AI時代如何表達“另一個世界”——數字孿生。

12 月 3 日由 Epic Games 主辦的2021虛幻引擎技術開放日  在上海圓滿落幕，作為一年一度的開發(fā)者“朝圣”日，現(xiàn)場可謂挨山塞海，座無虛席?；顒赢斕旒Y了來自游戲、影視、汽車等眾多行業(yè)的近 50 名大咖，他們從底層技術邏輯、實際應用案例、商業(yè) IP 打造等不同維度分享了他們的經驗之道。

其中，騰訊地圖技術副總監(jiān)尚建分享了基于虛幻引擎的全域地圖構建方案——騰訊 WeMap UE 地圖實踐》的主題演講，從全域地圖、自動化建模、視覺打磨、再到開放體系構建四個方面由淺入深地進行了一一演示。

基于對數字孿生產業(yè)技術的探索與好奇，VR陀螺會后也與尚建先生進行了深度交流。

圖源：虛幻引擎

以下為演講實錄，內容略有修改：

全域地圖，1:1 還原

大家對于數字孿生或者智慧城市的應用看得應該非常多了，我們作為一個地圖團隊，在思考打造這樣一個可視化產品的時候，也有自己不同的出發(fā)點。我們的出發(fā)點是希望發(fā)揮數據的價值，為各個行業(yè)賦能。另外，我們希望可以降低可視化構建的成本。

全域地圖我們拆解成全球、省級、市級、區(qū)級、園區(qū)級、城市近視角等一系列不同的視角，具備全要素。另外，它可以無極縮放到不同級別，任意漫游到各個區(qū)域，這是我們對全域地圖的定義。

我們把全域地圖的概念做一些拆分。技術拆解上可以分解成二維地圖，我們會進行矢量地圖的呈現(xiàn)，三維地圖會進行關鍵三維化的表達。構建全域地圖將以球體的方式呈現(xiàn)，首先要構建一個坐標體系，打造一個1:1還原的真實地球，最后通過地理坐標系的轉換等技術，達到1:1還原真實地球的渲染。

過程中，我們也經歷了一系列探索，期間也遇到了許多技術難點。譬如，同一高度可能是存在大量綠地面或背景面，它們容易產生閃爍的問題，可以通過像素深度偏移的方法推遠不同圖層到Camera的距離。而由于圖層數量比較多，我們也做了較多算法的優(yōu)化，基于Camera視角變換增加不同的計算策略，結合UE特性制定更優(yōu)方案等。

解決了這些問題以后，二維的矢量球已經有了比較完整的呈現(xiàn)，可以漫游到任何一個區(qū)域，看到白模拉起的效果。而對于三維部分，我們抽象到幾個關鍵元素，像建筑、道路、植被以及地形等元素，建筑可以拆分成幾個L1~L5級別，分別是L1白模、L2紋理貼圖、L3結構化呈現(xiàn)，L4、L5人工精模，我們今天會聚焦到通過L3的構建來做三維地圖的呈現(xiàn)。

圖源：虛幻引擎

三維自動建模，數據輕量化技術

我們具備全域的合規(guī)地圖數據，基于此也在思考有沒有更加低成本的自動化建模的方案。以視頻中的效果為例，其中的城市白模本身就是基于全域的地圖數據生成，并增加少量的精模表達城市的地標類建筑。

以建筑為例，基于我們的數據，可以知道建筑整體的底部輪廓。同時，我們也知道這個是什么類型的樓宇，如醫(yī)院或者學校。而基于圖像識別的算法，還可以知道它的樓頂的結構和配色，側面的材質和顏色等，建筑風格是胡同、筒子樓等等。并基于此，構建了一個豐富的素材庫。

有了建筑的表達，下一步就是看道路和植被如何構建，它們都是非常關鍵的要素，我們具備全域道路的數據?；诟嗟囊?guī)則附加，在立交橋、路口、高架等建模的過程中，也會采用自動化生成，最終完成這樣的差異化的模型構建。

有了建筑、植被、道路和自動化構建的方案以后，全域三維模型已經基本能構建起來了。下一步要思考如何在虛幻引擎進行最終呈現(xiàn)，在此之前還需要整合不同種類的數據，通過WeMap Base的數據融合能力，整合自動建模、人工模型以及外部多源的數據。

