摘要：【意義】實(shí)景三維模型正從過去的“表達(dá)現(xiàn)實(shí)”發(fā)展演變?yōu)楝F(xiàn)今的“連接現(xiàn)實(shí)、認(rèn)知現(xiàn)實(shí)乃至預(yù)見現(xiàn)實(shí)”。隨著實(shí)景三維中國建設(shè)的全面推進(jìn)，“實(shí)景三維+”的融合應(yīng)用模式已滲透至諸多行業(yè)。作為國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)景三維模型對(duì)于地理空間認(rèn)知、虛擬地理環(huán)境、時(shí)空計(jì)算等科學(xué)研究，以及對(duì)于數(shù)字中國建設(shè)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展、精細(xì)化社會(huì)治理等國家戰(zhàn)略和社會(huì)需求，具有重要價(jià)值?！痉治觥勘疚南到y(tǒng)綜述了實(shí)景三維模型的概念框架、核心方法、應(yīng)用場(chǎng)景和面臨的挑戰(zhàn)。首先，對(duì)實(shí)景三維模型的概念、內(nèi)涵和主要類型進(jìn)行了系統(tǒng)回顧和歸納總結(jié)，提出原生實(shí)景三維模型和次生實(shí)景三維模型的概念，以推動(dòng)其深度應(yīng)用；并從數(shù)據(jù)層、模型層、平臺(tái)層、應(yīng)用層、理論與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范層5個(gè)層次對(duì)實(shí)景三維模型的研究范疇進(jìn)行歸納。其次，按照“原生實(shí)景建模-次生實(shí)景建模-模型優(yōu)化與評(píng)估”的思路，梳理了當(dāng)前實(shí)景三維建模的核心方法，并探討各類方法的發(fā)展方向。接著，系統(tǒng)回顧了實(shí)景三維模型的應(yīng)用場(chǎng)景，并從“時(shí)空底座-信息提取-連通現(xiàn)實(shí)-賦能行業(yè)”4個(gè)維度，總結(jié)其行業(yè)服務(wù)和應(yīng)用范式。最后，從地理信息認(rèn)知范式轉(zhuǎn)型、復(fù)雜場(chǎng)景時(shí)空動(dòng)態(tài)建模、智能化轉(zhuǎn)型和行業(yè)深度應(yīng)用等方面，總結(jié)了當(dāng)前實(shí)景三維建設(shè)面臨的主要問題和挑戰(zhàn)，并對(duì)實(shí)景三維模型的未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。【目的】本文旨在為相關(guān)研究提供全局性的學(xué)術(shù)視野與系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，幫助相關(guān)研究人員與技術(shù)人員快速把握實(shí)景三維領(lǐng)域的前沿態(tài)勢(shì)，為技術(shù)研發(fā)與“實(shí)景三維+”的行業(yè)應(yīng)用提供參考依據(jù)，并對(duì)人工智能賦能實(shí)景三維建設(shè)等潛在突破方向進(jìn)行預(yù)判，啟發(fā)創(chuàng)新性研究和實(shí)踐思路。

01

引言

本文旨在對(duì)實(shí)景三維模型的概念框架、核心方法、應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵挑戰(zhàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和綜述。首先，對(duì)實(shí)景三維模型的概念與內(nèi)涵、主要類型和研究范疇進(jìn)行系統(tǒng)回顧和歸納總結(jié)；然后，梳理當(dāng)前實(shí)景三維建模的核心方法與技術(shù)，分析各自優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展方向；接著，系統(tǒng)回顧實(shí)景三維模型的應(yīng)用場(chǎng)景，總結(jié)其行業(yè)服務(wù)和應(yīng)用范式；最后，指出實(shí)景三維建設(shè)當(dāng)前面臨的主要問題和挑戰(zhàn)，并對(duì)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，以期為后續(xù)研究與實(shí)踐提供思路和指引。

