為了滿足各行各業(yè)對(duì)3D模擬城市的精度需求 51VR將實(shí)時(shí)渲染做了細(xì)致劃分

“相比較移民火星，或許克隆地球是更為可行的方案。我們計(jì)劃通過(guò)10－15年的時(shí)間去實(shí)現(xiàn)這一愿景。”51VR創(chuàng)始人兼CEO李熠說(shuō)道，“而當(dāng)下，我們正在全力實(shí)現(xiàn)的，是3D模擬城市?！?/p>

李熠口中“當(dāng)下最可實(shí)現(xiàn)的事”就是通過(guò)3D建模，打造新一代立體式的城市管理方式。

在李熠看來(lái)，近年隨著硬件計(jì)算能力的提升、自動(dòng)化場(chǎng)景構(gòu)建和實(shí)時(shí)云渲染技術(shù)的突破，高品質(zhì)的實(shí)時(shí)渲染3D技術(shù)，已可以被應(yīng)用到城市管理、工業(yè)仿真、AI訓(xùn)練、沉浸式教育等多個(gè)領(lǐng)域。

3D模擬城市，一個(gè)正在崛起的新風(fēng)口，正處在爆發(fā)性增長(zhǎng)的前夜。

為什么3D模擬城市開(kāi)始崛起？

51VR成立于2015年，是一家以VR＋AI為基礎(chǔ)的高科技公司，公司在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬仿真領(lǐng)域有著深厚沉淀；在3D模擬城市需求日益增長(zhǎng)的當(dāng)下，51VR看準(zhǔn)了這個(gè)新的發(fā)力點(diǎn)。

3D建模技術(shù)已有50年歷史，但在智慧城市的應(yīng)用時(shí)間并不長(zhǎng)，且并不普及。為什么近兩年突然需求起來(lái)了呢？這是因?yàn)?，直到這兩年，困擾智慧城市的痛點(diǎn)才真正得到解決。

想要真正實(shí)現(xiàn)3D模擬城市，三個(gè)因素缺一不可，即真實(shí)度高、價(jià)格可承受，泛用性強(qiáng)。

3D技術(shù)自上世紀(jì)70年代誕生后，礙于3D大規(guī)模場(chǎng)景模型能力有限，不能兼顧高精度呈現(xiàn)和實(shí)時(shí)互動(dòng)。雖然3D技術(shù)在電影、動(dòng)畫(huà)、游戲等領(lǐng)域較為火熱，但一直沒(méi)能在更大的社會(huì)層面上得到應(yīng)用。

不過(guò)，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的提高，大規(guī)模高精度實(shí)時(shí)3D渲染逐漸實(shí)現(xiàn)。這種提升讓城市級(jí)場(chǎng)景的應(yīng)用有了新的計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域的基礎(chǔ)，可以更多實(shí)現(xiàn)城市實(shí)景監(jiān)測(cè)，滿足立體式管理的需求。

而這些年來(lái)沉淀下來(lái)的數(shù)字資產(chǎn)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，輔以過(guò)程式生成（Procedural Generation），使得自動(dòng)化模型工具更加成熟，極大減少了重復(fù)工作，降低了人工成本，縮減了制作工期。由此，原本所需的大規(guī)模高精度3D場(chǎng)景搭建的高昂費(fèi)用，也逐步降低到企業(yè)或機(jī)構(gòu)可接受價(jià)格范圍內(nèi)。

網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加，網(wǎng)絡(luò)延遲的下降，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)端4G的出現(xiàn)、5G的催生，則使實(shí)時(shí)云渲染應(yīng)運(yùn)而生。在云渲染技術(shù)的加持下，電視屏幕、手機(jī)、ipad、電腦等可以實(shí)時(shí)對(duì)大規(guī)模3D場(chǎng)景進(jìn)行瀏覽和互動(dòng)，使得這樣的立體式管理可以隨時(shí)隨地進(jìn)行。

正是這三項(xiàng)技術(shù)的成熟，造就了照片級(jí)真實(shí)的3D可視化場(chǎng)景的興起，為3D模擬城市的重現(xiàn)帶來(lái)了可能。

李熠表示：“照片級(jí)真實(shí)的3D全場(chǎng)景建模技術(shù)的成熟是一次升維，不僅是展現(xiàn)形式上的升維，更是通過(guò)模擬城市空間，提升數(shù)據(jù)的采集速度，并增加數(shù)據(jù)的采集維度，由此完成以往不可能完成的城市功能。”