當然，如此大量的數據直接在虛幻引擎上直接運行還是比較困難的，我們在這里面會采用自動化建模里面的三維數據切量化的技術，不管是道路、植被都會進入三維的流水線，一系列三維輕量化的工作后，就會導出自定義協(xié)議的數據。最后經過服務自動化、集群化的部署，推到虛幻引擎，做最終的渲染。

模版化設計，自定義視效多元

結合虛幻引擎強大的渲染能力，我們構建了酷炫的地球效果、建筑效果、日夜間變換、天氣系統(tǒng)，來提升整體的渲染視效。如地球的呈現(xiàn)，為了表達的更加真實，我們增加了衛(wèi)星圖紋理的呈現(xiàn)，為了讓它具有凹凸感，我們結合地形增加了法線貼圖，通過水面反射讓海洋變得更加有質感，通過光照、大氣霧以及云層環(huán)境，讓環(huán)境更加有質感。

另外，我們還自定義了整套的材質系統(tǒng)。通過統(tǒng)一化的設計增強擴展性。WeMap產品的一個亮點是模板化的設計，傳統(tǒng)地圖里面提供的個性化底圖功能，用戶可以自由選擇各種各樣的模板，我們也是基于這樣的考慮，提供樣式模板的靈活選擇、配置，并且實現(xiàn)實時的模版切換。

開放體系，一體化API設計

當WeMap有了完整的三維地球形態(tài)，也經過進一步的效果提升之后，我們會思考如何構建一個開放體系，把這套產品推出去，讓更多客戶用起來。插件是一種非常好的方案，而在這里結合市場UE研發(fā)的稀缺現(xiàn)狀，我們構建了一套基于Web API開放的模式，通過云渲染方式打通了虛幻引擎和Web端的通道，基于團隊內另外一款Web端可視化引擎，我們打造了一體化API的設計。做過小程序的同學可能會知道，可以在PC端開發(fā)小程序，并實現(xiàn)在安卓和ios上達到一致性的體驗，我們也是類似的目標來實現(xiàn)整個API的設計。

當然我們也會考慮到云渲染方式會受到網絡或者帶寬的影響，所以我們打造了一套CS部署的方案，實現(xiàn)類似在PC端研發(fā)的效果。

圖源：虛幻引擎

以下為尚建先生與VR陀螺Q&A環(huán)節(jié)：

一、騰訊地圖產業(yè)版WeMap如何實現(xiàn)數據的采集與處理，在打通數據和整合數據的過程中，需要哪些能力支撐？

尚建：我們是騰訊地圖旗下的產品，所以其實本身就具備地圖數據這樣一個通道，包括前面提到所有服務其實都是基于地圖數據生長起來的。1+1+3（數據工廠、數據管理中臺、智能分析平臺、可視化平臺以及產業(yè)地圖服務）中的數據工廠Data的任務就是進行數據匯總。

具體來看，首先基于騰訊地圖可以匯總的二維數據，這是我們一直都在建設的矢量數據，隨后數據會進入數據管理中臺Base進行存儲與管理。由于大量的數據進入，騰訊地圖會構建一套標準的數據分類體系，進行數據的融合與處理，隨后數據會進入三大服務平臺，即智能分析平臺、可視化平臺以及產業(yè)地圖服務。

總體來看，從數據匯集、處理到應用，這是一套完整的產業(yè)地圖系統(tǒng)。

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二、WeMap的建模方面有白模和精模兩種，那這兩種模型在產業(yè)地圖中的占比大概是多少呢？

尚建：事實上，我們把城市建模分為L1到L5，其中L4和L5為人工建模，L3及其以下為自動化建模。一般會將一座城市的一些地標性建筑進行精細打磨，比如上海外灘之類的地區(qū)，那其他區(qū)域則用自動化建模生成。一座城市中使用的精模一般不會超過100個，所以基本上都是自動化生成的。

三、目前WeMap在建模上可以達到一個怎樣的效果級別呢？

尚建：今天，在主題分享中，其實我們只展示了一套效果模板，因為客戶的需求和喜好不同，所以WeMap事實上已經構建了多套不同的效果模板?；谀０寤脑O計，用戶可以不斷的切換，甚至去調整和改善它。

從二維地圖構建的時候，用戶可以通過改變相關參數配置去生成新的效果模板，那在我們三維地圖構建的過程中，我們也希望向這樣自定義的方向發(fā)展，而不僅僅只是提供固定的模板。

