AI時(shí)代如何表達(dá)“另一個(gè)世界”——數(shù)字孿生。

12 月 3 日由 Epic Games 主辦的2021虛幻引擎技術(shù)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。活動(dòng)當(dāng)天集結(jié)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(shù)邏輯、實(shí)際應(yīng)用案例、商業(yè) IP 打造等不同維度分享了他們的經(jīng)驗(yàn)之道。

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

基于對數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)技術(shù)的探索與好奇，VR陀螺會(huì)后也與尚建先生進(jìn)行了深度交流。

圖源：虛幻引擎

以下為演講實(shí)錄，內(nèi)容略有修改：

全域地圖，1:1 還原

大家對于數(shù)字孿生或者智慧城市的應(yīng)用看得應(yīng)該非常多了，我們作為一個(gè)地圖團(tuán)隊(duì)，在思考打造這樣一個(gè)可視化產(chǎn)品的時(shí)候，也有自己不同的出發(fā)點(diǎn)。我們的出發(fā)點(diǎn)是希望發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值，為各個(gè)行業(yè)賦能。另外，我們希望可以降低可視化構(gòu)建的成本。

全域地圖我們拆解成全球、省級(jí)、市級(jí)、區(qū)級(jí)、園區(qū)級(jí)、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(jí)別，任意漫游到各個(gè)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(shù)拆解上可以分解成二維地圖，我們會(huì)進(jìn)行矢量地圖的呈現(xiàn)，三維地圖會(huì)進(jìn)行關(guān)鍵三維化的表達(dá)。構(gòu)建全域地圖將以球體的方式呈現(xiàn)，首先要構(gòu)建一個(gè)坐標(biāo)體系，打造一個(gè)1:1還原的真實(shí)地球，最后通過地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換等技術(shù)，達(dá)到1:1還原真實(shí)地球的渲染。

過程中，我們也經(jīng)歷了一系列探索，期間也遇到了許多技術(shù)難點(diǎn)。譬如，同一高度可能是存在大量綠地面或背景面，它們?nèi)菀桩a(chǎn)生閃爍的問題，可以通過像素深度偏移的方法推遠(yuǎn)不同圖層到Camera的距離。而由于圖層數(shù)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(jì)算策略，結(jié)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(jīng)有了比較完整的呈現(xiàn)，可以漫游到任何一個(gè)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(gè)關(guān)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(gè)L1~L5級(jí)別，分別是L1白模、L2紋理貼圖、L3結(jié)構(gòu)化呈現(xiàn)，L4、L5人工精模，我們今天會(huì)聚焦到通過L3的構(gòu)建來做三維地圖的呈現(xiàn)。

圖源：虛幻引擎

三維自動(dòng)建模，數(shù)據(jù)輕量化技術(shù)

我們具備全域的合規(guī)地圖數(shù)據(jù)，基于此也在思考有沒有更加低成本的自動(dòng)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(shù)據(jù)生成，并增加少量的精模表達(dá)城市的地標(biāo)類建筑。

以建筑為例，基于我們的數(shù)據(jù)，可以知道建筑整體的底部輪廓。同時(shí)，我們也知道這個(gè)是什么類型的樓宇，如醫(yī)院或者學(xué)校。而基于圖像識(shí)別的算法，還可以知道它的樓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和配色，側(cè)面的材質(zhì)和顏色等，建筑風(fēng)格是胡同、筒子樓等等。并基于此，構(gòu)建了一個(gè)豐富的素材庫。

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

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

當(dāng)然，如此大量的數(shù)據(jù)直接在虛幻引擎上直接運(yùn)行還是比較困難的，我們在這里面會(huì)采用自動(dòng)化建模里面的三維數(shù)據(jù)切量化的技術(shù)，不管是道路、植被都會(huì)進(jìn)入三維的流水線，一系列三維輕量化的工作后，就會(huì)導(dǎo)出自定義協(xié)議的數(shù)據(jù)。最后經(jīng)過服務(wù)自動(dòng)化、集群化的部署，推到虛幻引擎，做最終的渲染。

