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数字孪生

2023-11-17 13:54:44   1  举报

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AI智能生成

数字孪生信息收集整理

孪生

unity

UE4

作者其他创作

大纲/内容

3D建模

3D数据格式包括COLLADA， LightWave (.lwo)，Alias Wavefront (.obj)，OpenFlight (.flt)，多线程页面调度支持的TerraPage (.txp)，Carbon Graphics GEO (.geo)， 3D Studio MAX (.3ds)， Peformer (.pfb)，AutoCAd (.dxf), Quake Character Models (.md2). Direct X (.x), and Inventor Ascii 2.0 (.iv)/ VRML 1.0 (.wrl), Designer Workshop (.dw) ，AC3D (.ac) 和自带的.osg ASCII 文本格式

三维渲染引擎

分类及产品

以Unity等为代表的游戏引擎

Unity3D

Unity [1] 是实时3D互动内容创作和运营平台 [2] 。包括游戏开发、美术、建筑、汽车设计、影视在内的所有创作者，借助Unity将创意变成现实。 [3] Unity平台提供一整套完善的软件解决方案 [3] ，可用于创作、运营和变现任何实时互动的2D和3D内容，支持平台包括手机、平板电脑、PC、游戏主机、增强现实和虚拟现实设备。

UE-X

虚幻3引擎是一套为DirectX 9/10 PC、Xbox 360、PlayStation 3平台准备的完整的游戏开发构架，提供大量的核心技术阵列，内容编辑工具，支持高端开发团队的基础项目建设。虚幻3引擎的所有编写观念都是为了更加容易的内容制作和编程的开发，为了让所有的美术开发人员能够牵扯到最少程序开发内容的情况下使用抽象程序助手来自由创建虚拟环境，以及提供程序编写者高效率的模块和可扩展的开发构架用来创建，测试，和完成各种类型的游戏制作。

Epic公司开发

“Unreal Engine 3”并整合了由 Ageia 所提供的“NovodeX”物理模拟技术

UE3于2006年发布，是虚幻引擎的第三代版本。它引入了一系列重要的技术和功能，为开发人员提供了强大的工具和资源。UE3在图形渲染方面取得了显著进展，引入了基于DirectX 9的渲染管线，提供了更高的图形质量和更好的性能。此外，UE3还引入了一种基于节点的蓝图系统，使得游戏逻辑的创建和编辑更加直观和灵活。

UE4于2014年发布，是虚幻引擎的第四代版本。UE4带来了一系列令人兴奋的改进和创新。最引人注目的是蓝图系统的重大升级。UE4的蓝图系统不仅功能更强大，而且更易于使用，使得非程序员也能够更好地参与游戏逻辑的设计和制作。此外，UE4还引入了全新的物理模拟引擎，提供了更逼真的物理效果和碰撞检测。UE4还具备强大的虚拟现实支持，使得开发者能够更方便地创建沉浸式的VR体验。

UE5，于2021年发布。UE5引入了许多革命性的技术和功能，为游戏开发者带来了更大的突破。其中最引人瞩目的是Lumen和Nanite。Lumen是UE5的全局光照系统，它能够实时计算光线的传播和反射，使得游戏世界的光照效果更加真实和自然。而Nanite则是一种基于虚拟化的几何体渲染技术，它能够处理大量的多边形数据，使得场景中的细节更加精细和逼真。

UE3引入了节点蓝图和强大的图形渲染，UE4进一步改进了蓝图系统和引入了物理模拟引擎，UE5则引入了Lumen和Nanite等革命性的渲染技术

UE和Unity区别

渲染和图形质量方面，UE4在渲染方面表现出色，提供了高质量的实时渲染效果、逼真的光照和材质系统。它使用了先进的渲染技术，如全局光照、物理材质模拟等。而Unity3D的图形质量相对较弱，但更易于入门和快速开发。

编程语言，UE4使用C++作为主要编程语言，这使得开发者可以获得更高的性能和更多的自定义功能。而Unity3D则支持多种编程语言，如C#、JavaScript和Boo，其中C#是最常用的。