可以配置的效果，包括底層效果、光照和天氣等要素，同時WeMap也希望在未來開放之后，可以讓更多的開發(fā)者加入其中去自主進行調節(jié)。

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四、WeMap在應用場景方面能有哪些覆蓋？

尚建：WeMap現(xiàn)在的業(yè)務其實還是從行業(yè)解決方案的角度去入手，從1+1+3的底層邏輯賦能各個行業(yè)，其中比較關鍵的應用場景包括智慧城市、智慧交通、應急場景、文旅、零售、地產等多個場景。

基于時空大數據和可視化的能力，結合企業(yè)和政府的空間數據和業(yè)務數據，面向城市治理提供全面強大的分析能力以及可視化呈現(xiàn)，最終構建一張圖的底層解決方案。

面向交通場景，WeMap基于對人、車、路、地、物的時空感知、數據管理、智能分析和可視化能力，構建交通業(yè)務實時態(tài)勢感知、歷史變化溯源、時空模擬推演的全流程解決方案。

五、WeMap目前處于一個怎樣的發(fā)展階段？

尚建：WeMap并非一個新產品，它是騰訊去年11月就發(fā)布的產品，今年在騰訊數字生態(tài)大會上是做了進一步的能力升級，譬如在可視化的升級方面。

事實上，我們屬于騰訊位置服務，在這一塊已經沉淀了很多年，像微信上的位置定位應用， 美團外賣和京東在線購物等，很多這樣的服務都是由騰訊位置團隊去支撐的。包括騰訊地圖其實也有10年的歷史了，底蘊比較深厚。在這些基礎上，我們去發(fā)布結合產業(yè)互聯(lián)網的一款產品，也就是WeMap。

六、在實現(xiàn)WeMap底層構建中，使用虛幻引擎搭建會帶來哪些獨到的支持？

尚建：主要是視覺效果方面，我們團隊使用虛幻引擎的出發(fā)點在于它在視覺上的體驗是非常出色的，比如在大氣霧、云層、光照、光影效果等方面，我們會充分利用它，并讓其發(fā)揮最大價值。另外，虛幻引擎的開放性也是我們非?？粗氐摹?/span>

在使用虛幻引擎的同時，WeMap也會在其中做出一些創(chuàng)新，融入自己的設計理念和風格。

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七、數字孿生與WeMap有何聯(lián)系？

尚建：數字孿生與WeMap是非常契合的，首先，WeMap本身就是向產業(yè)互聯(lián)網方向打造的一款產品；其次，基于WeMap地圖的基因，我們本身就有還原真實世界的愿景。

數字孿生是真實世界向虛擬世界的一個映射，以IOT設備為載體，讓更多的用戶可以看到一個數字化的“世界”，這些虛實數據融合的特性，是數字孿生的核心述求，這與WeMap的定位與應用是不謀而合的。

當然，WeMap不僅僅面向數字孿生，數字孿生也不僅僅只有一款地圖底板，還有各種能力的支撐，我認為兩者的結合才能發(fā)揮更大的價值。

八、據我們了解，現(xiàn)大多數字孿生項目均為定制，難以作為產品規(guī)?；瘧茫J為這樣的應用現(xiàn)狀是會限制該技術底層的發(fā)展嗎？未來哪些場景是可以規(guī)模化發(fā)揮商業(yè)價值的呢？

尚建：太多的定制源于底層數據多，格式多、種類多和渠道多，很多的項目都是各種不同的數據的拼接。包括三維數據的構建也是呈現(xiàn)五花八門的狀態(tài)，同時我們也能看到這個行業(yè)里面的各種各樣的難題。

WeMap在這方面，正在朝著全域地圖多元化、開放化、標準化和低成本的方向前進，讓復雜的問題簡單化，站在客戶的角度去思考不同的市場需求。在開放的WeMap體系中，用戶可以在底圖之上去構建個性化的業(yè)務系統(tǒng)，包括增加標注、 畫線畫面、做熱力圖、遷徙圖等一系列東西，讓用戶可以自由發(fā)揮。

除了B端的應用以外，尚建先生也強調未來可能還會在VR/AR領域做探索，目前WeMap主要還是在技術上繼續(xù)深耕。作為一款定位互聯(lián)網產業(yè)向的應用，騰訊WeMap正在構建一套可視化的3D開放地圖體系，基于其開放性的核心布局，相信不久的將來，我們會看到它在B端、C端上迸發(fā)出更多的生機。