（圖片來源：Unity）
前不久，工信部在談到數字基礎設施建設時表示，工信部將實施國家重大軟體工程，特別是著力推動工業技術的軟體化。國務院同期發布《關於推動工業網際網路加快發展》的通知，並指出：提升工業網際網路平臺核心能力，引導平臺增強5G、人工智慧、區塊鏈、增強現實/虛擬實境等新技術支撐能力，強化設計、生產、運維、管理等全流程數位化功能集成。
數字孿生以及用於數字孿生的虛擬實境（VR）和增強現實（AR）將是工業軟體和工業生產製造與服務的黑科技。數字孿生將物理世界反向映射到數字世界中（即賽博空間，指物理與網絡融合空間），美國的工業網際網路聯盟將數字孿生作為工業網際網路落地的核心和關鍵、德國工業4.0參考架構將數字孿生作為重要內容。在數字孿生技術中，近年來興起的用於實現數字孿生、AR和VR的實時3D可視化技術更被視為黑科技中的黑科技。
2019年，Gartner認為數字孿生處於技術期望膨脹期的頂峰，未來五年將產生破壞性創新。而在實時3D技術加持下，VR/AR和數字孿生將引發真正的破壞性創新。2020年，隨著5G、物聯網和車聯網等VR/AR和數字孿生商用外部條件達到成熟，以及VR/AR和數字孿生等取得階段性技術成果，接下來就需要實時3D渲染與交互技術的加持，從而引爆以數字孿生為代表的新工業軟體市場。
乘「新基建」東風，新一輪工業軟體將爆發
3月份中國製造業採購經理指數（PMI）為52%，在2月基礎上大幅上升16.3個百分點。3月PMI指數回升的背後，是企業加快復工復產，新動能回升勢頭較快。其中，數字孿生技術功不可沒：例如寶鋼位於寶山基地的冷軋熱鍍鋅智能車間，在200米長的生產線上僅有2名工人流動檢視，而由12臺智慧機器人承擔了所有「危髒難」工作。
賽迪智庫認為，疫情防控期間，諸多製造企業因受原材料不足、用工短缺等問題的困擾，難以迅速復工復產，而採用數字孿生技術可以在研發設計、生產製造、經營管理等方面重組原有業務流程，優化企業資源配置，提高企業經營效率。採用智慧機器人加快復產復工，這僅是數字孿生的初步應用；提高機器設備智能化水平、提高製造車間柔性化水平、提高產品質量管理水平等，這些都是數字孿生的高階應用。
（圖片來源：Unity）
數字孿生更高階應用則是實現研發協同：在賽博空間構建產品數字孿生體，多物理場、多維度模擬展示產品在物理空間的狀態變化，完成產品外觀、結構、裝配等設計，縮短產品上市周期。雷神山醫院就採用了數字孿生的設計方法，負責設計的中南建築設計院股份有限公司BIM團隊為雷神山醫院創造了一個數字孿生，以提高設計、施工、落成的速度。例如，該項目利用BIM模型進行醫院周邊風環境的仿真分析，結果是有利於場地內氣體排放的迅速稀釋和擴散；對隔離病房氣流進行數字仿真模擬，通過分析在病房內形成了「U型」通風環境，能有效改善病房內的汙染空氣濃度，降低醫護人員感染風險。
本次疫情催生了智慧城市、建築、工程、汽車、運輸、製造等新型工業和產業網際網路應用。其中，數字孿生、VR、AR是主要具備破壞式創新能力的軟體創新技術。無論是基於數字孿生的雷神山醫院、各種智慧機器人，還是基於VR/AR等XR技術的沉浸式營銷、培訓、遠程運維等，都帶來了全新的體驗。
與傳統工業軟體相比，實時3D技術極大增強了用戶體驗，能顯著提升數字孿生的應用。特別是BIM建築信息模型、CAD計算機輔助設計、PLM產品生命周期管理等軟體產生的數據，之前都是以二維甚至僅以數字方式呈現，很難讓使用者和最終用戶有直觀的理解與認識。而在幾年前，實時3D技術還只常見於移動、PC和主機遊戲中。今天，越來越多的工業和商用公司，也開始逐漸採用這種新的創作和協作技術。
（圖片來源：Unity）
那麼，什麼是實時3D技術呢？簡單理解，實時3D技術就是至少以每秒30幀的速度進行圖像渲染，達到與人眼看物理實體無差別效果。用戶可以在3D物體內部操控，也可以整體實現沉浸式交互體驗，而實時3D交互還可以跨計算機、行動裝置和VR頭盔或結合AR應用等多硬體平臺。
為什麼實時3D對於數字孿生很重要？數字孿生就是在虛擬的數字空間建立物理物體的可視化仿真，然後在虛擬物體與實體物體之間通過網絡建立實時數據傳輸與交互，達到讓虛擬物體可以實時模擬真實的實體物效果。而實時3D技術則可以極大提升數字孿生的使用體驗，特別是可以360度獲得與真實世界中幾乎一樣的視覺效果，這無疑將極大提升數字孿生的應用空間。
