51VR和它的3D模拟城市梦想,正在给城市大脑带来一次变革

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(图为51VR实时渲染高精度3D模拟城市,非真实场景)

随着物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等技术的发展,智慧城市开始越来越深入人们的生活。长远来看,智慧城市的建设对3D建模有着必然的需求,3D模拟城市也因此处在爆发性增长的前夜,成为了正在崛起的新风口。

文/亿欧

[相比较移民火星,或许克隆地球是更为可行的方案。我们计划通过10-15年的时间去实现这一愿景。]51VR创始人兼CEO李熠说道,[而当下,我们正在全力实现的,是3D模拟城市。]

李熠口中[当下最可实现的事]就是通过3D建模,打造新一代立体式的城市管理方式。

在李熠看来,近年随着硬件计算能力的提升、自动化场景构建和实时云渲染技术的突破,高品质的实时渲染3D技术,已可以被应用到城市管理、工业仿真、AI训练、沉浸式教育等多个领域。

3D模拟城市,一个正在崛起的新风口,正处在爆发性增长的前夜。

为什么3D模拟城市开始崛起?

51VR成立于2015年,是一家以VR+AI为基础的高科技公司,公司在计算机图形学、虚拟仿真领域有着深厚沉淀;在3D模拟城市需求日益增长的当下,51VR看准了这个新的发力点。

3D建模技术已有50年历史,但在智慧城市的应用时间并不长,且并不普及。为什么近两年突然需求起来了呢?这是因为,直到这两年,困扰智慧城市的痛点才真正得到解决。

想要真正实现3D模拟城市,三个因素缺一不可,即真实度高、价格可承受,泛用性强。

3D技术自上世纪70年代诞生后,碍于3D大规模场景模型能力有限,不能兼顾高精度呈现和实时互动。虽然3D技术在电影、动画、游戏等领域较为火热,但一直没能在更大的社会层面上得到应用。

不过,随着计算机运算能力的提高,大规模高精度实时3D渲染逐渐实现。这种提升让城市级场景的应用有了新的计算机图形领域的基础,可以更多实现城市实景监测,满足立体式管理的需求。

而这些年来沉淀下来的数字资产,通过机器学习,辅以过程式生成(Procedural Generation),使得自动化模型工具更加成熟,极大减少了重复工作,降低了人工成本,缩减了制作工期。由此,原本所需的大规模高精度3D场景搭建的高昂费用,也逐步降低到企业或机构可接受价格范围内。

网络带宽的增加,网络延迟的下降,移动互联网端4G的出现、5G的催生,也使实时云渲染应运而生。在云渲染技术的加持下,电视屏幕、手机、ipad、电脑等可以实时对大规模3D场景进行浏览和互动,使得这样的立体式管理随时随地进行。

正是这三项技术的成熟,造就了照片级真实的3D可视化场景的兴起,为3D模拟城市的重现带来了可能。

李熠表示:[照片级真实的3D全场景建模技术的成熟是一次升维,不仅是展现形式上的升维,更是通过模拟城市空间,提升数据的采集速度,并增加数据的采集维度,由此完成以往不可能完成的城市功能。]

(图为51VR为某全球科技巨头定制的实时渲染3D场景调试,用以测试空间定位算法,提升研发效率)

随着物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等技术的发展,智慧城市开始越来越深入人们的生活。据资料显示,我国提出或正建的智慧城市超过500个,预计总投资规模将达到万亿级别。

从长远来看,智慧城市建设必然需要对城市进行3D建模,存储和运行在城市统一的云平台之上,结合新一代可视化技术,如虚拟现实、增强现实、混合现实等,大幅提升城市管理、运营以及服务能力,真正实现新型的产业业态。

落地智慧城市

3D数字技术能带来什么

解决了[怎么做]的问题之后,更重要的问题是[做什么]。

具体来说,通过3D建模来模拟城市的各种真实形态,可以让城市管理变得更加人性化,这样,无论是在数据分析支持、地理信息系统支持,还是方案评估、审核、论证和优化,3D建模都能为多部门协同参与的日常工作提供有效的平台。这也是为什么3D建模结合VR,在智慧城市领域受到广泛关注的主要原因。

具体来看,3D模拟城市技术将这三个方面,帮助城市变得更加智能:一、楼宇、园区及城市等场景中实现精细化管理;二、AI训练;三、城市预测。

精细化管理上,相对于以往白模3D城市建筑,新的3D技术将把城市整个进行生动的还原,由此,让城市的管理变得更为精细化。

(图为高精度实时渲染3D画面与传统白模3D画面对比)

例如,通过将城市所有地下管线进行3D场景还原,可以更直观地对全市管线进行综合管理、监控、提升决策效率;

