白皮书分享｜数字孪生应用门槛降低！速来围观易知微新型技术成果

一、数字孪生应用门槛

（一）数字孪生的概念
百度百科中的数字孪生 (Digital Twin)1 定义，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。这个定义基本上道出了数字孪生的本质是基于物联网、传感器、模型、数据、映射、仿真多学科技术的集成应用，核心要解决的是设备全生命周期的管理。从这个定义也可以看出，数字孪生最初是基于设备全生命周期管理场景提出的，着眼点是物理设备的数字化。将这个概念进一步泛化，可以将物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个一一对应的虚拟世界，物理世界和虚拟世界同生共存、虚实交融，万物皆可数字孪生。
数字孪生的概念示意图如下所示：

图片来源：易知微官网
（二）数字孪生的应用门槛——数字孪生五维模型
数字孪生的首要任务是创建应用对象的数字孪生模型。Grieves 教授最初定义了数字孪生三维模型，即物理实体、虚拟实体及二者间的连接。北京航空航天大学数字孪生技术研究所在数字孪生三维模型的基础上，增加了孪生数据和服务两个新维度，使数据孪生可以进一步在更多领域落地应用（陶飞，刘蔚然，张萌，等，2019）:MDT = (PE, VE, Ss, DD, CN)
其中： PE 表示物理实体，VE 表示虚拟实体，Ss 表示服务，DD 表示孪生数据，CN 表示各组成部分间的连接。
根据上式，数字孪生五维模型结构如下图所示：

数字孪生五维模型
资料来源：《数字孪生五维模型及十大领域应用》

1、物理实体 (PE)

物理实体是数字孪生五维模型的基础，主要包括各子系统具备不同的功能，共同支持设备的运行以及传感器采集设备和环境数据。对物理实体的准确分析与有效维护是建立数字孪生模型的前提。

2、虚拟实体 (VE)
虚拟实体模型包括几何模型、物理模型、行为模型和规则模型，从多时间尺度、多空间尺度对物理实习进行描述和刻画，形成对物理实体的完整映射。可使用VR与AR 技术实现虚拟实体与物理实体虚实叠加及融合显示, 增强虚拟实体的沉浸性、真实性及交互性。

3、服务 (Ss)

服务对数字孪生应用过程中面向不同领域、不同层次用户、不同业务所需的各类数据、模型、算法、仿真、结果等进行服务化封装，并以应用软件或移动端App的形式提供给用户，实现对服务的便捷与按需使用。

4、孪生数据 (DD)

孪生数据是数字孪生的驱动，集成融合了信息数据与物理数据，满足信息空间与物理空间的一致性与同步性需求，能提供更加准确、全面的全要素/全流程/全业务数据支持。

5、连接 (CN)

连接模型包括连接使物理实体、虚拟实体、服务在运行中保持交互、一致与同步以及连接使物理实体、虚拟实体、服务产生的数据实时存入孪生数据，并使孪生数据能够驱动三者运行。

不难看出想要真正地研发并应用数字孪生技术需要建立模型、开发工具和编程语言、一个非常庞大的数据集、大量的传感器以及超高的专业知识，对于一般的开发团队来说任务重、时间长，对于非专业人士来说，更是难上加难。下面就具体来说说易知微新型技术成果是如何降低数字孪生应用门槛的。

二、易知微新型技术成果：降低数字孪生应用门槛

（一）EasyTwin 数字孪生融合渲染引擎
EasyTwin 数字孪生融合渲染引擎是一款数字孪生应用开发平台，以产品化实现入门级
数字孪生应用开发，能够满足 80% SaaS 客户相关诉求，解决中小型数字孪生项目 SaaS 化交付能力。基于数字孪生的三维建模技术为基础，将各行业 AI、物联网（IoT）、大数据中心等新一代信息技术进行整合，通过可视化平台的管理方式，实时动态直观地对数字孪生城市从宏观到微观进行全方位管理。
数字孪生融合渲染引擎以低成本零代码为目标，实现对模型的处理，包括模型材质、
层级管理、光照等效果处理，并基于模型进行业务场景开发，连通和 EasyV 低代码数字孪生可视化平台的图表进行交互。
业务配置开发中，沿用渲染引擎和建模软件中最常规的蓝图编辑，降低学习成本，提高项目开发中的配置开发的难度和后期维护性。
整体上，作为一站式的数字孪生开发平台，以低代码甚至零代码的形式帮助开发人员
或业务人员从 0-1 搭建开发数字孪生项目。内置数字资产库、模板库、附加图层等资源内容，提升开发效率的同时提升开发效果。大大降低数字孪生行业的门槛，不再只是小部分头部企业的数字化手段，成为每个企业都可以快速上手开发的数字孪生开发平台。

