數字孿生場景服務是一種利用專門的軟件工具（場景編輯器）創建、管理和應用數字孿生場景的服務。通常包括三維場景、動畫、光照、物理效果、交互邏輯等元素，發布后，其他用戶可以訪問、使用和共享這些數字孿生場景。基于數字孿生場景服務，可以開發各種應用程序，如數據分析、預測維護、能源管理等。這些應用程序可以與現有的企業系統和流程進行集成，以實現更高的生產效率和成本節約。

數字孿生場景是指將現實世界中的實體對象或系統通過數字技術在虛擬環境中創建的場景。在數字孿生場景中，實體對象的數字副本（即數字孿生）與實際對象或系統相互關聯，以便在虛擬環境中對其進行仿真、分析和優化。

數字孿生場景具有以下特點：

數據驅動：數字孿生場景依賴于實時或歷史數據，這些數據可以通過物聯網（IoT）設備、傳感器等方法從實體對象或系統中收集。

數字模型：數字孿生場景中的數字模型可以是二維或三維的，通常基于CAD模型、3D掃描或其他現有數據構建。這些模型可以是靜態的，也可以是動態的，能夠實時反映實際對象的狀態。

仿真與分析：數字孿生場景可以利用計算機模擬和高級算法對實際對象進行預測、優化和測試。這有助于發現潛在的問題，提前制定解決方案，并對實際對象進行優化。

實時同步：數字孿生場景可以實時更新以反映現實世界中的變化，從而確保虛擬環境與現實世界保持同步。

數字孿生三維場景在許多行業中都有廣泛的應用，如智能制造、城市規劃、基礎設施管理、醫療保健等。這種技術可以幫助企業和政府部門更加高效地進行規劃、設計、運營和維護。

數字冰雹多年來專注于數字孿生平臺搭建和可視化技術，首先從最主要的顯示技術架構來講，圖觀引擎的渲染內核采用 當下主流的云渲染技術架構，并兼具端、流雙渲染內核。

一、圖觀渲染內核的功能

1. 雙模式渲染 統一開發API

圖觀 統一開發 API 是一套基于 JavaScript 語言開發的二次編程接口，用于在現代瀏覽器中加載、顯示 圖觀引擎 發布的 流渲染 或 端渲染 三維場景，并且為開發者提供在場景中繪制業務數據、觸發場景交互、控制場景邏輯的功能。統一開發 API 針對典型業務開發所需接口都進行了良好封裝，提供數百項實戰化 JavaScript 開發接口，兼容當前主流的前端框架（如Vue等）。助力開發者輕松開發 渲染效果超群，復雜強大的數字孿生應用！

2. 統一 API 輔助代碼調試器

圖觀 統一 API 調試器，可調用 圖觀引擎 發布的 端渲染/流渲染 三維場景服務。基于統一開發API示例代碼，進行簡單修改代碼模板，即可在線輕松測試圖觀已發布的場景服務、調試場景交互效果、標繪點/線/面數據、生成模擬代碼。修改操作實時所見即所得，幫助您省去使用程序開發IDE搭建環境、運行程序的繁瑣步驟，助您快速掌握開發技能。

3.零代碼 應用編輯器

圖觀 零代碼 應用編輯器，通過拖拉拽所見即所得的操作，不寫一行代碼，即可完成簡單的 數字孿生 應用開發。支持圖表控件配置、場景服務調用、復雜交互配置、應用預覽發布等功能。內置豐富的可視化組件、頁面模板、全面的可編輯屬性，支持二次開發。大幅降低開發門檻，助您便捷構建 簡單的數字孿生應用。

4.數字孿生場景發布

圖觀 端渲染場景服務器，提供發布場景管理、 API 場景訪問服務、API 訪問控制等功能。產品基于HTML5 和 WebGL 技術，通過客戶端顯卡實現輕量級三維場景在瀏覽器的渲染。滿足用戶 低成本、高并發訪問需求。

圖觀流渲染場景服務器，提供 發布場景管理、場景渲染、可交互視頻流推送、API 場景訪問服務、API 訪問控制等功能。可將超大規模數字孿生場景在云端進行高質量渲染，采用視頻串流技術將三維渲染畫面實時推送給用戶端瀏覽器，無需安裝下載任何內容，即可支持終端用戶訪問高質量渲染結果，并和云端應用實時交互。為您提供性能強大、高效便捷的云渲染支持，供后續數字孿生應用開發 API 調用。

5.數字孿生場景構建

提供傻瓜式場景編輯器，以及海量的模型資源庫，零基礎快速上手，支持模型數據導入、模型材質編輯、關節編輯、場景屬性編輯、場景特效編輯、場景狀態編輯、場景坐標編輯、場景預覽發布等模塊，可基于配套大量資源，輕松拼搭出自己的數字孿生場景。無需具備 3DMax/Maya 等建模軟件基礎，內置大量效果模板，炫酷三維效果，一鍵賦能！

二、圖觀渲染內核的優勢：

1.純云架構，端/流兼容

“純云架構”可以實現任意瀏覽器終端、無需安裝即可秒級開啟 數字孿生應用乃至編輯器；

“端/流兼容”,“端”即“端渲染”，通過瀏覽器端的 WebGL 技術實時渲染場景，供用戶操作訪問，具備任意終端都能獲得優秀的渲染效果、對服務器負擔小、帶寬要求低、并發數量高等優勢；“流”即“流渲染”， 基于云端渲染服務器，生成可交互視頻流，供用戶實時操作訪問，具備頂級渲染效果、超高性能、支持預加載，啟動快、訪問終端配置要求低等優勢。兩種可視化渲染技術都是基礎的技術平臺，圖觀引擎全部兼容，提供全面的實施服務能力。

2.數據兼容：全要素、多數據標準無縫接入

圖觀渲染內核具備強大的數據兼容性和多數據標準無縫接入能力。數字孿生技術平臺，作為最終行業智能應用的基礎平臺，要接入的數據包括但不限于：地圖數據、三維景觀、地理要素、建筑要素、空間要素、傳感器數據、時空分析數據、業務系統數據等。

圖觀渲染內核具備強大的數據兼容性和接入能力，能夠將多類型數據整合到一個三維可視化空間，進行高度融合與挖掘分析，在最大限度利用現有信息化建設成果的基礎上，構建智慧管理相關應用，輔助用戶對各類監測對象做出快速、準確的判斷，為管理決策提供有力支撐。

3.超逼真 實時渲染技術

數字孿生應用常作為智慧化建設的集中成果，高性能的使用體驗、高效果的視覺體驗也是必不可少的。圖觀原生具備物理材質特性渲染技術，支持賦予孿生體對象 14層物理特征參數。實時光線追蹤技術，渲染出難以言表的震撼真實畫面。超大場景細節自適應技術，十億級多邊形 超復雜場景，實時操作不卡頓。以無以匹敵的視覺效果，牢牢吸引用戶眼球！

4.數字孿生應用開發 全流程工具鏈交付

圖觀引擎涵蓋：雙模式渲染 統一開發API、統一API輔助代碼調試器、零代碼應用編輯器、端渲染場景服務器、流渲染場景服務器
場景構建服務、端渲染場景自定義編輯器，覆蓋數字孿生三維場景構建、孿生應用開發全流程需求，為生態伙伴提供便捷易用、功能豐富、多平臺適配的開發工具。

5.統一開發接口 雙模式渲染內核

一套代碼，多屏運行，效果無憂！圖觀引擎具備開發接口統一的雙模式渲染內核，您只需開發一套的應用邏輯代碼，三維場景就既支持 云端的 流模式渲染，也支持 設備側的 端模式渲染，并能隨需動態切換！支持頂級實時渲染效果！支持單服務器 1000 路以上的并發訪問能力！完美適配指揮中心大屏、桌面終端中屏、以及移動設備小屏。

