20世紀90年代，衛星遙感和GPS等技術得到了顯著進步和普及應用。衛星遙感可以通過衛星或航空器獲取大范圍、高分辨率的影像數據，并利用計算機處理方法將其轉化為數字形式，而GPS則可以提供精確的位置信息。基于這些技術，人們開始廣泛使用數字地圖來進行導航、規劃和定位等活動。這些數字地圖主要以二維平面形式呈現，包含了街道網絡、建筑物輪廓以及其他一些關鍵信息。它們不僅方便人們查找具體位置和路線規劃，還為城市管理者提供了重要參考資料。
然而，在二維平面上呈現的數字地圖存在著一定局限性。例如，只能借助圖標的抽象方式來表達地理信息，無法直觀地感受整個地球的真實面貌。空間上，已經從粗粒度走向細粒度，原有地圖的清晰度、分辨率和組織方式已經不能滿足整個國家生產建設和管理的需求;內容的粒度上，比如土地、土壤、植被原來分解得不夠精細逼真，用符號化表達也不便于各專業使用，需要通過實體化和語義化的實景三維方法來表達實體空間，來滿足經濟建設對空間信息的需求。
隨著元宇宙、AR、數字孿生等概念不斷深入生產、工作和人們的日常生活中，如何構建一個更加智能、更加便捷、更可持續的實景三維虛擬世界，對未來的經濟社會發展至關重要。
因此，實景三維技術應運而生并逐漸成為趨勢。借助于高程模型(DEM)、衛星影像和三維建模技術等，實景三維建設得到了快速發展。通過采集大量真實環境中的點云數據或圖片，并利用計算機處理方法進行配準、融合與重構，可以生成高度精確并具有逼真效果的實景三維模型。這種模型不僅能夠提供更真實、直觀的視覺體驗，還具備更多應用場景和功能。
實景三維作為真實、立體、時序化反映人類生產、生活和生態空間的時空信息，是國家重要的新型基礎設施。在2022年2月，自然資源部發布的《關于全面推進實景三維中國建設的通知》中，對實景三維成果的應用提出明確要求：到2025年地級以上城市初步形成數字空間與現實空間實時關聯互通能力，為數字中國、數字政府和數字經濟提供三維空間定位框架和分析基礎，50%以上的政府決策、生產調度和生活規劃可通過線上實景三維空間完成;到2035年，實景三維成果的應用從地市延伸到縣級城市，應用普適度要從2025年的50%提升到80%。在國家政策的支持下，實景三維技術得到快速應用與發展。這是為了構建數字中國建設的三維空間框架，提供基于三維空間定位的基準服務，為數字中國提供統一的時空底座。
三維數字模型底座示意圖
在數字化時代下，實景三維中國建設是必然的趨勢，它將在城市規劃、交通管理、環境保護、災害監測、農業管理等領域發揮重要作用。同時實景三維中國建設也可應用于文化遺產的數字化保存中，為中國歷史文化、乃至世界歷史文化的傳承提供重要的數據保障。即真實場景的三維數字地圖。
智慧包頭實景三維地理信息平臺
實景三維中國建設是數字中國立體化呈現的方式，將各地的地形地貌、城市街道、建筑物、山川河道等真實場景進行三維建模，整合到統一的數字空間框架中，這樣不僅具有高精度和高分辨率的特征，而且能夠提供實時、動態的數據更新，為各個應用場景提供可靠的時空大數據。
航天宏圖董事長王宇翔表示，實景三維中國建設的全面推進無疑給測繪產業發展提供了一段紅利期，但機遇和挑戰是并存的。首先，對測繪企業來說有了更多的市場機會，同時也必須看到，這么大的市場投資不可能只依賴政府，企業需要創新數據和平臺服務模式，要從數據生產商向數據和應用服務商轉變;其次，實景三維為主體的時空數據作為智慧城市的“數字化底板”應用面很廣，企業也需要在智慧城市這樣“大廠”主導的大型工程中提高自身站位，提升測繪數據和政務數據、城市信息的整合能力;第三，元宇宙、數字孿生、人工智能等新技術將為實景三維的技術體系和應用場景帶來革新，企業也要積極擁抱新技術、改革新工藝、創造新場景，不斷創新。
推進實景三維中國建設，航天宏圖已做好準備。作為國內領先的衛星互聯網企業，自2008年成立以來，航天宏圖堅持自主研發，積累了強大的技術優勢、優秀的人才隊伍以及豐碩的行業應用案例。
