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以現實城市為藍本，在虛擬空間“復制”出一座與之對應的數字城市，讓一城變雙城，這種三維虛擬數字城市距離我們已經不遠。
概括來講，數字城市是以數據為中心，強調數據的采集、分析與應用，是現實城市的數字化及其延伸。我們生活在一個三維世界里，城市是個復雜的巨大系統，包括用地、建筑、市政設施等多個子系統，各個子系統之間具有復雜的空間關系。但目前的數字世界，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字世界是社會發展的必然趨勢。
經過若干年發展，與三維數字城市相關的研究已有不少有形成果。三維數字城市平臺在大眾服務方面也出現了一些應用實例，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。
打造一座數字城市，大致需要分三步走。第一步是數字化，其任務是對城市實體進行幾何、空間數據信息的測量和收集，包括空中、地面、地下，以及靜態和動態對象。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，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生聯系。它的實現有賴于計算，千萬億次超級計算機中心將為數字城市海量數據的計算提供支撐平臺。輸入數字化階段得到的高精度城市動態采樣信息數據，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。
建立數字城市系統的目標是它的應用。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。
中國在三維數字城市領域的系統性研究近幾年發展迅速。中國科學院深圳先進技術研究院于2008年成立了數字所，開展數字城市的研究與應用。其定義的數字城市不僅只是數字化的城市空間，還包括城市空間信息載體、物理現象和人類活動演變空間，具有“三維、動態、實時”三大特點。中國已開展的三維數字化項目，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字圖書館、武漢大學敦煌莫高窟等數字化項目等。
數字城市帶來的是城市資源的節約、信息的有效溝通和更合理的管理運轉。當城市發展面臨資源瓶頸，大城市病日益影響城市的可持續發展時，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。隨著三維數字城市的進一步發展，它與現實世界的分界越來越模糊。虛擬與現實世界的融合，將形成人類生存的新空間，促成人類生活的飛躍。
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