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以現(xiàn)實城市為藍本，在虛擬空間“復制”出一座與之對應的數(shù)字城市，讓一城變雙城，這種三維虛擬數(shù)字城市距離我們已經不遠。
概括來講，數(shù)字城市是以數(shù)據(jù)為中心，強調數(shù)據(jù)的采集、分析與應用，是現(xiàn)實城市的數(shù)字化及其延伸。我們生活在一個三維世界里，城市是個復雜的巨大系統(tǒng)，包括用地、建筑、市政設施等多個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)之間具有復雜的空間關系。但目前的數(shù)字世界，還是以二維的圖像和文字為主，真正的三維內容很少。隨著科技的進步，構建一個逼真的三維數(shù)字世界是社會發(fā)展的必然趨勢。
經過若干年發(fā)展，與三維數(shù)字城市相關的研究已有不少有形成果。三維數(shù)字城市平臺在大眾服務方面也出現(xiàn)了一些應用實例，如電子地圖、導航和虛擬旅游等。美國費城虛擬城市就是個典型例子。它為用戶提供俯視、沉浸的瀏覽方式，游客能夠身臨其境般在虛擬城市里行走、觀光，獲得沿途所見景點、商店、廣告等信息，甚至可以進入建筑內部，了解室內布局，或在固定視點環(huán)視室內場景。就像電影《阿凡達》里所描繪的情景那樣，人們可以穿梭時空，還能換一種身份、性別和角色，嘗試“阿凡達”式生活，體驗不同的人生感受。
打造一座數(shù)字城市，大致需要分三步走。第一步是數(shù)字化，其任務是對城市實體進行幾何、空間數(shù)據(jù)信息的測量和收集，包括空中、地面、地下，以及靜態(tài)和動態(tài)對象。例如，利用個人手機信號對城市人口流動情況進行采樣建模，跟蹤分析車載導航儀的信息，尋找城市交通熱區(qū)，對家庭用水用電情況進行采集分析，等等。第二步是讓這些結構和實體發(fā)生聯(lián)系。它的實現(xiàn)有賴于計算，千萬億次超級計算機中心將為數(shù)字城市海量數(shù)據(jù)的計算提供支撐平臺。輸入數(shù)字化階段得到的高精度城市動態(tài)采樣信息數(shù)據(jù)，通過建立物理演變模型和人物行為模擬等，針對城市中不同應用需求進行預測和決策。
建立數(shù)字城市系統(tǒng)的目標是它的應用。應用主要分為城市的資源管理和應急反應兩大部分。資源管理是指支撐相關部門對水、氣、土地、通信基礎設施等進行規(guī)劃，對能源、交通、人口等進行管理調度；應急反應則是針對突發(fā)疾病、反恐、污染、洪水、反常天氣等小概率但危害嚴重的事件進行預測和決策，從而最大程度地減少損失，保護人的生命財產安全。
中國在三維數(shù)字城市領域的系統(tǒng)性研究近幾年發(fā)展迅速。中國科學院深圳先進技術研究院于2008年成立了數(shù)字所，開展數(shù)字城市的研究與應用。其定義的數(shù)字城市不僅只是數(shù)字化的城市空間，還包括城市空間信息載體、物理現(xiàn)象和人類活動演變空間，具有“三維、動態(tài)、實時”三大特點。中國已開展的三維數(shù)字化項目，包括洛陽龍門石窟研究院與北京大學等合作的龍門石窟三維數(shù)字圖書館、武漢大學敦煌莫高窟等數(shù)字化項目等。
數(shù)字城市帶來的是城市資源的節(jié)約、信息的有效溝通和更合理的管理運轉。當城市發(fā)展面臨資源瓶頸，大城市病日益影響城市的可持續(xù)發(fā)展時，信息化會讓各種資源調配更加有效和通暢。雖然目前建立城市的高精度三維模型仍需耗費大量物力財力，但很多應用需求卻促使我們必須向“二維到三維”的特點邁進。隨著三維數(shù)字城市的進一步發(fā)展，它與現(xiàn)實世界的分界越來越模糊。虛擬與現(xiàn)實世界的融合，將形成人類生存的新空間，促成人類生活的飛躍。
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