6.真正給業務開發人員使用的簡單接口

圖觀引擎提供簡單易用的：孿生對象數據驅動、海量數據可視化、孿生場景視野控制、GIS/BIM 數據融合接入、人機交互消息處理等 五百余個開發接口！無需具備三維數學運算知識，無需學習 C++ /UE 等三維渲染開發語言和平臺，僅需基本 JS 開發能力，少量代碼編寫，即可開發出效果驚艷的應用。無需關心三維渲染的技術細節！真正讓您把精力投入在最重要的業務邏輯開發上。

無論是端渲染模式還是流渲染模式，本質上都是數字孿生云渲染的實現方式。當然，對于“圖觀數字孿生應用開發引擎擎”，很多開發者伙伴還不是很了解該如何選擇自己適用的開發架構，所以小編特整理此文，希望能夠幫助各位開發者伙伴更明確地選擇圖觀技術產品。

用戶在選擇渲染模式時，需要考慮多項因素，如硬件情況、網絡環境情況、并發訪問情況、渲染要求等，本指南重點針對“端渲染模式”和“流渲染模式”的技術特性做進一步分析。

端渲染模式

圖觀 端渲染開發模式，是基于 HTML5 和 WebGL 技術，整合推出的數字孿生端渲染技術支撐體系，涵蓋端渲染場景效果編輯器、端渲染服務平臺、端渲染控件等技術產品，覆蓋數字孿生應用開發的全生命周期，為小規模要素數據、高并發訪問的三維場景提供便捷的運行和開發平臺。

流渲染模式

圖觀 流渲染開發模式，是基于實時云渲染（GPU云化）、視頻串流等技術，整合推出可視化數字孿生流渲染解決方案技術支撐體系，涵蓋：流渲染服務平臺、流渲染控件等技術產品，為大規模、高渲染效果三維場景在輕量化終端上的運行和開發提供技術保障。

一、考慮因素

1.硬件要求

端渲染模式

端渲染模式的渲染工作由客戶端瀏覽器完成，對于客戶端的硬件性能有一定的要求。三維場景的顯示效果和圖像質量完全取決于客戶端硬件設備的性能，特別是設備的CPU、圖形硬件、操作系統、顯示設備等，如果三維場景構成復雜且涵蓋大量數據，則客戶端設備還必須具備足夠的存儲空間，但端渲染架構不需要專業的渲染服務器。

流渲染模式

流渲染架構三維場景渲染在云渲染服務器完成，并采用視頻串流技術，將渲染畫面實時傳送至用戶的瀏覽器，支持終端用戶和云端應用的實時交互。流渲染架構需要專業的云渲染服務器，但對于客戶端的硬件設備性能沒有特別的要求，任意輕量化終端均可獲得高質量的三維渲染效果。

2.網絡環境要求

端渲染模式

端渲染模式，對于網絡環境沒有特殊要求，不過網絡帶寬直接影響三維場景數據的加載時間以及交互操作的響應效率。

流渲染模式

流渲染模式，對網絡環境的帶寬和延遲的要求比較嚴格，單通道訪問需要5Mbps 至 30 Mbps 不等的帶寬，如果網絡帶寬不足，則無法以較高碼率串流畫面，會造成畫質下降；如果網絡延遲較高，則會造成瀏覽器端的操作與串流回來畫面之間存在較大延遲。

3.并發訪問支持能力

端渲染模式

端渲染模式適用于并發訪問要求高的場景。端渲染架構的渲染工作不需要專門的圖形渲染服務器支持，易于部署，因此能夠支持高用戶數、高并發訪問需求。

流渲染模式

流渲染架構的并發訪問數量相對受限。流渲染架構每路并發需要占用服務器顯卡的一部分渲染資源，根據場景模型面數和 draw call 數量，每一路訪問可能占用GTX 1050 至 RTX 3080 不等的渲染計算資源，雖然云渲染服務器可以通過增加顯卡的方式，提高瀏覽器客戶端的場景并發訪問數量，但對比端渲染架構來說，并發訪問規模相對受限。

4.渲染效果

端渲染模式

端渲染模式的渲染核心是基于JavaScript圖形API，適用于 園區、建筑、設備等輕量化場景。

三維場景的規模和復雜度增加時，端渲染模式的支撐能力可能會受到挑戰。這是因為在客戶端設備上處理大量的三維對象、紋理和光照等渲染任務會消耗大量的計算和內存資源。對于較弱的客戶端設備，可能無法順暢地處理這些任務，從而導致渲染效果下降或無法正常運行。

流渲染模式

流渲染模式是基于云端渲染服務器，生成可交互視頻流，供用戶實時操作訪問，適用于 場景數據量大、對渲染效果有極高要求的應用場景。

流渲染模式 具備頂級渲染效果、超高性能、支持預加載，啟動快、訪問終端配置要求低等優勢。這種優勢在處理大規模、復雜的三維場景時尤為明顯，能夠更快地處理大量渲染任務，從而提高整體性能。

總結

端渲染模式作為一種易于部署的方案，十分適合那些場景數據量小、用戶數和并發訪問量高、輕量化的應用場景，如PC端運行環境。

流渲染模式適用于，對場景規模和視覺效果都有極致要求、但用戶數和并發訪問數有限的應用場景，但由于需要專門的圖形渲染服務器，因此部署成本相對較高，如大屏IOC環境。

聯系開發者或技術支持：如果您仍然無法確定使用的渲染模式，可以嘗試聯系場景服務的開發者或技術支持團隊以獲取相關信息。

為什么 三維渲染內核 分 流渲染模式 和 端渲染模式？

無論是端渲染模式 還是 流渲染模式，本質上都是數字孿生云渲染的實現方式，端流雙渲染模式的三維渲染內核是業界最領先的模式 。將三維渲染內核分為基于瀏覽器端WebGL技術的客戶端渲染模式和基于云服務器Streaming流渲染模式的原因，主要是為了滿足不同應用場景的需求和解決不同設備性能的限制。這兩種模式各有優劣，適用于不同的場景。

這兩種模式各自的優劣勢：

1.端渲染模式

（1）優勢

端渲染模式 具備 任意終端都能獲得相對優秀的渲染效果、對服務器負擔小、帶寬要求低、并發數量高 等優勢，下面我們會詳細為大家解釋。

相對優秀的渲染效果：這里我們說相對優秀，是因為端渲染模式的渲染效果在很大程度上取決于客戶端設備的性能，高性能的GPU可以提供更好的渲染效果。

端渲染模式對服務器負擔較小：在這種模式下，渲染過程完全在客戶端完成，服務器不需要進行圖形處理。這樣一來，服務器可以專注于提供數據和服務，而不需要承擔額外的渲染任務。由于服務器負擔得到了減輕，運維成本也相應降低，企業可以將更多資源投入到其他關鍵業務上。

對網絡帶寬要求低：由于渲染過程在客戶端進行，用戶之間的交互信息量相對較小，大部分數據在本地處理。這意味著用戶在瀏覽三維場景時，網絡帶寬的消耗會大幅降低，從而提高了系統的整體性能。在許多場景下，如在線游戲、數字孿生應用等，降低帶寬要求將有助于減少延遲，提升用戶體驗。

高并發：端渲染模式能夠支持更高的并發數量，主要原因在于它將渲染任務分散在各個客戶端設備上，而非集中在服務器端，服務器無需處理大量的渲染請求。這樣，服務器可以專注于提供數據和服務，而不需要承擔額外的渲染任務。由于各個客戶端設備負責處理自己的渲染任務，系統可以更輕松地應對不斷增長的用戶數量。此外，新加入的用戶不會對服務器造成額外壓力，從而保持了系統在高并發場景下的穩定性。

