用于数字孪生和智能城市的阿德莱德虚拟克隆

图像由Aerometrex提供
2020年11月16日
这是2050年,全世界人口正逼近100亿大关。这些增长迅猛的人口约有70%——67亿人——居住在城市地区。 

人们玩着VR电子游戏,同时乘坐自动驾驶汽车穿梭于超大型城市中。汽车、房屋和数字化设备依靠物联网(IoT)保持不间断的通信。而实时数字孪生使我们能够监视实体建筑的结构牢固程度,在问题爆发前进行修补,使基础设施变得更安全、更有弹性。

听起来以上情景可能尚待时日,但如果想一想过去五年里家居的智能化程度有多大增长,智能恒温器、智能音箱和智能灯泡等智能设备如何雨后春笋般涌现,你就会明白这一切与我们的距离可能要比你以为的近。

科技正在飞速发展,这意味着近未来的城市面貌可能与今天显著不同。在这些城市的设计和规划方面——以及通过物联网数据的可视化来帮助管理它们——实时技术必将占据重要地位。
 

Aerometrex是处于智能城市发展最前沿的公司之一。它的专长是航空成像与地图测绘,创建用于数字孪生开发和智能城市应用的都市地区3D模型。 

这家公司一直在挖掘实时建筑可视化工具Twinmotion的潜力,使用通过固定翼飞机和直升机采集的摄影测绘数据创建阿德莱德及其周边区域(约1000平方千米)的3D模型。

数字孪生与智能城市 

Fabrice Marre是在Aerometrex领导研发团队的地理空间创新经理。他的职责包括跟踪地理空间行业和其他领域的现有与新兴3D可视化技术。 

Marre使用虚幻引擎已有多年,经常利用该引擎的照片级逼真渲染,以极具吸引力和真实感的方式展示用摄影测绘法生成的3D模型。“虚幻引擎的画质是出类拔萃的,不过要有一定的经验才能为大型资产快速制作出高品质内容。”他说。
 

当Marre得知虚幻引擎的制造商Epic Games已将快捷易用的建筑可视化工具Twinmotion纳入旗下,便立刻对后者产生了兴趣。尤其令他着迷的是实时设计复杂环境的可能,因为这意味着能够进行反复迭代和快速做出成果。“尝试用它处理我们自己的大规模3D数据只是时间问题。”他说。

他通过Aerometrex内部一年一度的采集项目得到了机会,这个项目的目标是采集并生成澳大利亚所有主要城市的大规模3D城市模型。这些3D城市模型将作为数字孪生和智能城市应用程序的基础数据。可以将新的工程或建筑设计整合到这些3D模型中,用于社区咨询、工程工作、规划、阳光模拟和视线评估

摄影测绘采集与实时可视化 

Aerometrex提供使用航空摄影测绘技术采集的3D模型。通过一台安装在固定翼飞机上的大画幅摄像机,Marre和他的团队采集并生成了公司总部所在地阿德莱德及其周边区域的大规模3D模型。他们还通过直升机平台采集并生成了更高分辨率的中心商业区(CBD)3D城市模型。 

然后他们用手动清理流程处理生成的3D模型,清除所有几何体和纹理的瑕疵。这些模型被分成具有不同细节水平的拼贴,以包括OBJ和FBX在内的众多3D格式导出。为了将3D城市模型集成到Twinmotion中,团队制作了多种由合并的OBJ拼贴组成的对象,然后对远离焦点区域的拼贴使用较低的细节水平。
 

团队从Twinmotion的库中拖放资源来填充城市模型。他们还以Quixel Megascans资源和购买的资源作为补充。“令我惊叹的是光照、粒子和大气效果出色的真实感和高品质——以及利用巨大的现有Twinmotion资源库为静态3D城市模型增添生活气息的方便性。”Marre说。 

实时技术在创作流程中提供了超高速的反馈循环,使Marre能够快速修改和增强3D城市模型,并实时看到结果。“我们已经证明了我们能够处理非常大的3D数据集,而且已经开始使用Twinmotion为我们的各种最新3D项目制作视频。”他说,“Twinmotion已经成为我们工作流程的一部分,无论从项目角度还是营销角度来讲,都是如此。”
 
令我惊叹的是光照、粒子和大气效果出色的真实感和高品质——以及利用巨大的现有Twinmotion资源库为静态3D城市模型增添生活气息的方便性。”
- 地理空间创新经理Fabrice Marre

一种处理城市规模项目的策略

迄今为止,Twinmotion一般都被用于创建相对规模较小的项目。大型的项目也许就是将一个足球场或一部分居住小区可视化。而正如Aerometrex所证明的,这种工具能够将规模远大于此的环境可视化。 

话是这么说,不过将整座城市可视化的浩大工程必然伴随着种种挑战。“明确的数据管理和资产制作策略,以及对工作站局限性的透彻理解,在处理超大数据集时必不可少,”Marre说。“大型的3D模型不可能一次性加载。通过分割、合并和删减将数据化为可管理的资产是关键。”

巨大的城市环境自然会产生庞大的3D模型。制定策略来减轻工作站的负载必不可少。“目前Twinmotion不支持动态加载细节水平,因此以阿德莱德为例,我们对中心商业区使用了高分辨率3D模型拼贴,并将它们合在一起。”Marre说,“然后我们合并了中心商业区周围的一圈低分辨率拼贴,在离中心商业区越远的地方,我们使用的拼贴细节水平就越低。”
 

团队还手动隐藏了从特定视角无法看到的个别3D模型构件,从而节省内存并改进实时体验。

这个项目的成功使Twinmotion在Aerometrex的管线中永久占据了一席之地。“拖放功能、纹理管理、广泛的逼真资源库、可定制的植被资产和环境设置等等使制作照片级画面的过程变得非常容易。”Marre解释说,“在我看来,这种种优点使Twinmotion处于领先地位。”

Marre说,Twinmotion将继续作为他们快捷方便地制作高品质视频的首选工具,而虚幻引擎将被专门用于比较高级的应用,包括与资产交互和开发互动式VR体验。“看到实时技术成为在各行各业推动创新的力量,真是让人高兴。”他说,“能让地理空间行业也加入这个大潮,我真是非常激动。”
图像由Aerometrex提供
看到实时技术成为在各行各业推动创新的力量,真是让人高兴。”
- 地理空间创新经理Fabrice Marre

开发未来的智能城市

明天的智能城市将会依据今天的数据集兴建。它们的基础将是数字与实体并重,使用实时可视化设计和管理大规模城市环境。“这些实时环境为开发设计、测试情境和交流关于未来城市面貌的明确设想提供了准确的基础。”Marre说。

交互式3D是一种通用语言。它提供了快速测试复杂假设、动态更改光照与天气条件、为静态模型增添生气和制作逼真可视化影像的工具。

建筑和城市设计概念可以基于有限的空间可视化,而大规模城市环境可以为项目增添情境,并激发打破常规的思考。大型情境3D数据使我们不仅能专注于某个设计,还能逼真地模拟设计与环境的匹配。
图像由Aerometrex提供
通过阿德莱德项目,Aerometrex发现了一种用于快速创建城市规模可视化的新选择。“Twinmotion是一种了不起的工具,我相信它的用途应该不会局限于小型环境。”Marre说,“它能够加载非常大的数据集,提供大规模设计可视化和打入新市场的解决方案。”

我们中间有不少人对未来的都市空间有着浓厚兴趣,而Aerometrex为我们提供了一窥大规模环境数据集的迷人机会,让我们对未来的城市发展有所认识。 

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