CN109492070A - 一种城市宏观场景三维可视化平台系统 - Google Patents

一种城市宏观场景三维可视化平台系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种城市宏观场景三维可视化平台系统，包括资源加载模块、资源卸载模块、场景优化模块、UI模块；采用强大的物理游戏引擎Uinty3D，并使用了无限场景无缝拼接技术和超高效动态加载技术，让用户在操作交互时，响应周期低于用户感知时间，实时加载渲染一切所需数据。本发明的应用运行在PC端，直接通过底层技术进行驱动，针对已有硬件进行程序上的优化，发挥硬件最大的性能，使内存占用合理，在场景渲染上，充分利用GPU的计算能力，也提升场景渲染效率的同时也减轻了CPU的处理压力。程序运行流畅稳定，场景震撼，场景可动态无限扩展。

Description

一种城市宏观场景三维可视化平台系统
技术领域
本发明涉及智慧城市技术领域，尤其涉及一种城市宏观场景三维可视化平台系统。
背景技术
近些年，随着科学技术的发展和新型城市发展思维的驱动下，城市不断向数字化和智慧化进展。城市物联网，成了数据获取的重要途径。城市每天都在产生海量的数据，而如何去实时展现这些数据，如何实时跟踪数据变化，如何实时调控城市各个功能机构的有序运转，预防城市风险。由于角色的区别，城市主要决策者更倾向于直观，宏观的掌控城市数据。尤其是对在基于真实地理信息系统的三维场景内，查看数据的汇总和对数据实时分析可视化的需求更加强烈。
在这种背景下，基于地理信息系统(GIS)的城市管理平台有了长足的发展。通过对现有数据采集，把数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)与城市建筑模型，道路，城市附件，管线等数据进行融合，通过不断和数据服务器进行数据下载并动态组装渲染，形成基于真实地理信息坐标的三维可视化场景。用户登入系统，可以在当前场景进行漫游，对模型附件点选进行数据展示。以及针对城市实时数据进行采集、分析、汇总，生成实时数据面板。给城市工作人员提供了一套科学高效的服务窗口。让城市管理，城市服务等都变的更便捷，提升了办事效率，降低了城市管理成本。
当前现有技术的缺点主要有以下几个方面：
1.常规技术由于多数在浏览器上开发，不能即时渲染超大场景，常规动态加载逻辑会导致场景加载速度慢，刷新慢，场景渲染周期可能长于用户交互时间，导致用户体验中断，用户体验感差。
2.受到性能局限，导致无法针对硬件优化到位，容易程序崩溃，导致稳定性差，限于性能局限，无法无限扩展场景规模，更无法用于城市宏观效果展示。
3.开发周期长，开发成本高。
4.结构上耦合性强，功能复杂，用户学习周期长，而且难以一键直达显示自己需要的数据，直击痛点。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明设计了一种城市宏观场景三维可视化平台系统。本发明具体通过如下技术方案实现：
一种城市宏观场景三维可视化平台系统，包括资源加载模块、资源卸载模块、场景优化模块、UI模块；其中，
所述资源加载模块，用于将场景按照等面积换分为若干地块，把每个地块资源单独打包；通过场景主摄像头视野可视范围进行动态计算，获取所需加载场景地块资源列表；使用异步加载方式，通过回调判断资源加载完成情况，以此快速加载资源；资源实例化阶段，通过数组等方式存储，减少模型单独实例化数量；
所述资源卸载模块，用于将视野外场景地块进行卸载操作，减少内存、CPU性能消耗；
所述场景优化模块，用于通过遮挡剔除技术，所有被遮挡物体不会被渲染；使用LOD技术，针对物体与摄像机距离远近，替换不同的模型级别：距离近的使用高精模型，距离远的使用低模；减少视野内模型面数，最高距离全景下，使用面片替换地形和建筑模型；