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等技術(shù)的發(fā)展，智慧城市開(kāi)始越來(lái)越深入人們的生活。據(jù)資料顯示，我國(guó)提出或正建的智慧城市超過(guò)500個(gè)，預(yù)計(jì)總投資規(guī)模將達(dá)到萬(wàn)億級(jí)別。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，智慧城市建設(shè)必然需要對(duì)城市進(jìn)行3D建模，存儲(chǔ)和運(yùn)行在城市統(tǒng)一的云平臺(tái)之上，結(jié)合新一代可視化技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等，大幅提升城市管理、運(yùn)營(yíng)以及服務(wù)能力，真正實(shí)現(xiàn)新型的產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)。

落地智慧城市，3D數(shù)字技術(shù)能帶來(lái)什么？

解決了“怎么做”的問(wèn)題之后，更重要的問(wèn)題是“做什么”。

具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)3D建模來(lái)模擬城市的各種真實(shí)形態(tài)，可以讓城市管理變得更加人性化，這樣，無(wú)論是在數(shù)據(jù)分析支持、地理信息系統(tǒng)支持，還是方案評(píng)估、審核、論證和優(yōu)化，3D建模都能為多部門(mén)協(xié)同參與的日常工作提供有效的平臺(tái)。這也是為什么3D建模結(jié)合VR，在智慧城市領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注的主要原因。

具體來(lái)看，3D模擬城市技術(shù)將這三個(gè)方面，幫助城市變得更加智能：一、樓宇、園區(qū)及城市等場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理；二、AI訓(xùn)練；三、城市預(yù)測(cè)。

精細(xì)化管理上，相對(duì)于以往白模3D城市建筑，新的3D技術(shù)將把城市整個(gè)進(jìn)行生動(dòng)的還原，由此，讓城市的管理變得更為精細(xì)化。

例如，通過(guò)將城市所有地下管線進(jìn)行3D場(chǎng)景還原，可以更直觀地對(duì)全市管線進(jìn)行綜合管理、監(jiān)控、提升決策效率；

此外，園區(qū)也能通過(guò)高精度3D場(chǎng)景，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)下的人流、車流、停車場(chǎng)、安防等信息；水、電、氣等能源實(shí)時(shí)使用信息；空氣、噪音等污染實(shí)況。

通過(guò)3D可視化場(chǎng)景，對(duì)無(wú)人駕駛、物流機(jī)器人等進(jìn)行AI訓(xùn)練，是其另一重要應(yīng)用場(chǎng)景。

照片級(jí)真實(shí)的實(shí)時(shí)3D場(chǎng)景，為無(wú)人駕駛仿真提供了絕好的三維空間，用以快速收集有深度的視覺(jué)數(shù)據(jù)，并匯聚到機(jī)器大腦實(shí)時(shí)分析，這就極大加快了無(wú)人駕駛算法的研發(fā)速度。對(duì)物流機(jī)器人而言，還原園區(qū)的真實(shí)場(chǎng)景，對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，使其天然具備在“園區(qū)”場(chǎng)景內(nèi)運(yùn)行的基因，能更好地滿足送快遞等服務(wù)。

相對(duì)前兩大應(yīng)用場(chǎng)景，城市預(yù)測(cè)最難實(shí)現(xiàn)，雖然目前還處于探索階段，但意義卻更為重大。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有交通、人流、氣候、建筑等信息，并以特定算法植入城市級(jí)的3D場(chǎng)景，城市將被鮮活地在虛擬空間被動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)出來(lái)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)改變某個(gè)參數(shù)，便可以預(yù)測(cè)城市的未來(lái)走向，及時(shí)制定相關(guān)應(yīng)對(duì)策略。

如在地形極其復(fù)雜的重慶，某集合了地鐵、高鐵、公交車、纜車、出租車的大型樞紐事故頻發(fā)、擁堵不堪。為解決這個(gè)交通難點(diǎn)，就可以通過(guò)將此樞紐，進(jìn)行高精度還原，模擬出真實(shí)路況，并在虛擬環(huán)境嘗試多種改造方案，最終解決問(wèn)題。這就避免了花費(fèi)高額成本、進(jìn)行大量專家論證，依然不能真正解決問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

在李熠看來(lái)，未來(lái)依靠3D模擬真實(shí)場(chǎng)景的城市級(jí)決策會(huì)越來(lái)越普遍，由此，城市決策的準(zhǔn)確性也將大幅提升。據(jù)李熠透露，由于需求催生，51VR自今年開(kāi)始，已將3D模擬城市提升為核心產(chǎn)品線之一。

