数字孪生景区可视化管理开发实践解析

文旅产业的数字化转型正在加速推进，多家景区和主题乐园开启了元宇宙方向的探索，张家界元宇宙研究中心已挂牌成立，成为全国首个设立元宇宙研究中心的景区。现代景区在吸纳信息革命（5G/6G）、互联网革命（Web 3.0）、人工智能革命以及 VR、AR、MR 等虚拟现实技术成果后，能为游客带来更丰富的沉浸式互动体验，同时对景区自身的数字化管理能力也提出了更高要求。

本项目以北京故宫为原型，基于图扑（Hightopo）自主研发的 HTML5 2D、3D 图形渲染引擎 HT for Web 搭建景区数字孪生可视化系统。HT for Web 是建立在 HTML5 标准之上的组件库，可无缝结合 HTML5 各项多媒体功能，为 Web 可视化提供丰富的展示形式和效果，广泛应用于二维组态和三维组态领域。本文即从开发实现角度，阐述如何运用 HT 产品搭建此类可视化解决方案。

整体架构与实现思路

系统按 "三维场景 + 二维数据面板" 的架构组织：

三维场景层：以故宫宫殿布局为原型搭建 3D 古风场景，承载建筑模型、客流点位、交互热区等空间信息；

二维数据面板层：以 2D 图表与统计卡片承载业务数据，包括客流统计、设施负载、事件工单、投诉分析等；

数据接入层：通过常规前端对接方式，将后端汇聚的业务数据渲染到场景与面板之上。

渲染层面基于 WebGL 技术创建具有复杂 3D 结构的景区画面，浏览器即可轻松加载；系统支持跨平台运行，覆盖桌面端（Mouse）、移动端（Touch）与虚拟现实（VR）设备，满足景区管理对高性能、跨平台数据可视化的需求。

三维场景搭建

3.1 场景内容与结构

北京故宫是世界文化遗产，被誉为世界五大宫之首（与法国凡尔赛宫、英国白金汉宫、美国白宫、俄罗斯克里姆林宫并列）。故宫以三大殿为中心，占地面积约 72 万平方米，建筑面积约 15 万平方米，有大小宫殿七十多座、房屋九千余间。建筑分为外朝与内廷两部分：外朝的中心为太和殿、中和殿、保和殿，内廷的中心为乾清宫、交泰殿、坤宁宫。

开发时以故宫宫殿布局为原型搭建 3D 古风场景，将建筑群、庭院、植被等对象按空间关系组织进三维场景；通过喜鹊、飞翔的白鹤等动态元素衬托古典氛围，体现人与自然和谐共处的意境；场景采用红砖黄瓦的紫禁城配色并结合科幻配色，兼顾历史底蕴与科技感。系统接入 VR 设备后即可进行沉浸式游览。

3.2 模型数据来源：航拍建模与人工建模

三维场景数据可通过航拍建模或人工建模两种方式获取，开发时按场景精度需求与成本约束选择：

航拍建模，即倾斜摄影实景三维建模：利用飞机或无人机搭载多台传感器，从前、后、左、右以及垂直五个方向对地物进行拍摄采集，再通过纠正、平差、多视影像匹配等处理获得三维模型；

人工建模：主要根据一定范围内的场景图或 CAD 图纸，结合实景照片进行人工建模。

两种方式在数据特性上差异明显，直接影响场景开发与 GIS 融合的实现方式：

其中 LOD 机制对渲染效率尤为关键：系统可根据用户浏览时与场景的距离，自动显示不同精度的 LOD 层级模型，从而提升数据展示与渲染的高效性。

3.3 GIS 数据融合

HT for Web 与 GIS 结合后，三维景区内地面物体能展现更多细节。HT for Web GIS 产品支持加载不同地图瓦片服务或数据、航拍倾斜摄影实景的 3DTiles 格式数据以及城市建筑群等多种 GIS 数据；结合 BIM 数据轻量化、三维视频融合以及 2D 和 3D 无缝融合等技术优势，可在 GIS 系统中对海量的 POI 数据、交通流量数据、规划数据、现状数据等进行多样化可视化展示。该能力还可延伸协助城市防汛管理、建设智慧城市。

数据对接与可视化组件实现

4.1 数据对接方案

系统涉及的业务数据包括票务（网络订票、现场购票）、客流（入园 / 出园人次、区域密度）、设施状态（净手处、公厕、停车场、公交）、事件工单、投诉记录及环境数据等，由后端各业务系统汇聚后提供给前端。数据对接采用行业通用常规方案：

统计类数据：通过后端 HTTP 接口按需请求，进入页面或切换面板时拉取并渲染；

实时类数据：通过 WebSocket 等实时通道订阅，由服务端推送客流、告警、事件等实时变化，前端增量更新；

低频数据：对变化频率较低的设施负载、公交与停车状态等，采用定时轮询刷新。

视频资源方面，HT for Web 基于 HTML5 标准，可无缝结合 HTML5 各项多媒体功能，支持集成各类视频资源形成统一的视频流；可在 2D、3D 态势地图上标注摄像头对象并关联其视频信号源，通过场景交互调取相应监控视频，满足运维人员对场景进行实时态势感知、历史数据回溯比对、应急处理预案等监测需求。

