智慧水利系统三维数据孪生
浏览次数：2941次 更新时间：2021-12-08 13:57:41
实现镜湖3D鸟瞰图展示、水质保障系统展示、水循环系统展示、水质监测系统展示、气象站监测系统展示、工程运行系统展示、安全监测系统展示等3D场景制作可以随意操作转动视角，实现移动、旋转、缩放功能。针对北运河镜湖项目整体场景（含项目整体鸟瞰、水质保障系统展示、水循环系统展示、水质监测系统展示、气象站监测系统展示、工程运行系统展示、安全监测系统展示）3D建模、模型贴图材质制作（光效／质感／元素）、场景动态制作（三维元素动画／动效）、场景模型渲染及动画场景材质合成。
智慧水利三维可视化功能描述
1）、实现泵站3D漫游展示，漫游过程中，自动暂停漫游或者手动暂停，***人称行走过程中，点击相应区域，显示对应信息或者设备介绍或相关的实时数据；***人称行走在场景中或者鸟瞰整个项目，点击切换至相应区域互动漫游。***人称、第三人称交互漫游。***人称模式下，模拟人的视角和移动方式第三人称模式下，可方便的对泵站整体布局进行快速浏览、查看；
2）、全屏与普通模式互相切换，可支持步行等多种模式漫游。手动3D漫游主要依靠键盘A、W、S、D键来前后左右漫游（鼠标控制方向）或触摸屏或终端实时交互触控方式；
3）、3D漫游体验时候，小地图实时显示对应的漫游点所在位置，快速定位操作者在场景中的位置与区域（信息搜索功能）；漫游走动，小地图对应亮点位置一起变化。
4）、3D虚拟展示各个单个场景下的真实数据精细化展现，通过小地图或UI界面功能快速切换到泵站内各工作区间，根据用户的提供的水处理流程布局，通过厂房小地图或UI界面功能，用户可以自由切换到泵站内对应的水泵的位置；
5）实现自动播放水泵、水处理流程、加药设备等相关3D信息，设计一条固定的摄像机漫游路径查看生产线工艺流程，并提供解说导游功能，用户便可以查看所在体验区域的工艺流程。在实时3D模拟展示及自动播放功能的模式，可以随意切换二者的展示状态。
三维鸟瞰交互展示设计
镜湖3D鸟瞰主要对实际镜湖采用3D建模技术虚拟展示镜湖整体的3D效果、镜湖主体布局以及泵站周边环； 使用鸟瞰角度整体展示主体风貌，可点击泵站或重要的建筑物体进行单独展示，正（下）侧设置系统主要板块的3D按钮，呈直线排列顺序为整体鸟瞰、3D漫游、工艺展示及操作指南； 整体湖区3D建模（含水系周边环境、路网、在湖区重点的闸区与涵洞、水源井、泵站、建筑体等）。实现与自动监测系统数据的实时交互与展示。详细设计如下：
2.1、通过3DsMax建模软件，将镜湖整体、泵站区域及周边（不重点建筑体用水晶体替代）三维场景3D建模，表面采用贴图进行呈现，采用纯3D建模，将场景的实时还原出该场景的样貌。Shader材质的设置，绑定给3D对象。照片取图后采用PS进行P图，P图后导入3D模型。MAX中放置灯光，进行天光渲染，输出带lightmap的模型。在Unity3D软件中进行场景烘焙及输出等工作。
2.2、根据项目实际状态，进行场景建模与制作。场景分为几个场景来展示。每个场景都分别制作，包括镜湖走向、地面，道路，建筑，景观等重点建筑体（由甲方指定）。
模型效果在3ds max下与在Unity3D下的，由于渲染不同，效果差距非常大，要优化到和谐绚丽。要求制作过程中要充分考虑b/s架构的要求，在保证效果基础上，让模型与贴图尽量下。这方面有许多需要反复优化的地方。
2.3、三维场景优化：为了实现b/s模式，需要数据包要尽量的小，初始数据包要特别小，用户体验才能足够好。这就需要在场景制作，动态制作、多媒体制作的过程中，充分考虑数据量大小问题，在数据量、制作方式与效果之间取得折中。比如，一栋楼的模型，为了效果好，可以模型非常复杂，贴图特别精美，这就导致了数据包巨大。因此应考虑模型简化，或者模型采用几个简单模型的堆叠；贴图应考虑用一层的贴图进行重复，或者动态加载。同时，模型的简化会要求贴图高质量。动态加载减少了初始数据量，但是事实上需要下载简单贴图与复杂贴图，总数据量更大，而且动态加载过程要是没有控制好会导致用户感觉差。因此这之间要有模型、贴图、采取的技术路线之间的平衡。
