前不久，工信部在談到數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)表示，工信部將實(shí)施國家重大軟件工程，特別是著力推動(dòng)工業(yè)技術(shù)的軟件化。國務(wù)院同期發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加快發(fā)展》的通知，并指出：提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)核心能力，引導(dǎo)平臺(tái)增強(qiáng)5G、人工智能、區(qū)塊鏈、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)支撐能力，強(qiáng)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)維、管理等全流程數(shù)字化功能集成。

　　數(shù)字孿生以及用于數(shù)字孿生的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）將是工業(yè)軟件和工業(yè)生產(chǎn)制造與服務(wù)的黑科技。數(shù)字孿生將物理世界反向映射到數(shù)字世界中（即賽博空間，指物理與網(wǎng)絡(luò)融合空間），美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟將數(shù)字孿生作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地的核心和關(guān)鍵、德國工業(yè)4.0參考架構(gòu)將數(shù)字孿生作為重要內(nèi)容。在數(shù)字孿生技術(shù)中，近年來興起的用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生、AR和VR的實(shí)時(shí)3D可視化技術(shù)更被視為黑科技中的黑科技。

　　2019年，Gartner認(rèn)為數(shù)字孿生處于技術(shù)期望膨脹期的頂峰，未來五年將產(chǎn)生破壞性創(chuàng)新。而在實(shí)時(shí)3D技術(shù)加持下，VR/AR和數(shù)字孿生將引發(fā)真正的破壞性創(chuàng)新。2020年，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)等VR/AR和數(shù)字孿生商用外部條件達(dá)到成熟，以及VR/AR和數(shù)字孿生等取得階段性技術(shù)成果，接下來就需要實(shí)時(shí)3D渲染與交互技術(shù)的加持，從而引爆以數(shù)字孿生為代表的新工業(yè)軟件市場(chǎng)。

　乘“新基建”東風(fēng)，新一輪工業(yè)軟件將爆發(fā)

　　3月份中國制造業(yè)采購經(jīng)理指數(shù)（PMI）為52%，在2月基礎(chǔ)上大幅上升16.3個(gè)百分點(diǎn)。3月PMI指數(shù)回升的背后，是企業(yè)加快復(fù)工復(fù)產(chǎn)，新動(dòng)能回升勢(shì)頭較快。其中，數(shù)字孿生技術(shù)功不可沒：例如寶鋼位于寶山基地的冷軋熱鍍鋅智能車間，在200米長的生產(chǎn)線上僅有2名工人流動(dòng)檢視，而由12臺(tái)智能機(jī)器人承擔(dān)了所有“危臟難”工作。

　　賽迪智庫認(rèn)為，疫情防控期間，諸多制造企業(yè)因受原材料不足、用工短缺等問題的困擾，難以迅速復(fù)工復(fù)產(chǎn)，而采用數(shù)字孿生技術(shù)可以在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理等方面重組原有業(yè)務(wù)流程，優(yōu)化企業(yè)資源配置，提高企業(yè)經(jīng)營效率。采用智能機(jī)器人加快復(fù)產(chǎn)復(fù)工，這僅是數(shù)字孿生的初步應(yīng)用；提高機(jī)器設(shè)備智能化水平、提高制造車間柔性化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量管理水平等，這些都是數(shù)字孿生的高階應(yīng)用。

　　數(shù)字孿生更高階應(yīng)用則是實(shí)現(xiàn)研發(fā)協(xié)同：在賽博空間構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字孿生體，多物理場(chǎng)、多維度模擬展示產(chǎn)品在物理空間的狀態(tài)變化，完成產(chǎn)品外觀、結(jié)構(gòu)、裝配等設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品上市周期。雷神山醫(yī)院就采用了數(shù)字孿生的設(shè)計(jì)方法，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司BIM團(tuán)隊(duì)為雷神山醫(yī)院創(chuàng)造了一個(gè)數(shù)字孿生，以提高設(shè)計(jì)、施工、落成的速度。例如，該項(xiàng)目利用BIM模型進(jìn)行醫(yī)院周邊風(fēng)環(huán)境的仿真分析，結(jié)果是有利于場(chǎng)地內(nèi)氣體排放的迅速稀釋和擴(kuò)散；對(duì)隔離病房氣流進(jìn)行數(shù)字仿真模擬，通過分析在病房內(nèi)形成了“U型”通風(fēng)環(huán)境，能有效改善病房內(nèi)的污染空氣濃度，降低醫(yī)護(hù)人員感染風(fēng)險(xiǎn)。