（2）劣勢

端渲染模式 具有 對客戶端硬件性能要求高、對大規模復雜三維場景的支撐能力不足、首次加載慢、數據同步問題、跨平臺開發挑戰 等劣勢。

對客戶端硬件性能要求高：端渲染架構的渲染工作由客戶端瀏覽器完成，對于客戶端的硬件性能有一定的要求，特別是設備的CPU、GPU、操作系統、顯示設備、存儲空間等，而低性能設備可能會出現幀率降低、卡頓、渲染效果受損等問題，甚至無法正常運行。這限制了端渲染模式在性能較差的設備上的應用，同時可能導致用戶體驗下降。

對大規模復雜三維場景的支撐能力不足：當三維場景的規模和復雜度增加時，端渲染模式的支撐能力可能會受到挑戰。這是因為在客戶端設備上處理大量的三維對象、紋理和光照等渲染任務會消耗大量的計算和內存資源。對于較弱的客戶端設備，可能無法順暢地處理這些任務，從而導致渲染效果下降或無法正常運行。開發者需要在場景設計和優化方面付出更多努力，以保證在不同設備上都能提供良好的渲染效果。

首次加載慢：端渲染模式需要將所需的三維模型、紋理、光照等資源從服務器下載到客戶端設備上。當資源體積較大時，首次加載可能會耗時較長，特別是在網絡環境不佳的情況下。用戶可能需要等待一段時間才能看到完整的渲染效果，這會影響用戶體驗。為了緩解這一問題，開發者可以采用一些策略，如按需加載、資源壓縮以及利用瀏覽器緩存等，以減少加載時間。

數據同步問題：數字孿生模型通常需要實時同步現實世界中的數據。在端渲染模式下，由于渲染任務在各個客戶端設備上進行，實時數據同步可能會受到網絡延遲和客戶端設備性能的影響。為了保證數據的準確性和實時性，開發者需要采取一些策略，如數據壓縮、增量更新等，以降低網絡傳輸延遲。

跨平臺開發挑戰：在數字孿生開發領域，跨平臺兼容性是一個重要的需求。然而，由于不同瀏覽器和操作系統對WebGL的支持程度不同，端渲染模式可能會面臨跨平臺開發的挑戰。開發者需要投入額外的精力進行適配和測試，以確保數字孿生模型在各個平臺上都能正常運行。

2.流渲染模式

（1）優勢

流渲染模式 是基于云端渲染服務器，生成可交互視頻流，供用戶實時操作訪問，具備頂級渲染效果、超高性能、支持預加載，啟動快、訪問終端配置要求低等優勢。

頂級渲染效果：流渲染模式通過利用云端服務器的高性能硬件資源，可以實現頂級的渲染效果。這意味著在云端渲染服務器上，可以使用高質量的紋理、復雜的光照和陰影效果以及先進的渲染技術，從而實現令人贊嘆的視覺效果。這種優勢在處理大規模、復雜的三維場景時尤為明顯。

超高性能：由于渲染任務在云端服務器上完成，客戶端設備無需承擔渲染任務。這使得流渲染模式可以在各種性能不同的設備上實現超高性能。此外，云端服務器通常具有強大的計算能力，能夠更快地處理大量渲染任務，從而提高整體性能。

支持預加載，啟動快：流渲染模式允許在云端服務器上預加載資源，這意味著用戶在訪問數字孿生模型時，所需的資源已經在云端準備好了，從而大大縮短了啟動時間。預加載的資源可以根據需要進行動態調整，以確保在不影響性能的前提下提供快速的啟動。

訪問終端配置要求低：由于渲染任務在云端完成，客戶端設備的硬件性能要求較低。這意味著流渲染模式可以在各種不同性能的設備上使用，包括大屏、平板電腦和低性能計算機等。這種跨平臺兼容性為開發者提供了更廣泛的應用場景，同時降低了用戶的硬件門檻。

（2）劣勢

流渲染模式也存在一些劣勢，如并發訪問限制、云服務資源費用高以及網絡帶寬要求高等。

并發訪問限制：由于流渲染模式將渲染任務集中在云端服務器上，服務器需要為每個訪問的用戶分配計算和渲染資源。當并發用戶數量增加時，服務器可能會面臨資源分配的壓力，從而導致性能下降或無法正常提供服務。為了應對這種情況，云服務提供商可能需要增加服務器資源或采取限制并發訪問數量的

云服務資源費用高：流渲染模式依賴于云端服務器進行渲染任務，這意味著需要支付云服務提供商的費用。根據使用的資源數量和類型，以及所需的服務質量，這些費用可能會相當高。尤其在用戶數量增加或渲染任務變得更加復雜時，費用可能會成為一個重要的考慮因素。

網絡帶寬要求高：流渲染模式通過將渲染后的視頻流發送到客戶端設備，以實現實時交互。這種方式對網絡帶寬要求較高，特別是在需要傳輸高分辨率、高幀率的視頻流時。在網絡環境不佳的情況下，用戶可能會遇到卡頓、延遲或畫質下降等問題。

兼容“端/流”雙渲染模式 的 三維渲染內核

目前，兼備端渲染和流渲染渲染融合應用的僅數字冰雹一家， 圖觀數字孿生應用開發引擎是國內首個、也是當下唯一支持“端/流”雙渲染架構的產品 。 數字冰雹2006年開始研發和提供可視化系統，因其自身眾多軍工、政府用戶國產化自研的要求，數字冰雹核心渲染引擎堅持自主研發，隨著“云”渲染趨勢，基于自身技術積累，2019年將其C/S架構的可視化渲染技術路線，轉變為“端/流兼容”的B/S雙渲染技術路線，也成為了國內首個兼容輕量化“端渲染”和重量級“流渲染”兩種技術平臺的引擎廠商。

圖觀引擎是 幫助 JS 開發人員 便捷打造 精品數字孿生應用的 開發平臺。它包括簡單易用的 API 開發接口、功能強大的輔助工具 以及 海量的配套資源庫。您可以在公有云免費使用它，也可以在私有云部署自己的版本。支持多種數據源接入、可實時在線編輯、多人協同開發，應用一鍵發布分享、多終端展示，適配多種平臺和多種操作系統，可以廣泛應用于數字孿生城市、數字孿生園區、數字孿生流域、數字孿生警務、數字孿生能源等各行業領域。

什么是 三維渲染內核 的 端渲染模式？

三維渲染內核 的 端渲染模式，是在用戶的瀏覽器中使用WebGL技術進行三維渲染。是一種基于OpenGL ES的Web標準，允許在瀏覽器中使用GPU進行高性能渲染，在這種模式下，渲染過程完全在客戶端完成。它允許開發者在不依賴插件的情況下直接在瀏覽器中創建交互式的三維場景。

