前言

随着园区智能化建设的普及，三维可视化园区应用或数字孪生园区应用已成为数字化园区建设的标配。本文旨在阐述数字园区三维可视化应用的开发流程、功能和技术架构、技术选型以及重点注意事项，为相关开发人员提供参考，物图致力于通过技术类科普助力数字化园区三维可视化应用开发的普及，降低数字园区三维应用开发成本，提高开发效率，帮助用户快速交付项目。

图 某上市公司总部园区智慧园区项目大屏

一、数字园区三维应用简介

园区作为城市的核心单元，智慧园区建设已成为当今城市规划和社会发展的关注焦点，也是产业园区和社区发展的必然趋势。基于城市数字孪生感知化、互联化、平台化、一体化的手段，实时接入园区 IoT 设备、资产、能源、设施及环境等数据，建立基于园区实时运行状况的数字孪生场景，融合园区数字孪生、运用管理、业务管理为一体，实现对园区总体情况、设备运维、物业管理、安全管控、运营服务等全要素、全流程可查、可管、可控、可追溯，打造“安全、智慧、绿色”的园区，提升园区的社会和经济价值，开创智慧园区的立体多维管理新模式，从而实现园区经济可持续发展的目标。『本文由“物图科技”原创』

通常我们对数字园区软件功能从不同的需求角度出发，有信息化需求、业务需求、运维需求、宣传展示需求等，数字园区三维应用主要解决运维和展示需求，通过在数字软件中1:1还原物理世界，以视觉映射的方式将数据流、信息流和物理世界融合，数字园区三维应用可视化是所有信息可视化方案中最佳解决方案之一。

(一)园区运维需求

园区运维是指对数字园区的设施、设备、网络、安全等方面进行管理和维护的工作。园区运维的目的是确保数字园区的正常运行，提高数字园区的效率和可靠性，为数字化企业提供良好的工作环境和服务。

园区运维的主要工作包括：

设施管理：对数字园区的建筑、设备、设施进行维护和管理，确保其正常运行。

网络管理：对数字园区的网络进行管理和维护，确保网络的稳定性和安全性。

安全管理：对数字园区的安全进行管理和维护，包括物理安全和网络安全。

环境管理：对数字园区的环境进行管理和维护，包括清洁、照明、空调等方面。

服务管理：为数字化企业提供各种服务，包括办公设施、会议室、培训设施等。

数据管理：对数字园区的数据进行管理和维护，确保数据的安全和可靠性。

园区运维需要专业的团队进行管理和维护，确保数字园区的正常运行和数字化企业的顺利发展。

(二)园区展示需求

重点园区经常性会接受不同群体的访问和考察，展示需求是数字园区的重点需求之一。数字园区三维展示是一种通过计算机技术将数字园区的设施、设备、服务和数字化企业的创新成果以三维形式呈现的展示方式。数字园区三维展示的优势包括：

生动形象：数字园区三维展示可以将数字园区的设施、设备、服务和数字化企业的创新成果以生动形象的方式呈现，让观众更加直观地了解数字园区的优势和特色。

交互性强：数字园区三维展示可以通过交互式的方式，让观众自由地浏览数字园区的各个角落，了解数字园区的设施、设备、服务和数字化企业的创新成果。

可视化：数字园区三维展示可以将数字园区的各个方面以可视化的方式呈现，让观众更加清晰地了解数字园区的运营和管理。

节约成本：数字园区三维展示可以节约数字园区的宣传成本，避免了传统宣传方式的人力、物力和时间成本。

方便快捷：数字园区三维展示可以通过互联网等方式进行展示，观众可以随时随地进行浏览，方便快捷。

综上所述，数字园区三维展示具有生动形象、交互性强、可视化、节约成本和方便快捷等优势，是数字园区宣传的一种重要方式。

较传统的视频展示，视频展示是通过视频的方式展示数字园区的设施、设备、服务和数字化企业的创新成果。视频展示的优势在于可以通过音频和视频的方式，让观众更加深入地了解数字园区的运营和管理，同时可以通过剪辑和特效等手段，让视频更加生动有趣。

数字园区三维应用展示和视频展示各有优劣，可以根据数字园区的特点和宣传目的进行选择。如果数字园区的特点是以设施、设备、服务和数字化企业的创新成果为主，那么数字园区三维应用展示可能更加适合，数字园区也可以将数字园区三维应用展示和视频展示相结合，以达到更好的宣传效果。

二、数字园区分解

(一)智能化子系统

典型的数字园区智能化子系统如下：

综合安防：（人员通行、车辆管理、设备/资产管理、智慧会议、能源管理、空间资产租赁管理、环境管理、应急管理、生活服务、小程序）；

园区数字平台：（园区数字平台基础设施、空间信息平台、物联网平台、集成开放平台、数据平台、视频转发平台）；

基础设施：综合管理中心、计算机网络系统、综合布线系统、楼宇自控系统、能源管理系统、视频监控系统、入侵报警系统、周界防范系统、出入口控制系统、消费系统、访客管理系统、电子巡更系统、公共广播系统、车辆管理系统、信息发布系统、会议系统、人防电话、指挥通信系统。