十余年來持續研發具有完全自主知識產權的國產遙感與地理信息一體化軟件PIE(Pixel Information Expert)，擁有國內首個遙感與地理信息云服務平臺 PIE-Engine，基于 PIE結合實景三維中國建設需求，快速搭建研制了國產自主可控的實景三維模型制作與發布系統和三維時空大數據管理及可視化展示平臺，具備空天地多源數據獲取、海量空天地多源數據全自動空中三角測量、集群并行傾斜攝影三維模型重建以及千人協同三維模型單體化等全鏈路實景三維工程服務能力。
航天宏圖“女媧星座”首批上天的“航天宏圖一號”分布式干涉SAR衛星，擁有空天地多源數據完全自主采集、處理能力。在地形級實景三維上，為滿足應用需求，可通過利用“宏圖一號”SAR衛星和光學衛星等遙感影像，獲取DEM、DOM等類型數據，實現地形級實景三維的建設，服務宏觀規劃;在城市級實景三維上，基于無人機對指定范圍開展高分辨率(優于3cm、5cm、10cm等)傾斜航攝，以服務精細化管理。
航天宏圖充分發揮自身衛星遙感和無人機空天遙感技術優勢，依托自研核心產品PIE，開發了實景三維模型制作與發布系統PIE-TDModeler，形成了富有航天宏圖特色的、體系完整、技術先進的實景三維解決方案。該方案提供空天地多源數據獲取、海量空天地多源數據的全自動空中三角測量、集群并行傾斜攝影三維模型重建以及千人協同三維模型單體化等全鏈路實景三維工程服務能力，為實景三維中國建設、基礎測繪發展提供從技術、應用、安全等不同層面上的重要支撐手段。PIE-TDModeler具備室內外、地上地下、水域陸地等多源數據一體化高精度建模處理、二三維地理實體構建、入庫管理、發布展示、應用分析等全鏈路服務的功能，產品完全自主可控。廣泛應用于自然資源、智慧城市、橋隧檢測、 電力巡檢、施工監測、軍警防務、應急指揮等多個領域。
除了面向政府、企業推出的實景三維解決方案，航天宏圖秉承“科技改變世界，遙感走進生活”的企業使命，在去年9月推出了首款面向大眾用戶的遙感移動應用“宏圖實景”APP，依靠時空大數據和AI算法推進地圖3.0階段的探索，打造中國版沉浸式實景三維地圖。讓普通用戶也可以在日常生活中玩轉實景三維。
宏圖實景分別從城市模型(基于衛星遙感影像的AI建模)、區域模型(基于無人機航拍的實景三維建模)以及VR模型(基于VR相機的精細場景建模)，打造三維實景應用場景。值得一提的是，宏圖實景中的城市模型是航天宏圖AI團隊基于遙感衛星影像，利用多類別、多尺度的遙感解譯算法自動識別建筑、道路、植被、水體等地物要素，提取地基輪廓、房屋高度、屋頂類型、墻面紋理等建筑屬性，然后按照不同建筑風格的建模規則與過程建模算法，高效、全自動完成。該技術也叫“基于單張遙感影像的城市建筑快速重建”，生成速度達到500 棟建筑/秒。相關技術和算法在DFC(Data Fusion Contest)2023大賽中的“建筑物實例分割與屋頂細粒度分類”與“面向多任務學習的城市建筑物提取與高度估計”雙賽道均獲得第一名。
AI三維城市建模技術路線圖
基于多類別/多尺度遙感解譯算法、多風格建模規則與過程建模算法，宏圖實景以北京/上海/天津等8個城市主城區為試點，完成超過300萬棟建筑物的重建，形成三維實景模型，其中包含了自動重建的三維模型底座，也融合了多種不同類別地物要素的重建結果、以及人工精細化建模的城市標志性建筑。給用戶更加真實、更加細化、更加立體的實景地圖體驗。城市實景三維底座是數字城市的重要組成部分，在城市管理、應急指揮、城市規劃、資源展示中承擔著越來越重要的基礎支撐作用。
宏圖實景 APP 中城市三維數字底座示意圖
(從左至右：江蘇高淳實景三維模型、北京中央電視臺大樓及周邊建筑群、過程建模算法生成的建筑細節、上海東方明珠及周邊建筑群)
總的來說，實景三維中國建設將極大地促進中國社會和經濟的數字化轉型。它是國家新型基礎設施建設的重要組成部分，是數字中國建設的基礎性工作;同時也可以促進測繪地理信息行業的高質量發展;也是推進自然資源領域治理體系和治理能力現代化的重要保障。實景三維中國建設還可以促進數字產業化、產業數字化，推動數字經濟和實體經濟深度融合，為經濟發展提供新的增長點。
