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353sb.com:安世亚太:无仿真,不孪生

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[提要] 近年来,数字孪生体逐渐成为工业、产业、军事、民生等各个领域的智慧新代表,受到了越来越多的关注。安世亚太作为中国仿真技术应用的先驱者,认为数字化模型的仿真技术是创建和运行数字孪生体、保证数字孪生体...

      近年来,数字孪生体逐渐成为工业、产业、军事、民生等各个领域的智慧新代表,受到了越来越多的关注。安世亚太作为中国仿真技术应用的先驱者,认为数字化模型的仿真技术是创建和运行数字孪生体、保证数字孪生体与对应物理实体实现有效闭环的核心技术。安世亚太高级副总裁、数字孪生体实验室主任田锋提出“无仿真,不孪生”的观点,并从下文详细分析了数字孪生制造中的仿真、数字孪生产业中的仿真、数字孪生城市中的仿真、数字孪生战场中的仿真,以及VR、AR及MR等技术的重要价值。

      数字孪生制造中的仿真

      由于仿真兴起于制造业,在制造业的应用也最为广泛,所以在在制造场景下的仿真类型也最为丰富,涉及到的仿真包括产品仿真、制造仿真和生产仿真等几大类,每项大类包括一系列小类。

      1) 产品仿真

      a. 系统仿真:系统仿真主要关注构成系统的整体特性,并不关注其构件本身的特性。把构成系统的各个部件用最简单的符号来代表,但这个符号需要赋以能表征是这个部件的特性。各个部件之间用简单符号(如线条)连接起来,这个连接需要赋以能代表两者作用关系的特性。通过整体计算来仿真整体系统的特性。

      b.  多体仿真:多体仿真主要关注构成结构的构件之间的运动关系,不关注构件自身的内部特性。把构成系统的各个部件用简单的刚体建模,各部件之间的连接关系按照实际情况定义,这个连接需要赋以能代表两者作用关系的特性。通过整体计算来仿真整体和单个构件的运动。

      c. 场仿真:场仿真是对物理场(譬如应力应变(即结构)场、温度场、流场、电磁场等)进行仿真。采用计算对象(结构及其运行环境)的真实材料特性,用逼近真实(或做一定程度的简化)的形状对计算对象进行建模,通过物理场方程准确计其性能参数。

      d. 虚拟试验:利用仿真技术来模拟试验过程,施加的环境条件与试验现场相同,以提高试验的效率和质量。

利用体系仿真技术模拟战场

 

      VR、AR及MR


      虚拟现实(VR)、增强现实(AR)及混合现实(MR)等技术在近几年发展迅速,而且在以上各个场景中都有重要应用价值。

      虚拟现实:

      虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)利用现实生活中的数据,通过计算机技术产生的电子信号,将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象,这些现象可以是现实中真真切切的物体,也可以是我们肉眼所看不到的物质,通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的,而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界,故称为虚拟现实。

      虚拟现实技术是20世纪末逐渐兴起的一项综合性信息技术,融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。虚拟现实利用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人作为参与者通过适当装置,自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时,计算机可以立即进行复杂运算,将精确的3D世界影像传回,从而产生临场感。

      虚拟现实技术的研究内容大体上可分为VR技术本身的研究和VR技术应用的研究两大类。根据VR所倾向的特征的不同,目前虚拟现实系统主要划分为四个层次:即桌面式、增强式、沉浸式和网络分布式虚拟现实。VR技术的实质是构建一种人能够与之进行自由交互的“世界”,在这个“世界”中参与者可以实时地探索或移动其中的对象。

      虚拟现实的用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受,其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假,让人有种身临其境的感觉。同时,虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能,比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统。最后,它具有超强的仿真系统,真正实现了人机交互,使人在操作过程中,可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。正是虚拟现实技术的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了许多人的喜爱。

      增强现实:

      增强现实(Augmented Reality,简称AR),也被称为扩增现实,是虚拟现实技术的发展。它能促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起。其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上,实施模拟仿真处理,将虚拟信息内容叠加在真实世界中,并且能够被人类感官所感知,从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间叠加之后,能够在同一个画面以及空间中同时存在。用户需要利用头盔显示器或眼镜,使真实世界和电脑图形重合在一起,在重合之后可以充分看到真实的世界围绕着它。

      混合现实:

      混合现实技术(Mixed Reality,简称MR)是也虚拟现实技术的发展,该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息,在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感。混合现实是一组技术组合,不仅提供新的观看方法,还提供新的输入方法,而且所有方法相互结合,从而推动创创新。

      安世亚太认为,无论是虚拟现实、增强现实还是混合现实,在数字孪生体的各个场景中都有巨大的应用潜力。人类通过屏幕与数字世界交互不仅不直观、不真实,而且交互深度受到巨大限制。这三种技术提供的深度沉浸的交互方式让人类与数字世界的交互方式与物理世界交互方式类似,353sb.com:使数字化的世界在感官和操作体验上更加接近物理世界,让“孪生”一词变得更为精妙。但在数字世界中,人类又具有超人般的特异功能,可以无限驾驭数字世界,例如穿墙而过、隔空取物、时空穿越、变换大小等,将数字孪生体的应用推向极致。

      安世亚太与数字孪生体实验室联合发布了《数字孪生体技术白皮书(2019)》,关注对数字孪生体的抽象和总结,并分别在工业、产业、民生和军事四个领域选择了最关键的场景做了实例化论,希望能为业内同行提供参考。



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