图 数字园区智能化架构图

(二)三维应用功能架构

图 数字园区三维应用功能架构示意

三、数字园区三维应用开发流程

(一)需求分析

功能需求：数字园区三维应用的功能需求是指数字园区三维应用需要实现的功能和特点，包括数字园区的设施、设备、服务和数字化企业的创新成果等方面。

用户需求：数字园区三维应用的用户需求是指数字园区三维应用需要满足的用户需求和期望，包括数字园区的管理者、数字化企业的员工和客户等方面。

技术需求：数字园区三维应用的技术需求是指数字园区三维应用需要使用的技术和工具，包括计算机图形学、虚拟现实、人机交互等方面。

安全需求：数字园区三维应用的安全需求是指数字园区三维应用需要满足的安全要求和标准，包括数据安全、网络安全、物理安全等方面。

可用性需求：数字园区三维应用的可用性需求是指数字园区三维应用需要满足的可用性要求和标准，包括易用性、可靠性、可维护性等方面。

性能需求：数字园区三维应用的性能需求是指数字园区三维应用需要满足的性能要求和标准，包括响应速度、稳定性、扩展性等方面。

成本需求：数字园区三维应用的成本需求是指数字园区三维应用需要满足的成本要求和标准，包括开发成本、运维成本、维护成本等方面。『本文由“物图科技”原创』

(二)三维建模

1.三维建模对园区的意义

园区规划：园区三维建模可以通过对园区的地形、建筑、道路、植被等进行建模，实现对园区规划的模拟和展示，为园区规划提供支持和指导。

园区管理：园区三维建模可以通过对园区的设施、设备、服务等进行建模，实现对园区管理的模拟和展示，为园区管理提供支持和指导。

园区营销：园区三维建模可以通过对园区的数字化企业、创新成果等进行建模，实现对园区营销的模拟和展示，为园区营销提供支持和指导。

园区安全：园区三维建模可以通过对园区的安全设施、安全措施等进行建模，实现对园区安全的模拟和展示，为园区安全提供支持和指导。

2.三维建模流程

数据采集：在园区三维建模之前，需要对园区的地形、建筑、道路、植被等进行数据采集，可以使用无人机、激光雷达、卫星遥感等技术进行采集。

数据处理：在园区三维建模的数据处理阶段，需要对采集到的数据进行处理和清洗，以提高数据的质量和准确性。

建模设计：在园区三维建模的建模设计阶段，需要根据采集到的数据进行建模设计，包括地形建模、建筑建模、道路建模、植被建模等。

材质贴图：在园区三维建模的材质贴图阶段，需要对建模完成的园区进行材质贴图，以提高园区的真实感和逼真度。

光照渲染：在园区三维建模的光照渲染阶段，需要对建模完成的园区进行光照渲染，以提高园区的视觉效果和真实感。

优化调整：在园区三维建模的优化调整阶段，需要对建模完成的园区进行优化和调整，以提高园区的性能和稳定性。

输出导出：在园区三维建模的输出导出阶段，需要将建模完成的园区输出导出到相应的软件或平台上，以实现园区三维展示和应用。

3.三维场景范围

以园区为中心，由近及远，由中心点向周边扩散，有纵深效果，特定视角下可满足效果图全局宏观视角的要求。

园区周边：周边1公里~3公里、地面、道路、车辆、建筑、绿植、水面、山体、远景、天空；

园区外景：地面、绿植、路灯、道路、建筑、设备设施；

园区室内：结构、地面、门、窗、天花板、管道、设备设施；

图 数字园区场景制作范围示意图

园区：中心地带，为项目实际地，模型效果和精度根据项目要求确定；

周边： 周边至少1KM 半径模型，L2、L3级别，重点项目视情况外扩半径；

远景： 山体、白模构成，L2级别；

天空：天空盒子、天空贴图或shader渲染而成；

4.建模要求

天空与远景由程序开发实现，建模范围主要包括周边建模和园区建模，建模组应提供静态模型和模型库、以及动画模型。

静态模型主要是固定不变的模型，如道路、水系、辅助建筑、管网、附属物等模型；

模型库主要是指可复用的模型，如绿植、车辆、人物等模型，模型组应提供给研发部，满足项目三维场景制作要求；

动画模型是指模型相对位置不变，但构件有变化的模型（gltf或fbx格式），如四轮不停滚动的车辆、走动或奔跑的人物等，动画模型常用于表达场景中的要素运动，如消防队员的跑动、车辆行驶效果。

针对 WebGL 引擎，项目范围内的静态模型一般应大于或等于L3级别，贴图烘焙，使静态模型自身具备光影效果，可减少渲染引擎负担，具体建模技术规范参考《物图L3模型制作标准》。

