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聊一聊数字孪生与3D可视化

2024-02-21 11:00 https://my.oschina.net/powertoolsteam/blog/11044222 葡萄城技术团队 次阅读 条评论

前言

在当代科技发展的背景下,数字孪生和3D可视化技术逐渐成为各行业的关键工具和解决方案。数字孪生是一种将实物事物与数字模型相结合的概念,通过将物理世界和数字世界实时连接,创造出一个对实体进行虚拟建模、仿真和分析的平行系统。3D可视化技术则用于创造高度逼真的三维模型,使人们能够在虚拟环境中沉浸式地观察、交互和操作。

数字孪生的概念最早由美国国家航空航天局(NASA)于2002年提出,旨在通过数字化实体的复制来优化设计、生产和维护过程。它基于实时数据收集和分析,使企业能够更好地理解和预测物理系统的行为和性能,以便做出更准确的决策和优化措施。数字孪生不仅可以用于工业制造,还可以应用于交通运输、能源、医疗保健等领域。

3D可视化技术则通过创造高保真度的虚拟环境,使用户能够以更直观、可交互的方式与物体进行互动。通过三维建模和渲染技术,人们可以实时观察和操作现实世界中的事物,获得更深入的理解和洞察。3D可视化在建筑设计、医学诊断、游戏开发等领域具有广泛的应用,为各行各业提供了更加创新和高效的解决方案。

数字孪生和3D可视化的结合,为企业和个人带来了许多机遇和优势。它们能够提供更准确、可视化的数据和模型,帮助用户更好地了解和处理复杂的问题。随着技术的不断进步和成熟,数字孪生和3D可视化技术将继续在各行各业中发挥重要作用,推动着全球数字化转型的浪潮。

今天小编就将以葡萄城公司的嵌入式BI工具——Wyn商业智能为例给大家介绍如何实现一个3D可视化模型。

3D可视化模型搭建及应用

要做一个3D的可视化BI,首先我们需要准备一个3D模型。Wyn支持直接上传3D模型。上传之后就是关键步骤,也就是需要实现报错数据绑定,3D设计等一系列操作-3D场景设计。Wyn本身并不是直接将模型展示到页面上。而是中间有一个3D设计的环境,将3D模型编辑好之后,包括数据准本好,直接做最后的放映。那么关键就在于3D场景。

如上图所见,Wyn将一个3D模型编辑器内置到系统中,也就是可以将原有的模型做二次的操作,包括位置变化,场景变化,以及复杂的js编辑控制场景动画等。整个操作相当简单,只需要将模型名称和自己的业务数据字段对应,然后通过拖拉拽即可实现数据的绑定。并且Wyn支持将绑定的数据做实时的数据预警和提示标签,并且提示信息随着真实业务数据,展示不同颜色和类型,方便我们快速观察厂区情况和实时业务数据。场景支持自动轮播展示,将复杂的3D模型简化成一键拖拉拽实现。

针对有代码基础的,Wyn可以做JS动画控制,并且简单的基础动画,可以直接复用展示。

针对有一定JS模型基础的,可以实现更高级的控制,根据实时传输数据进行场景动画改变。例如我们监控厂区的一个设备位置,将他的位置实时上传。并且控制模型中的对应设备位置,就可以做到真实的实时现场和模型统一并且监控关键指标,做到实时预警和查看。

当我们做好所有的3D场景开发后,就可以直接将整个场景,放置到自己开发的BI看板中,看板依旧可以设计其他关键指标。我们开发好的所有看板信息后,Wyn商业智能本身支持一套完整的数据联动和钻取功能,也就是我们可以快速的实现多维度多角度的分析数据。并且模型中的数据,也享受这一套流程。真正的做到了从2D走向3D,数字孪生不再是一个话题,而是属于每个企业。

下面小编将为大家介绍一个基于数据源支持、建模和数据展示的例子:

1.准备数据

1.1准备JSON数据源:

当然,Wyn产品本身支持几十种数据源连接方式,包括常见的mysql、sqlserver、oracle等和用户自定义的json接口等,都可以支持。包括如果我们的原始数据源是Excel,也是可以当做数据源。针对所有不同来源的数据获取,Wyn做了很多的适配。

1.2建立数据模型

那么获取数据之后都知道,一般原始数据都是要做二次加工的,包括数据清洗、分析计算等。所以Wyn需要在数据源的基础上做数据建模。因为本次制作演示模型展示,所以不做任何操作,直接建立即可:

2.准备模型并做数据绑定

2.1准备模型

准备好数据之后,就是准备模型,Wyn目前支持两种上传使用形式,一种是直接上传到Wyn的门户,也就是文件直接拖入即可:

第二种就是大模型,当文件大小过大时,上传和引用都会太占用浏览器资源,则可以使用url的形式。选择我们上传的模型:

自此,一个简单的模型场景就已经做好了。如果我们想在BI上使用,其实已经可以了。只是还没有和业务数据做到关联。所以下一步就是关联数据。

2.2数据关联

首先,我们的数据里面,模型名称是:模型1、模型2。这些其实不是真正的模型的名称。摸每一个模型组件关联,所以我们选中对应的模型组件。例如:

可以看到,我们选中对应的组件,其左侧管理树以及中间模型组件都会高亮显示。然后我们修改模型名称为数据源字段数据的名称,就可以实现数据的对应了。我们只需要对应好所有的组件名称,那数据绑定就完成了。

最后,我们进入数据图层区域,进行最终的数据绑定。将模型名称绑定到节点,其他所有需要显示的数据,都放在数值位置即可。可以看到一个有数据的3D模型已经建立好了。

(1)出厂动画设置

现在,我们添加一个简单的出厂旋转动画,那这一步就需要一些代码基础了。这里就需要懂JS和一些3D的模型操作基础了,不过我们今天演示演示的动画,只需要我们复制粘贴进去就可以了。如果你想自己实现更多动画,可以参考这个链接的API: https://doc.babylonjs.com/

我们将以下代码复制到:场景设定 -> 数据交互 -> 添加项目 -> 场景加载完成时:一个简单的旋转初始化的动画就完成啦。

(2)大屏展示

以上就是设定3D场景的所有步骤,做好3D场景肯定需要在看板上展示。那最终看板展示其实很简单了:

我们只需要选中3D场景的组件,然后在组件中选中我们刚才设计的模型,这个3D场景就运用在整个仪表板中了,可以看到3D组件只是众多组建中的其中一个,我们可以给最终看板在设计其他组件,当被使用的数据存在关联关系时,还可以享受Wyn内置的数据联动分析功能。真正的做到了从2D走向3D。数据与数字化并存的能力。

总结

总的来说,数字孪生和3D可视化技术已经成为了当今工业界和科研领域的重要工具。它们不仅可以帮助企业或组织更好地管理物资、资源和设备,提高生产效率和质量,也可以用于模拟复杂系统和环境以及进行虚拟试验,从而节省时间和成本。同时,数字孪生和3D可视化技术也被广泛应用于医学、建筑、城市规划等领域。通过数字孪生和3D可视化技术,我们可以更加直观地了解复杂的现象和问题,并且能够更好地做出决策和规划。

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