　　本次疫情催生了智慧城市、建筑、工程、汽車、運(yùn)輸、制造等新型工業(yè)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。其中，數(shù)字孿生、VR、AR是主要具備破壞式創(chuàng)新能力的軟件創(chuàng)新技術(shù)。無論是基于數(shù)字孿生的雷神山醫(yī)院、各種智能機(jī)器人，還是基于VR/AR等XR技術(shù)的沉浸式營銷、培訓(xùn)、遠(yuǎn)程運(yùn)維等，都帶來了全新的體驗(yàn)。

　　與傳統(tǒng)工業(yè)軟件相比，實(shí)時(shí)3D技術(shù)極大增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，能顯著提升數(shù)字孿生的應(yīng)用。特別是BIM建筑信息模型、CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、PLM產(chǎn)品生命周期管理等軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，之前都是以二維甚至僅以數(shù)字方式呈現(xiàn)，很難讓使用者和最終用戶有直觀的理解與認(rèn)識(shí)。而在幾年前，實(shí)時(shí)3D技術(shù)還只常見于移動(dòng)、PC和主機(jī)游戲中。今天，越來越多的工業(yè)和商用公司，也開始逐漸采用這種新的創(chuàng)作和協(xié)作技術(shù)。

　　　　　　　　　　

　　那么，什么是實(shí)時(shí)3D技術(shù)呢？簡單理解，實(shí)時(shí)3D技術(shù)就是至少以每秒30幀的速度進(jìn)行圖像渲染，達(dá)到與人眼看物理實(shí)體無差別效果。用戶可以在3D物體內(nèi)部操控，也可以整體實(shí)現(xiàn)沉浸式交互體驗(yàn)，而實(shí)時(shí)3D交互還可以跨計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備和VR頭盔或結(jié)合AR應(yīng)用等多硬件平臺(tái)。

　　為什么實(shí)時(shí)3D對(duì)于數(shù)字孿生很重要？數(shù)字孿生就是在虛擬的數(shù)字空間建立物理物體的可視化仿真，然后在虛擬物體與實(shí)體物體之間通過網(wǎng)絡(luò)建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與交互，達(dá)到讓虛擬物體可以實(shí)時(shí)模擬真實(shí)的實(shí)體物效果。而實(shí)時(shí)3D技術(shù)則可以極大提升數(shù)字孿生的使用體驗(yàn)，特別是可以360度獲得與真實(shí)世界中幾乎一樣的視覺效果，這無疑將極大提升數(shù)字孿生的應(yīng)用空間。

　　Forrester在2020年3月推出了一份實(shí)時(shí)3D技術(shù)報(bào)告，對(duì)358位建筑、工程、施工和制造業(yè)等負(fù)責(zé)3D內(nèi)容創(chuàng)建的從業(yè)人員進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果顯示當(dāng)前的工業(yè)軟件還停留在過時(shí)的可視化方式中，甚至還在使用實(shí)體模型！很多組織現(xiàn)在仍嚴(yán)重依賴傳統(tǒng)的人工交互、物理模型以及2D可視化；在任何需要可視化的流程環(huán)節(jié)，約1/3的受訪者表示已經(jīng)有至少3年沒有更新過可視化工具軟件。從企業(yè)內(nèi)部運(yùn)營角度來看，61%的決策者認(rèn)為可視化已經(jīng)成為企業(yè)管理痛點(diǎn)，糟糕的可視化體驗(yàn)遍布從產(chǎn)品設(shè)計(jì)/原型到現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)再到銷售展示的各個(gè)環(huán)節(jié)。