针对OpenGL引擎，项目范围内的静态模型一般应大于或等于L4级别，尽可能还原场景现状，提高建模精度，无需烘焙，由三维美术负责场景调试。

(三)开发

1.三维开发主要内容

园区模型制作完成后，需要导入三维平台中制作场景，并根据实际需求完成如下内容：

动画制作：三维应用开发需要进行动画制作，包括对三维场景的动画进行制作，以实现对三维场景的模拟和展示。

交互设计：三维应用开发需要进行交互设计，包括对三维场景的交互进行设计，以提高三维场景的可用性和易用性。

编程开发：三维应用开发需要进行编程开发，包括对三维场景的功能进行编程开发，以实现对三维场景的控制和操作。

测试调试：三维应用开发需要进行测试调试，包括对三维应用的功能和性能进行测试和调试，以确保三维应用的质量和效果。『本文由“物图科技”原创』

2.数字园区常见功能开发

3.三维应用开发选型

数字园区三维应用开发选型需要考虑以下几个方面：

功能需求：根据三维应用的功能需求，选择适合的三维应用开发工具和技术，以实现对三维场景的数字化展示和模拟。

技术要求：根据三维应用的技术要求，选择适合的三维应用开发工具和技术，以实现对三维场景的真实感和逼真度的提高。

开发成本：根据三维应用的开发成本，选择适合的三维应用开发工具和技术，以实现对三维场景的数字化展示和模拟，同时控制开发成本。

开发周期：根据三维应用的开发周期，选择适合的三维应用开发工具和技术，以实现对三维场景的数字化展示和模拟，同时控制开发周期。

可维护性：根据三维应用的可维护性，选择适合的三维应用开发工具和技术，以实现对三维场景的数字化展示和模拟，同时保证三维应用的可维护性。

常用的三维应用开发工具和技术包括Unity、Unreal Engine、Three.js、WebGL等。根据不同的需求和要求，选择适合的三维应用开发工具和技术，以实现对三维场景的数字化展示和模拟。

根据物图项目实施经验，对于重点园区，软件平台费用相对于整体建设费用占比不大，且能满足不同用户群体需求和定制化需求，重点园区一般更倾向于效果更好的三维应用开发平台。而对于一般性园区，对成本要求较高，采用WebGL开发方案较多。

物图数字园区三维应用开发团队兼顾上述需求，可实施不同方案三维应用，为客户提供全场景和全等级的三维应用定制开发方案。

4.迭代开发

数字园区三维应用和标准产品不太一样的地方在于，数字园区三维应用除了底层外，有70%的工作属于定制性内容，在项目实施周期内，也面临不同用户群体的意见反馈，包括UI、模型效果、功能开发等方面。

图 某数字园区三维应用早期开发阶段的反馈修改意见

四、常见数字园区三维应用开发问题

(一)建模精度如何选择

三维建模精度通俗是指三维模型与实际物体的相似程度，三维建模精度的高低直接影响到三维模型的真实感和逼真度，对于不同的应用场景，需要有不同的精度要求。

通常业内将建模精度划分为L1~L5 共5个等级，等级越高，精度越高。

数字园区应用可选择L3、L4两个等级，WebGL渲染引擎适合L3等级，Unity/ UE适合L4等级。

(二)建模时图纸与实景不符

建模时图纸一般使用的是设计或施工阶段的图纸，实际施工后大部分会有差异，在建模前应确认图纸与实景区别，优先以实景为准。因此，现场的照片或视频、点云采集还是相当有必要的。

(三)子系统接口无法提供

数字园区智能化子系统众多，不同的子系统所提供的数据对接方式不同，如http、websocket、楼控BacNET等协议，有的子系统会开放接口甚至提供灵活的数据查询接口，而有的子系统仅提供数据库表查询方式，因此，在开发过程中，如果面临子系统接口无法提供的情况时，要和业主方协商解决方案。

(四)视频流播放问题

数字园区安防系统最主要的设备是各类摄像头，监控摄像的实时视频经专线传输至视频服务器或录像机，如三维应用中要调取实时视频流，应使用视频流推送服务，将视频流转换为符合http网络传输的协议格式，如HSL、FLV、M3U8等。

海康、大华厂家会提供播放SDK和公开开发文档，对于其它符合国标的摄像头，一般的解决方案是配套拉流推流平台或硬件解决方案。

(五)云渲染与本地渲染如何选择

云渲染是指将渲染任务提交到云端服务器进行处理，以实现对三维场景的高质量渲染。云渲染可以通过云计算技术，实现对渲染任务的分布式处理和高效运算，从而提高渲染效率和质量。云渲染适合多用户、多终端访问场景，不需要关注访问终端的电脑和环境配置，只要能播放视频即可。

本地渲染对本地端计算机硬件要求较普通高一些，尤其是需要独立显卡配置。

是否选择云渲染，取决于用户使用场景和用户成本预算。

(六)大屏分辨率太高怎么办

数字园区三维应用运行后占用大量内存、CPU和显卡计算/显卡内存资源，尤其是开启光线追踪的三维应用，硬件开销更大。当分辨率越高，需要的硬件资源越多，一般推荐2K及以下，对于异形屏，建议分屏使用或降低实际分辨率使用。

如有4K、8K需求，需要提升硬件资源配配置，使用专用的视频分割处理设备。

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