模版化設(shè)計(jì)，自定義視效多元

結(jié)合虛幻引擎強(qiáng)大的渲染能力，我們構(gòu)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(dá)的更加真實(shí)，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(jié)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(zhì)感，通過光照、大氣霧以及云層環(huán)境，讓環(huán)境更加有質(zhì)感。

另外，我們還自定義了整套的材質(zhì)系統(tǒng)。通過統(tǒng)一化的設(shè)計(jì)增強(qiáng)擴(kuò)展性。WeMap產(chǎn)品的一個(gè)亮點(diǎn)是模板化的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)地圖里面提供的個(gè)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的模版切換。

開放體系，一體化API設(shè)計(jì)

當(dāng)WeMap有了完整的三維地球形態(tài)，也經(jīng)過進(jìn)一步的效果提升之后，我們會(huì)思考如何構(gòu)建一個(gè)開放體系，把這套產(chǎn)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(jié)合市場UE研發(fā)的稀缺現(xiàn)狀，我們構(gòu)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(tuán)隊(duì)內(nèi)另外一款Web端可視化引擎，我們打造了一體化API的設(shè)計(jì)。做過小程序的同學(xué)可能會(huì)知道，可以在PC端開發(fā)小程序，并實(shí)現(xiàn)在安卓和ios上達(dá)到一致性的體驗(yàn)，我們也是類似的目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)API的設(shè)計(jì)。

當(dāng)然我們也會(huì)考慮到云渲染方式會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)或者帶寬的影響，所以我們打造了一套CS部署的方案，實(shí)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(chǎn)業(yè)版WeMap如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理，在打通數(shù)據(jù)和整合數(shù)據(jù)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(chǎn)品，所以其實(shí)本身就具備地圖數(shù)據(jù)這樣一個(gè)通道，包括前面提到所有服務(wù)其實(shí)都是基于地圖數(shù)據(jù)生長起來的。1+1+3（數(shù)據(jù)工廠、數(shù)據(jù)管理中臺(tái)、智能分析平臺(tái)、可視化平臺(tái)以及產(chǎn)業(yè)地圖服務(wù)）中的數(shù)據(jù)工廠Data的任務(wù)就是進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總。

具體來看，首先基于騰訊地圖可以匯總的二維數(shù)據(jù)，這是我們一直都在建設(shè)的矢量數(shù)據(jù)，隨后數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)管理中臺(tái)Base進(jìn)行存儲(chǔ)與管理。由于大量的數(shù)據(jù)進(jìn)入，騰訊地圖會(huì)構(gòu)建一套標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分類體系，進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合與處理，隨后數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)入三大服務(wù)平臺(tái)，即智能分析平臺(tái)、可視化平臺(tái)以及產(chǎn)業(yè)地圖服務(wù)。

總體來看，從數(shù)據(jù)匯集、處理到應(yīng)用，這是一套完整的產(chǎn)業(yè)地圖系統(tǒng)。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

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

尚建：事實(shí)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(dòng)化建模。一般會(huì)將一座城市的一些地標(biāo)性建筑進(jìn)行精細(xì)打磨，比如上海外灘之類的地區(qū)，那其他區(qū)域則用自動(dòng)化建模生成。一座城市中使用的精模一般不會(huì)超過100個(gè)，所以基本上都是自動(dòng)化生成的。

三、目前WeMap在建模上可以達(dá)到一個(gè)怎樣的效果級(jí)別呢？

尚建：今天，在主題分享中，其實(shí)我們只展示了一套效果模板，因?yàn)榭蛻舻男枨蠛拖埠貌煌?，所?/span>WeMap事實(shí)上已經(jīng)構(gòu)建了多套不同的效果模板?；谀０寤脑O(shè)計(jì)，用戶可以不斷的切換，甚至去調(diào)整和改善它。

從二維地圖構(gòu)建的時(shí)候，用戶可以通過改變相關(guān)參數(shù)配置去生成新的效果模板，那在我們?nèi)S地圖構(gòu)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(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

四、WeMap在應(yīng)用場景方面能有哪些覆蓋？

尚建：WeMap現(xiàn)在的業(yè)務(wù)其實(shí)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(gè)行業(yè)，其中比較關(guān)鍵的應(yīng)用場景包括智慧城市、智慧交通、應(yīng)急場景、文旅、零售、地產(chǎn)等多個(gè)場景。

