众所周知在做数字孪生相关项目的时候，会划出相当一部分费用会用于做建模工作，然而有一天老板跑过来告诉我，由于客户地处于偏远经济欠发达地区，没有多少项目经费，因此不会花很大的价钱做建模，换言之如果这个项目连建模师都请不起了，阁下该如何应对。
常规的场景建模方式无非就是CAD、激光点云辅助、倾斜摄影建模，人工建模的成本自不必说，几百平方公理的场景如果用无人机倾斜等等建模也是一笔不小的开销，在客户对场景还原度和模型精细度不高的前提下，最省成本的办法还是尽肯能让程序自动建模。经过几天摸索，我终于找到一些稍微靠谱的应对方法，本篇着重讲述如何获取场景的数据，以及处理为展示所需的数据格式。
准备工作
使用的工具
| 工具 | 用途 | 成本 |
|---|---|---|
| 水经注 | 获取全国GIS数据 | 部分免费 |
| 地理空间数据云 | 获取地形高程图 | 免费 |
| QGIS | 空间数据编辑 | 开源 |
| cityEingine | 自动生成建筑和道路模型 | 部分免费 |
| CesiumLab3 | 转换地理模型 | 部分免费 |
| CesiumJS | 3D地图引擎，用于做最终场景展示 | 开源 |
QGIS（全称Quantum GIS）是一个开源的地理信息系统， 提供了一种可视化、编辑和分析地理数据的途径。它支持各种矢量、栅格和数据库格式，并且支持丰富的GIS功能，包括地图制作、空间数据编辑、地图浏览等。
CesiumLab3是一款强大的3D地理信息数据处理软件，可以将各种类型的数据，如点云、模型、影像、地形等，转换为3D Tiles格式，以便在CesiumJS中可视化。此外，CesiumLab3还提供了一套完整的数据管理和分发服务，使得大规模3D地理信息数据的存储、管理和服务变得更加便捷。
CesiumJS是一款开源的JavaScript库，它用于创建世界级的3D地球和地图的Web应用程序。无论是高精度的地形、影像，还是高度详细的3D模型，CesiumJS都可以轻松地将它们集成到一个统一的地理空间上下文中。该库提供了丰富的接口和功能，让开发者可以轻松实现地理信息可视化、虚拟地球等应用。
基础数据
| 图层 | 数据形态 | 数据格式 | 文件格式 |
|---|---|---|---|
| 卫星影像 | 图片 | 栅格 | TIF |
| 水域分布 | 多边形 | 矢量 | SHP |
| 建筑面轮廓 | 多边形 | 矢量 | SHP |
| 植被分布 | 散点 | 矢量 | SHP |
| 地形高程图 | 图片 | 栅格 | TIF |
数据处理
1. 影像和地形
带有地形信息的卫星影像作为底图可以说是非常重要，所有其他图层都是它的基础上进行搭建，因此我们必须尽可保证在处理数据时的底图和最终展示时使用的底图是一致的，至少空间参考坐标系必须是一致的。
由于在后面步骤用到的cityEgine工具可选坐标系里没有ESPG43226，这里使用EPSG32650坐标系。
在编辑过程中需要用到TIF格式的卫星底图，可以使用QGIS对栅格图层，图层的数据在平面模式下进行编辑，主要工作是对齐数据、查漏补缺。
地形处理步驟如下：
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打开地理空间数据云，登录并进入"高级检索"
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设置过数据集和过滤条件后会自动返回筛选结果，点击结果项右侧的下载图标即可下载。
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在 QGIS 中打开菜单栏 Raster > Miscellaneous > Merge，并将下载的高程文件添加到 Input layers 中。
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可以使用 Processing Toolbox 中的 Clip raster by mask layer 工具来裁剪高程图层，处理好之后导出TIF格式备用
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使用esiumlab3做地形转换，在这里会涉及到转换算法的选择，VCG算法适合用于小范围，对精度要求高的地形；CTD算法则适合用于大范围，对精度要求低的地形。根据具体情况选择即可。地形具体步骤看 高程地形切片和制作水面效果
2. 建筑轮廓
建筑轮廓通常为矢量数据，在2D模式下它就是由多个内封闭多边形组成的图层，而在3D模式下可以对这些多边形进行挤压形成体力几何体，并在此基础上做变形和贴图，形成大量城市建筑的视觉效果。
这部分数据很难在互联网上拿到，即使有免费的渠道（比如OMS下载），数据也是较为老旧的或者残缺的，有条件的话建议让业主提供或者购买水经注VIP会员下载。即使这样，我们还需要使用QGIS等工具进行二次编辑。