所述UI模块，用于用户与可视化平台系统交互，并展示三维城市宏观场景。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统还包括土地规划模块；所述土地规划模块，用于通过土地性质和周边配套，筛选出符合当前规划方案的土地地块；通过平台模型库，找到与预想样式最比较符合的模型，放置在之前筛选出的可用土地上，构建起小区雏形；根据当前规划，自动构建周边配套和环境。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统还包括自动化打包模块；所述自动化打包模块，用于把资源分类，并按照区块进行打包，资源打包的同时，输出资源更新列表文件。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统采用本地服务+云服务结构，将场景基础资源放在本地进行初始化，将打包资源放在云端进行动态加载，以减少安装包体过大的问题，实现快速部署，同时方便资源动态更新维护。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统支持安卓/iOS移动端设备、支持VR设备。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统的数据来源包括真实数据和模拟数据；所述可视化平台系统能够切换到模拟数据模式，针对城市承载能力进行测算。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统的UI交互方式包括：大屏触控方式、手势识别交互方式、语音识别交互方式、座椅或手柄等外设交互方式。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统保持多GameObject上挂在Mono脚本的原则，避免在一个GameObject物体上挂在过多Mono脚本，以此加快实例化效率。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统采用物理游戏引擎Uinty3D。
作为本发明的进一步改进，所述可视化平台系统把资源放在SSD硬盘上，解决I/O效率问题。
本发明的有益效果是：本发明主要提供了一种基于超大城市场景宏观视野下进行数据可视化分析的方案，本平台有以下三个主要功能：1.提供基于地理信息系统真实三维场景的超大场景宏观概览，以便使用者直观查看数据分布情况。2.提供详细的城市数据统计面板和丰富的数据图表，以便分析决策者快速掌握当前城市的数据分析统计情况。3.为了方便城市决策者能够掌握城市区域数据对比，以及掌控各种城市状况风险等级。提供了宏观场景下的数据热力图效果，通过数据的不同聚集程度或风险程度使用不同颜色区分。通过以上几点可见，此平台主要研发目的就是为了应对当前大多数城市决策者对宏观数据可视化的需要。通过对完整城市进行三维构建，并对城市海量数据进行分析挖掘，科学的剥离和分类化处理，形成众多独立而思路清晰的专题效果。让每位决策者一键直达自己关注的点。交互简单、提升等效率、专题效果科学美观并极具震撼力。是辅助城市决策，监控城市数据变化的新利器。
附图说明
图1是本发明的系统功能框图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
针对背景技术中提到的第一点缺陷，本发明采用了强大的物理游戏引擎Uinty3D，并使用了无限场景无缝拼接技术和超高效动态加载技术，让用户在操作交互时，响应周期低于用户感知时间，实时加载渲染一切所需数据。
针对背景技术中提到的第二点缺陷，本发明的应用运行在PC端，直接通过底层技术进行驱动，针对已有硬件进行程序上的优化，发挥硬件最大的性能，使内存占用合理，在场景渲染上，充分利用GPU的计算能力，也提升场景渲染效率的同时也减轻了CPU的处理压力。程序运行流畅稳定，场景震撼，场景可动态无限扩展。
针对背景技术中提到的第三点缺陷，本发明通过使用自助开发的基于行为树的功能编辑器，让功能开发完全实现模块化和傻瓜式高效。极大的降低了开发周期，开发人员可快速掌握开发技巧，节省了大量的时间和人力成本。
针对背景技术中提到的第四点缺陷，本发明实现了对海量数据进行高效分析挖掘，并快速针对数据进行分类化处理，每个专题独立而可配置。界面简单。用户在简单学习下即可快速掌握操作技巧。一键直达自己所需数据展示的专题功能。
本发明提供了一种城市宏观场景展示的可行性方案，此方案突破了传统引擎在内存管理和稳定性上的局限性，通过场景资源动态装卸载技术实现强大的可扩展性。