2.4、ui界面及特效视觉设计：
2.4.1）、界面交互ui设计（界面设计）设计简洁、现代、具有高科技感的界面、鸟瞰功能及操作简单；（内含数据可视化ui设计）
2.4.2）、UI各种按钮的点击音效、背景音乐，针对不同的场景，配以不同的音乐来营造氛围、导游解说配音；
2.4.3）、在3D场景中，重点设备或区域上方有热点UI动态提示，点击其热点，能快速体验该区域和设备的空间信息（如实时数据展示等）；
2.4.4）、文字排版及效果特效等；
2.4.5）、总体策划、场景与情节策划、美术策划、详细导游策划、3D漫游策划及工艺流程策划；
2.4.6)、真实还原设备工作中现实的状态，在关键强调处加上一些超现实的特效，以烘托效果，渲染气氛；如管道3D透视，直接能展示水流的速度和方向；
数据联动设计-数字孪生系统
水质监测系统展示、气象站监测系统展示、工程运行系统展示、安全监测系统展示，针对接镜湖水质工程运行展示，包含河道工程、暗涵工程、泵站、节制闸。在3D场景中实时显示相关信息，其中河道12个溢水口水位、水面积、水体总量，暗涵工程（西暗涵、东1、东2暗涵）水位、库容（小窗口显示断面看高度），泵站展示11个泵的工作状态、高位水池以及水位、（断面显示河道高度，初雨调节断面展示），节制闸展示开度流量（工作状态开关、引入北运河水位）。
2D模块需求分析及系统设计:需求分析，功能设计、交互设计。3D模块需求分析及系统设计：3D交互功能、3DUI/3DUE、交互与动画触发功能设计。定制开发数据接口，定义消息规约。（甲方提供数据源和接口，我方负责在系统中实时接收订阅并显示在场景中），单体场景交互展示，设备操作模拟展示等。将代码、UI文件、特效文件等其他文件（数据源）与3D对象绑定，并实现操作和控制，实现比较终的效果。
- 以项目中心为轴心，通过3D交互技术，可以实现视角随意操作转动，视角拉近拉远。实现目的为无死角观看项目三维模拟场景。视角功能设计：该模块要模拟***人称视角。模块读取鼠标输入，将鼠标的移动映射为视角的转动。为了使视角的转动平滑流畅，通常将视角的转动方向与鼠标移动的方向保持一致。
- 摄像视角设计：***人称视角就是模拟人在现实世界中双眼的观察方式。在Unity3D中，就是控制摄像机上下左右任意观察。鼠标是一个二维输入设备，它的移动可以分解为水平方向上的变化量和竖直方向上的变化量，记为（x，y）。摄像机的朝向可以分解为绕世界坐标系XYZ三轴旋转的角度。鼠标移动时，用水平方向上的分量x改变摄像机绕Y轴选择的角度，用竖直方向上的分量y改变摄像机绕X轴旋转的角度，这样就可以模拟头部的观察角度。视角漫游设计：相机漫游（自动漫游和自主漫游），美术设计相机切换过渡效果+编程。
- 泵站数据可视化及漫游展示：
1）、实现泵站3D漫游展示，漫游过程中，自动暂停漫游或者手动暂停，***人称行走过程中，点击相应区域，显示对应信息或者设备介绍或相关的实时数据；***人称行走在场景中或者鸟瞰整个项目，点击切换至相应区域互动漫游。***人称、第三人称交互漫游。***人称模式下，模拟人的视角和移动方式第三人称模式下，可方便的对泵站整体布局进行快速浏览、查看；
2）、全屏与普通模式互相切换，可支持步行等多种模式漫游。手动3D漫游主要依靠键盘A、W、S、D键来前后左右漫游（鼠标控制方向）或触摸屏或终端实时交互触控方式；
