01數字孿生沒那么深奧!3個關鍵詞搞懂數字孿生

　　“數字孿生”在很多人眼中是一項晦澀難懂的新技術。明明“數字”很好理解，“孿生”也不難懂，為什么這兩個詞結合在一起就變得深不可測了呢?

　　因為數字孿生集物聯網、三維建模、大數據、5G等技術于一體，那么多高新技術結合在一起看起來的確復雜，但想搞清楚數字孿生真正含義其實只用三個關鍵詞就夠了!

　　關鍵詞1：由實到虛：將現實世界中的物理對象在數字空間復制一個數字對象，這個對象就是數字孿生體。

　　關鍵詞2：虛實互通：基于物聯網傳感、仿真等技術將物理對象的幾何形狀、大小、機制原理和運行狀態(tài)等信息在數字孿生體上表達出來�，F實空間物理對象什么狀態(tài)，數字空間中的數字孿生體就什么狀態(tài)，高度還原現實世界所發(fā)生的一切。

　　關鍵詞3：以虛控實：在數字空間中，能通過管理系統(tǒng)反向控制物理世界的運行，這樣才能更好地管理運營現實世界。

　　由實到虛，虛實互通，以虛控實這三個詞組合在一起就是數字孿生的基本概念了。搞清楚什么是數字孿生了，那數字孿生與3D可視化究竟又有什么區(qū)別與聯系呢?

　　02 3D可視化是數字孿生成果的表達工具

　　上文在講數字孿生基本概念的時候提到過數字孿生體一詞，什么是數字孿生體呢?數字孿生體簡單來說就是通過數字化手段對物理對象進行描述，這種描述可以分成不同層級，最基本的就是描述幾何模型，包括物理對象的大小、形狀、內部結構、空間位置以及不同零件間的位置關系等等，這也是將物理對象可視化的過程。

　　可視化可以分為2D和3D，比起2D可視化，3D可視化能夠更加直接地將各行業(yè)的數據立體化地呈現出來，因此現在大多數字孿生都是通過3D可視化表達。我們可以簡單理解為，3D可視化其實是數字孿生成果的一種常見表達工具。

　　03做數字孿生為什么離不開3D引擎?

　　3D引擎到底是啥?有啥用?聽到"引擎"兩個字，你可能首先會想到汽車引擎，這是汽車的核心部件，為汽車提供動力的。如果沒有引擎，那么汽車就只能是一個模型。3D模型也一樣，你用3DMax軟件制作了一個非常逼真、精美的3D模型，還有光影和動畫效果，甚至每一根發(fā)絲都是那么真實，但它是“死”的，不能與人互動。

　　而3D引擎能夠讓3D模型“活”起來。你可以讓3D人物在街道上奔跑，街道兩邊的建筑和光影效果都是“實時渲染”出來的，你可以增加一大堆跑酷動作，比如“下蹲”、“奔跑”、“跳躍”、“躲避”等等。

　　這就是3D引擎的能力，它賦予了3D模型人機交互的能力，讓你不需要編寫很多代碼，就能讓3D模型在“體”、“相”、“用”三方面逼近現實世界真實的人和物，才能為數字孿生提供核心動力。

　　04為什么說游戲引擎并不是做數字孿生的最佳選擇?

　　常見的3D引擎可以分成兩大類，一類是Native3D引擎(客戶端)，這類引擎以Unity、UE4等游戲引擎為主，另一類是Web3D引擎(瀏覽器)，以T3D為代表的基于WebGL和WebGPU開發(fā)的渲染引擎為主。

　　可能有的小伙伴會有疑問了，為什么要開發(fā)這么多引擎呢?一種引擎不夠用嗎?《游戲引擎架構》這本書給出了答案↓在游戲領域，沒有所謂最好的引擎，只有最合適的引擎，這句話同樣適用于數字孿生領域。

　　那回到本文的主題，做數字孿生項目應該用什么引擎呢?在思考這個問題前，我們先要搞清楚數字孿生場景和游戲場景的區(qū)別。

　　做數字孿生可視化，主要的業(yè)務場景是城市、園區(qū)、樓宇和數據中心的運營管理，業(yè)務價值是幫助人們更好地認知和管理現實世界。所以，這種業(yè)務場景和游戲有很大的區(qū)別。游戲大都是封閉的虛擬世界，里面出現的人物、事件和地點都是事先設計好的，游戲中做出的決策也不會影響現實世界。

　　而數字孿生是用來管理現實世界的，現實世界有大量的工具平臺需要兼容和集成、有大量的實時數據需要接入和處理，這些都是傳統(tǒng)游戲引擎難以適應的。

　　另外，現實世界的管理需求在不斷演變，數字孿生應用就需要不停地迭代，甚至以周為單位交付新的管理功能。如果用游戲引擎來做數字孿生應用開發(fā)周期長且不說，而且應用迭代起來非常麻煩。因此就需要一個低門檻、易調試、高性能的引擎來開發(fā)數字孿生應用。

　　05數字孿生的最佳引擎應該具備哪些能力?

　　數字孿生要打通現實世界和虛擬世界，讓現實世界的數據進入虛擬世界，讓人們在虛擬世界中做出的決策和操作，能夠影響現實世界，所以數字孿生的最佳引擎應該具備以下特點：

　　1️⃣支持海量實時數據驅動

　　現實世界有大量的傳感器，它們將物理對象的運行數據連續(xù)不斷地傳入數字孿生系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)快速構建出一個3D仿真的虛擬世界，實時顯示數字孿生體的空間坐標、運行狀態(tài)和相關管理運營指標。這就需要場景中的每個3D對象都是數據驅動的，能夠根據數據狀態(tài)的變化而變化。

　　2️⃣支持與第三方物聯系統(tǒng)的無縫整合

　　在數字孿生和物聯網管理領域，已經有眾多的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)、資產管理系統(tǒng)和物聯控制系統(tǒng)存在。數字孿生可視化系統(tǒng)并非要取代這些系統(tǒng)工具，而是要和這些原有的系統(tǒng)工具相互補充，要實現數據互通和界面整合。因為大部分已有系統(tǒng)都是Web應用，所以，數字孿生引擎必須兼容Web應用，要能夠在Web瀏覽器中運行，要支持IFrame技術。

　　3️⃣更快的需求響應速度和適變能力

　　對于一個現實世界的管理系統(tǒng)而言，管理場景會不斷演進，功能需求也會不斷變化，系統(tǒng)要發(fā)揮價值，就必須不斷的優(yōu)化，疊加新功能，所以開發(fā)效率的十分重要。要提升開發(fā)效率，最好的辦法是采用前端編程語言，Javascript是前端開發(fā)者使用最廣泛的語言，學習門檻低，開發(fā)效率遠遠高于傳統(tǒng)游戲引擎。

　　UINO優(yōu)锘科技完全自研的數字孿生引擎ThingJS，渲染兼容T3D/Three.JS/UE4等引擎，采用Javascript語言，低代碼、好上手，支持靈活構建各類數字孿生管理場景，能夠對接海量數據實時驅動。還封裝了很多常用的數字孿生管理對象、3D模型、接口規(guī)范，比如，針對空間管理業(yè)務，ThingJS引擎就內置了“園區(qū)”、“建筑”、“樓層”、“房間”、“攝像頭”這些空間層級、空間對象和設備等等，大大降低了數字孿生應用的開發(fā)門檻和成本，是更適合做數字孿生的專業(yè)引擎。