Unity 数字孪生笔记1 工具介绍

前言

工欲善其事必先利其器

流程思考

数字孪生本质上一种基于实际物理数据的可视化方案，通过对接实际数据，在三维界面中展示孪生结果。
那么这个流程就很简单了。

整个流程分为三块：数据来源-》数据分析-》数据展示

输入数据

首先我们需要考虑我们能拿到什么。第一，实际物体的三维数据从哪里来，第二，实际数据怎么获取到。

模型数据

工业上常常会用到CAD模型，CAD模型具有精确、统一的特点，但是CAD不是三角面片，我们不能直接导出到Unity中，而且导入之后有很多不合理的地方，例如面片杂乱、面数过高等问题。针对这个问题我们祭出我们的第一把工具：PIXYZ。
PIXYZ简介

具体内容这里不做介绍，大概的意思就是：

能够导入CAD模型，生成对应的三维模型，导入的CAD模型的层级结构不会发生变化；
提供自动化减面工具，减少工作量；
提供UV生成工具，可以自定义贴图效果；
提供网格工具，方便用户进行网格合并、网格减面、网格坐标系调整等；
支持在runtime进行导入。

获取到这个工具之后，CAD模型的导入就不成问题了。
有同学就会问了，为啥不用Maya这些建模软件去生成呢。
首先机械模型非常复杂，Maya这些建模软件去生成，就会相当消耗人力，而且不一定精确。其次，CAD作为标准，相关的机械提供商已经有对应的CAD模型数据，再去重建就是吃力不讨好的事情。

有了模型数据之后，我们来看看信号数据的接入。

信号数据

通产机械硬件的控制会通过PLC（Program Logic Controller）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。那么这里大家就会想到，我们直接与PLC通信不就好了。对！实际信号的获取就是与PLC通信来实现。但是每家PLC的通信协议不同，需要进行大量的协议适配工作。
这里我们要说到我们的第二把工具：PREspective（后面统称PREs）
这个工具是Unity的工业插件之一，可以找Unity的人申请License。
这个工具的作用是：

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。

从上面的总结可以看出，PREs除了具有数字孪生所必需的通信协议接口外，还包括一些仿真逻辑。这些功能也帮组我们更好的搭建数字孪生平台。

数据分析

我们拿到实际数据之后，我们能做什么呢？我们需要做数据分析对吧，我们需要做物理模型的计算。这里其实也是使用的PREs对其他第三方的模型进行接入。
数据预测
经典的预测模型有很多，这里不详述
异常检测
异常预测模型

三维显示

Unity

Unity就不做过多介绍了，在三维实时渲染领域已经有了很多的成功案例。那么我们这里为什么会选择使用Unity来实现数字孪生系统呢？
这可以分为两方面来讨论：

数字孪生对实时要求高，实时渲染引擎具有天然的优势
数字孪生的开发，需要学习成本低、工具丰富的引擎
因此，本着入门简单、稳定性能高、工具丰富的原则，Unity是不二之选。

FinalIK

这是一个反向运动学的解算插件，为什么我们会在这里提到这个插件呢。因为在数字孪生中，如果我们缺乏实际数据的输入，那么对于机械臂来说，我们还能使用一些其他工具进行仿真，FinalIK就是其中较好的一个。

结尾

本文主要在简述整个开发流程，并且简述需要使用到的工具。后续的文章会做一个简单的数字孪生开发快速入门。

希望对大家有帮助。

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