3）、3D漫游体验时候，小地图实时显示对应的漫游点所在位置，快速定位操作者在场景中的位置与区域（信息搜索功能）；漫游走动，小地图对应亮点位置一起变化。
4）、3D虚拟展示各个单个场景下的真实数据精细化展现，通过小地图或UI界面功能快速切换到泵站内各工作区间，根据用户的提供的水处理流程布局，通过厂房小地图或UI界面功能，用户可以自由切换到泵站内对应的水泵的位置；
5）实现自动播放水泵、水处理流程、加药设备等相关3D信息，设计一条固定的摄像机漫游路径查看生产线工艺流程，并提供解说导游功能，用户便可以查看所在体验区域的工艺流程。在实时3D模拟展示及自动播放功能的模式，可以随意切换二者的展示状态。
三维鸟瞰交互展示设计
镜湖3D鸟瞰主要对实际镜湖采用3D建模技术虚拟展示镜湖整体的3D效果、镜湖主体布局以及泵站周边环； 使用鸟瞰角度整体展示主体风貌，可点击泵站或重要的建筑物体进行单独展示，正（下）侧设置系统主要板块的3D按钮，呈直线排列顺序为整体鸟瞰、3D漫游、工艺展示及操作指南； 整体湖区3D建模（含水系周边环境、路网、在湖区重点的闸区与涵洞、水源井、泵站、建筑体等）。实现与自动监测系统数据的实时交互与展示。详细设计如下：
2.2、根据项目实际状态，进行场景建模与制作。场景分为几个场景来展示。每个场景都分别制作，包括镜湖走向、地面，道路，建筑，景观等重点建筑体（由甲方指定）。
模型效果在3ds max下与在Unity3D下的，由于渲染不同，效果差距非常大，要优化到和谐绚丽。要求制作过程中要充分考虑b/s架构的要求，在保证效果基础上，让模型与贴图尽量下。这方面有许多需要反复优化的地方。
2.3、三维场景优化：为了实现b/s模式，需要数据包要尽量的小，初始数据包要特别小，用户体验才能足够好。这就需要在场景制作，动态制作、多媒体制作的过程中，充分考虑数据量大小问题，在数据量、制作方式与效果之间取得折中。比如，一栋楼的模型，为了效果好，可以模型非常复杂，贴图特别精美，这就导致了数据包巨大。因此应考虑模型简化，或者模型采用几个简单模型的堆叠；贴图应考虑用一层的贴图进行重复，或者动态加载。同时，模型的简化会要求贴图高质量。动态加载减少了初始数据量，但是事实上需要下载简单贴图与复杂贴图，总数据量更大，而且动态加载过程要是没有控制好会导致用户感觉差。因此这之间要有模型、贴图、采取的技术路线之间的平衡。
2.4、ui界面及特效视觉设计：
2.4.1）、界面交互ui设计（界面设计）设计简洁、现代、具有高科技感的界面、鸟瞰功能及操作简单；（内含数据可视化ui设计）
2.4.2）、UI各种按钮的点击音效、背景音乐，针对不同的场景，配以不同的音乐来营造氛围、导游解说配音；
2.4.3）、在3D场景中，重点设备或区域上方有热点UI动态提示，点击其热点，能快速体验该区域和设备的空间信息（如实时数据展示等）；
2.4.4）、文字排版及效果特效等；
2.4.5）、总体策划、场景与情节策划、美术策划、详细导游策划、3D漫游策划及工艺流程策划；
2.4.6)、真实还原设备工作中现实的状态，在关键强调处加上一些超现实的特效，以烘托效果，渲染气氛；如管道3D透视，直接能展示水流的速度和方向；
数据联动设计-数字孪生系统
水质监测系统展示、气象站监测系统展示、工程运行系统展示、安全监测系统展示，针对接镜湖水质工程运行展示，包含河道工程、暗涵工程、泵站、节制闸。在3D场景中实时显示相关信息，其中河道12个溢水口水位、水面积、水体总量，暗涵工程（西暗涵、东1、东2暗涵）水位、库容（小窗口显示断面看高度），泵站展示11个泵的工作状态、高位水池以及水位、（断面显示河道高度，初雨调节断面展示），节制闸展示开度流量（工作状态开关、引入北运河水位）。
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