数字孪生赋能港口：打造全域感知、智能决策的一体化管控平台一、案例背景智慧城市是国家新型城镇化战略的重要组成部分，是我国

一、案例背景

智慧城市是国家新型城镇化战略的重要组成部分，是我国推进城市治理体系和治理能力现代化的核心抓手，也是数字中国建设的重要基石。港口，作为水陆交通的枢纽站与集结点，是城市建设中至关重要的一环。港口城市不仅承载着对外开放的核心枢纽功能，更是区域经济高质量发展的引擎。近年来，随着“一带一路”倡议和全球航运网络的深度布局，港口城市在国际贸易、产业集聚、城市更新等方面发挥着越来越重要的作用。然而，港口城市面临港产城高度耦合、空间利用复杂、交通物流压力大、生态环境敏感等突出矛盾，亟需借助数字孪生和人工智能等先进技术推动城市治理和港口运营的深度融合。以下内容均来源于 [《数字孪生视觉语言白皮书》](易知微 - 数字孪生仿真渲染引擎与可视化应用) ，感兴趣的朋友可以点击下载完整版。

《“十四五”数字经济发展规划》《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要（2021—2050年）》等多项战略文件均明确提出，要加快智慧城市与智慧港口协同建设，推动港口城市基础设施数字化升级，构建以数据驱动、模型驱动和算法驱动为特征的新型城市运行管理体系，促进港口、产业、城市空间一体化有机演进，提升港口城市的整体服务能力与国际竞争力。

在政策的有力支持下，诸多典型港口城市积极开展“城市大脑+港口中枢”一体化示范试点。依托高精度三维模型、实时物联感知和智能算法，打通港区作业、临港产业、城市交通、市政管理、公共安全等多领域的信息孤岛，使港口作业调度更加高效，城市物流交通更加顺畅。港区周边产业园区实现智慧化管理，城市公共安全和应急响应能力显著增强，推动港口城市从“物理空间管理”向“物理-数字-智能空间协同”跃升，加快建设绿色、安全、高效、可持续发展的全球一流智慧港口城市。

二、解决方案

1.模型实例化降低Web 3D场景加载及渲染压力：

在港口数字孪生项目中，集装箱堆场是模型加载、渲染压力最大的场景之一。堆场平均每天有3～4万个集装箱进行堆放、运输，在虚拟的数字孪生空间里，想要同时摆放并渲染出这么多数量的集装箱模型，无疑是压力巨大的。按一个集装箱模型6个面计算，4万个集装箱模型将达到24万面，加上港口场景中还有场地、货轮、桥吊、龙门吊、集卡等模型。因此要想在Web端流畅渲染这样体量的场景，对于电脑性能的要求会很高。

为了降低对于客户硬件的性能要求，本次项目中采取了“模型实例化”的方式，从技术实现层面解决海量模型渲染问题。实例化是一种只调用一次渲染函数却能绘制出很多物体的技术，能够节省渲染物体时从CPU到GPU的通信时间，多用于绘制大量具有相同网格，但位置、旋转、缩放信息不同的物体。

简单来说，上万的集装箱是由相同的模型“复制”后，摆放在不同位置形成的。可以利用同一个集装箱模型加上实例化技术，模拟呈现出 4 万多个集装箱堆放的效果。模型大小从接近 300 MB 直接下降到 10 MB 以内，保证交互效果始终流畅：

2.数据驱动解决实例化模型呈现单色：

通过“模型实例化”解决了4万多个集装箱同时渲染的压力问题，但实例化分布的独立集装箱模型呈现了单色堆放效果。这与实际情况不一致，现实中的堆场是不同颜色的集装箱随机堆放。

下面我们需要用多个不同颜色箱子的实例化，结合数据驱动的方式来制作不同颜色箱子随机堆放的效果，主要分为以下3个步骤：

l 创建12种颜色集装箱实例；

l 创建箱子位置和颜色的数据表；

l 通过自定义脚本动态地给12个实例对象灌入数据，从而生成箱子。

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3.数据驱动动画降低重复配置成本：

当需要演示复杂的业务动画时，为了保证动画衔接，会采用在建模软件中“K帧”导出模型动画的方式来制作。这样做的弊端是无法进行参数干预，所导出的动画是固定的，只能控制播放、暂停等。若需改变桥吊延长臂旋转动画的角度，只能回到建模软件中修改模型骨骼的动画参数重新导出。

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基于成熟的数字孪生产品，可以借助平台所提供的基础动画、骨骼操控等能力，通过事件一键触发动画，来模拟系列业务流程展示。

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4.提升数字孪生场景效果：

随着行业发展与技术成熟，“高质量场景表现”和“精致UI界面”成为高质量交付数字孪生项目的基础要求，要在保证场景交互流畅的同时，提升场景实现的效果。利用传统形式搭建的场景效果，显得苍白无力，且作为实体网格模型，数量增加易导致卡顿。

以EasyTwin产品为例

为了保证流畅度，本次项目中采用了以下方式：

l 前文提到的实例化模型技术，降低电脑渲染压力；

l 避免使用性能消耗大的效果，如实时环境光、过多灯光、高精度模型及贴图等。

保证画面清晰流畅后，再对场景进行深入分析，寻找可优化的细节调整方向。

l 调整HDR，呈现“时间感”：

没有明显传递时间信息感受的场景，会让人无法快速判断时间，造成不真实感。所以需要给整个项目场景设定统一的时间。比如：为了营造清晨氛围，更换光照HDR、把背景改为蓝天，就有了清晨海边太阳初升的感觉了，更加契合实际的真实场景画面。

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l 太阳光打出长投影，更有氛围：

影子是一个能表达时间、烘托氛围的好帮手，我们常说“光影”，上一步解决了“光”，千万不要忘记“影”。如果场景光线完美，但是投影缺失或形态不好，也会给人一种偏差感。继续清晨的设定，影子形态受到太阳光照角度影响，应该被拉得很长。因此，需要调整参数，让投影方向符合HDR的光亮方向，让整个场景更精致、更有氛围感。