　　Forrester研究表明，實(shí)時(shí)3D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的投資回報(bào)（ROI），94%已在使用實(shí)時(shí)3D的公司正在計(jì)劃擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍，主要原因有降低成本、提高銷售量和加快上市時(shí)間。而97%還未使用這項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)相信實(shí)時(shí)3D將改善、甚至變革自己的工作流和生產(chǎn)流程；55%的工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者將在未來兩年內(nèi)采用實(shí)時(shí)3D技術(shù)。

　　Forrester Consulting 認(rèn)為實(shí)時(shí)3D技術(shù)將讓數(shù)字孿生技術(shù)、VR/AR的商用在未來幾年達(dá)到臨界拐點(diǎn)，形成市場(chǎng)的雪崩效應(yīng)。而以實(shí)時(shí)3D技術(shù)為特點(diǎn)的新工業(yè)軟件，將未來幾年呈爆發(fā)態(tài)勢(shì)。

　下一個(gè)黑科技公司

　　數(shù)字孿生是一個(gè)新興且非常復(fù)雜的技術(shù)領(lǐng)域，是多種數(shù)字化技術(shù)的集成融合創(chuàng)新。在日前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟舉辦的《工業(yè)數(shù)字孿生白皮書（征求意見稿）》發(fā)布活動(dòng)上，中國信通院信息化與工業(yè)化融合研究所工程師劉陽認(rèn)為，當(dāng)前工業(yè)數(shù)字孿生理論認(rèn)知逐漸深化、應(yīng)用探索開始涌現(xiàn)，但整體應(yīng)用還處于初級(jí)階段，普及推廣仍有挑戰(zhàn)。
　　根據(jù)征求意見稿，數(shù)字孿生技術(shù)包括了基礎(chǔ)類技術(shù)和核心技術(shù)，涉及感知控制、數(shù)據(jù)集成、建模分析、人機(jī)交互等四大領(lǐng)域，其中在建模分析與數(shù)據(jù)集成方面既有基礎(chǔ)類技術(shù)也有核心類技術(shù)，而人機(jī)交互與感知控制則為基礎(chǔ)類技術(shù)。

　　想要推進(jìn)數(shù)字孿生的整體應(yīng)用，就需要在基礎(chǔ)和核心技術(shù)方面達(dá)到商業(yè)成熟，目前只有少數(shù)巨頭能獨(dú)立構(gòu)建數(shù)字孿生解決方案，跨界合作是推動(dòng)數(shù)字孿生應(yīng)用創(chuàng)新的必由之路。Unity大中華區(qū)制造業(yè)主管陳祿介紹，基于Unity強(qiáng)大的實(shí)時(shí)3D技術(shù)和人機(jī)交互引擎，Unity正圍繞數(shù)字孿生技術(shù)體系提供實(shí)時(shí)3D開發(fā)工具；同時(shí)面向特定應(yīng)用場(chǎng)景，與合作伙伴共同推出完整解決方案。

　　Unity的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)即實(shí)時(shí)3D技術(shù)以及廣泛支持的技術(shù)平臺(tái)和硬件生態(tài)體系，源于Unity在游戲領(lǐng)域的技術(shù)積累。在實(shí)時(shí)3D技術(shù)領(lǐng)域，Unity并不算是一匹黑馬，這家公司已經(jīng)是游戲領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施。使用Unity制作的游戲和體驗(yàn)就已經(jīng)在全球范圍內(nèi)覆蓋將近30億臺(tái)設(shè)備，在2019年一年的安裝量就已經(jīng)超過370億次。Unity還為全球提供用于2D、3D、VR、AR和MR應(yīng)用的創(chuàng)作工具，與Google、Facebook、Magic Leap、Oculus、Microsoft等緊密合作，可以為Xbox　One、PS4、SteamVR、HoloLens 2、Oculus等超過25個(gè)平臺(tái)制作和優(yōu)化內(nèi)容。