02

實(shí)景三維模型的概念框架

本文以“概念內(nèi)涵—主要類型—研究范疇”為主線，系統(tǒng)總結(jié)實(shí)景三維模型的概念框架（圖1）。實(shí)景三維模型的概念自提出以來不斷演進(jìn)和發(fā)展，并包含了不同層次的內(nèi)涵。在模型產(chǎn)品上也衍生出不同類型、不同層次的產(chǎn)品體系。在研究范疇上從早期關(guān)注數(shù)據(jù)采集和建模，演進(jìn)為“數(shù)據(jù)層、模型層、平臺(tái)層、應(yīng)用層、理論標(biāo)準(zhǔn)層”五位一體的協(xié)同研究體系。

圖1實(shí)景三維模型的概念框架

03

實(shí)景三維建模的核心方法

在實(shí)景三維模型研究范疇的5個(gè)層次中，模型層是當(dāng)前最核心的研究內(nèi)容。結(jié)合前文提出的原生實(shí)景三維模型與次生實(shí)景三維模型概念，本節(jié)對(duì)現(xiàn)有建模方法體系依據(jù)“原生建?！紊！Ｐ蛢?yōu)化與表達(dá)”的統(tǒng)一框架進(jìn)行闡述。其中，原生建模強(qiáng)調(diào)多源數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的高保真幾何與紋理重建，次生建模則強(qiáng)調(diào)語義增強(qiáng)與結(jié)構(gòu)重構(gòu)，以支撐行業(yè)應(yīng)用與智能分析（圖2）。

圖2實(shí)景三維建模核心方法體系

表1幾種典型原生實(shí)景三維建模技術(shù)對(duì)比

圖3原生實(shí)景模型與次生實(shí)景模型轉(zhuǎn)化關(guān)系

04

實(shí)景三維模型的應(yīng)用

實(shí)景三維模型作為數(shù)字空間的統(tǒng)一基底，提供高精度、結(jié)構(gòu)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)以構(gòu)成空間框架，進(jìn)而通過語義化實(shí)現(xiàn)信息提取，在此基礎(chǔ)上支持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)字空間與物理現(xiàn)實(shí)的交互感知，最終賦能行業(yè)應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)各領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型?！皶r(shí)空底座-信息提取-連通現(xiàn)實(shí)-賦能行業(yè)”這4個(gè)維度環(huán)環(huán)相扣，完整構(gòu)成了從數(shù)據(jù)基底到行業(yè)賦能的邏輯閉環(huán)（圖4）。上述范式演進(jìn)，實(shí)質(zhì)是原生與次生實(shí)景三維模型協(xié)同作用的結(jié)果，二者相輔相成。原生提供基準(zhǔn)與現(xiàn)實(shí)性，次生承載業(yè)務(wù)邏輯與焦點(diǎn)分析，共同驅(qū)動(dòng)應(yīng)用深化。

圖4實(shí)景三維模型的應(yīng)用范式

圖5基于實(shí)景三維模型的多源數(shù)據(jù)聚合

圖6基于實(shí)景三維模型的管線數(shù)據(jù)治理

圖7基于實(shí)景三維模型的圖書館工程建設(shè)監(jiān)管

圖8實(shí)景三維模型賦能行業(yè)范式

05

面臨的關(guān)鍵問題與挑戰(zhàn)

