2022年4月27日

數(shù)字孿生 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的三維組態(tài)可視化 技術(shù)解析

三維組態(tài)可視化感性認(rèn)識(shí)

可視化（Visualization），是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。常見的可視化應(yīng)用形態(tài)，大致可以分為三種：科學(xué)可視化、信息可視化和三維組態(tài)可視化。

（一） 科學(xué)可視化

科學(xué)可視化主要關(guān)注的是三維現(xiàn)象的可視化，如建筑學(xué)、氣象學(xué)、醫(yī)學(xué)或生物學(xué)方面的各種系統(tǒng)，重點(diǎn)在于對(duì)體、面以及光源等等的逼真渲染?？茖W(xué)可視化是許多科學(xué)技術(shù)工作的一個(gè)構(gòu)成要素。這些工作之中通常會(huì)包括對(duì)于科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)和模型的解釋、操作與處理?？茖W(xué)工作者對(duì)數(shù)據(jù)加以可視化，旨在尋找其中的種種模式、特點(diǎn)、關(guān)系以及異常情況；換句話說，也就是為了幫助理解。

（科學(xué)可視化）

（二） 信息可視化

信息可視化是對(duì)抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀視覺呈現(xiàn)的研究，抽象數(shù)據(jù)既包含數(shù)值數(shù)據(jù)，也包含非數(shù)值數(shù)據(jù)（如文本信息、地圖信息等），通過利用圖形圖像處理、人機(jī)交互、人工智能等技術(shù)與方法，幫助人們理解和分析數(shù)據(jù)。與科學(xué)可視化相比，信息可視化則側(cè)重于抽象數(shù)據(jù)集，幫助用戶理解、分析繁雜的數(shù)據(jù)信息。

（信息可視化）

（三） 三維組態(tài)可視化

在工業(yè)自動(dòng)化水平迅速提高的背景下，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，三維組態(tài)可視化作為能夠解決傳統(tǒng)工業(yè)控制繁瑣、困難的新應(yīng)用，脫穎而出。

三維組態(tài)可視化是對(duì)三維模型進(jìn)行抽象，轉(zhuǎn)換成可以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型對(duì)象結(jié)構(gòu)。通過模型定義、數(shù)據(jù)綁定、可視化等技術(shù)步驟，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)三維模型精準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)。三維組態(tài)可視化解決的問題是：單體三維模型對(duì)象如何由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的變化，能夠在三維可視化空間內(nèi)模擬、仿真、展現(xiàn)真實(shí)世界的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、效果狀態(tài)，使得用戶能夠根據(jù)自己控制目的對(duì)模型對(duì)象進(jìn)行任意組態(tài)屬性綁定并實(shí)現(xiàn)可視化。

（機(jī)械臂-三維組態(tài)可視化）

三維組態(tài)可視化即數(shù)字孿生

“數(shù)字孿生”是針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體對(duì)象，在數(shù)字化世界中構(gòu)建完全一致的對(duì)應(yīng)模型，通過數(shù)字化的手段對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真、監(jiān)測、分析和控制。

這與三維組態(tài)可視化的技術(shù)、功能特性不謀而合。與數(shù)字孿生相同，“三維組態(tài)可視化”強(qiáng)調(diào)仿真、建模、分析和輔助決策，側(cè)重的是物理世界對(duì)象在數(shù)據(jù)世界的仿真、監(jiān)測、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的真實(shí)復(fù)現(xiàn)和決策支持。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)字孿生的應(yīng)用空間正不斷擴(kuò)展。然而影響數(shù)字孿生實(shí)際發(fā)揮效用的，是數(shù)字模型對(duì)象的真實(shí)、可信行性，是是否能夠高度還原真實(shí)物理對(duì)象的特征。

三維組態(tài)可視化，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生、推進(jìn)數(shù)字孿生落地應(yīng)用的關(guān)鍵手段。這也就要求三維組態(tài)可視化必須滿足模型對(duì)象復(fù)雜結(jié)構(gòu)定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型關(guān)節(jié)定義、實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)文定義、三維組態(tài)可視化交互分析等功能、技術(shù)要求。

三維組態(tài)可視化技術(shù)解析

三維組態(tài)可視化技術(shù)主要是通過可視化手段對(duì)模型對(duì)象進(jìn)行仿真，并通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模擬、反映、展現(xiàn)對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、工藝流程、外觀效果等。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面講，主要包括模型對(duì)象復(fù)雜結(jié)構(gòu)定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型關(guān)節(jié)定義、實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)文定義、三維組態(tài)可視化交互分析幾個(gè)方面。

