Unity3D如何实现数字孪生

数字孪生（Digital Twin）：为物理对象建立对应的数字模型，该模型可以通过接收来自物理对象的数据而实时演化，从而与物理对象在全生命周期保持一致。基于数字孪生，我们可以进行分析、预测、诊断、训练等（即仿真），并将仿真结果反馈给物理对象，从而对物理对象进行优化和决策。

相比对数字孪生的认识，那么更重要的是如何实现数字孪生。Unity3D作为被广泛使用的实时3D创作平台,拥有很大的开发者群体，并且在多个领域被应用，比如工业中数字孪生。

使用 Unity 能够对模型数据、传感器数据或点云数据进行实时传输和渲染，在添加物理特性和行为逻辑后，不仅可以将简单、抽象的模型和数据处理为照片级的实时渲染效果，还可以在多个平台以 AR/VR/MR 的形式进行交互，实现数字孪生。

目前，使用Unity实现数字孪生，传统的方式是数据服务跟Unity之间通信实现。

首先，加工设备安装IOT设备，IOT将获取PLC数据并以JSON的格式实时上传。

其次，需要有一个接收服务，可以是写的一个简单的接收数据后端服务，接收IOT上传的数据。

再次，Unity通过HTTP或者Socket方式从服务端实时获取数据。

最后，通过实时获取的数据，在Unity中实时对映射的虚拟设备（虚拟设备以现在都是手动建模）驱动。

如果要反向控制，则反向，由Unity发出命令，服务接收命令，iot获取命令给PLC 从而控制物理设备。

这就是一个数字孪生工厂实现的过程，看着很简单，但其实像IOT到服务到Unity，数据之间通信是比较麻烦的事情，既要保证数据的实时性，还得保证数据的正确性。如下图，最能说明这个过程。

工业机械硬件控制最常用的就是PLC来实现，PLC与机械，PLC与PLC之间也会有固定的通信协议来通信。其实数字孪生的实时数据就是来自PLC。这里大家就会想到，那我们直接用Unity和PLC通信就可以，为什么还要有个服务？其实这样是可以的，不用IOT和后端服务，但是现在市场上有很多的通信协议，比如MQTT 、OPC-UA等等，每家PLC的通信协议不同。

福音来了。。。。

近来，Unity加大了在工业领域的投入，解决了以下问题

（1）数据通信

（2）模型从CAD到Unity的转换。

整个数字孪生平台可以表现如下图

1、模型处理，CAD数据模型处理工具Pixyz。

常规处理：

Pixyz数据模型处理：

2、数据通信，工具PREspective，这个工具作用：

提供多种工业通信协议的接口；

提供复杂物理碰撞仿真；

提供网格合并，物体单选等工具；

提供机械仿真工具；

接入物理仿真模型文件，如Matlab、Anasys等。

Unity换提供了InterAct（功能性快速开发工具）、Reflect（一键转换BIM数据至实时3D环境）和MARS（快速AR、VR开发工具）。

主要介绍一下InterAct，这个工具比较强大。

INTERACT是直接从CAD模型创建高级AR/VR和XR应用程序的强大平台。

它的高精准物理引擎可在任何AR/VR配置上提供复杂的模拟，这包括碰撞检测、人体工程学分析、超大点云数据可视化。

快速迭代：INTERACT的目标是使用虚拟仿真让决策过程更快速、更轻松和更加以人为中心。

功能下图展示：

解决了数据模型和数据通信，那整个数字孪生技术方案就显而易见：

CAD模型数据通过Pixyz转换到Unity，物理设备PLC通过PREspective工具通信和定义行为，使PLC数据实时传输到Unity驱动虚拟设备，（开发过程可借InterAct等工具），Unity发布成所需平台。

形成方案：