實(shí)景地理信息認(rèn)知范式轉(zhuǎn)型

空間認(rèn)知是地理信息開發(fā)利用的前提。早期的實(shí)景三維模型重在可視化表達(dá)，常被詬病為“一張皮”，即雖然視覺逼真，但語義信息不足，難以支撐復(fù)雜的空間分析 [118] 。為解決這一問題，認(rèn)知范式正向“結(jié)構(gòu)化地理實(shí)體”轉(zhuǎn)型，即通過單體化和語義分割，賦予模型“對(duì)象”概念，使其可查詢、可計(jì)算 [29] 。更進(jìn)一步，隨著物聯(lián)網(wǎng)和實(shí)時(shí)傳感技術(shù)的接入，地理信息認(rèn)知正邁向從“靜態(tài)快照”到“四維動(dòng)態(tài)孿生”的時(shí)空延展，即不僅僅是靜態(tài)的空間映射，更是包含時(shí)間維度的、虛實(shí)互饋的動(dòng)態(tài)系統(tǒng) [11] 。這一演進(jìn)路徑標(biāo)志著對(duì)地理環(huán)境的理解從片面、靜態(tài)的描述走向了全面、動(dòng)態(tài)的感知與模擬。盡管結(jié)構(gòu)化與實(shí)體化已成為當(dāng)前關(guān)注的重點(diǎn)，但它并非終點(diǎn)，真正的挑戰(zhàn)在于如何構(gòu)建一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)反映物理世界動(dòng)態(tài)變化、并能與人類認(rèn)知邏輯無縫對(duì)接的“活”的數(shù)字空間。

實(shí)景三維技術(shù)的進(jìn)一步突破，必須建立在認(rèn)知范式深刻轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)上，上升到地理信息本體論和認(rèn)知論的高度。從本體論角度，需要構(gòu)建“實(shí)景地理環(huán)境”，即通過天空地一體化的時(shí)空感知網(wǎng)絡(luò)，獲取全要素、全信息的地理環(huán)境數(shù)據(jù)，不僅包含幾何形態(tài)，更包含物理屬性（材質(zhì)、光照）和動(dòng)態(tài)行為（人流、車流），突破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的靜態(tài)與片面性 [6,10] 。從認(rèn)知論角度，必須建立“感知-認(rèn)知-反饋”的閉環(huán)機(jī)制。對(duì)感知到的海量地理信息進(jìn)行符合認(rèn)知邏輯的實(shí)時(shí)組織與表達(dá) [119] 。這意味著地理信息不再是單向的“數(shù)據(jù)供給”，而是能夠理解用戶意圖、即時(shí)反饋環(huán)境變化的智能服務(wù)。

未來，實(shí)景三維模型有望發(fā)展成為“時(shí)空智能中樞”。它將通過實(shí)時(shí)的傳感器數(shù)據(jù)不斷修正和更新本體模型，同時(shí)根據(jù)人類的認(rèn)知反饋優(yōu)化信息表達(dá)方式，最終實(shí)現(xiàn)即時(shí)的“信息獲取服務(wù)于認(rèn)知”與“信息表達(dá)反饋于認(rèn)知”，構(gòu)建一個(gè)人-機(jī)-物三元融合、虛實(shí)共生的數(shù)字孿生世界。

實(shí)景三維建模的關(guān)鍵問題與挑戰(zhàn)

特殊紋理區(qū)域的三維重建

傳統(tǒng)的實(shí)景三維建模長期依賴于多視圖立體視覺（MVS）技術(shù)，以光度一致性為核心假設(shè)，生成表面三角形網(wǎng)格模型。這種顯式表達(dá)優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)清晰，且利用空間索引實(shí)現(xiàn)了成熟的LOD細(xì)節(jié)層次調(diào)度，廣泛兼容于各類GIS平臺(tái)。然而，面對(duì)城市級(jí)超大規(guī)模場(chǎng)景中普遍存在的，路面、墻面等“弱紋理”區(qū)域以及玻璃、水面等非朗伯體表面等特殊紋理區(qū)域，基于局部特征匹配的傳統(tǒng)方法往往失效，導(dǎo)致幾何空洞、噪聲和變形 [120-122] 。

