的研发，在DataV积累多年的编辑器框架基础上，全新推出了适用于数字孪生场景搭建的数据编辑器、场景编辑器、关键帧编辑器，在数字孪生场景搭建与交互串联的功能上实现了可视化编辑，设计师可以用“所见即所得”的模式进行数字孪生城市场景搭建。

地理数据编辑器

支持城市一键生产；支持按行政区选择绘制范围；支持自定义地理范围，包括圆形、多边形等等；支持地理要素的范围裁剪。

场景与关键帧编辑器

支持鼠标拖拽编辑镜头位置；支持平行时空多场景编辑；支持基础地理要素自动匹配；支持镜头关键帧；支持事件关键帧；支持时间系统关键帧，实现场景日夜变换功能；支持组件属性关键帧，包括色彩、形变等

交互编辑器

支持 DataV 蓝图节点编程；支持多场景动态切换；支持关键帧事件驱动二维图表和三维场景联动，完成二维、三维、时空数据联动

03 灵活的场景管理功能

多种时空场景管理模式，专业级场景演示系统

二三维一体化的一镜到底场景展示模式，适合对业务进行深入探索或者时空跟踪分析；对于类似平行业务或者室内室外空间隔绝的业务场景，DataV.CityPro提供了多场景平行的蒙太奇空间模式，平行的业务场景可以任意跳转。

多端协同展示

支持数字孪生城市多端联动，实现多场景、多业务模块的信息闭环

04 渲染能力

DataV.CityPro通过自研PBR渲染管线，除了对三维模型的精准还原之外，还支持物理真实的地球大气层模块、大范围实时阴影、AO等后期效果系统。由于数字孪生城市场景大量城市模型是算法生成，为了提升视效，DataV.CityPro引擎实现了全新的各类地理要素PBR材质生成算法，对地形、水系、道路、建筑等提供数十种不同渲染精度的程序化生成材质。

针对数字孪生城市业务表达需求，DataV.CityPro提供丰富多样的组件动效、光效动画、生长效果等，支持各种类型数据的业务可视化映射。

结语：DataV.CityPro的未来之路

从行业发展阶段来看，数字孪生城市还是一个刚刚起步的蓝海产业，是一个跨技术领域（GIS、三维图形等）、跨行业需求（数字政务、智慧城市等）的融合领域。经过行业的洗礼，相信未来用户对数字孪生城市的认知也更加深刻和理性，各种趋于实用性质的项目将大量涌现。DataV.CityPro 会始终关注用户的业务价值提升，为用户搭建真正能链接物理世界、数字世界的数字孪生桥梁。