具有以下功能和優勢：

一、功能

實時三維渲染：端渲染模式下，渲染內核直接在用戶設備上進行場景渲染，能夠實時反映場景變化，為用戶提供流暢的交互體驗。

本地計算：在用戶設備上進行渲染計算，利用設備的GPU性能，避免了網絡傳輸帶來的延遲，保證了渲染速度和實時性。

離線渲染：端渲染模式支持離線渲染，用戶可以在本地設備上保存渲染結果，方便隨時查看和分享。

靈活適配：端渲染模式可以根據設備性能自動調整渲染質量和效果，實現在不同性能的設備上均能獲得較好的視覺體驗。

跨平臺兼容：端渲染模式支持各種操作系統和設備，包括桌面電腦、筆記本、平板、手機等，實現無縫跨平臺使用。

多種渲染技術：端渲染模式下的渲染內核支持多種渲染技術，如光線追蹤、光柵化等，能夠呈現出高質量的渲染效果。

自定義渲染管線：用戶可以根據自身需求，對渲染管線進行定制，實現特定場景下的最佳渲染效果。

豐富的特效與材質：端渲染模式下的渲染內核支持各種特效和材質，如陰影、反射、透明、模糊等，為用戶提供豐富的視覺效果。

實時數據可視化：支持實時數據融合和展示，如實時交通、氣象數據等，實現動態的數據可視化。

交互操作：端渲染模式下的渲染內核支持豐富的場景交互操作，如縮放、旋轉、拖拽等，實現與場景的實時交互。

二、優勢

WebGL 技術架構的主要優勢在于，它可以讓開發者直接在瀏覽器中構建三維應用，無需額外的插件或軟件。這使得三維場景能夠輕松地在各種設備和平臺上運行。由于 WebGL 充分利用了 GPU 加速渲染，因此具有較高的性能。然而，WebGL 技術的缺點在于它依賴于客戶端設備的性能，如果設備性能較差，可能會導致渲染效果和性能下降。

跨平臺兼容性：WebGL 是一種基于網頁瀏覽器的圖形渲染技術，支持多種操作系統和設備，如 Windows、macOS、Linux、Android 和 iOS。這使得基于 WebGL 的三維渲染內核能夠在不同平臺上運行，為用戶提供廣泛的訪問途徑。

無需安裝插件：WebGL 技術無需安裝額外的插件或運行環境，只要瀏覽器支持 WebGL，用戶便可以直接在瀏覽器中查看和交互三維場景。這降低了用戶的門檻，提高了使用便捷性。

實時交互性：基于 WebGL 的三維渲染內核能夠實現實時渲染和交互，包括場景漫游、縮放、旋轉等操作。這有助于提高用戶在瀏覽器中查看三維場景的體驗，使其更加直觀和生動。

高性能渲染：WebGL 技術利用 GPU 加速渲染，可實現高效的圖形處理和渲染。這使得基于 WebGL 的三維渲染內核能夠支持較為復雜的三維場景和模型渲染。

集成網絡資源：基于瀏覽器端的 WebGL 技術可方便地與其他 Web 技術集成，如 HTML、CSS、JavaScript 等。這使得開發者能夠輕松地將三維場景與其他網絡資源和功能結合，打造豐富多樣的在線應用。

總之，基于瀏覽器端的 WebGL 技術的三維渲染內核具有跨平臺兼容性、無需安裝插件、實時交互性、高性能渲染以及集成網絡資源等優勢。這些優勢使得基于 WebGL 的三維場景能夠為用戶帶來便捷、高效和互動性強的瀏覽體驗。

什么是 三維渲染內核 的 流渲染模式？

Streaming流渲染模式是將三維渲染任務放在云服務器上進行，然后將渲染結果以視頻流的形式傳輸到客戶端。在這種模式下，客戶端負責接收和顯示視頻流，三維場景的渲染和處理任務不再依賴于客戶端設備，而是由云端服務器承擔。客戶端設備只需要接收云端服務器傳輸過來的渲染結果，并實時顯示在瀏覽器或其他終端設備上。

具有以下功能和優勢：

一、功能

高性能三維渲染：云端渲染服務器具備強大的計算能力，能夠實現大規模、高負載的三維場景渲染。

視頻流實時傳輸：通過實時視頻流傳輸技術，將渲染結果快速傳輸到客戶端設備上，實現實時交互和視覺效果。

多用戶協同：支持多用戶同時訪問和操作三維場景，實現實時協同編輯和共享。

數據安全：三維場景數據存儲于云端，有效保護數據安全，防止數據泄露和破壞。

二、優勢

流渲染模式的優勢在于它可以將計算任務分布到高性能的云端服務器上，從而解決了客戶端設備性能不足的問題。這使得復雜的三維場景可以在各種設備上流暢運行，同時還可以實現多用戶實時協同操作。然而，Streaming 架構的缺點在于它需要穩定且高速的網絡連接，以確保渲染結果能夠實時傳輸到客戶端設備上。

頂級渲染效果：云端渲染服務器具有強大的計算能力，可支持更為復雜的光照計算、陰影生成、材質細節和后處理效果。這使得三維場景在視覺效果上更加逼真，為用戶帶來沉浸式體驗。

大規模場景渲染：云端服務器可以處理大量的場景數據和模型，支持大規模城市、地形和自然環境等場景的高性能渲染。這有助于用戶更好地理解和分析復雜的三維環境。

跨平臺兼容性：由于渲染任務在云端完成，客戶端設備無需強大的計算能力，從而實現跨平臺兼容，包括桌面、移動設備和虛擬現實設備等。

降低客戶端性能要求：將渲染任務分布到云端服務器上，降低了客戶端設備的性能要求，使得復雜的三維場景可以在各種設備上流暢運行。

節省客戶端資源：云端渲染可以顯著降低客戶端設備的計算、內存和存儲資源需求，延長設備使用壽命。

快速部署和升級：基于云端的架構可以快速進行應用部署和升級，方便用戶獲取最新的功能和優化。

彈性伸縮：云端服務器可以根據實際需求進行彈性伸縮，有效應對用戶數量和計算任務的波動。

Streaming流渲染模式將三維渲染任務放在云服務器上進行，然后將渲染結果以視頻流的形式傳輸到客戶端。這種方式允許在云端進行高性能的三維渲染，實時傳輸渲染結果到客戶端，為用戶提供高質量的視覺體驗。Streaming流渲染模式的一個顯著優勢是降低了對客戶端設備性能的要求。由于實際的渲染過程在云端完成，客戶端設備只需要接收和顯示視頻流。這使得即使是性能較低的設備也能夠觀看高質量的三維渲染結果。因此，Streaming流渲染模式適用于各種設備，包括低性能的智能手機和平板電腦。

總之，基于云端渲染服務器的 Streaming 架構具有強大的功能和顯著的優勢，能夠為客戶提供高性能、高兼容性和高安全性的三維渲染服務。這使得復雜的三維場景可以在各種設備上流暢運行，同時還可以實現多用戶實時協同操作。

一、引言

隨著計算機圖形學的發展，三維圖形已經成為 電子游戲、動畫電影 和 可視化、數字孿生等領域的關鍵技術。為了將三維模型轉換成二維圖像，我們需要依賴一個稱為三維渲染內核的工具。本文將詳細介紹三維渲染內核的原理、實現方法和應用，以幫助讀者更好地了解這一先進的技術。

二、三維渲染內核的原理

三維渲染內核（3D rendering engine）是一種專門用于生成三維圖形的軟件或庫，它通過接收輸入的三維模型、紋理、光照和其他參數，然后利用一系列計算和算法將這些數據轉換成二維圖像，例如幾何變換、光照計算、投影變換、裁剪、光柵化和紋理映射等。這個過程旨在模擬現實世界的光線傳播和相互作用，以便在二維平面上呈現出逼真的三維效果。將三維模型轉換為二維圖像使得我們可以在有限的顯示設備上觀察和分析三維場景，也便于與現有的二維圖像處理技術相結合，如圖像編輯、合成和壓縮等。最終呈現在屏幕上。

三、三維渲染內核的實現方法

三維渲染內核主要有兩種實現方法：實時渲染和離線渲染。

實時渲染：實時渲染引擎在短時間內完成渲染過程，通常要求每秒至少渲染30幀圖像。這種渲染方式在電子游戲、虛擬現實和增強現實等領域中應用廣泛。實時渲染引擎在性能和視覺質量之間尋求平衡，以確保在保持流暢的幀率的同時提供盡可能逼真的圖像。

離線渲染：離線渲染，又稱預渲染或非實時渲染，不需要實時呈現圖像。這種渲染方式常用于電影、廣告和高質量的動畫制作。離線渲染引擎關注圖像的細節和真實感，因此它們通常使用更復雜數學模型和算法，這可能需要很長時間來完成渲染。