近年來，隨著深度學(xué)習(xí)與可微渲染技術(shù)的發(fā)展，基于視覺智能的三維建模方法逐漸由傳統(tǒng)幾何重建向連續(xù)場(chǎng)表達(dá)范式演進(jìn) [5,123-124] 。以NeRF和3DGS為代表的渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了特殊紋理區(qū)域的逼真渲染。但是，神經(jīng)輻射場(chǎng)和高斯橢球集合均缺乏顯式的拓?fù)溥B接，難以直接轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格以用于物理模擬或空間分析。從“僅供渲染”的空間場(chǎng)中提取出符合物理規(guī)律、拓?fù)湔_的顯式幾何結(jié)構(gòu)，是解決特殊紋理區(qū)域重建問題的一種路徑。另一方面，利用生成式人工智能對(duì)缺失區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)全與紋理修復(fù) [125] ，有望實(shí)現(xiàn)特殊紋理區(qū)域從像素匹配建模走向認(rèn)知推理建模。

大規(guī)模多粒度高效建模

隨著全域?qū)嵕叭S建設(shè)向厘米級(jí)精度邁進(jìn)，數(shù)據(jù)規(guī)模呈指數(shù)級(jí)爆炸增長，計(jì)算資源與效率的矛盾日益尖銳。如何平衡建模效率與幾何精度，特別是在有限的計(jì)算資源下實(shí)現(xiàn)快速、高保真的城市級(jí)建模，仍是制約實(shí)景三維模型普及的關(guān)鍵瓶頸 [126] 。此外，多粒度實(shí)體的一體化建模面臨關(guān)鍵的理論與技術(shù)缺失。雖然現(xiàn)有技術(shù)在單一尺度（如建筑物單體）上已取得一定成果，但如何實(shí)現(xiàn)從微觀部件級(jí)（如窗戶、路燈）、中觀城市級(jí)到宏觀地形級(jí)的多粒度實(shí)體一體化抽象、關(guān)聯(lián)與協(xié)同管理，尚缺乏成熟的統(tǒng)一模型。當(dāng)前的難點(diǎn)在于，基元實(shí)體（如墻面、屋頂）與復(fù)雜實(shí)體（如整棟建筑）之間的動(dòng)態(tài)組合邏輯缺失，跨尺度的數(shù)據(jù)派生與語義融合仍需人工干預(yù)，缺乏自動(dòng)化的技術(shù)體系 [29,127] 。

大規(guī)模多粒度高效建模的突破，不僅依賴于算法優(yōu)化和算力提升，更取決于建模邏輯的變革。例如，在大范圍城市實(shí)景三維建模時(shí)，不再將建筑看作一堆三角面片，而是定義一套“父-子”層級(jí)關(guān)系（如：城市-街區(qū)-建筑-樓層-構(gòu)件），構(gòu)建城市實(shí)體拓?fù)渲R(shí)圖譜，探索跨尺度衍生和聚合方法。

時(shí)空動(dòng)態(tài)映射與增量更新

實(shí)景三維建設(shè)正經(jīng)歷從“靜態(tài)供給”向“動(dòng)態(tài)服務(wù)”轉(zhuǎn)型的深刻變革。面對(duì)動(dòng)態(tài)變化的真實(shí)世界，傳統(tǒng)的實(shí)景三維模型多為靜態(tài)快照，難以滿足自動(dòng)駕駛、應(yīng)急指揮等高頻應(yīng)用需求。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器產(chǎn)生海量流式數(shù)據(jù)（如視頻監(jiān)控、交通流檢測(cè)、環(huán)境傳感器），這些高頻、異構(gòu)的時(shí)序數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)映射到三維空間基底中 [21] 。已有研究通過實(shí)時(shí)全局姿態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)重集成策略，實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控的在線持續(xù)動(dòng)態(tài)映射 [128] 。但對(duì)于大場(chǎng)景的時(shí)空動(dòng)態(tài)映射還存在數(shù)據(jù)頻率與尺度不匹配、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的光照與外觀變化、全生命周期的時(shí)空譜系構(gòu)建等關(guān)鍵問題需要進(jìn)一步突破 [129] 。

此外，實(shí)景三維模型需記錄城市從規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維到拆除更新的完整演變過程，這對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出了“增量更新”的嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)的全局重構(gòu)模式成本過高，基于體素哈希或動(dòng)態(tài)八叉樹的結(jié)構(gòu)為局部更新和流式傳輸提供了支持 [130-131] 。但是，如何在大規(guī)模場(chǎng)景中保持拓?fù)湟恢滦圆⒎乐箶?shù)據(jù)碎片化，仍需要突破。

