数字孪生快速建模研究案例

数字孪生技术中本质是利用虚拟孪生体建模还原物理世界场景。传统建模技术速度慢、还原度低，而物理世界数据驱动的实时可视化开发门槛高、效率低和开发难度大。利用快速三维建模技术，可以轻松助力虚拟孪生场景的建模和物理世界数据实时驱动的可视化显示难题。

 

数字孪生快速建模

凭借领先的技术基础，智汇云舟持续助力各行业数字化转型，以及推动产业协作的数字化升级。公司先后参与了许多重点项目建设，应用领域涉及智慧城市、智慧园区、数字乡村、工业制造、轨道交通、军工、雪亮工程（平安城市）、司法监管、应急指挥、机场、学校、医院、水利、电力等全行业场景。

快速三维建模技术分为两种，一种是基于倾斜摄影的三维建模，适用于大区域环境模型的构建，另外一种是基于三维激光点云数据辅助的逆向建模，适用于单体建筑、设备的逆向建模。

 

数字孪生快速建模

一、基于倾斜摄影的三维建模

数字孪生技术中虚拟孪生体建模还原物理世界场景时面临的速度慢、还原度低和物理世界数据驱动的实时可视化开发门槛高、效率低和开发难度大的问题,结合利用倾斜摄影和点云的三维建模与Unity实时3D渲染技术,提出利用Unity3D平台建立虚拟数字孪生系统并在Unity3D中完成实时数据驱动与展示的方案,实现了虚拟孪生场景的快速建模和物理世界数据实时驱动的可视化显示。基于倾斜摄影的三维重建方法其建模的核心步骤可以概括为四大步：影像采集、多视影像平差、多视影像密集匹配、纹理映射。

数字孪生影像数据采集工作主要分为测区观察、测区航线规划、飞行计划的制定与实时、数据的导出与合成。

数字孪生多视影像平差是利用光束法，摄影测量构建模型的基本原理是共线方程(像方点、摄影中心、物方点在一条直线上)。

 

数字孪生快速建模

数字孪生多视影像密集匹配是将经典的最小二乘匹配算法推广应用到多视影像上形成带有共线条件。这种方法是基于核线的几何关系约束，在核线影像上进行一维空间搜索，结合灰度观测方程从而计算出物方和像素坐标。

数字孪生模型纹理信息是影响后期展示效果的关键指标之一。传统的做法是利用相机拍摄的照片进行匀光、正视化处理，然后采用贴图的方式将处理过的纹理照片贴在三维模型的表面。

二、三维激光点云数据辅助建模

三维激光扫描系统的工作原理是利用发射器向目标物体发射激光脉冲信号，脉冲信号照射到物体表面发生反射，数字孪生通过仪器上的激光接收器进行接收，最终根据脉冲信号从发射到接收的时间和脉冲信号的传播速度求解出目标物体表面到扫描仪的距离。根据扫描仪所测得的扫描仪到物体表面的距离在配合扫描仪中记录的水平方向和垂直方向上的角度信息，便可以准确的记录物体表面的三维数据。最后将这些数据进行计算处理便可以进行高精度点云数据，最终利用处理后的点云数据进行逆向三维模型的重建。

 

数字孪生快速建模

三维激光扫描因其独特的采集方式相比于传统的数据采集能够显著的减轻外业人员的工作强度，降低工作的危险系数，提高工作效率。并且所采集的数据更加精细化，信息更加全面丰富，保留了完整的地物信息的几何拓扑特征。三维激光扫描仪得到的点云数据包含目标物体表面点的三维坐标（X，Y，Z）、激光反射强度（Intensitl）和颜色信息（RGB）。为目标物体的三维模型重建提供了精确可靠的数据基础。利用点云辅助三维重建方法可以概括为四大步骤：三维扫描仪点云数据采集、多站点点云数据的配准、点云数据降噪与轻量化、点云数据辅助建模。