本發明涉及數字孿生模擬仿真引擎，尤其適用于融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法。

背景技術：

1、數字孿生項目的開發通常要基于數字孿生模擬仿真引擎進行，當前行業內可選的數字孿生引擎通常有三大類：以cesium和超圖為代表的gis引擎、以ue（虛幻）和unity為代表的游戲引擎、以three.js為代表的常規webgl引擎。這三者適用的情形各有不同。gis引擎天然支持橢球坐標系，有強大的空間分析能力，但是場景渲染質量較一般。游戲引擎擁有高質量的渲染管線，可以支撐高保真三維場景搭建，但gis相關能力不足。webgl引擎相對輕量、集成方便，但渲染質量一般，且不支持gis功能。

2、當前國內大多數數字孿生項目設計中都要求有一定的空間分析功能（gis功能）和高保真三維場景的搭建與渲染，而要滿足上述需求在選擇數字孿生引擎時通常要gis引擎和游戲引擎搭配使用，分別構建gis場景和高保真的游戲場景。此種方案雖然滿足了項目需求，但也造成了場景分離、開發成本高、集成復雜的問題。

技術實現思路

1、本發明目的在于提供一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，旨在解決在數字孿生項目中，需要分別構建gis場景和高保真場景的問題。

2、為實現上述目的，本發明采取下述技術方案：

3、本發明所述的融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，包括以下步驟：

4、s1，構建gis引擎中橢球坐標系與游戲引擎中平面坐標系的坐標融合體系；

5、s2，構建包括地形數據加載、影像數據加載、植被渲染、動態地形編輯的地形系統；

6、s3，構建與渲染管線弱耦合的多源異構數據載入與渲染技術，實現gis渲染管線與游戲引擎渲染管線的融合；

7、s4，加載游戲場景。

8、進一步地，s1步包括：

9、s1.1，采用笛卡爾坐標系，單位設定為米，構建三維空間平面坐標系；

10、s1.2，基于wgs-84坐標系的橢球參數構建橢球坐標系；

11、s1.3，基于wgs-84坐標系的橢球參數構建橢球坐標系與平面坐標系的坐標轉換算法。

12、進一步地，所述地形數據和所述影像數據以瓦片四叉樹結構調度管理；所述地形數據加載包括讀取地形數據的高程數據，根據高程數據修改橢球坐標系中對應經緯度坐標的表面網格結構，實現真實的地形結構；所述影像數據加載包括將影像數據作為紋理映射到對應橢球坐標系中對應經緯度坐標的表面網格結構，實現真實的地形外觀。

13、進一步地，所述影像數據加載還包括根據影像數據生成法線貼圖增強地形外觀的細節。

14、進一步地，所述植被渲染包括使用billboarding技術，利用2d紋理構建四邊形模擬植被和加載三維植被模型。

15、進一步地，所述態地形編輯包括獲取用戶輸入參數，修改橢球坐標系中對應經緯度坐標的表面網格結構，計算影像紋理貼圖及植被位置。

16、進一步地，s3步包括矢量圖形貼地渲染、矢量圖形貼模型渲染、bim高保真渲染，渲染過程分解為數據解析與預處理模塊、渲染數據構建模塊、渲染管線模塊；所述數據解析與預處理模塊將多源異構數據轉化為所需渲染數據格式；所述渲染數據構建模塊根據渲染需求將渲染數據構建成渲染管線所需的幾何體、紋理和光照數據；所述渲染管線模塊用于根據渲染數據類型選擇數字孿生模擬仿真引擎的渲染管線。

17、進一步地，s4步游戲場景加載包括深度融合式加載和坐標兼容式加載，所述深度融合式加載在橢球坐標系下將戲引擎地形轉換為數字孿生模擬仿真地形；所述坐標兼容式加載適用于僅能在平面坐標系下運行的游戲場景，在數字孿生模擬仿真中保留游戲場景的原始運行模式與渲染效果。