1.场景无限扩展技术，此平台最大的亮点在于场景可无限延伸扩展，稳定流畅而包体不增加。实现此技术需要以下几方面的优化。
1.1资源加载
首先将场景按照等面积换分为若干地块，把每个地块资源单独打包。把资源放在SSD硬盘上，解决I/O效率问题。通过场景主摄像头视野可视范围进行动态计算，获取所需加载场景地块资源列表。根据操作方式，交互习惯等，智能化判断预加载资源列表。使用异步加载方式，通过回调判断资源加载完成情况，以此快速加载资源。所有模型展UV，贴图材质合并。增加可复用资源。资源实例化阶段，通过数组等方式存储，减少模型单独实例化数量。保持多GameObject上挂在Mono脚本的原则，避免在一个GameObject物体上挂在过多Mono脚本，以此加快实例化效率。
1.2资源卸载
视野外场景地块进行卸载操作，减少内存、CPU性能消耗。
1.3场景优化
通过遮挡剔除技术，所有被遮挡物体不会被渲染。减轻了当前场景内的总面数，以及DrawCall数量。设置合理的裁剪数值，在不影响场景效果的情况下。尽量减少视野内物体数量。设置为弱阴影效果，并对场景光景进行烘焙。尽量避免使用实时光源。降低渲染压力。使用LOD技术，针对物体与摄像机距离远近，替换不同的模型级别。距离近的使用高精模型，距离远的使用低模。减少视野内模型面数。最高距离全景下，使用面片替换地形和建筑模型。
通过如上步骤和措施，保证了资源加载速度，针对硬件(内存、CPU、显卡GPU等)的性能消耗进行优化。保障了场景的无限扩展，并流畅稳定。
2.土地规划，周边环境、配套自动匹配构建技术，此技术可用于城市规划。第一步，通过土地性质和周边配套，筛选出符合当前规划方案的土地地块，例如，想建设一个住宅小区，筛选条件为：1).地块面积大于50万平方米，2).土地性质为住宅，3).学位充足，4).治安良好，5).周边一公里内有地铁站。我们使用这几个搜索条件锁定了建设这所小学的最优地块为A地块。第二步，通过平台模型库，找到与预想样式最比较符合的模型，放置在之前筛选出的可用土地上，构建起小区雏形。第三步，根据当前规划，自动构建周边配套和环境。例如选择了如下几个配套类型：1).幼儿园，2).商场，3).公交站，4).绿化。同样，从平台模型库选取对应类型的模型，根据规划表，将相应的配套模型自动放置在相应位置，如果无相应配套规划表，可按照空地面积以及周边道路分布等因素进行自动化匹配，例如绿化构建，会自动判断当前空地是否有道路，或者其他附属构件，并进行自动化避让铺设。并根据实际占地面积调整模型的比例，保证模型不变形。对于匹配不合理或者需要手动调整的，可以辅助手动进行调整。整个环境配套构建可在极短时间内完成。作为城市规划的参考。
3.自动化打包工具
3.1为了解决资源耦合，便于修改场景。把资源分类，并按照区块进行打包。以实现将场景分拆的目的。
3.2资源打包的同时，会输出资源更新列表文件
3.3资源分拆后，我们通过分类进行统一管理。便于后期项目开发维护。
4.自动化资源更新版本控制
4.1当系统上线后，能实现快速维护尤其重要。传统开发中，会每次进行版本更新。为了满足客户快速迭代和运营成本控制的需求，针对小范围资源更新，动态更新机制就变得尤为重要。
4.2系统会自动对资源修改列表文件进行对比查看。把比对结果进行分析，删除无用资源或从资源服务器进行资源更新动态加载。极大的减少了小范围更新所需时间成本。整个过程自动灵活，无需人工操作。
5.本地服务+云服务
5.1将场景基础资源放在本地进行初始化
5.2打包资源放在云端进行动态加载，以减少安装包体过大的问题，实现快速部署，同时方便资源动态更新维护。
6.多端支持
6.1支持安卓/iOS等移动端设备，针对模型场景进行优化后。实现移动端和PC端数据共享，渲染效果一致。
6.2支持VR设备，在使用PC端进行场景查看的同时，也可快速进行模式切换，进行沉浸式体验。
7.真实数据+模拟数据，数据双源
7.1对接真实城市政务大数据，将数据进行分类，通过热力图，数据分布图等可视化方式，进行数据展示。
7.2适时介入城市物联网数据，城市当前发生的紧急事件，会在场景中相应位置进行闪烁报警。并对动态事件进行记录，形成事件数据库，以便后续分析汇总。
