使用三維建模技術(shù)構(gòu)建出的虛擬現(xiàn)實場景后，需要通過渲染引擎實現(xiàn)場景的高精度、高保真和實時渲染。同時，需要將現(xiàn)實場景中的數(shù)據(jù)信息融合到虛擬場景中，實現(xiàn)對現(xiàn)實情況的監(jiān)測和控制。

目前大多數(shù)數(shù)字孿生城市項目在三維渲染引擎的技術(shù)選型上通常是2種方案，一種是基于C/S架構(gòu)的主流游戲引擎技術(shù)路線（Unreal Engine、Unity3D等），另外一種是基于B/S架構(gòu)的WebGL技術(shù)路線。

數(shù)字孿生場景渲染能力是當(dāng)下數(shù)字孿生項目實際交付過程中的核心關(guān)注能力之一，本節(jié)將基于B/S和C/S兩種技術(shù)架構(gòu)以及云渲染技術(shù)架構(gòu)分別介紹。

1、WebGL技術(shù)路線

1）基于WebGL的三大數(shù)字孿生技術(shù)路線

A. 基于WebGL純代碼開發(fā)

使用基于WebGL封裝的渲染庫直接進(jìn)行開發(fā)，例如three.js、babylon.js。適用于體量較小、開發(fā)周期短而效果相求不高的項目

優(yōu)勢：

靈活性高：根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行深度定制，且易于其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)通信或集成；

代碼冗余少：代碼體量小，易于問題排查；

建設(shè)成本低；

劣勢：

復(fù)用性低：由于根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行深度定制可復(fù)用的代碼少，難以模塊化以至于無法通過該路線批量化交付項目；

效果較差：能支撐的三維場景體量小，能達(dá)到的渲染效果比較有限，難以實現(xiàn)中大型場景或較為寫實的場景風(fēng)格；

B. 支持H5的游戲引擎打包WebGL

使用C/S的游戲引擎開發(fā)場景后打包成WebGL，例如Cocos、Egret、Unity3D。適用于業(yè)務(wù)特點(diǎn)上偏向于游戲，且無需于其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成、通信的項目。

優(yōu)勢：

建設(shè)成本較低：C/S的游戲引擎提供了較為成熟完善的編輯器和工具，能夠低成本實現(xiàn)高質(zhì)量效果和高性能；復(fù)用性高；三維渲染效果好；

劣勢：

靈活性低：難以嵌入其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)或通信；實現(xiàn)專業(yè)領(lǐng)域下的特有業(yè)務(wù)成本高或不可實現(xiàn)；

難以基于場景進(jìn)行二次開發(fā)；學(xué)習(xí)成本高；

代碼冗余多：游戲場景中場景和邏輯同等重要，邏輯上多為事件驅(qū)動。且游戲場景對動畫、特效、性能、包體和UI要求都很高。而數(shù)字孿生重場景、輕邏輯、以數(shù)據(jù)驅(qū)動為主，由于業(yè)務(wù)差異導(dǎo)致打包的WebGL代碼冗余過多；

維護(hù)成本高：

封裝度過高，做后期優(yōu)化空間小，bug難排查；

每次場景修改都需要重新打包WebGL；

C. 自研B/S低代碼融合渲染引擎

基于WebGL封裝的渲染庫開發(fā)適用于數(shù)字孿生項目的融合渲染引擎，再基于自研的引擎的進(jìn)行開發(fā)，例如EasyTwin數(shù)字孿生融合渲染引擎。適用于有大量中大型數(shù)字孿生需求，項目間具有一定的可復(fù)制性且有與別的業(yè)務(wù)系統(tǒng)耦合的需求。

優(yōu)勢：

靈活性高：可根據(jù)通用業(yè)務(wù)自由定制；

學(xué)習(xí)成本較低：低代碼化開發(fā)過程，開發(fā)人員無需熟知WebGL等技術(shù)棧；

代碼體量合適：完全根據(jù)業(yè)務(wù)確定引擎功能；可深入到引擎底層做性能以及渲染效果的優(yōu)化；排查bug高效、解決問題徹底；

復(fù)用性高：業(yè)務(wù)的可復(fù)用點(diǎn)可得到引擎層的支持；

維護(hù)成本低：低代碼化、配置化實現(xiàn)孿生場景，業(yè)務(wù)的修改以及場景上的修改不需要修改代碼；

效果較好：可開發(fā)各種通用或定制的編輯器，實現(xiàn)技術(shù)與美術(shù)的結(jié)合；

劣勢：

渲染引擎的研發(fā)成本高：需要較強(qiáng)的技術(shù)能力通用化、組態(tài)化引擎的場景編輯能力、渲染效果、以及業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)能力；

2）基于WebGL的數(shù)字孿生場景實踐

以自然場景中的植被為例進(jìn)行介紹，基于WebGL在地形模型上刷出符合自然環(huán)境的植被，并控制性能消耗。

準(zhǔn)備工作：

①　根據(jù)地形網(wǎng)格生成地形高度圖(中間圖)，白色表示最高點(diǎn)，黑色表示最低點(diǎn)，通過山的高度校對植被的垂直方向坐標(biāo)；

②　在現(xiàn)有地形模型的基礎(chǔ)上，把相機(jī)放到模型正上方，范圍覆蓋整個地形，渲染一幀導(dǎo)出深度緩存；

③　在PS中處理成一個黑白圖片，白色表示”種樹”，黑色表示“不種樹”(左圖)；

④　計算生成植被點(diǎn)位的世界坐標(biāo)；

生成植被示例：

①　生成噪聲圖，用于給定植被的XY坐標(biāo)、種類、色調(diào)、大小一個有規(guī)律的隨機(jī)(右圖)；

②　為了生成的植被具備上下的空間層次，植被會包括以下表現(xiàn)方式：土壤紋理、草地紋理、草、灌木、樹木；

③　為了生成的植被具備遠(yuǎn)近的空間層次，會有以下實現(xiàn)植被的方式：模型、廣告牌、ViewBillboard；

性能優(yōu)化：

①　視錐體剔除；

②　遮擋剔除；

③　實例化渲染；

④　LOD；

⑤　GPU Drvien；

生成效果：

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