　　實(shí)時(shí)3D技術(shù)從游戲領(lǐng)域起步，現(xiàn)在正在改變多個(gè)行業(yè)，在工業(yè)領(lǐng)域，包括建筑、工程和施工（AEC）行業(yè)、汽車、運(yùn)輸、制造業(yè)（ATM）。陳祿表示，有非常多的工業(yè)領(lǐng)域開發(fā)者已經(jīng)開始基于Unity平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字孿生、VR/AR、等工業(yè)應(yīng)用軟件的開發(fā)，進(jìn)而引起了整個(gè)工業(yè)界的重視。而Unity公司也發(fā)現(xiàn)在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域，對(duì)實(shí)時(shí)3D技術(shù)來說存在著巨大的需求和市場(chǎng)機(jī)會(huì)。為了更好地為工業(yè)和商用領(lǐng)域提供通用架構(gòu)和技術(shù)服務(wù)，幫助行業(yè)推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型Unity專門成立了工業(yè)部門和分布全球的本地支持團(tuán)隊(duì)。

　　同時(shí)，Unity也把本身的商業(yè)優(yōu)勢(shì)帶入了基于實(shí)時(shí)3D的數(shù)字孿生領(lǐng)域：打通產(chǎn)品設(shè)計(jì)與最終使用者之間的鴻溝，用一個(gè)實(shí)時(shí)3D平臺(tái)連接產(chǎn)品創(chuàng)建階段的設(shè)計(jì)、仿真與工程，產(chǎn)品構(gòu)建階段的生產(chǎn)制造或建筑施工，產(chǎn)品上市階段的服務(wù)與售后、營銷與銷售變現(xiàn)等。換言之，在Unity平臺(tái)上，數(shù)字孿生開發(fā)者可以完成從輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到最終產(chǎn)品上市的全生命周期，實(shí)現(xiàn)全流程的數(shù)字化。據(jù)悉，Unity 已與包括戴姆勒、ABB、恩智浦半導(dǎo)體、現(xiàn)代起亞、雷克薩斯等多個(gè)頂級(jí)制造企業(yè)合作?！?/span>

　　　　　　　　　

　　在數(shù)字孿生領(lǐng)域，Unity具備六大優(yōu)勢(shì)：

　　首先，Unity是實(shí)現(xiàn)數(shù)字線程的天然良好平臺(tái)。數(shù)字線程是數(shù)字孿生的核心技術(shù)之一，數(shù)字線程提升了數(shù)字孿生產(chǎn)品生命周期的數(shù)據(jù)集成能力?；诮y(tǒng)一的數(shù)據(jù)表達(dá)和Unity框架，Unity 可以定制出產(chǎn)品生命周期內(nèi)不同階段的不同應(yīng)用，保證了數(shù)據(jù)的一致性。Unity還是一個(gè)開放的平臺(tái)，不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)能夠很好的集成進(jìn)入系統(tǒng)。更重要的是，Unity基于組件的開發(fā)模式，降低了其它領(lǐng)域參與的難度。Unity在數(shù)字線程技術(shù)中心作為中間橋梁，連接機(jī)械設(shè)備與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將收集的機(jī)械數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)也連接到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的其他設(shè)備。而Unity多平臺(tái)開發(fā)功能，使得設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)能夠在VR、MR等設(shè)備上觀看，實(shí)現(xiàn)更加直觀的三維效果，提供數(shù)字線程的數(shù)據(jù)集成體驗(yàn)。

　　其次，Unity是虛實(shí)映射的重要工具。人機(jī)交互與建模分析方面主要涉及到虛實(shí)映射，這是數(shù)字孿生的核心課題之一。Unity平臺(tái)為此提供了實(shí)時(shí)渲染、物理引擎、MR等關(guān)鍵技術(shù)。Unity支持對(duì)原始CAD數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，并可以進(jìn)行智能的輕量化，在保證目標(biāo)精度的同時(shí)最大程度的提升效率；此外，開發(fā)者還可以通過三維掃描方式對(duì)真實(shí)模型和場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)據(jù)采集進(jìn)而導(dǎo)入進(jìn)Unity平臺(tái)。針對(duì)剛體和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，Unity提供精確的物理仿真模擬模型。針對(duì)特定領(lǐng)域的模型模擬，Unity提供對(duì)第三方仿真建模軟件的接口支持。對(duì)于動(dòng)態(tài)映射信息，Unity實(shí)時(shí)接入傳感器和控制器的高頻信號(hào)，對(duì)虛擬模型進(jìn)行狀態(tài)同步和模型參數(shù)的調(diào)整。Unity還提供MR工具包，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛實(shí)結(jié)合方式給用戶提供交互界面和平臺(tái)。

