一、數(shù)字孿生應(yīng)用門檻

（一）數(shù)字孿生的概念

百度百科中的數(shù)字孿生?(Digital?Twin)1?定義，是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。這個定義基本上道出了數(shù)字孿生的本質(zhì)是基于物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、模型、數(shù)據(jù)、映射、仿真多學(xué)科技術(shù)的集成應(yīng)用，核心要解決的是設(shè)備全生命周期的管理。從這個定義也可以看出，數(shù)字孿生最初是基于設(shè)備全生命周期管理場景提出的，著眼點是物理設(shè)備的數(shù)字化。將這個概念進一步泛化，可以將物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個一一對應(yīng)的虛擬世界，物理世界和虛擬世界同生共存、虛實交融，萬物皆可數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生的概念示意圖如下所示：

圖片來源：易知微官網(wǎng)

（二）數(shù)字孿生的應(yīng)用門檻——數(shù)字孿生五維模型

數(shù)字孿生的首要任務(wù)是創(chuàng)建應(yīng)用對象的數(shù)字孿生模型。Grieves?教授最初定義了數(shù)字孿生三維模型，即物理實體、虛擬實體及二者間的連接。北京航空航天大學(xué)數(shù)字孿生技術(shù)研究所在數(shù)字孿生三維模型的基礎(chǔ)上，增加了孿生數(shù)據(jù)和服務(wù)兩個新維度，使數(shù)據(jù)孿生可以進一步在更多領(lǐng)域落地應(yīng)用（陶飛，劉蔚然，張萌，等，2019）:MDT?=?(PE,?VE,?Ss,?DD,?CN) 其中：?PE?表示物理實體，VE?表示虛擬實體，Ss?表示服務(wù)，DD?表示孿生數(shù)據(jù)，CN?表示各組成部分間的連接。 根據(jù)上式，數(shù)字孿生五維模型結(jié)構(gòu)如下圖所示：

?數(shù)字孿生五維模型 資料來源：《數(shù)字孿生五維模型及十大領(lǐng)域應(yīng)用》

1、物理實體?(PE)

物理實體是數(shù)字孿生五維模型的基礎(chǔ)，主要包括各子系統(tǒng)具備不同的功能，共同支持設(shè)備的運行以及傳感器采集設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)。對物理實體的準(zhǔn)確分析與有效維護是建立數(shù)字孿生模型的前提。

2、虛擬實體?(VE)

虛擬實體模型包括幾何模型、物理模型、行為模型和規(guī)則模型，從多時間尺度、多空間尺度對物理實習(xí)進行描述和刻畫，形成對物理實體的完整映射?？墒褂肰R與AR?技術(shù)實現(xiàn)虛擬實體與物理實體虛實疊加及融合顯示,?增強虛擬實體的沉浸性、真實性及交互性。

3、服務(wù)?(Ss)

服務(wù)對數(shù)字孿生應(yīng)用過程中面向不同領(lǐng)域、不同層次用戶、不同業(yè)務(wù)所需的各類數(shù)據(jù)、模型、算法、仿真、結(jié)果等進行服務(wù)化封裝，并以應(yīng)用軟件或移動端App的形式提供給用戶，實現(xiàn)對服務(wù)的便捷與按需使用。

4、孿生數(shù)據(jù)?(DD)

孿生數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的驅(qū)動，集成融合了信息數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)，滿足信息空間與物理空間的一致性與同步性需求，能提供更加準(zhǔn)確、全面的全要素/全流程/全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支持。

5、連接?(CN)

連接模型包括連接使物理實體、虛擬實體、服務(wù)在運行中保持交互、一致與同步以及連接使物理實體、虛擬實體、服務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實時存入孿生數(shù)據(jù)，并使孿生數(shù)據(jù)能夠驅(qū)動三者運行。

不難看出想要真正地研發(fā)并應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)需要建立模型、開發(fā)工具和編程語言、一個非常龐大的數(shù)據(jù)集、大量的傳感器以及超高的專業(yè)知識，對于一般的開發(fā)團隊來說任務(wù)重、時間長，對于非專業(yè)人士來說，更是難上加難。下面就具體來說說易知微新型技術(shù)成果是如何降低數(shù)字孿生應(yīng)用門檻的。

二、易知微新型技術(shù)成果：降低數(shù)字孿生應(yīng)用門檻

（一）EasyTwin?數(shù)字孿生融合渲染引擎?