7.3接入城市视频数据，并使用识别捕捉和视频识别技术。针对违规，违法行为进行监控。降低突发事件发生率，并快速预警，针对事件进行处理调控。
7.4切换到模拟数据模式，可针对城市承载能力进行测算。例如当前城市外来人口达到某个数量级后，哪个区域会爆发风险。或者当前城市增加一定量级的车辆后，哪些区域会产生拥堵。为未来的城市规划提供科学可靠的模拟数据。
8.多种交互方式
8.1增加大屏触控方式
8.2增加手势识别交互方式
8.3增加语音识别交互方式
8.4增加座椅或手柄等外设交互方式
通过丰富的交互方式，让用户有更多的选择，在不同的场景下，也可以匹配不同的操作。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种城市宏观场景三维可视化平台系统，其特征在于：所述系统包括资源加载模块、资源卸载模块、场景优化模块、UI模块；其中，
所述资源加载模块，用于将场景按照等面积换分为若干地块，把每个地块资源单独打包；通过场景主摄像头视野可视范围进行动态计算，获取所需加载场景地块资源列表；使用异步加载方式，通过回调判断资源加载完成情况，以此快速加载资源；资源实例化阶段，通过数组等方式存储，减少模型单独实例化数量；
所述资源卸载模块，用于将视野外场景地块进行卸载操作，减少内存、CPU性能消耗；
所述场景优化模块，用于通过遮挡剔除技术，所有被遮挡物体不会被渲染；使用LOD技术，针对物体与摄像机距离远近，替换不同的模型级别：距离近的使用高精模型，距离远的使用低模；减少视野内模型面数，最高距离全景下，使用面片替换地形和建筑模型；
所述UI模块，用于用户与可视化平台系统交互，并展示三维城市宏观场景。
2.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统还包括土地规划模块；所述土地规划模块，用于通过土地性质和周边配套，筛选出符合当前规划方案的土地地块；通过平台模型库，找到与预想样式最比较符合的模型，放置在之前筛选出的可用土地上，构建起小区雏形；根据当前规划，自动构建周边配套和环境。
3.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统还包括自动化打包模块；所述自动化打包模块，用于把资源分类，并按照区块进行打包，资源打包的同时，输出资源更新列表文件。
4.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统采用本地服务+云服务结构，将场景基础资源放在本地进行初始化，将打包资源放在云端进行动态加载，以减少安装包体过大的问题，实现快速部署，同时方便资源动态更新维护。
5.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统支持安卓/iOS移动端设备、支持VR设备。
6.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统的数据来源包括真实数据和模拟数据；所述可视化平台系统能够切换到模拟数据模式，针对城市承载能力进行测算。
7.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统的UI交互方式包括：大屏触控方式、手势识别交互方式、语音识别交互方式、座椅或手柄等外设交互方式。
8.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统保持多GameObject上挂在Mono脚本的原则，避免在一个GameObject物体上挂在过多Mono脚本，以此加快实例化效率。
9.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统把资源放在SSD硬盘上，解决I/O效率问题。
10.根据权利要求1所述的三维可视化平台系统，其特征在于：所述可视化平台系统采用物理游戏引擎Uinty3D。
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