学习曲线方面，UE4对于初学者来说可能略微陡峭，因为它需要一定的编程基础和理解。而Unity3D相对来说更容易入门，提供了更多的教程和社区资源，也有更简洁的编程语法。

定价结构方面，Unity3D采用了较为灵活的许可证和付费计划，包括免费版、个人版和企业版等不同的选项。UE4则采用了更为开放的模式，以5%的版税（在达到一定收入后）作为主要收费方式，同时提供免费的使用。

目标市场方面，UE4在大型游戏开发方面表现出色，适用于3A级别的游戏制作，具备更强的性能和图形效果。Unity3D则更受小型独立游戏开发者和移动游戏开发者的青睐，也更适合快速原型开发和跨平台发布。

设计哲学和定位UE4由Epic Games开发，注重于实时渲染和高度可视化的游戏开发。它旨在为AAA级游戏制作提供强大的工具和渲染能力。而Unity3D则更加注重易用性和跨平台性，适合广泛的游戏开发需求，包括移动游戏、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等。

渲染效果和图形质量UE4以其强大的渲染管线而闻名，提供了先进的光照、阴影和粒子效果。它还支持Physically Based Rendering（PBR），可以实现高度逼真的材质和光照效果。相比之下，Unity3D的渲染能力较弱，尤其在处理复杂光照和阴影效果方面。

跨平台支持和发布Unity3D是跨平台开发引擎的先驱之一，支持多个操作系统和平台，包括Windows、Mac、iOS、Android等。开发者可以使用一套代码和资源同时发布到多个平台上。UE4也支持跨平台开发，但相对而言更加关注高端PC和主机游戏的制作。

社区和资源生态系统两款引擎都有庞大的社区和丰富的资源库。Unity3D的社区规模更大，资源更为丰富，可以轻松找到各种教程、插件和资料。UE4的社区相对较小，但质量较高，Epic Games还提供了完善的文档和教育资源。

动画和物理模拟UE4在动画和物理模拟方面具有强大的工具和系统。它提供了高级的蓝图动画编辑器、全身IK解算器和粒子系统等功能，使得制作复杂的角色动画变得更加简单。Unity3D的动画和物理系统也很强.

以WEB GL技术为基础的轻量化引擎

捷瑞数字自主研发的伏锂码J3D数字孪生引擎

数字孪生引擎需具备以下特点

强大的数据/系统集成能力

强大的GIS能力

强大的承载能力

强大的媒体支撑能力

纯国产化引擎

强大的生态拓展性

捷瑞数字自主研发的伏锂码J3D数字孪生引擎，是一个基于WebGL开发的B/S低代码开发工具，用户可通过拖拉拽的方式，搭建数字孪生工厂、虚拟仿真、云展厅等各类数字孪生应用场景，降低企业数字孪生开发与应用成本，并且拥有独有的模型加密技术，实现国产自主化，更加安全可控，欢迎大家登录伏锂码云平台官网免费使用并体验

https://www.sohu.com/a/617767261_120228945

试用平台： https://www.fulima.com/dt/f2300004729/index.html#

https://www.fulima.com/solu/solution.jsp?id=17974

为数字孪生而生的渲染引擎——ThingJS 3D

UINO优锘的ThingJS 3D渲染引擎是一款Web 3D渲染引擎

UINO优锘自2012年创立之初，就在项目中对一些引擎做了较深入的研究和实践，发现这些引擎并不能完全满足我们所面对的领域的需求。

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1768548910016029584&wfr=spider&for=pc