四、三維渲染內核的技術路徑

三維渲染內核是實現三維場景可視化的核心組件，它通常包含兩種技術架構：基于瀏覽器端WebGL技術的客戶端渲染模式和基于云服務器Streaming流渲染模式。接下來我們將詳細闡述這兩種技術架構。

基于瀏覽器端WebGL技術的客戶端渲染模式：
WebGL（Web Graphics Library）是一種基于瀏覽器的三維圖形API，它允許開發者在不依賴插件的情況下直接在瀏覽器中創建交互式的3D圖形。WebGL 是 OpenGL ES 的一個子集，基于 JavaScript 語言，利用 HTML5 的 canvas 元素實現硬件加速的圖形渲染。

WebGL 技術架構的主要優勢在于，它可以讓開發者直接在瀏覽器中構建三維應用，無需額外的插件或軟件。這使得三維場景能夠輕松地在各種設備和平臺上運行。由于 WebGL 充分利用了 GPU 加速渲染，因此具有較高的性能。然而，WebGL 技術的缺點在于它依賴于客戶端設備的性能，如果設備性能較差，可能會導致渲染效果和性能下降。

基于云服務器Streaming流渲染模式：
Streaming 架構是一種將三維渲染任務分布到云端服務器上進行處理的技術。在這種架構下，三維場景的渲染和處理任務不再依賴于客戶端設備，而是由云端服務器承擔。客戶端設備只需要接收云端服務器傳輸過來的渲染結果，并實時顯示在瀏覽器或其他終端設備上。

Streaming 架構的優勢在于它可以將計算任務分布到高性能的云端服務器上，從而解決了客戶端設備性能不足的問題。這使得復雜的三維場景可以在各種設備上流暢運行，同時還可以實現多用戶實時協同操作。然而，Streaming 架構的缺點在于它需要穩定且高速的網絡連接，以確保渲染結果能夠實時傳輸到客戶端設備上。

總之，三維渲染內核的技術架構包括基于瀏覽器端的 WebGL 技術和基于云端渲染服務器的 Streaming 架構。這兩種技術架構各有優缺點，實際應用中可以根據具體需求和場景進行選擇。

五、三維渲染內核的應用領域

三維渲染內核在許多領域都發揮著重要作用，主要包括：

數字孿生：數字孿生技術可以利用三維渲染內核進行高度精確的仿真和預測，通過對虛擬模型的實時渲染，可以更好地理解系統的運行情況，并據此優化設計和改進決策。

電子游戲：實時渲染引擎為游戲提供了高性能和視覺效果，使玩家可以沉浸在豐富、細致的虛擬世界中。游戲開發者使用渲染內核創建場景、角色和特效，以實現游戲設計的愿景。

動畫電影與視覺特效：離線渲染引擎在動畫電影和視覺特效制作中扮演關鍵角色，為觀眾呈現精美的畫面和逼真的場景。從《玩具總動員》到《阿凡達》，高質量的三維渲染技術一直是電影行業的重要驅動力。

建筑可視化：建筑師和設計師使用三維渲染內核來創建逼真的建筑模型和環境，以便客戶和利益相關者在項目建設前就能看到成品的樣子。這有助于改進設計、提高決策質量，并為項目的營銷和推廣提供有力支持。

虛擬現實（VR）與增強現實（AR）：VR和AR應用中的實時渲染技術使用戶能夠與虛擬世界互動，提供沉浸式的體驗。從教育培訓、醫療康復到游戲娛樂，VR和AR正在改變我們與數字世界的互動方式。

產品設計與工程可視化：工程師和設計師利用三維渲染內核將產品原型和零部件可視化，以便在生產之前進行詳細的分析和優化。這使得企業能夠降低開發成本、縮短上市時間，并提高產品質量。

地理信息系統（GIS）與地形建模：三維渲染內核在地理信息系統和地形建模中發揮作用，為城市規劃、災害管理和環境研究等領域提供重要的可視化支持。

教育與科研：三維渲染技術有助于在教育和科研領域提供更直觀的可視化方法，例如生物學中的分子建模、物理學中的模擬實驗和地質學中的地層模型等。

一、圖觀 數字孿生應用 開發引擎 定義概述

圖觀引擎是 幫助 JS 開發人員 便捷打造 精品數字孿生應用的 開發平臺，滿足數字孿生三維場景構建、API代碼開發、APP應用構建全流程需求，低代碼 甚至 零代碼即可完成應用構建。

提供數百項簡單易用的 API 開發接口、功能強大的場景編輯器、接口調試器、應用編輯器等輔助工具 以及 海量的模型資產、組件資產、頁面模板等配套資源庫，大幅降低數字孿生應用開發門檻和技術難度。既可以在公有云免費使用它，也可以在私有云部署自己的版本。圖觀引擎 已成為眾多企業和開發者的最優選擇，被廣泛應用于各行業智能化應用開發。

二、圖觀 數字孿生應用 開發引擎 產品架構

圖觀引擎涵蓋：

• 雙模式渲染 統一開發API

• 統一API輔助代碼調試器

• 零代碼應用編輯器

• 端渲染場景服務器

• 流渲染場景服務器

• 場景構建服務

• 端渲染場景編輯器

覆蓋數字孿生三維場景構建、孿生應用開發全流程需求，為生態伙伴提供便捷易用、功能豐富、多平臺適配的開發工具。

三、圖觀 數字孿生應用 開發引擎 產品功能

1. 數字孿生應用開發

1.1. 雙模式渲染 統一開發API

圖觀 統一開發 API 是一套基于 JavaScript 語言開發的二次編程接口，用于在現代瀏覽器中加載、顯示 圖觀引擎 發布的 流渲染 或 端渲染 三維場景，并且為開發者提供在場景中繪制業務數據、觸發場景交互、控制場景邏輯的功能。

統一開發 API 針對典型業務開發所需接口都進行了良好封裝，提供數百項實戰化 JavaScript 開發接口，兼容當前主流的前端框架（如Vue等）。助力開發者輕松開發 渲染效果超群，復雜強大的數字孿生應用！

1.2. 統一 API 輔助代碼調試器

圖觀 統一 API 調試器，可調用 圖觀引擎 發布的 端渲染/流渲染 三維場景服務。

基于統一開發API示例代碼，進行簡單修改代碼模板，即可在線輕松測試圖觀已發布的場景服務、調試場景交互效果、標繪點/線/面數據、生成模擬代碼。

修改操作實時所見即所得，幫助您省去使用程序開發IDE搭建環境、運行程序的繁瑣步驟，助您快速掌握開發技能。

1.3. 零代碼 應用編輯器

圖觀 零代碼 應用編輯器，通過拖拉拽所見即所得的操作，不寫一行代碼，即可完成簡單的 數字孿生 應用開發。

支持圖表控件配置、場景服務調用、復雜交互配置、應用預覽發布等功能。內置豐富的可視化組件、頁面模板、全面的可編輯屬性，支持二次開發。大幅降低開發門檻，助您便捷構建 簡單的數字孿生應用。

2.數字孿生場景發布

2.1.端渲染場景服務器

圖觀 端渲染場景服務器，提供發布場景管理、 API 場景訪問服務、API 訪問控制等功能。

產品基于HTML5 和 WebGL 技術，通過客戶端顯卡實現輕量級三維場景在瀏覽器的渲染。滿足用戶 低成本、高并發訪問需求。

2.2. 流渲染場景服務器

圖觀 流渲染場景服務器，提供 發布場景管理、場景渲染、可交互視頻流推送、API 場景訪問服務、API 訪問控制等功能。

可將超大規模數字孿生場景在云端進行高質量渲染，采用視頻串流技術將三維渲染畫面實時推送給用戶端瀏覽器，無需安裝下載任何內容，即可支持終端用戶訪問高質量渲染結果，并和云端應用實時交互。
為您提供性能強大、高效便捷的云渲染支持，供后續數字孿生應用開發 API 調用。