基于時(shí)空大數(shù)據(jù)和可視化的能力，結(jié)合企業(yè)和政府的空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，面向城市治理提供全面強(qiáng)大的分析能力以及可視化呈現(xiàn)，最終構(gòu)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(shí)空感知、數(shù)據(jù)管理、智能分析和可視化能力，構(gòu)建交通業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)態(tài)勢感知、歷史變化溯源、時(shí)空模擬推演的全流程解決方案。

五、WeMap目前處于一個(gè)怎樣的發(fā)展階段？

尚建：WeMap并非一個(gè)新產(chǎn)品，它是騰訊去年11月就發(fā)布的產(chǎn)品，今年在騰訊數(shù)字生態(tài)大會(huì)上是做了進(jìn)一步的能力升級(jí)，譬如在可視化的升級(jí)方面。

事實(shí)上，我們屬于騰訊位置服務(wù)，在這一塊已經(jīng)沉淀了很多年，像微信上的位置定位應(yīng)用， 美團(tuán)外賣和京東在線購物等，很多這樣的服務(wù)都是由騰訊位置團(tuán)隊(duì)去支撐的。包括騰訊地圖其實(shí)也有10年的歷史了，底蘊(yùn)比較深厚。在這些基礎(chǔ)上，我們?nèi)グl(fā)布結(jié)合產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一款產(chǎn)品，也就是WeMap。

六、在實(shí)現(xiàn)WeMap底層構(gòu)建中，使用虛幻引擎搭建會(huì)帶來哪些獨(dú)到的支持？

尚建：主要是視覺效果方面，我們團(tuán)隊(duì)使用虛幻引擎的出發(fā)點(diǎn)在于它在視覺上的體驗(yàn)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(huì)充分利用它，并讓其發(fā)揮最大價(jià)值。另外，虛幻引擎的開放性也是我們非常看重的。

在使用虛幻引擎的同時(shí)，WeMap也會(huì)在其中做出一些創(chuàng)新，融入自己的設(shè)計(jì)理念和風(fēng)格。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

七、數(shù)字孿生與WeMap有何聯(lián)系？

尚建：數(shù)字孿生與WeMap是非常契合的，首先，WeMap本身就是向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方向打造的一款產(chǎn)品；其次，基于WeMap地圖的基因，我們本身就有還原真實(shí)世界的愿景。

數(shù)字孿生是真實(shí)世界向虛擬世界的一個(gè)映射，以IOT設(shè)備為載體，讓更多的用戶可以看到一個(gè)數(shù)字化的“世界”，這些虛實(shí)數(shù)據(jù)融合的特性，是數(shù)字孿生的核心述求，這與WeMap的定位與應(yīng)用是不謀而合的。

當(dāng)然，WeMap不僅僅面向數(shù)字孿生，數(shù)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(rèn)為兩者的結(jié)合才能發(fā)揮更大的價(jià)值。

八、據(jù)我們了解，現(xiàn)大多數(shù)字孿生項(xiàng)目均為定制，難以作為產(chǎn)品規(guī)?；瘧?yīng)用，您認(rèn)為這樣的應(yīng)用現(xiàn)狀是會(huì)限制該技術(shù)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(jià)值的呢？

尚建：太多的定制源于底層數(shù)據(jù)多，格式多、種類多和渠道多，很多的項(xiàng)目都是各種不同的數(shù)據(jù)的拼接。包括三維數(shù)據(jù)的構(gòu)建也是呈現(xiàn)五花八門的狀態(tài)，同時(shí)我們也能看到這個(gè)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(biāo)準(zhǔn)化和低成本的方向前進(jìn)，讓復(fù)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(gòu)建個(gè)性化的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括增加標(biāo)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(yīng)用以外，尚建先生也強(qiáng)調(diào)未來可能還會(huì)在VR/AR領(lǐng)域做探索，目前WeMap主要還是在技術(shù)上繼續(xù)深耕。作為一款定位互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)向的應(yīng)用，騰訊WeMap正在構(gòu)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(huì)看到它在B端、C端上迸發(fā)出更多的生機(jī)。