本期大神：Weiyan

博世互聯工業事業部（BCI-CN）

參與NIAS/BMLP標準產品以及本地定制化項目的開發，同時負責BCI-CN開源代碼合規性和UX相關話題

數字孿生

——為物理世界“復制”一個虛擬數字分身

數字孿生，就是針對物理世界的實體，即通過數字化手段構建一個數字世界中的“完整分身”，能夠和物理實體保持實時的交互聯接。

借助歷史數據、實時數據以及算法模型等，通過模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命周期過程，實現對物理實體的了解、分析和優化。

01

數字孿生工廠

數字孿生技術能夠迅速成為工業生產的寵兒，自然是因為它有助于生產。

中國工程院院士譚建榮曾在2020年指出，數字孿生應用于工業領域，能夠實現資源調配、智能化生產，顯著提高生產效率。

把工廠搬到虛擬空間里，有什么用？

數字孿生虛擬出來的工廠，與真實的生產環境一一對應。人在辦公室，就能看到生產現場一舉一動；在數字孿生的應用中，管理人員能夠看到每一個車間的工作情況，通過搜索定位、“拖拉拽”等簡單交互，就能定位到生產線的每一個細節。

基于生產制造過程的數字孿生應用（樣例）

此外，數字孿生也降低了工人看懂數據的門檻。不需要你有什么CAD的經驗、也不需要有太多專業知識，就算擰螺絲的工人也看得懂。

除了實時性，“回放”也是數字孿生的重要功能。

生產監管因此變得一目了然：借助數字孿生，工程師們可以快速追溯生產數據，甚至細化到當時螺絲的力矩，更容易分析故障的原因；

但想讓這一切科幻感的事情在工廠里發生，并不容易。

感知、傳輸、計算、建模、仿真等一系列技術集成融合是數字孿生的基礎。

02

數字孿生工廠關鍵技術——可視化

數字孿生的基本技術包括物聯網和3D可視化兩大細分方向，其典型場景包括智能制造、智慧交通、智慧建筑、智慧城市、智慧能源、智慧健康等。數字化大屏是數字孿生最為直觀的產品級應用。

如何實現3D可視化大屏？

一般來說，3D可視化是指擁有3D效果的數據可視化，對于所要展示的數據可視化內容還原出真實場景，并實時接入數據，在面對復雜操作時靈活應對，使得整個場景在大屏上的展示更具立體、更具科技感、更具易用性。

在實際操作中，3D可視化開發流程需要用到很多專業的3D工具，比如3DMAX、Unity 3D、Unreal Engine 4等等。

接下來，讓我們一起揭開3D數據可視化的神秘面紗。

第一階段：3D建模材質渲染

3D建模技術現如今已成為人們在創建工廠可視化設計中常用到的數字表現。

根據對3D對象的不同處理建模過程和制作方式，一般建模主要分為以下4種類型：直接建模，參數化建模，BIM建模，點云建模。

在創建復雜的3D對象時，如果需要操作單獨的簡單形狀拼接，那么直接建模的方式最適合。同時，當你需要用CG對象渲染逼真圖像時，這種建模方式也很有用，它可以不拘泥于任何特定的參數，更靈活的更改3D對象。

對于直接建模，使用最廣泛的軟件有：3ds Max、Blender、和Maya等。

螺絲模型：白模（樣例）

生產線模型：白模（樣例）

在實際項目中對模型面數要求是比較嚴謹的，面數越少越好，這樣導出的3D文件就會越小，負載也就越小。

第二階段：3D場景搭建

目前市面上可視化落地基本上都是基于：Unity3D，虛幻引擎（UE4）、Ventuz、threejs 等工具實現的。

它們的底層是由BS（Browser-Server）架構和CS（Client-Server）架構兩大架構組成的。

這里使用Unity，在Unity里主要核心內容為：還原效果，特效制作，及腳本編寫等。

在Unity里把模型導入后，需要用Unity里自帶材質重新貼好并燈光渲染。（Unity的材質和其它3維軟件里的材質兼容性不高，不能通用，只能兼容標準材質。例如：3dsmax里的standard）。

模型導入（樣例）

貼材質并調整燈光（樣例）

第三階段：交互腳本及展示

腳本這里已經脫離了視覺設計部分，Unity腳本使用C#語言編寫，這里在可視化項目中主要實現通過用戶操作讓畫面動起來和前后臺數據交互或者操作觸發事件等。

比如：AGV小車按軌跡運動，鼠標點擊可查看一些關鍵KPI數據等。

交互腳本展示（樣例）

至此，一個簡單的生產線可視化就基本完成了。

03

數字可視化大屏

對可視化大屏來說就是對數據的可視化展示。是為了降低數據的閱讀成本，通過大屏，通過數據來解決問題。所以需要我們對數據的類型以及不同數據的展示方式要有深刻的理解。

在場景化設計中融入數據表達，不僅僅是浮于表面的數據整合。提到關鍵詞“場景化設計中融入數據表達”，最終達到的效果就是：參觀者看到大屏數據可視化的界面，有耳目一新的感覺，且能直觀獲取大屏的行業、用途等等。

可視化大屏的出現，從根本上為用戶提供了更加智能和快捷的數據分析，使得數據信息更加準確的同時，也能夠更加及時有效。各位博世的同仁如果對3D可視化技術或數字孿生有相關感言或是想法，歡迎在評論區留言探討！