“我們要讓城市管理，從Dos升級(jí)到Windows”

在用高精度3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市這個(gè)方向上，新加坡發(fā)力最早。自2014年開(kāi)啟智慧國(guó)家工程，提出了建設(shè)“虛擬新加坡”，即“一個(gè)包含語(yǔ)義及屬性的實(shí)境整合3D虛擬空間，通過(guò)先進(jìn)的信息建模技術(shù)為該模型注入靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的城市數(shù)據(jù)和信息?！?/p>

目前為止，新加坡已為此投入了超過(guò)7000萬(wàn)美金的研發(fā)費(fèi)用，但在高精度3D實(shí)時(shí)渲染、成本和泛用化等問(wèn)題上，仍在探索中。

而在這一領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)的創(chuàng)新型企業(yè)似乎還要走在更前列。

51VR資深技術(shù)專家吳亞光告訴億歐網(wǎng)，在3D模擬城市的還原中，要做到照片級(jí)真實(shí)，又要做到大規(guī)模場(chǎng)景，價(jià)格還得降下來(lái)，十分困難。

51VR則在這方面儲(chǔ)備了厘米級(jí)，甚至毫米級(jí)精細(xì)的模型資產(chǎn)，超高精度貼圖資產(chǎn)，在整個(gè)制作流程中進(jìn)行嚴(yán)格的“色彩管理”，并自主研發(fā)了一系列自動(dòng)化工具，包括自動(dòng)UV平展工具、模型自動(dòng)減面工具、過(guò)程式生成工具。

“過(guò)去4年，我們積累了118萬(wàn)件數(shù)字資產(chǎn)，素材的大量積累，使得我們?cè)诠ぞ哐邪l(fā)上，走在了前面。”吳亞光說(shuō)到。

而為了滿足各行各業(yè)對(duì)3D模擬城市不同精度的需求，并具備相應(yīng)的付費(fèi)能力，51VR將實(shí)時(shí)渲染做了細(xì)致的劃分，一共分為L(zhǎng)1－L5五個(gè)級(jí)別：其中，L1為初精度，類似白模，用于簡(jiǎn)單模擬城市；L5為全擬真，要求對(duì)整個(gè)城市的還原度達(dá)到厘米級(jí)，甚至毫米級(jí)。要達(dá)到照片級(jí)真實(shí)，清晰程度需在L4以上。

“素材和工具的積累，使得51VR一個(gè)3人的小團(tuán)隊(duì)，可以在一周時(shí)間內(nèi)完成30平方公里的城市場(chǎng)景可視化工作。而同樣的工作，一般來(lái)說(shuō)，需要超過(guò)10人的團(tuán)隊(duì)為期一個(gè)月的艱苦制作?！眳莵喒飧嬖V億歐，“只有把成本降下來(lái)了，價(jià)格才能平民化，大家才能真正把這樣的好東西用起來(lái)。這就好比DOS跟Windows的差別。高精度3D實(shí)時(shí)渲染，其實(shí)就是讓城市管理系統(tǒng)，從DOS升級(jí)到Windows。這正是我們要做的。等以后Windows普及了，誰(shuí)還愿意回到DOS？”

未來(lái)，隨著越來(lái)越多城市變得數(shù)字可視化，一個(gè)個(gè)城市，將如拼圖一般，拼成一個(gè)完整的，與地球1：1的數(shù)字空間。它可以是一個(gè)最全的可視化數(shù)據(jù)庫(kù)，人們可以在任何時(shí)候，感受到地球上正在真實(shí)發(fā)生的一切；它可以一套最科學(xué)的決策系統(tǒng)，通過(guò)模擬地球各個(gè)城市的動(dòng)態(tài)及趨勢(shì)，可以讓城市管理者們及早作出準(zhǔn)確決策。

就像《頭號(hào)玩家》中的“綠洲”一樣，3D數(shù)字技術(shù)能夠創(chuàng)造未來(lái)虛擬世界的“烏托邦”；而它同樣也能成為“城市大腦”中的重要一環(huán)，給現(xiàn)實(shí)世界的城市管理直接帶來(lái)效率提升。

在這個(gè)過(guò)程中，李熠和絕大多數(shù)期待未來(lái)的創(chuàng)新者一樣，堅(jiān)信著技術(shù)將帶來(lái)一個(gè)更美好的未來(lái)——3D模擬城市的終點(diǎn)，就是“克隆地球”。