图片来源： Easy Twin 数字孪生融合渲染引擎开发面板

图片来源： 基于 Easy Twin 实现的数字孪生应用示例

（二）EasyV for Unreal 数字孪生双向通信插件
EasyV for Unreal 通过 EasyV 低代码数字孪生可视化平台（下称 EasyV）和 Unreal Engine （下称 UE）的双向结合，可快速将 EasyV 的图表能力、数据接入能力、自定义交互能力 与 UE 游戏引擎融合，高效搭建高质量数字孪生场景。UE 的渲染流水线基于渲染管线技术， 支持法线贴图、屏幕空间反射、后期处理等高级特性，可提供出色的图形效果，使得数字 孪生场景更加真实和逼真。而 EasyV 有着强大且易用的图表搭建能力，提供多种精美图表组件，可满足不同场景、风格样式的需求。同时，EasyV 可实现多种复杂的交互，处理数据也较为便捷。通过 EasyV for Unreal 插件进行双向通信，可以集成二者的优势，更好、 更高效地助力于各类数字孪生项目的交付和实现。 基于该项功能构建高效的数字孪生场景，首先需要掌握 EasyV 工具的使用，完成图表 搭建和数据接入，然后需要 UE 引擎的开发能力，进一步构建三维场景，发挥两者的功能价值，才能去进一步交付高质量的数字孪生项目。
1、在 UE 引擎中进行三维场景的搭建
在 UE 引擎中可以对场景进行细节建模和处理，打造更加逼真的数字孪生场景，并且可 以通过添加互动和动画来增加交互性和真实感。
2、在 EasyV 中进行基础图表的搭建
通过便捷的拖拉拽形式和对配置项的调整，可以获得样式灵活多变的组件形态，利用美观的图表和丰富的交互形式完成大屏页面的搭建，并完成数据的接入和自定义交互的配置。
3、EasyV for Unreal ：建立双向通信
利用 EasyV for Unreal 插件，将 EasyV 中的可视化图表设计部署到 UE4 或 UE5 中，减少在 UE 中制作 UMG 界面的复杂和难以解耦的问题，大大提高前端界面的开发效率，并进行数据双向通信，高效完成数字孪生场景的搭建和数据交互。
（三）EasyMan 数字孪生数字人
在传统的数字人的制作流程中，需要大量的时间和人力来完成角色设计、动作设计、场景设计等各个环节，还需要使用运动捕捉技术对演员动作进行捕捉来控制虚拟数字人的动作和姿势，繁琐复杂的流程无形中提高了数字人的门槛，这对于能力有限的中小型企业和个人用户来说，过高的制作成本和后期驱动成本成了一堵高墙。不仅如此，虚拟数字人的运营还涉及到例如人的选拔、培训，驱动软件和设备的学习等一系列的复杂流程，这也让部分企业和个人用户对其望而却步。
当前数字孪生应用仍处于技术完善和行业渗透期，多元技术的融合有助于丰富数字孪 生的应用场景，助力企业数字化转型。目前，易知微作为新华网元宇宙及 AIGC 创新联盟 的首批成员正式牵手新华智云，着力赋能元宇宙和数字孪生产业，接入新华智云「元卯」 极速数字人 API，共同研发了 EasyMan 数字孪生数字人应用。
在虚拟数字人的形象仿真方面，可以通过建模、物理仿真和渲染等技术，使虚拟数字 人的外观更加真实自然，并且可以自动生成多个版本，以便用于不同的场景和应用。 在虚拟数字人的行为动作方面，运用动捕、面捕和 AI 驱动等技术，生成的虚拟数字人在动作和姿势上更加逼真。在虚拟数字人的表情控制方面，可以让虚拟数字人表现出更加 自然的情感和面部表情，使其能够表现出更加真实的情感和情绪。
数字人制作技术具有高度逼真、高度可定制化、高效快速、可视化和多平台兼容性等 优势，是当前数字娱乐、虚拟现实等领域的重要技术之一。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，数字人制作技术的应用前景也会越来越广阔。

图片来源： EasyMan 核心应用场景

三、小结

数字孪生技术发展至今已经逐步成为物联网、大数据、人工 智能、BIM、GIS 等多项前沿技术的聚合技术体，新型技术与数字孪生技术的融合赋能已经成为产业发展的重要路径。易知微数字孪生产品矩阵中的 EasyTwin 数字孪生融合渲染引擎、EasyV for Unreal 数字孪生双向通信插件、EasyMan 数字孪生数字人分别在全方位融合渲染、游戏引擎以及 AIGC 技术领域进行实践创新，降低数字孪生应用门槛，助力数字孪生技术全方位多领域发展。

以上内容来源于《数字孪生世界白皮书（2023版）》
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