　　第三，Unity提供面向工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持。面向工業(yè)行業(yè)，Unity提供了各方面的接口和數(shù)據(jù)支持。支持主流的CAD格式模型導(dǎo)入和輕量化：CATIA、IGES、STEPS、Solidworks、Pro/Engineer、ALIAS、JT、FBX、3dxml、OBJ、DAE、3DS、STL等等。作為通用開發(fā)平臺(tái)，Unity對(duì)于主流的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都有標(biāo)準(zhǔn)的模塊庫方便進(jìn)行調(diào)用，并且在逐步擴(kuò)大支持工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的范圍，目前的工具包中可以支持通用的通信協(xié)議例如OPC UA、MQTT、Active_MQ等等，并對(duì)主流的控制器例如Siemens、BoschRexroth、Beckhoff、Lenze等等提供直接的通訊支持；Unity還對(duì)第三方仿真軟件接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支持，例如ANSYS、Matlab、FMI等等。在Unity現(xiàn)有支持的工業(yè)軟件和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議基礎(chǔ)之上，用戶更可自定義開發(fā)所需要支持的模塊以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口。

　　第四，使用Unity可自定義開發(fā)決策系統(tǒng)。輔助決策是數(shù)字孿生的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。Unity能夠支持自定義數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，基于收集的歷史數(shù)據(jù)，可以建立相應(yīng)的人工智能模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析甚至進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而影響決策。Unity提供主流機(jī)器學(xué)習(xí)框架（例如TensorFlow等）的框架集成支持，用戶可以非常容易的將自己的機(jī)器學(xué)習(xí)模型（例如深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）連接到Unity的環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練、測(cè)試和部署。

　　第五，基于Unity的開箱即用的解決方案。借助廣泛的Unity生態(tài)圈，Unity及數(shù)字孿生的生態(tài)合作伙伴目前已經(jīng)完成和提供了多種完整的產(chǎn)品和解決方案：Unity Reflect面向AEC行業(yè)，可將BIM元數(shù)據(jù)無損傳輸?shù)綄?shí)時(shí)3D環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)多模異地協(xié)作和基于BIM數(shù)據(jù)的二次開發(fā)，在不離開Autodesk Revit、Rhino、SketchUp的前提下完成同一Reflect模型的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)變更，并傳輸?shù)絠OS、Android、HTC Vive等多個(gè)的終端平臺(tái)； Prespective是的面向虛擬樣機(jī)開發(fā)的數(shù)字孿生方案，支持各種工業(yè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸以及XR等高級(jí)仿真技術(shù)，并為數(shù)字孿生虛擬樣機(jī)提供最先進(jìn)的虛擬測(cè)試環(huán)境；Interact則為工業(yè)AR/VR應(yīng)用提供場(chǎng)景制作工具集，可廣泛用于人體工學(xué)仿真、設(shè)計(jì)評(píng)審、制造工藝仿真、培訓(xùn)等場(chǎng)景。我們也歡迎和其他的數(shù)字孿生企業(yè)進(jìn)行合作，推出基于Unity的其他的面向垂直行業(yè)和領(lǐng)域的解決方案。

　　第六，Unity助力工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型。Unity除了通過開發(fā)者或軟件開發(fā)商提供各種數(shù)字孿生、AR/VR應(yīng)用和工具外，也為企業(yè)客戶提供合作開發(fā)及技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)。

　　總結(jié)來說：2020年對(duì)于新工業(yè)軟件來說是一個(gè)重要的發(fā)展之年，隨著工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造的興起，特別是中國“新基建”的熱潮，Unity 在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展也站上了風(fēng)口。以Unity實(shí)時(shí)3D技術(shù)為代表所賦能的XR和數(shù)字孿生技術(shù)，將讓我國工業(yè)軟件開發(fā)者能夠開發(fā)具有自主IP的軟件產(chǎn)品和解決方案，幫助我國的工業(yè)企業(yè)抓住下一個(gè)歷史性創(chuàng)新機(jī)遇，真正從制造大國走向制造強(qiáng)國！