操作步骤如下：
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在QGIS处理数据，对数据进行筛选、补充、填充基本信息等处理，导出SHP格式数据，建议将卫星影像和地形底图一并导出，用于做模型位置对齐。为方便后面的自动化建模，需要将每个建筑面的基本信息（比如名称和建筑高度）录入到每个多边形中，如果对建筑高度要求没有那么精细也可以用QGIS自带的方法随机生成高度数值。
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在cityEngine中新建工程（存放各种数据、图层、规则文件）和场景（从工程中抽取素材搭建场景）
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使用cityEngine进行自动程序化建模，有了建筑面轮廓和高度，就可以直接使用规则生成建筑了，建筑的风格也是可以灵活配置的，比如商业区住宅区，或者CBD风格城乡结合部风格等等。 具体操作看 CityEngine-建筑自动化程序建模
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将模型导出为FBX，并使用cesiumlab3转换为3Dtiles ，具体操作见 常见3D模型转3Dtiles文件。这里要注意空间参考必须设置为与在QGIS处理数据时的坐标系一致，这里有个坑的地方就是非授权（收费）用户是无法使用ENU之外的其他坐标系将FBX或OBJ文件转为3DTiles 的，只能用SHP转出3DTiles白模。这就是为什么很多人反映导出3DTiles后放到地图里又对不上的原因。
3. 绿地和植被图层
绿地和植被图层为我们展示了特定区域内的自然或人工绿地及植被分布情况，包括公园、森林、草地、田地等各类植被区域。获取数据通常可以通过遥感卫星图像，或者通过地面调查和采集。这些数据经过处理后，可以以矢量或栅格的形式在GIS中进行展示和分析。
在本文案例中为了制作立体茂密树林的视觉效果，我们将植被图层数据转换为LOD图层，即在不同的地图缩放尺度下有不同的细节呈现。基本原理就是在指定的范围内随机生成一个树模型的大量实例操作步骤如下：
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获取植被区域多边形，使用QGIS通过数据导入或手绘的方式得到植被的覆盖区域，可以給区域增加一些快速计算的属性，比如area
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在覆盖区域内生成随机分布点，调整点的数量和密度达到满意状态即可
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如有需要，可以手动调整随机生成的点数据，确认无误后导出文件shp
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准备好带LOD的树模型（cesiumlab3\tools\lodmodel\yangshuchun有自带一个示例模型可用）和地形高程信息文件（.pak格式）
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使用cesiumlab3创建实例模型切片，具体的流程可以看这里 CesiumLab3实例模型切片
以上方法适合创建模型单一、更新频度低、且数据量巨大的模型图层，比如树木、城市设备如路灯、垃圾桶、井盖等等。
4. 水域分布
地理上水域包括湖泊、河流、海洋和各种人工水体，在专业领域项目水域的分布对研究环境生态有重大意义，而比较通用的场景就是跟卫星影像、地形底图结合展示，我们同样需要矢量数据绘制多边形，并加上动态材质出效果。
由于最终展示的地图引擎cesium自带水域材质效果，这里的操作也变得简单，只要把水域多边形获取到手就行：
- 打开QGIS，导入从水经注下载的水域数据或者对着卫星影像地图手动绘制水域数据，导出为shp文件格式
- 在cesiumlab3 生成地形切片，在cesium里，水域是作为地形的一部分进行处理的，所以将地形高程图tif文件和水域shp文件一起上传处理即可。具体步骤看 高程地形切片和制作水面效果
组合数据
至此数据篇就介绍完了，由于cesiumlab3自带分发服务，我们可以直接在上面新建一个场景，将上文生成的数据图层组合到一个场景里作展示。另外还可以测试一些场景效果比如天气、轮廓、泛光等等，还挺有意思的。后续的单模型加载、可视化图层加载、鼠标事件交互等等就留在开发篇吧，今天就先这样。
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叠加地形、建筑白模、植被实例切片图层
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测试建筑模型积雪效果