3.數字孿生場景構建

3.1.場景構建服務

圖觀云 擁有項目實施經驗豐富的建模團隊，能夠為您提供高品質三維場景構建服務。提供 多精度級別的 室內外場景 構建服務、三維模型制作服務、三維實景掃描采集服務。

輔助用戶高質量構建數字孿生場景，掃除高質量三維建模的后顧之憂！高效支撐專注于數字孿生應用開發！

3.2.端渲染場景自定義編輯器

支持模型數據導入、模型材質編輯、關節編輯、場景屬性編輯、場景特效編輯、場景狀態編輯、場景坐標編輯、場景預覽發布等模塊。

內置海量模型資產庫、效果材質庫，積木式拼搭自己的孿生場景。在場景交付后，便于您進行場景編輯修改。

四、圖觀 數字孿生應用 開發引擎 產品優勢

1.統一開發接口 雙模式渲染內核

一套代碼，多屏運行，效果無憂！

圖觀引擎具備開發接口統一的雙模式渲染內核，您只需開發一套的應用邏輯代碼，三維場景就既支持 云端的 流模式渲染，也支持 設備側的 端模式渲染，并能隨需動態切換！

支持頂級實時渲染效果！支持單服務器 1000 路以上的并發訪問能力！完美適配指揮中心大屏、桌面終端中屏、以及移動設備小屏。

2.超逼真 實時渲染技術，成功抓住每一次商業機會！

物理材質特性渲染技術，支持賦予孿生體對象 14層物理特征參數。
實時光線追蹤技術，渲染出難以言表的震撼真實畫面。
超大場景細節自適應技術，十億級多邊形 超復雜場景，實時操作不卡頓。
以無以匹敵的視覺效果，牢牢吸引用戶眼球！

3.真正給業務開發人員使用的簡單接口
無需關心三維渲染的技術細節！

提供簡單易用的：孿生對象數據驅動、海量數據可視化、孿生場景視野控制、GIS/BIM 數據融合接入、人機交互消息處理等 五百余個開發接口！

無需具備三維數學運算知識，無需學習 C++ /UE 等三維渲染開發語言和平臺，僅需基本 JS 開發能力，少量代碼編寫，即可開發出效果驚艷的應用。真正讓您把精力投入在最重要的業務邏輯開發上。

4.場景編輯工具 & 模型資源庫

設計小白也能秒變 三維場景設計大神！

提供傻瓜式場景編輯器，以及海量的模型資源庫，零基礎快速上手，可基于配套大量資源，輕松拼搭出自己的數字孿生場景。

無需具備 3DMax/Maya 等建模軟件基礎，內置大量效果模板，炫酷三維效果，一鍵賦能！

5.投資少、見效快，高質量交付數字孿生項目

圖觀引擎提供 數字孿生應用全流程開發能力，支持團隊協作，低代碼 甚至 零代碼即可完成應用構建，賦能用戶更為靈活、自主、高質高效地交付數字孿生項目。

現0元即可體驗標準版產品，真正的全流程免費！圖觀 公有云專業版 也僅需 ￥199，每天不到1塊錢，就可享受50個數字孿生項目的編輯、發布能力，大幅降低開發與維護成本，并獲得完整的交付能力，高效建設數字孿生應用，真正的低成本、大收益！

6.應用性廣、適配性強，支持私有化部署

圖觀引擎具備強大的數據兼容性和多數據標準高效接入能力，可以無縫高效對接BIM、GIS、傾斜攝影、視頻監控、物聯感知等多源異構數據，免去復雜的接口定制開發工作。

具有強適配性，可以與不同軟硬件系統集成，可靈活適配指揮中心大屏、桌面終端中屏、以及移動設備小屏等多運行環境，同時支持 作為功能模塊 純私有化部署 內嵌到您原有軟件產品中，真正滿足企業自研軟件產品開發需求。

做數字孿生項目，就選圖觀引擎！

圖觀引擎，基于數字冰雹十余年技術經驗積累打造，專為數字孿生應用開發而生，已被華為、京東、百度等大廠一致認證，歷經上千個項目實踐驗證的好口碑，具備實際應用性、可交付性、技術成熟性、擴展靈活性等優勢，真正賦予用戶數字孿生應用高品質交付能力。

圖觀擁有完善的技術支持和服務體系，資深技術團隊可為您提供從項目咨詢、方案設計、數字孿生場景構建、開發運維全流程配套服務，為數字孿生應用開發提供堅實基礎。

圖觀引擎 已幫助上百家企業成功踏上數字孿生快車道，歡迎您的加入！

使用 圖觀引擎 開發 數字孿生應用 ，您可以遵循以下步驟：

步驟1：注冊 / 登錄

新用戶使用圖觀引擎，需要先注冊個人賬戶

（1）登陸 圖觀官網 http://www.hhhhh10086.cn/
（2）點擊官網右上角點擊 “立即注冊”
（3）設置您的 賬號名稱 和 密碼 ，輸入正確手機號獲取驗證碼，閱讀《平臺用戶服務協議》|《隱私政策》點擊“我已閱讀同意”，點擊下方 “注冊按鈕” 完成注冊。
（4）注冊完成后在登陸界面輸入您的賬號名稱和密碼，點擊登陸即可進入圖觀工作管理后臺。

已注冊用戶使用圖觀引擎

（1）登陸 圖觀官網 http://www.hhhhh10086.cn/
（2）點擊官網右上角點擊 “登錄”
（3）在登陸界面輸入您的賬號名稱和密碼，點擊登陸即可進入圖觀工作管理后臺。

步驟2：進入 公有云產品中心

登錄后，頁面自動跳轉至工作臺，可看到 “端渲染編輯器”、“端渲染編場景服務器”、“統一接口調試器”、“應用編輯器”“應用服務器” 幾大產品，可根據您的應用需求，選擇相應的產品 點擊 “前往” 按鈕，進入到各產品的工作臺界面。

步驟3：數字孿生應用開發

圖觀引擎 能夠滿足數字孿生應用構建全流程開發需要，本章節主要為您介紹基于圖觀引擎進行孿生應用構建的主要流程，以及各環節中需要使用到的產品，可根據您的實際開發需求，選用相應的產品。

流程1：三維場景創建
基于圖觀 場景編輯器進行場景構建服務，通過原始數據導入、模型屬性編輯、場景效果設計、場景狀態設置、場景坐標系匹配等步驟，生成數字孿生全要素三維場景。

流程2：場景服務發布

基于圖觀 場景服務器，支持場景加載顯示、場景服務托管，并可將配置完成的數字孿生全要素三維場景發布為云端服務，支持網頁瀏覽、場景調試和二次開發調用。

流程3：場景服務調試

圖觀 引擎提供端/流統一的開發API。基于引擎自帶的API調試器，可以方便的調用發布的數字孿生全要素三維場景服務，內置近500項API調用接口，通過簡單修改參數即可對相應接口進行開發調試，可快速編寫業務邏輯、繪制業務數據、觸發場景交互、二次開發組件等。

流程4：孿生應用開發

（1） 零代碼應用開發

基于圖觀 應用編輯器，通過拖拉拽方式，即可便捷地進行頁面創建、場景服務調用、圖層編輯、圖表配置、交互聯動配置、數據對接等開發工作，并可將配置生成的數字孿生應用發布到公有云/私有云環境，快捷分享訪問。