面向時(shí)空智能的新一代數(shù)據(jù)模型

隨著人工智能時(shí)代的到來，實(shí)景三維模型正朝著“時(shí)空智能中樞”演進(jìn)。實(shí)景三維模型不僅是給機(jī)器讀取的數(shù)據(jù)庫，更是支持高層級(jí)認(rèn)知交互的智能界面。這一階段的數(shù)據(jù)模型挑戰(zhàn)在于如何實(shí)現(xiàn)從“數(shù)據(jù)表達(dá)”到“認(rèn)知反饋”的閉環(huán)，即根據(jù)用戶的抽象交互意圖實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)與計(jì)算方式。傳統(tǒng)的幾何模型由于缺乏深層的語義關(guān)聯(lián)，難以支撐復(fù)雜的語義意圖查詢（如“顯示目前交通擁堵且存在積水風(fēng)險(xiǎn)的路口”）。這要求新一代數(shù)據(jù)模型本身具備一定的可微特性或支持高維向量嵌入檢索，從而能夠直接與大語言模型等AI認(rèn)知工具對(duì)接，實(shí)現(xiàn)開放詞匯的場(chǎng)景理解與查詢 [132] 。

空間索引與向量數(shù)據(jù)庫的深度集成是潛在的突破方向。向量數(shù)據(jù)庫通過相似性搜索（而非精準(zhǔn)匹配）在海量圖像、文本、數(shù)據(jù)中找出相關(guān)內(nèi)容 [133] ，是實(shí)現(xiàn)大語言模型（LLM）檢索增強(qiáng)生成（RAG）、推薦系統(tǒng)和多模態(tài)搜索的核心基礎(chǔ)設(shè)施。將向量數(shù)據(jù)庫融入GIS系統(tǒng)，支撐海量AI嵌入信息的高效管理，已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的前沿挑戰(zhàn)。

實(shí)景三維模型賦能行業(yè)應(yīng)用的問題與挑戰(zhàn)

打通行業(yè)應(yīng)用的“最后一公里”，實(shí)景三維數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)和各種業(yè)務(wù)的深度融合是實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型價(jià)值的關(guān)鍵，也是當(dāng)前另一大痛點(diǎn)。首先，測(cè)繪部門生產(chǎn)的實(shí)景三維模型與應(yīng)用部門存在語義鴻溝。測(cè)繪部門生產(chǎn)的“基礎(chǔ)地理實(shí)體”側(cè)重于幾何形態(tài)與空間位置，而自然資源、住建、交通等行業(yè)所需的“業(yè)務(wù)管理對(duì)象”則側(cè)重于權(quán)屬、功能與狀態(tài)（如宗地、不動(dòng)產(chǎn)單元）。不同行業(yè)領(lǐng)域的對(duì)象和信息分類體系、屬性結(jié)構(gòu)與管理粒度有很大的區(qū)別 [134] ，如何突破語義鴻溝是當(dāng)前的一大挑戰(zhàn)。其次，定制化開發(fā)成本高昂。不同行業(yè)對(duì)三維重建的精度與效率有著截然不同的需求，單一的建模方法難以通用。例如，文化遺產(chǎn)保護(hù)需要毫米級(jí)紋理與結(jié)構(gòu)病害檢測(cè)能力 [135] ；水利數(shù)字孿生關(guān)注大范圍流域的地形連續(xù)性與水下地形的無縫拼接 [136] ；而植物表型分析則要求對(duì)微小枝葉進(jìn)行精細(xì)的一體化重建 [137] 。這導(dǎo)致每個(gè)行業(yè)、甚至同一行業(yè)的不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景都需要針對(duì)性地開發(fā)融合方案與分析工具。加之缺乏統(tǒng)一的跨行業(yè)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，使得每次跨域協(xié)作都需要進(jìn)行繁瑣的格式轉(zhuǎn)換與定制化對(duì)接，嚴(yán)重阻礙了實(shí)景三維模型的規(guī)?；茝V。