https://www.uino.com/

试用平台： https://campus.thingjs.com/#/zh

Cesium作为一款开源免费的gis平台

开放源代码：Cesium是一款开源软件，其代码对开发者完全开放，这意味着用户可以根据自己的需求进行二次开发和定制，灵活性高。

Cesium是一款开源的基于JavaScript的3D地图框架。其实他就是一个地图可视化框架

cesium.js是一个开源的前端js库，可以用来构建世界级的三维地理空间应用程序，开发三维地图页面或渲染3D城市建模，可以使用cesium.js。

cesium提供web平台，可以按照教程，无代码构建三维地图故事。

Cesium 使用WebGL 来进行硬件加速图形，使用时不需要任何插件支持，但是浏览器必须支持WebGL。

强大的地理空间可视化能力：Cesium可以将GIS数据以三维地球模型的形式展示，实现高度精细的地理空间可视化，使用户可以更直观、形象地了解地理信息。

支持复杂地形和纹理：Cesium能够渲染复杂的地形和纹理，包括地球表面的山脉、河流、森林等，增加了场景的真实感和细节。

交互性和动态性：Cesium支持丰富的交互式操作和动画效果，用户可以自由探索地理数据，实现场景的动态演示和模拟。

地理信息分析：Cesium不仅仅是地理数据的展示工具，它还提供了丰富的地理信息分析功能，帮助用户从数据中提取有价值的信息和洞察。

国内采用Cesium架构的数字孪生平台

智慧云舟

山海鲸Cesium

烽火数字孪生平台

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1772904310797697755&wfr=spider&for=pc

http://cesiumcn.org/about.html

以OSG为代表的广泛应用于军工领域的开源引擎

OSG

OpenSceneGraph是一个开源的三维引擎，被广泛的应用在可视化仿真、游戏、虚拟现实、科学计算、三维重建、地理信息、太空探索、石油矿产等领域。OSG采用标准C++和OpenGL编写而成，可运行在所有的Windows平台、OSX、GNU/Linux、IRIX、Solaris、HP-Ux、AIX、Android和FreeBSD 操作系统。OSG在各个行业均有着丰富的扩展，能够与使用OpenGL书写的引擎无缝的结合，使用国际上最先进的图形渲染技术，让每个用户都能站在巨人的肩上。

http://www.osgchina.org/

https://objexx.com/OpenSceneGraph.html

osgearth

osgearth是一款开源的地球引擎，它使用OpenGL和OSG（OpenSceneGraph）库来实现3D渲染。

osgearth基于OSG开发，因此它具有强大的3D渲染能力和高度灵活性，可以用于开发各种地球可视化应用，如虚拟地球、遥感应用、地质勘探等。

开发流程

准备素材

在模型库中添加模型，控制模型并调整参数，进行孪生场景初步搭建

场景编辑

通过内设材质库、纹理库调整模型材质、纹理参数，调整场景背景效果，添加动画、特效、事件与2D组件。

数据呈现

添加GUI数据面板和标注，实现模型信息数据静态或实时动态展示。

项目发布

对完成的项目进行保存、预览，确认无误后，一件发布全网多终端展示。

https://www.fulima.com/data/product_designer.htm

为什么游戏引擎不是做数字孪生的最佳选择

游戏大都是封闭的虚拟世界，里面出现的人物、事件和地点都是事先设计好的，游戏中做出的决策也不会影响现实世界。

数字孪生是用来管理现实世界的，现实世界有大量的工具平台需要兼容和集成、有大量的实时数据需要接入和处理，这些都是传统游戏引擎难以适应的

所以数字孪生的最佳引擎应该具备以下特点

支持海量实时数据驱动

现实世界有大量的传感器，这就需要数字孪生体是能够被实时数据驱动的，能够根据数据状态的变化而变化

支持与第三方物联系统的无缝整合

目前物联网领域已经有众多的楼宇监控系统、资产管理系统和物联控制系统存在，数字孪生系统并非要取代这些系统工具，而是实现数据互通和界面整合，而且大部分已有系统都是Web应用，所以数字孪生引擎必须兼容Web应用

更快的需求响应速度和适变能力

对于一个现实世界的管理系统而言，管理场景会不断演进，功能需求也会不断变化，系统要发挥价值，就必须不断地优化，叠加新功能，所以开发的效率十分重要。要提升开发效率，最好的办法是采用前端编程语言，Javascript是前端开发者使用最广泛的语言，学习门槛低，开发效率远远高于传统游戏引擎。

数字孪生与平行系统

数字孪生

数字孪生是指：充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，形成多学科、多物理量、多时间尺度、多概率的仿真过程，进而反映物理系统全生命周期过程的信息技术。

数字孪生起源于Grieves教授于2003年在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上提出的“镜像空间模型”，其主要内涵为包括物理实体、虚拟实体、虚实之间的连接数据和信息的三维模型。由于当时技术和认知水平的局限，这一概念并没有得到重视，此后十年间都没有相关成果发表。