Forrester在2020年3月推出了一份實時3D技術報告，對358位建築、工程、施工和製造業等負責3D內容創建的從業人員進行調研，結果顯示當前的工業軟體還停留在過時的可視化方式中，甚至還在使用實體模型！很多組織現在仍嚴重依賴傳統的人工交互、物理模型以及2D可視化；在任何需要可視化的流程環節，約1/3的受訪者表示已經有至少3年沒有更新過可視化工具軟體。從企業內部運營角度來看，61%的決策者認為可視化已經成為企業管理痛點，糟糕的可視化體驗遍布從產品設計/原型到現場服務再到銷售展示的各個環節。
Forrester研究表明，實時3D技術能夠實現顯著的投資回報（ROI），94%已在使用實時3D的公司正在計劃擴大該技術的應用範圍，主要原因有降低成本、提高銷售量和加快上市時間。而97%還未使用這項技術的企業相信實時3D將改善、甚至變革自己的工作流和生產流程；55%的工業領導者將在未來兩年內採用實時3D技術。
Forrester Consulting 認為實時3D技術將讓數字孿生技術、VR/AR的商用在未來幾年達到臨界拐點，形成市場的雪崩效應。而以實時3D技術為特點的新工業軟體，將未來幾年呈爆發態勢。
下一個黑科技公司
數字孿生是一個新興且非常複雜的技術領域，是多種數位化技術的集成融合創新。在日前工業網際網路產業聯盟舉辦的《工業數字孿生白皮書（徵求意見稿）》發布活動上，中國信通院信息化與工業化融合研究所工程師劉陽認為，當前工業數字孿生理論認知逐漸深化、應用探索開始湧現，但整體應用還處於初級階段，普及推廣仍有挑戰。
根據徵求意見稿，數字孿生技術包括了基礎類技術和核心技術，涉及感知控制、數據集成、建模分析、人機互動等四大領域，其中在建模分析與數據集成方面既有基礎類技術也有核心類技術，而人機互動與感知控制則為基礎類技術。
想要推進數字孿生的整體應用，就需要在基礎和核心技術方面達到商業成熟，目前只有少數巨頭能獨立構建數字孿生解決方案，跨界合作是推動數字孿生應用創新的必由之路。Unity大中華區製造業主管陳祿介紹，基於Unity強大的實時3D技術和人機互動引擎，Unity正圍繞數字孿生技術體系提供實時3D開發工具；同時面向特定應用場景，與合作夥伴共同推出完整解決方案。
Unity的核心技術優勢即實時3D技術以及廣泛支持的技術平臺和硬體生態體系，源於Unity在遊戲領域的技術積累。在實時3D技術領域，Unity並不算是一匹黑馬，這家公司已經是遊戲領域的基礎設施。使用Unity製作的遊戲和體驗就已經在全球範圍內覆蓋將近30億臺設備，在2019年一年的安裝量就已經超過370億次。Unity還為全球提供用於2D、3D、VR、AR和MR應用的創作工具，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個平臺製作和優化內容。
實時3D技術從遊戲領域起步，現在正在改變多個行業，在工業領域，包括建築、工程和施工（AEC）行業、汽車、運輸、製造業（ATM）。陳祿表示，有非常多的工業領域開發者已經開始基於Unity平臺進行數字孿生、VR/AR、等工業應用軟體的開發，進而引起了整個工業界的重視。而Unity公司也發現在工業和商業領域，對實時3D技術來說存在著巨大的需求和市場機會。為了更好地為工業和商用領域提供通用架構和技術服務，幫助行業推進數位化轉型Unity專門成立了工業部門和分布全球的本地支持團隊。
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本視頻展示了如何運用著名的Interact軟體，從零開始輕鬆製作數字孿生模型
同時，Unity也把本身的商業優勢帶入了基於實時3D的數字孿生領域：打通產品設計與最終使用者之間的鴻溝，用一個實時3D平臺連接產品創建階段的設計、仿真與工程，產品構建階段的生產製造或建築施工，產品上市階段的服務與售後、營銷與銷售變現等。換言之，在Unity平臺上，數字孿生開發者可以完成從輔助產品設計、製造到最終產品上市的全生命周期，實現全流程的數位化。據悉，Unity 已與包括戴姆勒、ABB、恩智浦半導體、現代起亞、雷克薩斯等多個頂級製造企業合作。
在數字孿生領域，Unity具備六大優勢：
