空间计算的未来

上图这张图片让人想起 20 世纪 80 年代计算机图形学的早期，旨在说明我们已经走了多远。随着空间计算进入消费者设备，一些最有用的应用程序都是由 GIS 提供支持的。

最近消费者在扩展现实 (XR) 方面的进步反映了空间计算的兴起。空间计算的外部界限正在通过地理信息系统（GIS）技术进行探索。地理空间数字孪生能够探索未来的世界以及现在存在但基本上不可见的世界。

空间计算一词可以追溯到 20 世纪 80 年代。它的现代定义于 2003 年进入词典。麻省理工学院 (MIT) 媒体艺术与科学项目的研究生 Simon Greenwold 将空间计算描述为“人类与机器的交互，其中机器保留并操纵真实的参照物，物体和空间。”

但空间计算可以追溯到更早的时期。自 20 世纪 60 年代末软件程序首次亮相以来，它一直是地理信息系统 (GIS) 技术的基石。事实上，GIS 的理论基础是，在某种形式的虚拟空间中保留和操纵真实对象不仅是可能的，而且本质上是有用的。在第一个 GIS 程序中，虚拟空间是制图空间的代名词。空间计算意味着使用地图以直观的方式组织大量数据。

GIS 和空间计算的根源

早期的地理空间技术先驱应用了 Ian McHarg 等理论家的概念，他将世界描述为一系列存在于同一物理空间中并相互作用的信息层。如果我们分析地球上的任何地点，都会遇到诸如海拔、土壤类型、水文学、生物学和土地利用等信息层。

GIS 将这个想法变成了现实。该技术使我们能够可视化和分析地图上的数据层。通过这种方式，GIS 已成为我们这个世界（从科学到工程再到商业运营）信息的重要集成者。

通过创新，GIS 已经超越了单纯 2D 地图图层的范围，可以生成实际上是 1:1 比例的 3D 模型的地图，我们称之为地理空间数字孪生。地理空间数字孪生的主要好处是能够提供最大程度的背景信息，这对于城市环境的智能规划特别有用。

例如上图为考艾岛海平面上升约束区域查看器，提供可视化描述由于海平面上升而导致的高浪和被动洪水危险的预测。考艾岛通过了该国第一个基于预计海平面上升的规划法规之一。在考艾岛的一些地区，由于容易遭受洪水侵袭，房屋需要加高，访问互动工具链接（https://kauaigis.maps.arcgis.com/apps/instant/basic/index.html?appid=5076d300b9d24537b40dabd1e387dbad）。

例如，建筑师可以使用数字孪生来测试他们的提案，在气候变化带来的洪水和极端高温等情况下的表现如何。城市规划者可以通过以提高宜居性为重点的干预措施来了解城市环境大规模变化的影响。可视化和硬数据的结合使他们能够在对物理世界进行昂贵的改变之前，预测影响并修改计划。

空间计算和数字孪生

GIS 技术的每一项进步都提高了我们在数字领域中可视化、链接和操作真实对象和空间的能力。GIS 已经发展到可以提供真正身临其境的体验。特别是 GIS 与 Unreal 和 Unity 等游戏引擎的结合改变了大型基础设施项目的流程。

例如，在澳大利亚布里斯班，正在进行的地铁建设的数字孪生已被用来显示进度。人们可以虚拟地步行穿过规划的地铁隧道和车站。这种情境经验有助于项目负责人向布里斯班人展示工作的进展情况。

将 BIM 模型放入虚幻引擎中，工程师和其他利益相关者可以在建造每个车站之前对其进行体验。

这种体验还使规划师、建筑师、工程师和建筑工人能够利用比纸质地图甚至传统数字孪生提供的更多信息来做出决策。他们可以站在平台上，看看车站的设计元素对于穿过车站的人们来说会是什么样子。

整体效果是“空间的视觉叙事”，这不仅仅是一种叙述，而是一种可以“忠实地遵守系统内物理定律”的叙述。

空间计算可视化可能的情况

数字孪生可以是水晶球。虚拟空间可以重新配置以对环境的不同版本进行建模。实际上，数字孪生使各个利益相关者能够拥有相同的愿景。这在气候变化时代尤其有用。

规划师和建筑师可以测试项目的不同版本。如果他们正在设计沿海社区的分区，可以计算不同强度的风暴可能发生的洪水和风暴潮。同样重要的是，能够可视化这些数据，对其进行分析，并在最大的背景下进行研究。

从根本上来说，他们正在做的是在现实世界背景下研究空间关系。对于细分来说，这些物体包括房屋、街道、路灯、公园，重要的是它们在多种场景下与水的关系的存在。

这就是空间计算：在虚拟世界中操纵真实对象的指示物，与真实对象不同，虚拟世界可以随意更改。

空间计算可视化隐藏的真实空间

沉浸式环境还有望展示一个真实且已经存在但在很大程度上仍然不可见的世界。公共事业和其他涉及地下基础设施的公司一直是数字孪生最热衷的采用者，因为这种体验可以揭示埋在地下的关键连接，无需挖掘即可可见。

2017 年，新泽西州汤姆斯河市政公用事业管理局(TRMUA) 开始使用混合现实 (MR) 耳机帮助工作人员寻找电力、天然气、水、电信和下水道服务的地下公用设施资产。

TRMUA 的 Len Bundra 和 Mike Tesch 在现场。

GIS 存储这些资产的位置，MR 显示地下基础设施。传统上，实用程序会在 2D 地图上显示此详细信息。MR 提供的是最大的上下文。现场工作人员可以准确地看到他们脚下的东西，并了解它与周围的东西在空间上的关系。

TRMUA 认为 MR 节省了时间，并降低了居民现代生活所依赖的网络连接中断的可能性，每天可以节省数万美元。

此后，许多公用事业公司纷纷效仿 TRMUA 的做法。MR 设置有多种用途，包括培训新员工以及在现场团队和办公室员工之间共享信息。

一份公用事业行业出版物最近指出，这些系统最终提供的是消除猜测。准确了解资产所在位置以及了解变化将如何影响其周围区域的能力可以提高效率和客户满意度。

世界聚焦

空间计算将继续成为主流。最终，这可能会成为常态。随着 XR 硬件数量和功能的增加，更多组织将寻求释放 GIS 中记录的所有空间数据的价值。能够体验数据将为创建数据的系统和工作流程增加更多价值。

半个世纪前，GIS 先驱们就开始探索空间计算的外部极限。最近，他们意识到它在更智能的城市规划、气候风险缓解、跨行业运营管理以及通过地理空间数字孪生对现实世界系统或场景进行虚拟探索方面的潜力。不久的将来，任何人都将达到这些极限。

正如 GIS 用户几十年来所了解到的那样，当更好地了解与我们所关心的事物关系时，我们就可以创造想要看到的世界。

本文内容来源于网站：https://www.esri.com/about/newsroom/blog/mapping-spatial-computing/，由小编整理编译。