（2）高級應用二次開發

統一開發 API 針對典型業務開發所需接口都進行了良好封裝，提供數百項實戰化 JavaScript 開發接口，兼容當前主流的前端框架（如Vue等），支持自定義代碼擴展編寫，輔助用戶高效創建個性化數字孿生應用。

這里要提示的是，關于各個產品的使用教程，可分別瀏覽以下地址：

（1）端渲染場景編輯器 功能手冊&使用教程地址：

http://www.hhhhh10086.cn/doc/scene-editor/?features.user_interface

（2）統一開發API及API接口調試器 功能手冊&使用教程地址：

http://www.hhhhh10086.cn/doc/tg-api/?tutorial.tutorial_2

（3）應用編輯器 功能手冊&使用教程地址：

http://www.hhhhh10086.cn/doc/application-editor/?features

（4）產品視頻教程、直播課程地址：

http://www.hhhhh10086.cn/development-tutorial/video-tutorial.html?video=primary

（5）產品功能特性解析 案例瀏覽地址

• API代碼開發：http://www.hhhhh10086.cn/online-experience/code-sandbox.html

• 場景特性：http://www.hhhhh10086.cn/online-experience/features-example.html

• APP應用配置：http://www.hhhhh10086.cn/online-experience/application-configuration.html

• 行業應用：http://www.hhhhh10086.cn/online-experience/application-example.html

步驟4：數字孿生應用部署測試

將您開發完成的數字孿生應用程序發布、部署到實際運行環境中，并持續測試和更新。

需要注意的是，這只是一個概括性的步驟指南，詳細的使用教程和技術答疑請聯系圖觀客服人員。另外，使用圖觀引擎進行數字孿生應用開發，可能需要一定的JS開發知識和技能，因此，在開始數字孿生應用程序開發前，建議學習相關技術和知識。

定義概述

數字孿生應用 開發引擎 是幫助 開發人員 快速開發和部署 數字孿生應用程序 的 軟件開發工具。通常可提供一套完整的開發工具、API和模型庫，滿足 數字孿生場景構建、數字孿生場景發布、數字孿生應用二次開發等應用構建全流程需求。

技術路線

數字孿生應用開發引擎 按照軟件架構可分為B/S架構和C/S架構，隨著5G、物聯網、云計算等新一代信息技術的發展和廣泛應用，B/S云架構是當下數字孿生應用開發引擎的主流的發展趨勢。B/S云架構 數字孿生應用開發引擎，按技術路徑繼續劃分，可分為瀏覽器端的WebGL技術 和 云端渲染服務器端的Streaming流渲染技術。

數字孿生應用 開發引擎的功能

數字孿生模型構建：數字孿生應用開發引擎可以提供可視化的界面、建模語言或API等多種方式幫助用戶快速構建數字孿生模型，包括物理結構、屬性、行為等信息。

數據采集與處理：數字孿生應用開發引擎可以與數據采集設備、傳感器、第三方系統進行對接，實現實時數據采集和處理，有效地反映真實世界中物理實體的狀態和行為。

模擬和優化：數字孿生應用開發引擎可以將數字孿生模型嵌入到仿真器或優化器中進行模擬實驗和優化設計，以評估和改進數字孿生應用的性能和效率。

可視化和交互：數字孿生應用開發引擎可以提供交互式的可視化界面，展示數字孿生模型的狀態和運行情況，并提供用戶交互的方法，如控制、調整、監測等。

部署和管理：數字孿生應用開發引擎可以幫助用戶輕松部署和管理數字孿生應用，包括應用發布、版本管理、安全性等方面，同時提供運行時監測和分析功能，幫助用戶更好地理解數字孿生應用的運行情況并作出相應調整。

兼容“端/流”雙渲染架構 的 數字孿生開發引擎廠商

目前，在數字孿生應用開發引擎廠商中，兼備端渲染和流渲染渲染融合應用的僅數字冰雹一家， 圖觀數字孿生應用開發引擎是國內首個、也是當下唯一支持“端/流”雙渲染架構的產品 。

圖觀引擎是 幫助 JS 開發人員 便捷打造 精品數字孿生應用的 開發平臺。它包括簡單易用的 API 開發接口、功能強大的輔助工具 以及 海量的配套資源庫。您可以在公有云免費使用它，也可以在私有云部署自己的版本。支持多種數據源接入、可實時在線編輯、多人協同開發，應用一鍵發布分享、多終端展示，適配多種平臺和多種操作系統，可以廣泛應用于數字孿生城市、數字孿生園區、數字孿生流域、數字孿生警務、數字孿生能源等各行業領域。

“數字孿生應用”是數字孿生技術的進階形式，是指基于數字孿生技術開發的“智能孿生體”應用程序，可以緊密結合各行業領域實際業務需求，整合物聯網、大數據、AI、業務系統等多源數據，將物理世界的業務、業務執行機構、業務治理對象的全生命周期運行態勢，與數字孿生體進行一一映射、綁定、關聯，從而在數據世界對全要素管理對象進行仿真、監測、分析，升實現對物理世界的全面復現和決策、優化支持，可廣泛應用于智慧城市、智慧園區、公共安全、智能制造、智慧水利、智慧交通等領域。

數字孿生應用的功能主要包括以下幾個方面：

建模和仿真： 針對現實世界中的實體對象，通過數字孿生技術，在數字化世界中構建完全一致的對應模型，從而建立了數字孿生基礎。

監測和預警： 打通多源數據，動態驅動仿真模型組態、行為邏輯、業務流程、狀態變化等，實現在數字世界對物理實體的狀態和行為進行全面呈現、精準表達，及時發現問題并預測未來可能出現的問題，從而提前預警。

優化和調整： 建立了孿生和業務的相互規則，基于豐富的歷史和實時數據，以及專業的算法模型，可以高效地在數字世界對物理對象的狀態和行為進行模擬試驗和分析預測，提供更優化的解決方案。

決策支持： 數字孿生應用可以為決策者提供實時的數據、可視化的結果和智能的分析，幫助他們做出更科學的決策。

反向控制： 數字孿生應用既可以接受物理世界的實時信息，更能夠進行指令發送，反過來控制物理世界對象，建立“智能預警-智能感知-智能派發-智能處置-智能考評-智能改進”的全流程一體化業務流程閉環。

數字孿生應用的特點包括：

實時性：數字孿生應用可以實時反映物理實體的狀態和運行情況，及時發現和解決問題。

精確性：數字孿生應用可以精準地模擬物理實體的結構和行為，提供可靠的數據支持。

可視化：數字孿生應用可以以圖形化的形式展現物理實體的狀態和運行情況，提供直觀的信息呈現方式。

智能化：數字孿生應用可以借助人工智能和機器學習等技術，自動學習和優化模型，并提供智能化的決策支持。

舉幾個例子：

1.交通信控智能優化

傳統的紅綠燈調控方式，都是按照固定時間控制的，但車流量是隨時變化的，由此，往往會造成難以避免的路口擁堵問題。

基于數字孿生技術構建的“交通大腦”，基于前端傳感器實時感知的數據，可以對紅綠燈路口各個方向車流情況進行實時全覆蓋監測，并將獲取到的車輛數量、車速、加速度、距離等信息，實時向“交通大腦”傳輸，再通過人工智能算法、多維數據可視化分析，能夠智能化得出各路口的最優紅綠燈配時方案，然后迅速下達指令進行調整，從而實現區域內紅綠燈的實時、最優調整，大幅降低高峰期交通擁堵率。

2.道路智能引導屏、導航APP聯動

數字冰雹聯通過建設智慧麗江“城市大腦”，整合麗江城市街道、視頻監控、停車場系統數據、交通運行數據等，對人流、車流變化趨勢進行分析預判，當客流快要達到預設值時，數字孿生IOC會自動發出預警，并聯動指揮調度系統對客流進行干預，提前實施人流疏導策略和巡檢人員的調度。同時，系統會自動響應聯動景區廣告屏系統，游客可以在各導覽屏上，看到各景點人流狀況，錯峰游覽或調整路線。