此外,园区也能通过高精度3D场景,实时显示当下的人流、车流、停车场、安防等信息;水、电、气等能源实时使用信息;空气、噪音等污染实况。

(图为51VR为重庆长寿古镇定制的高精度3D运营平台)

通过3D可视化场景,对无人驾驶、物流机器人等进行AI训练,是其另一重要应用场景。

(图为51VR自动驾驶仿真平台演示画面)

照片级真实的实时3D场景,为无人驾驶仿真提供了绝好的三维空间,用以快速收集有深度的视觉数据,并汇聚到机器大脑实时分析,这就极大加快了无人驾驶算法的研发速度。对物流机器人而言,还原园区的真实场景,对其进行训练,使其天然具备在[园区]场景内运行的基因,能更好地满足送快递等服务。

相对前两大应用场景,城市预测最难实现,虽然目前还处于探索阶段,但意义却更为重大。

通过对现有交通、人流、气候、建筑等信息,并以特定算法植入城市级的3D场景,城市将被鲜活地在虚拟空间被动态地呈现出来。在此基础上,通过改变某个参数,便可以预测城市的未来走向,及时制定相关应对策略。

如在地形极其复杂的重庆,某集合了地铁、高铁、公交车、缆车、出租车的大型枢纽事故频发、拥堵不堪。为解决这个交通难点,就可以通过将此枢纽,进行高精度还原,模拟出真实路况,并在虚拟环境尝试多种改造方案,最终解决问题。这就避免了花费高额成本、进行大量专家论证,依然不能真正解决问题的风险。

在李熠看来,未来依靠3D模拟真实场景的城市级决策会越来越普遍,由此,城市决策的准确性也将大幅提升。据李熠透露,由于需求催生,51VR自今年开始,已将3D模拟城市提升为核心产品线之一。

[我们要让城市管理

从Dos升级到Windows]

在用高精度3D技术实现城市这个方向上,新加坡发力最早。自2014年开启智慧国家工程,提出了建设[虚拟新加坡],即[一个包含语义及属性的实境整合3D虚拟空间,通过先进的信息建模技术为该模型注入静态和动态的城市数据和信息。]

目前为止,新加坡已为此投入了超过7000万美金的研发费用,但在高精度3D实时渲染、成本和泛用化等问题上,仍在探索中。

而在这一领域中,国内的创新型企业似乎还要走在更前列。

51VR资深技术专家吴亚光告诉亿欧网,在3D模拟城市的还原中,要做到照片级真实,又要做到大规模场景,价格还得降下来,十分困难。

51VR则在这方面储备了厘米级,甚至毫米级精细的模型资产,超高精度贴图资产,在整个制作流程中进行严格的[色彩管理],并自主研发了一系列自动化工具,包括热门资讯自动UV平展工具、模型自动减面工具、过程式生成工具。

[过去4年,我们积累了118万件数字资产,素材的大量积累,使得我们在工具研发上,走在了前面。]吴亚光说到。

而为了满足各行各业对3D模拟城市不同精度的需求,并具备相应的付费能力,51VR将实时渲染做了细致的划分,一共分为L1-L5五个级别,其中,L1为初精度,类似白模,用于简单模拟城市;L5为全拟真,要求对整个城市的还原度达到厘米级,甚至毫米级。要达到照片级真实,清晰程度需在L4以上。

[素材和工具的积累,使得51VR一个3人的小团队,可以在一周时间内完成30平方公里的城市场景可视化工作。而同样的工作,一般来说,需要超过10人的团队为期一个月的艰苦制作。]吴亚光告诉亿欧,[只有把成本降下来了,价格才能平民化,大家才能真正把这样的好东西用起来。这就好比DOS跟Windows的差别。高精度3D实时渲染,其实就是让城市管理系统,从DOS升级到Windows。这正是我们要做的。等以后Windows普及了,谁还愿意回到DOS?]

(图为51VR对墨尔本做的城市级还原,已实现60FPS流畅输出高精度写实场景)

未来,随着越来越多城市变得数字可视化,一个个城市,将如拼图一般,拼成一个完整的,与地球1:1的数字空间。它可以是一个最全的可视化数据库,人们可以在任何时候,感受到地球上正在真实发生的一切;它可以一套最科学的决策系统,通过模拟地球各个城市的动态及趋势,可以让城市管理者们及早作出准确决策。

就像<>中的[绿洲]一样,3D数字技术能够创造未来虚拟世界的[乌托邦];而它同样也能成为[城市大脑]中的重要一环,给现实世界的城市管理直接带来效率提升。

在这个过程中,李熠和绝大多数期待未来的创新者一样,坚信着技术将带来一个更美好的未来——3D模拟城市的终点,就是[克隆地球]。

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