焦点专题-三维GIS与游戏引擎跨界融合,打造数字化孪生的平行世界

发布时间:2020 年 08 月 24 日  文/三维研发中心 何倩 冯振华
导读:超图提供的游戏引擎三维GIS插件,为游戏引擎提供了真实地理坐标的三维地理底图,为制作真实场景游戏提供了技术方案。同时,地理信息产业应用也可以借助游戏引擎在可视化表现和三维渲染方面的超强能力,改善用户视觉体验,为更多用户带来身临其境、更具交互性、游戏级的三维体验。

  5 月14 日这天,很多人都被Unreal Engine5 的最新进展刷屏了。从 Unreal Engine5 的惊鸿一瞥,可以看到其全新的实时三维渲染技术带来了可媲美电影 CG 和真实世界的实时渲染效果。

  图1 中,Unreal Engine5 渲染的影视级游戏画面,是虚构的游戏场景地图,虽然可以体现故事发生的时代、地域、文化特点和人物生存氛围,但不是真实的地理环境,也不具有真实的地理坐标。那么,三维 GIS 技术是否能将真实坐标的地理数据载入游戏引擎?是否可以在游戏中构建一个与真实世界一致的数字化孪生的地理空间,让游戏故事发生在真实的地理环境中?

图1 影视级游戏画面(图片转载自虚幻引擎)

  因此,超图在做这样一个尝试:打通三维 GIS 与游戏引擎的跨界融合,通过在游戏引擎中实现一款三维 GIS 插件,实时载入真实、大规模的地形、影像、倾斜摄影模型,以及激光点云、手工建模数据、BIM 模型等多源异构的地理空间数据,将具有真实坐标系的室外地理环境、室内 BIM 模型、实时的 IoT 数据等融合到游戏引擎,构建一个室内/ 室外一体化、宏观/ 微观一体化、空天 / 地表 / 地下一体化的数字化孪生的平行世界。

  超图提供的游戏引擎三维 GIS 插件,为游戏引擎提供了真实地理坐标的三维地理底图,为制作真实场景游戏提供了技术方案。同时,地理信息产业应用也可以借助游戏引擎在可视化表现和三维渲染方面的超强能力,改善用户视觉体验,为更多用户带来身临其境、更具交互性、游戏级的三维体验。

  打通三维GIS与游戏引擎的跨界融合

  1、实现将具有真实坐标的、多源异构的、在线和离线的地理数据实时载入到游戏引擎,为游戏引擎提供真实地理坐标的三维地理底图,包括地形、影像、倾斜摄影模型,以及激光点云、手工建模数据、BIM 模型等多源异构的地理空间数据。这些数据不仅提供室外地理环境信息,如地形、地物(水系、居民地、交通、地貌、植被等地理要素),还提供建筑内部信息等室内信息以及物联网实时信息等,为游戏引擎提供了具有真实地理位置的空间数据,可支撑创建与现实一致的、虚拟孪生的地理环境,实现构建数字化孪生的平行空间。

  2、可以查询真实地物的属性信息,另外,我们也在尝试将更多的三维空间分析能力引入到游戏引擎中,比如:裁剪、通视分析、可视域分析、阴影分析等,提供实用的数据处理和操作工具,为城市规划、智慧城市、未来城市等提供决策支持。

  3、基于开放的三维数据标准 S3M,打造“三维GIS+ 游戏引擎”开放的、可持续发展的生态圈。通过支持 S3M 标准,游戏引擎也可以实现与 GIS 数据的对接,如 Ventuz 游戏引擎的中国代理商维图斯(中国)有限公司自行研发完成了Ventuz游戏引擎与 S3M 的对接,使 Ventuz 游戏引擎能加载 S3M 格式的 GIS 数据,实现了三维 GIS 与游戏引擎的跨界融合。基于S3M 服务接口标准,游戏引擎还可以对接在线服务,在线访问公共服务或数据服务,可实现数据的开放、共享和互操作。

图 2 Unreal Engine4实时载入地形数据

图 3 Ventuz游戏引擎加载S3M格式的GIS数据

  基于GIS插件提供的真实地理坐标的地图,搭建游戏场景

  根据 ICT 技术的组织框架和面向对象的规则,游戏地图可以分为三层,包括操作层、地形层和地图文件配置层。其中,操作层是面向用户的,包括各种物理特效、天气、光影等信息,属于动态活动层,这些需要借助游戏引擎的能力。地形层是承上启下交互的纽带,包括地表、地物、生物,属于资源支撑层,可以具有真实坐标和真实地理位置。

图 4 游戏地图的纵向结构

  基于我们提供的游戏引擎三维GIS插件可以将在线/ 本地、具有真实坐标的地理空间数据实时载入游戏引擎中,作为游戏的地形层。在地形层上,添加游戏引擎中的各种角色和特效,就可以渲染构建面向用户的场景,即操作层。基于此,就可以模拟真实的战争场面等,如图 5 所示,将三维地理空间数据导入到 Unity 中,添加坦克模型和各种天气、光影的特效,构建了一个虚拟的雾中战场环境,模拟作战实地演练。同时,也可以实现对灭火救援等应急演练的模拟。

图 5 在Unity中模拟作战实地演练

图 6 在Unreal Engine4中模拟灭火救援

  我们提供什么样的产品?

  在产品层面,超图计划推出超图三维GIS 游戏引擎开发平台——SuperMap Scene SDKs for game engines。它是基于SuperMap 新一代三维 GIS 技术,与游戏引擎深度集成的一款可编程、可扩展、可定制的开发平台,提供炫酷、实用、游戏级的三维体验。目前,超图发布了基于 Unity 的三维 GIS 游戏引擎开发平台的 Beta 测试版。另外,会在近期发布基于 Unreal Engine4 的三维 GIS 游戏引擎开发平台的 Beta 测试版。

  SuperMap Scene SDKs 10i(2020) for game engines 的正式版会在今年内发布,更多详情敬请期待。

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