EasyTwin?數(shù)字孿生融合渲染引擎是一款數(shù)字孿生應(yīng)用開發(fā)平臺，以產(chǎn)品化實現(xiàn)入門級?

數(shù)字孿生應(yīng)用開發(fā)，能夠滿足?80%?SaaS?客戶相關(guān)訴求，解決中小型數(shù)字孿生項目?SaaS?化交付能力?；跀?shù)字孿生的三維建模技術(shù)為基礎(chǔ)，將各行業(yè)?AI、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)中心等新一代信息技術(shù)進行整合，通過可視化平臺的管理方式，實時動態(tài)直觀地對數(shù)字孿生城市從宏觀到微觀進行全方位管理。?

數(shù)字孿生融合渲染引擎以低成本零代碼為目標(biāo)，實現(xiàn)對模型的處理，包括模型材質(zhì)、?

層級管理、光照等效果處理，并基于模型進行業(yè)務(wù)場景開發(fā)，連通和?EasyV?低代碼數(shù)字孿生可視化平臺的圖表進行交互。?

業(yè)務(wù)配置開發(fā)中，沿用渲染引擎和建模軟件中最常規(guī)的藍(lán)圖編輯，降低學(xué)習(xí)成本，提高項目開發(fā)中的配置開發(fā)的難度和后期維護性。?

整體上，作為一站式的數(shù)字孿生開發(fā)平臺，以低代碼甚至零代碼的形式幫助開發(fā)人員?

或業(yè)務(wù)人員從?0-1?搭建開發(fā)數(shù)字孿生項目。內(nèi)置數(shù)字資產(chǎn)庫、模板庫、附加圖層等資源內(nèi)容，提升開發(fā)效率的同時提升開發(fā)效果。大大降低數(shù)字孿生行業(yè)的門檻，不再只是小部分頭部企業(yè)的數(shù)字化手段，成為每個企業(yè)都可以快速上手開發(fā)的數(shù)字孿生開發(fā)平臺。

圖片來源：?Easy?Twin?數(shù)字孿生融合渲染引擎開發(fā)面板

圖片來源：?基于?Easy?Twin?實現(xiàn)的數(shù)字孿生應(yīng)用示例

（二）EasyV?for?Unreal?數(shù)字孿生雙向通信插件?

EasyV?for?Unreal?通過?EasyV?低代碼數(shù)字孿生可視化平臺（下稱?EasyV）和?Unreal?Engine?（下稱?UE）的雙向結(jié)合，可快速將?EasyV?的圖表能力、數(shù)據(jù)接入能力、自定義交互能力?與?UE?游戲引擎融合，高效搭建高質(zhì)量數(shù)字孿生場景。UE?的渲染流水線基于渲染管線技術(shù)，?支持法線貼圖、屏幕空間反射、后期處理等高級特性，可提供出色的圖形效果，使得數(shù)字?孿生場景更加真實和逼真。而?EasyV?有著強大且易用的圖表搭建能力，提供多種精美圖表組件，可滿足不同場景、風(fēng)格樣式的需求。同時，EasyV?可實現(xiàn)多種復(fù)雜的交互，處理數(shù)據(jù)也較為便捷。通過?EasyV?for?Unreal?插件進行雙向通信，可以集成二者的優(yōu)勢，更好、?更高效地助力于各類數(shù)字孿生項目的交付和實現(xiàn)。?基于該項功能構(gòu)建高效的數(shù)字孿生場景，首先需要掌握?EasyV?工具的使用，完成圖表?搭建和數(shù)據(jù)接入，然后需要?UE?引擎的開發(fā)能力，進一步構(gòu)建三維場景，發(fā)揮兩者的功能價值，才能去進一步交付高質(zhì)量的數(shù)字孿生項目。?

1、在?UE?引擎中進行三維場景的搭建?

在?UE?引擎中可以對場景進行細(xì)節(jié)建模和處理，打造更加逼真的數(shù)字孿生場景，并且可?以通過添加互動和動畫來增加交互性和真實感。?