實(shí)景三維模型的價(jià)值還在于行業(yè)業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)管理，社會(huì)運(yùn)行的智能調(diào)控，以及國家戰(zhàn)略的科學(xué)決策。實(shí)景三維模型的服務(wù)目標(biāo)應(yīng)從提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和可視化軟件，升級(jí)為提供診斷、預(yù)測(cè)和方案優(yōu)化的“時(shí)空智能”是未來的一大趨勢(shì)。然而，當(dāng)前面臨三大挑戰(zhàn)。首先，機(jī)理模型集成缺失。決策推演往往需要結(jié)合物理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)規(guī)律。當(dāng)前的實(shí)景三維模型主要承載“外觀數(shù)據(jù)”，難以無縫集成洪水演進(jìn)方程、交通流動(dòng)力學(xué)、空氣擴(kuò)散模型等專業(yè)的“機(jī)理模型”。各領(lǐng)域的分析模型接口不統(tǒng)一，調(diào)用復(fù)雜，導(dǎo)致推演往往停留在視覺效果層面，缺乏科學(xué)深度。其次，知識(shí)抽取與結(jié)構(gòu)化困難。如何從海量三維場(chǎng)景、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和多源行業(yè)信息中，自動(dòng)抽取和結(jié)構(gòu)化諸如“城市低效用地的空間分布規(guī)律”“地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的成災(zāi)模式”等領(lǐng)域知識(shí)，并構(gòu)建成可計(jì)算、可推理的時(shí)空知識(shí)圖譜，是實(shí)現(xiàn)智能服務(wù)的巨大挑戰(zhàn)。目前的系統(tǒng)多缺乏這種從數(shù)據(jù)到知識(shí)的自動(dòng)化提煉能力，限制了其輔助決策的潛力 [138] 。最后，預(yù)測(cè)與決策支持能力弱?，F(xiàn)有服務(wù)多以“描述現(xiàn)狀”為主（如展示滑坡體位置），缺乏“診斷成因”（如研判滑坡機(jī)理）、“預(yù)測(cè)趨勢(shì)”（如預(yù)警滑坡風(fēng)險(xiǎn)）和“生成方案”（如生成最優(yōu)疏散路徑）的深度智能服務(wù)能力。當(dāng)前實(shí)景三維模型作為“快照”，若不能與實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和各行業(yè)機(jī)理模型深度融合，形成“活”的、同步映射現(xiàn)實(shí)的數(shù)字孿生體，就無法支持動(dòng)態(tài)世界的科學(xué)決策。

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結(jié)論與展望

本文系統(tǒng)綜述了實(shí)景三維模型的概念框架、核心方法、應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵挑戰(zhàn)，揭示了其作為國家新型基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)字中國空間基底的戰(zhàn)略價(jià)值。在概念上，實(shí)景三維模型已從早期單一的三維模型，演變?yōu)椤氨磉_(dá)現(xiàn)實(shí)”空間基礎(chǔ)設(shè)施，正在朝“連接現(xiàn)實(shí)、認(rèn)知現(xiàn)實(shí)乃至預(yù)演現(xiàn)實(shí)”方向繼續(xù)演進(jìn)。在建模方法上，傾斜攝影和激光掃描等面向原生實(shí)景三維的建模技術(shù)已逐漸成熟并廣泛應(yīng)用，面向“語義實(shí)體”的次生實(shí)景三維建模正變得迫切需要，以解決傳統(tǒng)Mesh模型“可看不可算”的問題。在應(yīng)用層面，實(shí)景三維模型已突破單純的可視化展示，深度融入自然資源管理、智慧城市運(yùn)行及各類行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中。然而，當(dāng)前的實(shí)景三維建設(shè)還面臨認(rèn)知范式轉(zhuǎn)型、復(fù)雜場(chǎng)景時(shí)空動(dòng)態(tài)建模、智能化轉(zhuǎn)型和行業(yè)深度應(yīng)用等挑戰(zhàn)。