4.2 可视化组件实现

所有图表与可视化元素均基于 HT 组件与图元能力绘制：

渐变色三角形柱状图：用于入园人次统计，支持同比、环比、实时三种视图切换；

进度条：用于设施负载展示，按负载率阈值动态变色；

动态雷达图：用于投诉原因分类统计；

热力图：基于多个智能摄像头图像识别分析生成园区人群密集度分布；

印章式状态标识：用于停车场压力（优 / 良 / 挤）等状态展示；

动态箭头：用于疏散模拟，指向逃生出口方向。

核心功能模块实现

5.1 综合信息：公厕下钻与环境卫生

3D 场景内 "净" 图标支持点击下钻，进入公共厕所人流量界面并显示排队人数。实现上采用轻量化三维建模技术，以三维场景为基础、2D 数据面板为辅，统计男厕、女厕、无障碍公厕的使用人次，各区域公厕负载，环境评分历史，以及氮气、温度、湿度、PM2.5 等环境数据，实现景区数字化管理。

5.2 入园统计

系统分别统计网络订票、现场购票、出园人次，将智能监控设备和人脸识别的数据接入可视化系统，实现主动式安防。运维人员可时刻关注系统内的游客数据，将园区游客数控制在合理范围。

5.3 实际入园人次历史

采用渐变色三角形柱状图实现日均入园人次的同比、环比、实时数据展示，通过图形化手段清晰有效地将数据信息进行解读和传达，帮助发现客流规律与特征，挖掘数据背后的价值。

5.4 净手处负载

以绿色进度条显示神武门东、神武门西、乾清宫东、御花园等净手处的负载率百分比，并实现阈值变色逻辑：负载超过 80% 进度条变为黄色，超过 90% 变为红色。结合 HT for Web 与 GIS，运维人员可通过可视化大屏查看人流拥挤的位置，并通过智能手环等穿戴设备将位置信息传递给安保人员。

5.5 附近停车场压力

故宫不设停车场，周边公共停车场也较远，故不建议驾车前往；如驾车前来可在西华门停车场、国家大剧院、中山公园停车场、北京饭店停车场停车。系统将各停车场的停车状况以优、良、挤的印章形式展示，可与订票系统结合，通过小程序将停车信息发送给已订票游客。

5.6 各门附近公交压力

统计午门、神武门、东华门、西华门附近的公交情况，便于游客出行。

5.7 今日事件处理

对已处理、待派发、已寻着、待出警等事件状态进行统计，用于评估景区管理人员绩效、优化人员管理。

5.8 投诉原因分析

通过动态雷达图展示导游服务、导游违规、交通问题、设施问题、旅行团违规等类别的投诉次数，利用丰富的图表、图形和设计元素将相对复杂、抽象的数据以更直观的形式展现，便于景区管理。

5.9 热力图与人群密度分析

景区内人群密集度越来越高，群体性事件与日俱增，密集的人流量加大了安保、服务等管理上的困难。实现上，通过多个智能摄像头的图像识别分析形成完整的园区热力图，显示园区某个地方人员集中情况及拥挤程度：红色区域人群聚集，绿色区域游客较少。

人群密度分析利用先进的目标检测、识别、跟踪等技术统计人群的数量和密度等特征指标，监测公共场所中人群的安全，帮助掌握正确的人群密度数据和变化趋势，从而进行合理的安保管理。通过客流监控可建立客流预警机制，对超出景区承载力的客流进行有效引导和疏散，提前考虑人群疏散路线。

5.10 疏散模拟

场景中以动态箭头指向逃生出口方向，可模拟多条疏散路线并预测疏散时间，测算出最佳逃生路线。景区具有人员密集度高、地形复杂等特点，疏散时间的长短直接关系到人员安全。实现上通过将 HT for Web 与 BIM 结合，借助传感设备和射频识别技术确定人员逃生数据，利用三维可视化特点将真实的疏散环境和疏散情况还原，与景区真实情况切合度高，在实际灾难逃生中可有效提高游客逃生效率。

5.11 GIS 开关

作为功能入口控制 GIS 图层与三维场景的叠加显示，用于查看三维景区内地面物体的更多细节，其底层数据支撑即 3.2 与 3.3 所述建模数据与 GIS 加载能力。

跨平台与 VR 体验

系统基于 WebGL 实现浏览器端三维渲染，同一套 HT 场景支持桌面端鼠标操作、移动端触控操作，并可接入 VR 设备进行游览，达到身临其境的效果，带来沉浸式体验。

总结

文旅产业的数字化转型不断推进，云旅游、云看展、沉浸式演艺、沉浸式游乐已成为趋势。乐园、景区可以充分运用人工智能、虚拟现实等技术将文旅资源数字化，让游客在旅行前、旅行中都能获得沉浸交互式的体验。对于文旅行业来说，元宇宙是打破旅游时空观的媒介，更像是主题文化的虚拟体验地。基于 HT for Web 构建的数字孪生景区方案，在三维场景渲染、跨平台适配与数据可视化之间取得了平衡，为文旅景区的数字化管理提供了一条可落地的实现路径。