首先，Unity是實現數字線程的天然良好平臺。數字線程是數字孿生的核心技術之一，數字線程提升了數字孿生產品生命周期的數據集成能力。基於統一的數據表達和Unity框架，Unity 可以定製出產品生命周期內不同階段的不同應用，保證了數據的一致性。Unity還是一個開放的平臺，不同行業、不同領域的數據能夠很好的集成進入系統。更重要的是，Unity基於組件的開發模式，降低了其它領域參與的難度。Unity在數字線程技術中心作為中間橋梁，連接機械設備與工業網際網路平臺，將收集的機械數據存儲，同時也連接到工業網際網路平臺的其他設備。而Unity多平臺開發功能，使得設備的運行狀態能夠在VR、MR等設備上觀看，實現更加直觀的三維效果，提供數字線程的數據集成體驗。
其次，Unity是虛實映射的重要工具。人機互動與建模分析方面主要涉及到虛實映射，這是數字孿生的核心課題之一。Unity平臺為此提供了實時渲染、物理引擎、MR等關鍵技術。Unity支持對原始CAD數據的導入，並可以進行智能的輕量化，在保證目標精度的同時最大程度的提升效率；此外，開發者還可以通過三維掃描方式對真實模型和場景進行數據採集進而導入進Unity平臺。針對剛體和運動學仿真，Unity提供精確的物理仿真模擬模型。針對特定領域的模型模擬，Unity提供對第三方仿真建模軟體的接口支持。對於動態映射信息，Unity實時接入傳感器和控制器的高頻信號，對虛擬模型進行狀態同步和模型參數的調整。Unity還提供MR工具包，通過增強現實的虛實結合方式給用戶提供交互界面和平臺。
第三，Unity提供面向工業標準的支持。面向工業行業，Unity提供了各方面的接口和數據支持。支持主流的CAD格式模型導入和輕量化：CATIA、IGES、STEPS、Solidworks、Pro/Engineer、ALIAS、JT、FBX、3dxml、OBJ、DAE、3DS、STL等等。作為通用開發平臺，Unity對於主流的網絡協議都有標準的模塊庫方便進行調用，並且在逐步擴大支持工業領域通信協議的範圍，目前的工具包中可以支持通用的通信協議例如OPC UA、MQTT、Active_MQ等等，並對主流的控制器例如Siemens、BoschRexroth、Beckhoff、Lenze等等提供直接的通訊支持；Unity還對第三方仿真軟體接口和協議標準進行支持，例如ANSYS、Matlab、FMI等等。在Unity現有支持的工業軟體和標準協議基礎之上，用戶更可自定義開發所需要支持的模塊以及相應的數據接口。
第四，使用Unity可自定義開發決策系統。輔助決策是數字孿生的一個應用場景。Unity能夠支持自定義數據解析和數據存儲，基於收集的歷史數據，可以建立相應的人工智慧模型對數據進行分析甚至進行預測，從而影響決策。Unity提供主流機器學習框架（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器學習模型（例如深度神經網絡）連接到Unity的環境中進行訓練、測試和部署。
第五，基於Unity的開箱即用的解決方案。藉助廣泛的Unity生態圈，Unity及數字孿生的生態合作夥伴目前已經完成和提供了多種完整的產品和解決方案：Unity Reflect面向AEC行業，可將BIM元數據無損傳輸到實時3D環境，並實現多模異地協作和基於BIM數據的二次開發，在不離開Autodesk Revit、Rhino、SketchUp的前提下完成同一Reflect模型的實時設計變更，並傳輸到iOS、Android、HTC Vive等多個的終端平臺； Prespective是的面向虛擬樣機開發的數字孿生方案，支持各種工業動態數據傳輸以及XR等高級仿真技術，並為數字孿生虛擬樣機提供最先進的虛擬測試環境；Interact則為工業AR/VR應用提供場景製作工具集，可廣泛用於人體工學仿真、設計評審、製造工藝仿真、培訓等場景。我們也歡迎和其他的數字孿生企業進行合作，推出基於Unity的其他的面向垂直行業和領域的解決方案。
第六，Unity助力工業領域數位化轉型。Unity除了通過開發者或軟體開發商提供各種數字孿生、AR/VR應用和工具外，也為企業客戶提供合作開發及技術培訓服務。
總結來說：2020年對於新工業軟體來說是一個重要的發展之年，隨著工業4.0、工業網際網路和智能製造的興起，特別是中國「新基建」的熱潮，Unity 在工業領域的發展也站上了風口。以Unity實時3D技術為代表所賦能的XR和數字孿生技術，將讓我國工業軟體開發者能夠開發具有自主IP的軟體產品和解決方案，幫助我國的工業企業抓住下一個歷史性創新機遇，真正從製造大國走向製造強國！（文/寧川）