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

“相比較移民火星，或許克隆地球是更為可行的方案。我們計劃通過10－15年的時間去實現這一愿景?！?1VR創(chuàng)始人兼CEO李熠說道，“而當下，我們正在全力實現的，是3D模擬城市。”

李熠口中“當下最可實現的事”就是通過3D建模，打造新一代立體式的城市管理方式。

在李熠看來，近年隨著硬件計算能力的提升、自動化場景構建和實時云渲染技術的突破，高品質的實時渲染3D技術，已可以被應用到城市管理、工業(yè)仿真、AI訓練、沉浸式教育等多個領域。

3D模擬城市，一個正在崛起的新風口，正處在爆發(fā)性增長的前夜。

為什么3D模擬城市開始崛起？

51VR成立于2015年，是一家以VR＋AI為基礎的高科技公司，公司在計算機圖形學、虛擬仿真領域有著深厚沉淀；在3D模擬城市需求日益增長的當下，51VR看準了這個新的發(fā)力點。

3D建模技術已有50年歷史，但在智慧城市的應用時間并不長，且并不普及。為什么近兩年突然需求起來了呢？這是因為，直到這兩年，困擾智慧城市的痛點才真正得到解決。

想要真正實現3D模擬城市，三個因素缺一不可，即真實度高、價格可承受，泛用性強。

3D技術自上世紀70年代誕生后，礙于3D大規(guī)模場景模型能力有限，不能兼顧高精度呈現和實時互動。雖然3D技術在電影、動畫、游戲等領域較為火熱，但一直沒能在更大的社會層面上得到應用。

不過，隨著計算機運算能力的提高，大規(guī)模高精度實時3D渲染逐漸實現。這種提升讓城市級場景的應用有了新的計算機圖形領域的基礎，可以更多實現城市實景監(jiān)測，滿足立體式管理的需求。

而這些年來沉淀下來的數字資產，通過機器學習，輔以過程式生成（Procedural Generation），使得自動化模型工具更加成熟，極大減少了重復工作，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場景搭建的高昂費用，也逐步降低到企業(yè)或機構可接受價格范圍內。

網絡帶寬的增加，網絡延遲的下降，移動互聯網端4G的出現、5G的催生，則使實時云渲染應運而生。在云渲染技術的加持下，電視屏幕、手機、ipad、電腦等可以實時對大規(guī)模3D場景進行瀏覽和互動，使得這樣的立體式管理可以隨時隨地進行。

正是這三項技術的成熟，造就了照片級真實的3D可視化場景的興起，為3D模擬城市的重現帶來了可能。

李熠表示：“照片級真實的3D全場景建模技術的成熟是一次升維，不僅是展現形式上的升維，更是通過模擬城市空間，提升數據的采集速度，并增加數據的采集維度，由此完成以往不可能完成的城市功能?！?/p>

隨著物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等技術的發(fā)展，智慧城市開始越來越深入人們的生活。據資料顯示，我國提出或正建的智慧城市超過500個，預計總投資規(guī)模將達到萬億級別。

從長遠來看，智慧城市建設必然需要對城市進行3D建模，存儲和運行在城市統(tǒng)一的云平臺之上，結合新一代可視化技術，如虛擬現實、增強現實、混合現實等，大幅提升城市管理、運營以及服務能力，真正實現新型的產業(yè)業(yè)態(tài)。

落地智慧城市，3D數字技術能帶來什么？

解決了“怎么做”的問題之后，更重要的問題是“做什么”。

具體來說，通過3D建模來模擬城市的各種真實形態(tài)，可以讓城市管理變得更加人性化，這樣，無論是在數據分析支持、地理信息系統(tǒng)支持，還是方案評估、審核、論證和優(yōu)化，3D建模都能為多部門協同參與的日常工作提供有效的平臺。這也是為什么3D建模結合VR，在智慧城市領域受到廣泛關注的主要原因。

