国产可视化引擎PIE-Earth助力实景三维中国建设

       实景三维中国建设是落实数字中国、平安中国、数字经济战略的重要举措，是落实国家新型基础设施建设的具体部署，是服务生态文明建设和经济社会发展的基础支撑。国家在《实景三维中国建设技术大纲》中明确提出“创新驱动”的建设要求，通过科技创新实现关键技术安全、自主、可控。 ​ PIE-Earth是航天宏图研发团队基于公司桌面端产品自主研发，该产品依托公司PIE-Engine平台丰富的遥感卫星数据资源，借助Webassembly技术、云渲染技术、GPU加速等技术手段，实现Web端多源异构时空数据二三维一体化显示、分析和二次开发应用。产品自底层向上全体系代码完全自主研发，具备完全自主可控、性能高、扩展灵活等优势。产品功能覆盖多源异构数据接入、二三维场景高效可视化渲染、强大的地理信息空间分析、全空间数字仿真模拟、实景三维GIS应用、二次开发能力。本文详细介绍了PIE-Earth产品在实景三维方面的功能特性。

多源异构数据接入

​        实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实、实体、时序化反映和表达的数字虚拟空间，囊括了丰富的空间数据体。PIE-Earth基于自主研发的优势，支持接入加载多种时空数据。包括影像数据、矢量数据、地形数据等传统的地理信息数据，以及倾斜摄影模型数据、BIM模型数据、点云数据、手工建模数据和图片视频等多媒体数据。支持无缝对接PIE-Engine平台卫星遥感影像、无人机影像、倾斜摄影模型等，能够满足实景三维建设中对多源异构时空数据的加载需求，实现一款产品融合加载多种数据的目标。

图.多源时空时空数据加载

二三维场景高效可视化渲染

​       城市级实景三维场景的构建需要倾斜摄影模型、DEM、DOM、矢量、BIM等部件模型以及其他实体数据来共同完成，数据量相比较传统的GIS场景要大很多。这也为场景可视化渲染提出了更高的要求，PIE-Earth借助多线程、云渲染、算法级数据瓦片调度技术，充分利用GPU加速特性，大幅提高平台渲染和运行效率。实现城市级实景三维场景的可视化渲染和高效浏览。

​       支持大数据量倾斜摄影模型叠加图片视频、矢量等数据，实现场景与实时视频的融合显示；支持矢量数据分层设色显示、点线面符号的标绘，满足三维场景实时交互的需求；支持三维场景根据位置信息判断飞行路径，实现场景镜头的自动飞行，使场景切换自然平滑。

图.大数据量倾斜摄影模型浏览

图.倾斜摄影模型叠加视频

图.多场景镜头自然切换

强大的地理信息空间分析

​        PIE-Earth不仅提供了游戏级别的场景构建和渲染能力，也具有GIS平台独有的地理信息空间分析能力，为实景三维在不同场景的应用提供实时的空间分析能力。其中地表和空间两种模式下的长度、面积、角度以及高程的量算，满足基础的二三维量算需求。

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图.地表量算、空间量算

​       在城市建设和规划中，PIE-Earth不仅通过实景三维场景直观的反映地貌和建筑信息，更可以通过地名地址搜索定位、通视分析、天际线分析、淹没分析、剖面分析等一系列手段，获取更多分析数据，辅助城市管理者进行科学规划。

图.通视分析、天际线分析

图.淹没分析、剖面分析

全空间数字仿真模拟

​        现有的地理信息产品更侧重陆地表层空间的描述，实景三维将实现“地上下、室内外、水上下”全空间的一体化描述。PIE-Earth依托于航天宏图PIE-Engine平台云计算、大数据和AI技术优势，能够实现从空间卫星到陆地地形、三维模型，再到地下管网、水下空间的全空间仿真模拟。融合了地形、倾斜摄影模型、BIM模型、手工模型等数据，完成地形城市环境与室内环境的渲染与浏览，由室外到室内、大场景到局部细节构建丰富的三维空间。

​       支持BIM模型的室内浏览、手工模型的编辑和室内效果展示，支持海量点目标的动态轨迹跟踪和显示。同时还支持三维粒子效果的添加，包括雨雪天气、爆炸、飞行尾迹等效果。

图.BIM模型室内浏览

图.模型编辑

图.模型室内效果

实景三维GIS应用

​        实景三维不仅是现实环境场景的视觉还原，更是在丰富实体信息上进行GIS应用分析的应用场景。属性信息与地理实体的关联是实现GIS应用分析基础。PIE-Earth凭借自研模型处理算法实现对倾斜摄影模型单体化选择、属性信息关联显示，完整支撑地理实体语义化、结构化处理，构建以数据为驱动的GIS应用分析场景。

图.倾斜摄影模型关联属性信息

图.倾斜摄影模型单体化

​        常规的实景三维展示浏览平台中，无法对加载的模型进行处理。PIE-Earth研发了实景三维模型压平处理功能，支持在指定范围内进行三维面编辑，压平倾斜摄影模型的局部区域。实现模拟建筑物拆除，进而叠加BIM模型、设计模型等，直观表达拆除前、建筑中、建成后不同时点状态的场景情况，全面提升了城市全生命周期的管理和服务能力。

图.倾斜摄影模型压平

二次开发能力

​        同时，PIE-Earth具有强大的二次开发能力，支持面向不同应用场景提供二次开发接口。开发文档包括接口开发环境、运行环境、简明教程、接口说明、接口使用示例等内容。已开放的二次开发接口功能模块包括：数据加载模块、空间参考系及转换模块、二三维可视化模块、编辑和空间分析模块。提供了完整的二三维可视化功能开发接口，基于PIE-Earth可以定制个性化需求的实景三维应用场景。

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图.二次开发文档界面

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​        随着国家自然资源部对“实景三维中国” “三维立体自然资源一张图”建设的全面推进，测绘地理信息行业从传统的地图产品制作转型为面向城市治理、社会经济、专业建设和大众民生应用的服务行业。数字中国建设更加需要实景三维的强力支撑，在时空大数据管理、地理监测、高精度实体化测绘等方面提出更高要求，PIE-Earth立足于自主研发的强大基础，继续探索和开发新功能，大胆创新，在Web端二三维可视化领域助力实景三位中国建设。