2、在?EasyV?中進行基礎(chǔ)圖表的搭建?

通過便捷的拖拉拽形式和對配置項的調(diào)整，可以獲得樣式靈活多變的組件形態(tài)，利用美觀的圖表和豐富的交互形式完成大屏頁面的搭建，并完成數(shù)據(jù)的接入和自定義交互的配置。

3、EasyV?for?Unreal?：建立雙向通信?

利用?EasyV?for?Unreal?插件，將?EasyV?中的可視化圖表設(shè)計部署到?UE4?或?UE5?中，減少在?UE?中制作?UMG?界面的復(fù)雜和難以解耦的問題，大大提高前端界面的開發(fā)效率，并進行數(shù)據(jù)雙向通信，高效完成數(shù)字孿生場景的搭建和數(shù)據(jù)交互。?

（三）EasyMan?數(shù)字孿生數(shù)字人?

在傳統(tǒng)的數(shù)字人的制作流程中，需要大量的時間和人力來完成角色設(shè)計、動作設(shè)計、場景設(shè)計等各個環(huán)節(jié)，還需要使用運動捕捉技術(shù)對演員動作進行捕捉來控制虛擬數(shù)字人的動作和姿勢，繁瑣復(fù)雜的流程無形中提高了數(shù)字人的門檻，這對于能力有限的中小型企業(yè)和個人用戶來說，過高的制作成本和后期驅(qū)動成本成了一堵高墻。不僅如此，虛擬數(shù)字人的運營還涉及到例如人的選拔、培訓(xùn)，驅(qū)動軟件和設(shè)備的學(xué)習(xí)等一系列的復(fù)雜流程，這也讓部分企業(yè)和個人用戶對其望而卻步。?

當(dāng)前數(shù)字孿生應(yīng)用仍處于技術(shù)完善和行業(yè)滲透期，多元技術(shù)的融合有助于豐富數(shù)字孿?生的應(yīng)用場景，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。目前，易知微作為新華網(wǎng)元宇宙及?AIGC?創(chuàng)新聯(lián)盟?的首批成員正式牽手新華智云，著力賦能元宇宙和數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)，接入新華智云「元卯」?極速數(shù)字人?API，共同研發(fā)了?EasyMan?數(shù)字孿生數(shù)字人應(yīng)用。?

在虛擬數(shù)字人的形象仿真方面，可以通過建模、物理仿真和渲染等技術(shù)，使虛擬數(shù)字?人的外觀更加真實自然，并且可以自動生成多個版本，以便用于不同的場景和應(yīng)用。?在虛擬數(shù)字人的行為動作方面，運用動捕、面捕和?AI?驅(qū)動等技術(shù)，生成的虛擬數(shù)字人在動作和姿勢上更加逼真。在虛擬數(shù)字人的表情控制方面，可以讓虛擬數(shù)字人表現(xiàn)出更加?自然的情感和面部表情，使其能夠表現(xiàn)出更加真實的情感和情緒。?

數(shù)字人制作技術(shù)具有高度逼真、高度可定制化、高效快速、可視化和多平臺兼容性等?優(yōu)勢，是當(dāng)前數(shù)字娛樂、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的不斷拓展，數(shù)字人制作技術(shù)的應(yīng)用前景也會越來越廣闊。

圖片來源：?EasyMan?核心應(yīng)用場景

三、小結(jié)

數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)逐步成為物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工?智能、BIM、GIS?等多項前沿技術(shù)的聚合技術(shù)體，新型技術(shù)與數(shù)字孿生技術(shù)的融合賦能已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要路徑。易知微數(shù)字孿生產(chǎn)品矩陣中的?EasyTwin?數(shù)字孿生融合渲染引擎、EasyV?for?Unreal?數(shù)字孿生雙向通信插件、EasyMan?數(shù)字孿生數(shù)字人分別在全方位融合渲染、游戲引擎以及?AIGC?技術(shù)領(lǐng)域進行實踐創(chuàng)新，降低數(shù)字孿生應(yīng)用門檻，助力數(shù)字孿生技術(shù)全方位多領(lǐng)域發(fā)展。

以上內(nèi)容來源于《數(shù)字孿生世界白皮書（2023版）》

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