具體來看，3D模擬城市技術將這三個方面，幫助城市變得更加智能：一、樓宇、園區(qū)及城市等場景中實現精細化管理；二、AI訓練；三、城市預測。

精細化管理上，相對于以往白模3D城市建筑，新的3D技術將把城市整個進行生動的還原，由此，讓城市的管理變得更為精細化。

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

此外，園區(qū)也能通過高精度3D場景，實時顯示當下的人流、車流、停車場、安防等信息；水、電、氣等能源實時使用信息；空氣、噪音等污染實況。

通過3D可視化場景，對無人駕駛、物流機器人等進行AI訓練，是其另一重要應用場景。

照片級真實的實時3D場景，為無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數據，并匯聚到機器大腦實時分析，這就極大加快了無人駕駛算法的研發(fā)速度。對物流機器人而言，還原園區(qū)的真實場景，對其進行訓練，使其天然具備在“園區(qū)”場景內運行的基因，能更好地滿足送快遞等服務。

相對前兩大應用場景，城市預測最難實現，雖然目前還處于探索階段，但意義卻更為重大。

通過對現有交通、人流、氣候、建筑等信息，并以特定算法植入城市級的3D場景，城市將被鮮活地在虛擬空間被動態(tài)地呈現出來。在此基礎上，通過改變某個參數，便可以預測城市的未來走向，及時制定相關應對策略。

如在地形極其復雜的重慶，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。為解決這個交通難點，就可以通過將此樞紐，進行高精度還原，模擬出真實路況，并在虛擬環(huán)境嘗試多種改造方案，最終解決問題。這就避免了花費高額成本、進行大量專家論證，依然不能真正解決問題的風險。

在李熠看來，未來依靠3D模擬真實場景的城市級決策會越來越普遍，由此，城市決策的準確性也將大幅提升。據李熠透露，由于需求催生，51VR自今年開始，已將3D模擬城市提升為核心產品線之一。

“我們要讓城市管理，從Dos升級到Windows”

在用高精度3D技術實現城市這個方向上，新加坡發(fā)力最早。自2014年開啟智慧國家工程，提出了建設“虛擬新加坡”，即“一個包含語義及屬性的實境整合3D虛擬空間，通過先進的信息建模技術為該模型注入靜態(tài)和動態(tài)的城市數據和信息。”

目前為止，新加坡已為此投入了超過7000萬美金的研發(fā)費用，但在高精度3D實時渲染、成本和泛用化等問題上，仍在探索中。

而在這一領域中，國內的創(chuàng)新型企業(yè)似乎還要走在更前列。

51VR資深技術專家吳亞光告訴億歐網，在3D模擬城市的還原中，要做到照片級真實，又要做到大規(guī)模場景，價格還得降下來，十分困難。

51VR則在這方面儲備了厘米級，甚至毫米級精細的模型資產，超高精度貼圖資產，在整個制作流程中進行嚴格的“色彩管理”，并自主研發(fā)了一系列自動化工具，包括自動UV平展工具、模型自動減面工具、過程式生成工具。

“過去4年，我們積累了118萬件數字資產，素材的大量積累，使得我們在工具研發(fā)上，走在了前面。”吳亞光說到。

而為了滿足各行各業(yè)對3D模擬城市不同精度的需求，并具備相應的付費能力，51VR將實時渲染做了細致的劃分，一共分為L1－L5五個級別：其中，L1為初精度，類似白模，用于簡單模擬城市；L5為全擬真，要求對整個城市的還原度達到厘米級，甚至毫米級。要達到照片級真實，清晰程度需在L4以上。

“素材和工具的積累，使得51VR一個3人的小團隊，可以在一周時間內完成30平方公里的城市場景可視化工作。而同樣的工作，一般來說，需要超過10人的團隊為期一個月的艱苦制作。”吳亞光告訴億歐，“只有把成本降下來了，價格才能平民化，大家才能真正把這樣的好東西用起來。這就好比DOS跟Windows的差別。高精度3D實時渲染，其實就是讓城市管理系統(tǒng)，從DOS升級到Windows。這正是我們要做的。等以后Windows普及了，誰還愿意回到DOS？”

未來，隨著越來越多城市變得數字可視化，一個個城市，將如拼圖一般，拼成一個完整的，與地球1：1的數字空間。它可以是一個最全的可視化數據庫，人們可以在任何時候，感受到地球上正在真實發(fā)生的一切；它可以一套最科學的決策系統(tǒng)，通過模擬地球各個城市的動態(tài)及趨勢，可以讓城市管理者們及早作出準確決策。

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

在這個過程中，李熠和絕大多數期待未來的創(chuàng)新者一樣，堅信著技術將帶來一個更美好的未來——3D模擬城市的終點，就是“克隆地球”。