（一） 模型對(duì)象復(fù)雜結(jié)構(gòu)定義

模型對(duì)象復(fù)雜結(jié)構(gòu)定義，是對(duì)創(chuàng)建的模型與其自身各種要素之間的相互關(guān)聯(lián)和相互作用的關(guān)系進(jìn)行仿真，包括構(gòu)成要素的數(shù)量比例、排列次序、結(jié)合方式和因發(fā)展而引起的變化。通過模型對(duì)象復(fù)雜結(jié)構(gòu)定義，可實(shí)現(xiàn)模型外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的真實(shí)復(fù)現(xiàn)，輔助決策人員根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行模型對(duì)象進(jìn)行結(jié)構(gòu)剖分與推演研究。

（二） 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型關(guān)節(jié)定義

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型關(guān)節(jié)定義能夠非常真實(shí)地復(fù)現(xiàn)目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)行為特征，打造高還原度、高逼真的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，可輔助查看、分析模型對(duì)象關(guān)節(jié)特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行研究改進(jìn)。

（數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型關(guān)節(jié)定義）

（三） 實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)文定義

實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)文定義能夠通過動(dòng)態(tài)定義結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)、動(dòng)作，為三維模型賦予實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)能力，通過接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)模型姿態(tài)、動(dòng)作、狀態(tài)變化進(jìn)行復(fù)雜控制，真實(shí)反映物理對(duì)象的運(yùn)轉(zhuǎn)過程和工作原理。

（四） 三維組態(tài)可視化交互分析

三維組態(tài)可視化交互分析通過友好易用的人機(jī)交互的形式、手段，如設(shè)備剖分、上卷、下鉆、切片、切塊、旋轉(zhuǎn)以及點(diǎn)選交互等，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測、研究、分析，輔助用戶清楚、直觀地了解設(shè)備運(yùn)作態(tài)勢，便于多角度了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)與運(yùn)轉(zhuǎn)詳情。

三維組態(tài)可視化的行業(yè)應(yīng)用

（一） 航天戰(zhàn)場

航天戰(zhàn)場武器裝備的可視化仿真、模擬對(duì)于作戰(zhàn)行動(dòng)預(yù)案和部署有重要意義。對(duì)武器裝備精密細(xì)節(jié)進(jìn)行三維建模，可高度還原裝備的外形、材質(zhì)、紋理細(xì)節(jié)；對(duì)裝備內(nèi)部零部件、管線、傳感器等復(fù)雜結(jié)構(gòu)定義，可高度還原裝備復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)；對(duì)裝備可動(dòng)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)動(dòng)作定義，可逼真刻畫裝備運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)；接入實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)、真實(shí)/模擬數(shù)據(jù)，可動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)裝備模型姿態(tài)及復(fù)雜動(dòng)作，真實(shí)再現(xiàn)裝備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程及工作原理。

（航天戰(zhàn)場-武器裝備三維組態(tài)可視化）

（二） 電廠運(yùn)維

通過三維建模，對(duì)電廠各類設(shè)備設(shè)施的外觀、復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)等進(jìn)行三維仿真顯示，集成視頻監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測以及其他傳感器實(shí)時(shí)上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備位置分布、類型、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行異常（故障、短路沖擊、過載、過溫等）實(shí)時(shí)告警以及設(shè)備詳細(xì)信息查詢，可輔助管理者直觀掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患。

（智慧電力-風(fēng)電機(jī)三維組態(tài)可視化）

（三） 智慧樓宇

通過對(duì)園區(qū)供水、供電、供熱、空調(diào)、新風(fēng)、照明、電梯等各類設(shè)備設(shè)施進(jìn)行三維建模，對(duì)設(shè)備的外觀、復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)等進(jìn)行三維仿真顯示，集成視頻監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測以及其他傳感器實(shí)時(shí)上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備具體位置、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)，能耗態(tài)勢等進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行異常（故障、短路沖擊、過載、過溫等）以及高能耗運(yùn)行等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)告警以及設(shè)備詳細(xì)信息查詢，輔助管理者直觀掌握樓宇各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及能耗的實(shí)時(shí)態(tài)勢，提升基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維效率，為資源合理調(diào)配、節(jié)能減排提供有力的數(shù)據(jù)支持。

（智慧樓宇-電梯三維組態(tài)可視化）

技術(shù)深耕，助力科學(xué)決策

作為大數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域的代表企業(yè)，數(shù)字冰雹十余年來深耕核心技術(shù)，堅(jiān)持自主創(chuàng)新。三維組態(tài)可視化是數(shù)字孿生落地應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)手段，站在數(shù)字化建設(shè)、新基建風(fēng)口，我們希望依賴于十余年的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)累積，借助數(shù)據(jù)可視化，助力數(shù)字孿生落地應(yīng)用，真正幫助各行業(yè)決策者運(yùn)籌帷幄，決策千里。