直到2010年，美国国家航空航天局在太空技术路线图中首次引入了数字孪生的概念，以期采用数字孪生实现飞行系统的全面诊断维护，数字孪生的概念开始引起广泛的重视，研究机构也开始相关关键技术的研究，数字孪生的应用也从飞行器运行维护拓展到智慧城市、产品研发、装备制造等丰富的场景中。

数字孪生基于传感数据和高精度仿真等手段构建物理实体的数字镜像，使难以用数理模型解析预测的复杂系统问题在信息域可观、便于预测和控制，为实现信息物理系统(Cyber physical system, CPS)提供了清晰的新思路、方法和实施途径。

平行系统

平行系统是指集人工系统、计算实验、平行执行为一体的复杂系统管理与控制技术体系，它通过实际系统与人工系统之间的虚实互动，对二者的行为进行对比、分析和预测，相应地调整实际系统和人工系统的管理和控制方式，实现对实际系统的优化管理与控制、对相关行为和决策的实验与评估、对有关人员和系统的学习与培训。

中国学者王飞跃研究员针对复杂系统难以建模和实验不足等问题，原创性地提出了平行系统技术方法

早在1994年，王飞跃研究员即提出影子系统的思想，并于2004年的“平行系统方法与复杂系统的管理与控制”一文中首次提出完整的平行系统技术体系。

平行系统的核心是包含人工系统(Artificial systems, A)、计算实验 (Computational experiments, C)、平行执行 (Parallel execution, P) 的ACP方法

其求解复杂系统问题的主要过程为：由实际系统的小数据驱动，构建可计算、可重构、可编程的软件定义的对象、流程、关系等，组成软件定义的人工系统(A)，以建模和表征复杂实际系统；基于人工系统这一“计算实验室”，设计计算实验(C)，在人工系统中运行各类场景，运行产生完备的人工“大数据”，并借助机器学习、数据挖掘等手段，对数据进行分析，求得针对具体场景的最优控制策略；人工系统与实际系统虚实互动，以平行执行 (P) 引导和管理实际系统，使之不断逼近更优的人工系统，实现自适应优化。

平行系统通过人工系统和实际系统之间的虚实平行交互，以引导型的“默顿定律”自适应优化管理控制不定、多样的复杂系统，从而解决由于社会因素等复杂性导致的实际系统与模型预测之间的“建模鸿沟”问题，为实现社会物理信息系统 (Cyber physical social system, CPSS) 提供了有效方案。

数字孪生与平行系统之间有何异同

数字孪生与平行系统的产生和发展具有相似的背景，都与先进传感采集、仿真、高性能计算、智能算法等的发展密不可分，其核心目标都可以归纳为 “虚实融合, 以虚控实”。但是，它们在核心思想、研究对象、架构和实现方法等方面又存在根本区别。

1)数字孪生与平行系统的哲学基础不同, 数字孪生属于还原论或旧唯物主义的反映论，仅为物理实体被动、镜像式的反映，而平行系统属于能动、整体和辩证式的认识论，能够主动引导实际系统进化；

2)数字孪生与平行系统的研究对象不同，数字孪生研究的是由信息空间和物理空间组成的 CPS，而平行系统研究社会、物理、信息融合的CPSS；

3)数字孪生与平行系统的核心思想不同，数字孪生的核心思想是预测控制的 “牛顿定律”，而平行系统则以引导型的 “默顿定律” 控制和优化系统；

4)数字孪生与平行系统的基础设施不同，数字孪生的基础设施是数字双胞胎，主要由物理实体和描述它的数字镜像组成，而平行系统是由物理子系统、描述子系统、预测子系统、引导子系统构成的数字四胞胎架构，能够实现对物理系统的描述、预测、引导；

5)数字孪生与平行系统的建模手段和主要功能等亦存在较大区别

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3MDU5ODMzMg==&mid=2656545916&idx=3&sn=e58d3d5483d6c19a30d086d0fb00302d&chksm=849967afb3eeeeb963fb3e6f83c3a98e28760e3699b790f3f4162d8c5ffd6851ac6a907d3e01&scene=27