此外，數字孿生IOC能夠實時監測各個泊位的已停車情況和空位記錄信息等，并智能化聯動道路引導屏、導航APP等系統，及時發布交通路線、泊車誘導信息，實現交通智能疏導和智能停車，有效提升游客體驗。

3.觀光車智能調度

在許多大型景區中，觀光車是實現景區內客流調配的重要載體，在旅游旺季，侯乘人流過載、站點滯留的狀況常有發生。通過建設景區數字孿生IOC，實現了“感知——控制——反饋”的閉環模式，在客流過載疏散、觀光車排隊擁擠優化等應用中發揮了重要作用，助力景區車輛高效智能運維管理。

以景區站點候乘為例，數字孿生IOC能夠對站點人流態勢進行智能感知、識別，并結合專業分析算法，分析站點游客數量、駐留時長與未來變化趨勢，當人流過密、或是候乘時長過久，IOC會發出預警，并自動響應聯動車輛調度系統，動態調整運營車輛發班密度，增加線路運力，下達車輛調派指令，及時進行人員疏導，實現了“事件自動感知、車輛智能調度、人員精準疏導”。

隨著 IOT、5G、云計算、大數據、AI 等基礎技術的成熟運用，建設“數字孿生應用”輔助各行業提升決策效力已經成為一種趨勢。數字冰雹深耕數字孿生領域十余載，基于 圖觀數字孿生應用開發引擎 成功交付了上千個實際項目，推動著各行業管理向數字化、智能化轉變。

一、數字孿生的定義

根據國際定義，數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。

簡單來說，就是針對現實世界中的實體對象，在數字化世界中構建完全一致的對應模型，通過數字化的手段對實體對象進行動態仿真、監測、分析和控制。

數字孿生是源自工業界的概念，隨著5G通訊、物聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術的發展和廣泛應用，數字孿生在理論層面和應用層面均取得了快速發展，逐漸延伸到智慧城市、智慧園區、智慧交通等應用領域。被認為是一種實現數字世界與物理世界交互融合的有效手段。

二、數字孿生的關鍵特征

基于十余年在數字孿生領域的技術和項目實施經驗積累，我們大致將數字孿生的關鍵特征總結為一下三點：

1. 多源異構數據融合
2. 數據驅動精準映射
3. 智能分析輔助決策

第一個特征是 多源異構數據融合，數據是數字孿生最核心的要素。 它源于物理實體、運行系統、傳感器等，涵蓋仿真模型、環境數據、物理對象設計數據、維護數據、運行數據等，貫穿物理對象運轉過程的始終。數字孿生體作為數據存儲平臺，采集各類原始數據后將數據進行融合處理，驅動仿真模型各部分的動態運轉，有效反映各業務流程。所以，數據是數字孿生應用的“血液”，沒有多元融合數據，數字孿生應用就失去了動力源。

第二個特征是 數據驅動精準映射。 數字孿生的主體是面向物理實體與行為邏輯建立的數據驅動模型，孿生數據是數據驅動的基礎，可以實現物理實體對象和數字世界模型對象之間的映射，包括模型、行為邏輯、業務流程以及參數調整所致的狀態變化等，實現在數字世界對物理實體的狀態和行為進行全面呈現、精準表達和動態監測。

第三個特征是 數智能分析輔助決策，字孿生的實際應用價值，是賦能業務高效科學決策。 數字孿生的映射關系是雙向的，一方面，基于豐富的歷史和實時數據和先進的算法模型，可以高效地在數字世界對物理對象的狀態和行為進行反映；另一方面，通過在數字世界中的模擬試驗和分析預測，可以對未來發展趨勢進行科學預測、對歷史態勢進行溯源，實現反饋控制和實時決策能力，從而驅動現實世界的改進和優化。

三、數字孿生的應用領域

任何技術的最終落地，都需要從理論轉向實際應用，數字孿生也是如此。數字孿生可以為實際業務決策提供依據。通過對物理世界全要素對象精準復現，基于海量數據信息，建立一系列業務決策模型，能夠實現對當前狀態的評估、對過去發生問題的診斷，以及對未來趨勢的預測，為業務決策提供全面、科學的依據。

在數字經濟時代大背景下，數實融合發展不斷深入，隨著 IOT、5G、云計算、大數據、AI等基礎技術成熟，數字孿生作為數字技術發展的高級階段，目前已經成為各行業數字化變革的主流模式選擇，廣泛應用于智慧城市、智慧園區、公共安全、智能制造、智慧水利、智慧交通等領域。

（1）數字孿生城市：

數字孿生城市，能夠在充分整合城市各領域信息資源的基礎上，將大規模城市各領域管理要素進行精準復現，并對細分業務領域數據指標進行多維度可視分析，實現從全域視角到微觀領域，對城市運行態勢進行全息動態感知。比如，城市管理者可以更加高效便捷地了解到城市各區經濟發展情況、交通早晚流量差異、城市區域人口熱力對比等情況。

（2）數字孿生園區

數字孿生園區，能夠在有效整合園區運營各類信息資源的基礎上，基于數字孿生場景，對園區外部環境、建筑、產業分布、樓宇內部結構以及具體設備運行情況進行精準復現。對園區綜合運營、安防、交通、設施、能效、環境空間等管理業務的關鍵指標進行綜合監測分析，對園區人、事、物進行統一管理，可以輔助管理者對園區運行態勢進行全面感知、綜合研判，實現管理精細化、決策科學化和服務高效化。

（3）數字孿生警務

綜合運用5G、大數據、云計算、AI、物聯網、數字孿生等技術，基于數字孿生底座，貫通各警種業務系統，實現多維度數據互融互通、警務全要素對象智能管理，聚焦實戰應用需求構建多業務專題，為公安指揮中心進行情報監測預警、警情行動處置、警力指揮調度、情報分析研判等實戰業務，提供智能高效的“最強大腦”。

（4）數字孿生流域

構建實景三維流域，對流域全景、全要素態勢進行精細化復現；整合水利各部門現有信息系統的數據資源，結合 CIM 底座與動態仿真推演能力，將信息、技術、設備與水利管理需求有機結合，覆蓋流域總覽、流域防洪監測、水庫監測、水利調度等多個業務領域，全面賦能用戶業務應用，有效提升水利跨部門決策和資源協調效率。

（5）數字孿生電力

基于數字孿生，支持匯集基建、運檢、調度、生產、營銷、安監等各系統數據，覆蓋電網常態運維、重點用電保障、應急指揮調度、電力數據分析等各業務領域，宏觀可對大規模配電線網運行態勢進行綜合掌握，微觀可對各電力設備實時運維狀態進行精確監測，為電網生產方式變革和管理模式創新提供信息化支撐。

（6）數字孿生制造

數字孿生可以幫助制造商模擬生產線，支持設備級數字孿生，能夠高度還原設備的外觀、材質、紋理等精密顯示細節以及復雜內部結構，實現高精度、超精細的可視化渲染；并可對設備組態結構、復雜動作進行全數據驅動顯示，不僅可以看到產品外部的變化，更重要的是可以看到產品內部的每一個零部件的工作狀態，對預測問題并進行維護，提高生產效率和質量。

時代的發展、信息技術的不斷進步，賦予了數字孿生新的意義，數字孿生將在越來越多的行業領域及應用場景發揮重要價值。數字冰雹作為數字孿生領域的領軍企業，將充分發揮自身技術、經驗優勢，助力數字孿生落地應用，真正幫助各行業決策者運籌帷幄、提升管理效力。