18、本發明的優點在于通過構建與渲染管線弱耦合的多源異構數據載入與渲染技術，實現gis渲染管線與游戲引擎渲染管線的融合，不僅支持海量多源異構數據加載融合、還支持切換不同的渲染管線，支持游戲場景的直接加載，解決了gis引擎和游戲引擎本身都不具備的多源異構數據加載問題，也兼容了不同渲染管線，尤其是游戲引擎的渲染管線，為高保真渲染提供了底層支撐。

19、本發明還融合了gis引擎的影像地形加載方式+游戲引擎的植被渲染和動態地形編輯能力，構建了能承載大體量數據、擁有高質量高保真渲染效果的地形體系，再結合橢球坐標系的構建能為各種高精度空間分析功能提供底層地理信息數據支撐，解決了“gis引擎支持大體量影像地形數據加載但是渲染質量差”、“游戲引擎地形系統完善、渲染質量高但無地理信息屬性且無法承載大體量地形數據加載”的矛盾。

20、故而，本發明構建了具備高保真渲染、海量多源異構數據融合、高精度空間分析等多種能力的數字孿生模擬仿真引擎，使得同時擁有gis功能需求和高保真場景搭建需求的項目，較現有方案節約了技術成本和人力成本。

技術特征：

1.一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于：s1步包括：

3.根據權利要求1所述的一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于：所述地形數據和所述影像數據以瓦片四叉樹結構調度管理；所述地形數據加載包括讀取地形數據的高程數據，根據高程數據修改橢球坐標系中對應經緯度坐標的表面網格結構，實現真實的地形結構；所述影像數據加載包括將影像數據作為紋理映射到對應橢球坐標系中對應經緯度坐標的表面網格結構，實現真實的地形外觀。

4.根據權利要求3所述的一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于：所述影像數據加載還包括根據影像數據生成法線貼圖增強地形外觀的細節。

5.根據權利要求1所述的一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于：所述植被渲染包括使用billboarding技術，利用2d紋理構建四邊形模擬植被和加載三維植被模型。

6.根據權利要求1所述的一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于：所述態地形編輯包括獲取用戶輸入參數，修改橢球坐標系中對應經緯度坐標的表面網格結構，計算影像紋理貼圖及植被位置。

7.根據權利要求1所述的一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于：s3步包括矢量圖形貼地渲染、矢量圖形貼模型渲染、bim高保真渲染；渲染過程分解為數據解析與預處理模塊、渲染數據構建模塊、渲染管線模塊；所述數據解析與預處理模塊將多源異構數據轉化為所需渲染數據格式；所述渲染數據構建模塊根據渲染需求將渲染數據構建成渲染管線所需的幾何體、紋理和光照數據；所述渲染管線模塊用于根據渲染數據格式選擇合適的渲染管線。

8.根據權利要求1所述的一種融合gis引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，其特征在于：s4步游戲場景加載包括深度融合式加載和坐標兼容式加載，所述深度融合式加載在橢球坐標系下將戲引擎地形轉換為數字孿生模擬仿真地形；所述坐標兼容式加載適用于僅能在平面坐標系下運行的游戲場景，在數字孿生模擬仿真中保留游戲場景的原始運行模式與渲染效果。

技術總結
本發明公開了一種融合GIS引擎與游戲引擎的數字孿生模擬仿真引擎構建方法，通過構建與渲染管線弱耦合的多源異構數據載入與渲染技術，實現GIS渲染管線與游戲引擎渲染管線的融合，不僅支持海量多源異構數據加載融合、還支持切換不同的渲染管線，支持游戲場景的直接加載，解決了GIS引擎和游戲引擎本身都不具備的多源異構數據加載問題，也兼容了不同渲染管線，尤其是游戲引擎的渲染管線，為高保真渲染提供了底層支撐。本發明還解決了“GIS引擎支持大體量影像地形數據加載但是渲染質量差”、“游戲引擎地形系統完善、渲染質量高但無地理信息屬性且無法承載大體量地形數據加載”的矛盾。

技術研發人員：侯紅雨,史玉龍,張楠,李項東,吳迪,余軍,徐鵬飛,南政年,張強,張軍琿,王治中
受保護的技術使用者：云河（河南）信息科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28