展望未來，實(shí)景三維模型的發(fā)展在需求升級(jí)、數(shù)據(jù)爆發(fā)與人工智能技術(shù)變革的三重驅(qū)動(dòng)下，將向著“時(shí)空智能中樞”邁進(jìn)。

首先，在需求變化層面，實(shí)景三維模型將從提供靜態(tài)的“實(shí)景基座”向提供動(dòng)態(tài)的“決策服務(wù)”轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的應(yīng)用模式多側(cè)重于現(xiàn)狀查勘與靜態(tài)展示，而未來的核心需求將聚焦于對(duì)物理世界的全生命周期管理與仿真推演。用戶不再滿足于看到“那里有什么”，而是需要系統(tǒng)回答“發(fā)生了什么變化”、“未來可能發(fā)生什么”以及“如何應(yīng)對(duì)”等復(fù)雜問題。這將推動(dòng)實(shí)景三維模型從單純的幾何載體，向集成水動(dòng)力學(xué)、交通流、環(huán)境演變等各類機(jī)理模型的綜合計(jì)算平臺(tái)演變，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)表達(dá)現(xiàn)實(shí)到主動(dòng)預(yù)演現(xiàn)實(shí)的根本性轉(zhuǎn)變。

其次，在海量泛在數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)層面，實(shí)景三維建設(shè)將面臨如何高效融合空、天、地、水下及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等異構(gòu)數(shù)據(jù)的巨大考驗(yàn)。隨著傳感器技術(shù)的普及，數(shù)據(jù)來源已從專業(yè)的測(cè)繪裝備擴(kuò)展到視頻監(jiān)控、移動(dòng)終端、眾源數(shù)據(jù)等泛在感知網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長且模態(tài)各異。未來的技術(shù)攻關(guān)需要聚焦于構(gòu)建能夠?qū)崟r(shí)“吞吐”與“消化”海量數(shù)據(jù)的活體數(shù)字空間，確保數(shù)字孿生體與物理世界的實(shí)時(shí)同步。

最后，在人工智能的挑戰(zhàn)與賦能層面，AI技術(shù)將重塑實(shí)景三維模型的生產(chǎn)與服務(wù)全鏈路。一方面，生成式AI與隱式神經(jīng)表征技術(shù)將加速解決大規(guī)模場(chǎng)景的低成本建模與弱觀測(cè)區(qū)域的補(bǔ)全問題，推動(dòng)建模方式從“幾何計(jì)算”向“神經(jīng)推理”演進(jìn)。另一方面，結(jié)合大語言模型與多模態(tài)視覺大模型，實(shí)景三維模型有望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的全要素語義分割與知識(shí)提取，將非結(jié)構(gòu)化的三維網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為機(jī)器可理解的知識(shí)圖譜。未來，實(shí)景三維模型將不僅是給人看的模型，更是AI智能體理解三維世界的認(rèn)知基座，通過“幾何-語義-知識(shí)”的一體化構(gòu)建，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)物三元融合的智能空間服務(wù)與自動(dòng)化決策支持。

引用格式：[1] 王春,朱慶,楊必勝,等. 實(shí)景三維模型：概念、方法、應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 2026, 28 (04): 863-885.

作者貢獻(xiàn)說明

• 王春和代文設(shè)計(jì)論文框架，并參與文獻(xiàn)梳理歸納和論文撰寫；

• 朱慶、楊必勝、程亮、江嶺參與了文獻(xiàn)薈萃分析和論文修改；

• 位宏和陳葉霞參與文獻(xiàn)收集和論文撰寫。

來源：地球信息科學(xué)學(xué)報(bào) 轉(zhuǎn)自：測(cè)繪學(xué)術(shù)資訊