如果能在虚拟世界中完美复制出现实中的物体或系统，将会带来怎样的变革？数字孪生正是这样一种神奇的存在------它将物理世界中的设备或系统转化为精确的虚拟模型，通过实时数据的采集、分析与应用，创造出一个与"物理实体"完全对应的"数字克隆体"，通过在数字空间中模拟和优化物理实体的行为与性能，实现以更低的成本、更高的效率解决实际问题。
Unity 正以全球领先的实时 3D 技术，加速布局泛工业领域。在 Unite Shanghai 2024 工业专场演讲中，Unity 中国工业业务负责人张黎明带来了《2024 年工业行业趋势》，详细讲解了工业细分领域新兴技术发展对未来的影响。以下为演讲回顾。
首先介绍一下 Unity 公司在数字孪生领域发展的状况。
Unity 是一个世界领先的 3D 内容创作平台，从游戏行业起步，目前在游戏行业有非常高的市场占有率，尤其在移动游戏方面，大概有 70%～80% 的市场占有率，在非移动游戏、PC 游戏、主机游戏、VR、AR 等方面有超过 50% 的市场占有率。近几年我们也在不停地探索游戏之外的领域，比如工业、医疗、教育、消费、文娱等等。
从数据来看，Unity 现在的下载量（Unity 开发的内容下载量）非常高。拥有这么高市场占有率的一个很重要的因素是我们有非常好的生态，Unity 现在支持 20 多个平台的发布。2022 年我们成立了 Unity 中国的合资公司，之后不断探索适配中国的国产化生态。过去两年里，我们已经适配了鸿蒙、OpenHarmony、openEuler、国产 ARM Linux 操作系统、斑马车载操作系统等等，国内一些 VR、AR 头显，比如 Pico、爱艺奇头显也已经完成了适配工作，另外还有非常多硬件的系统合作伙伴，在车机芯片以及国产显卡都有我们的合作伙伴。
2022 年我们成立合资公司后，主要在发力三个方向：首先我们的主业是游戏，过去两年发展最快的是汽车智能座舱领域，第三个方向是泛工业领域，也就是今天演讲主要介绍的方向。
工业数字孪生经过多年发展，到现在已经成为一个非常庞大的体系，在不同行业发挥着重要作用，覆盖了建筑家装、施工基建、安防安全、医疗健康、智慧工厂、城市规划等各行业。
从颗粒度上看，数字孪生又分为4种层级：
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描述级主要是使用三维技术对现实场景、设备进行复刻，以及三维可视化联动。
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分析级可以对自动化设备进行虚拟调试、高危装备模拟操作培训，以及产品数字化开发等等。
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决策级主要是决策层能够通过数字孪生获取整个生产流程、设备运行、供应链等方面的实时和历史数据，避免信息的片面性和滞后性。
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执行级主要是为执行层提供详细的操作指南和实时的工作流程优化建议。
在维度上，我们面临着解决多数字孪生体的系统调度问题，以及单一复杂数字孪生体的优化问题。从深度上看，很多领域的数字孪生已经进入深水区，需要解决设备设计制造一体化、设备全生命周期优化，以及工厂设计、建设和运维一体化等问题。Unity 在各行各业、各种维度的数字孪生项目中都有大量的案例，这些都是我们的合作伙伴。
数字孪生不同环节对数字孪生体的成熟度要求不一样，对应到下方图表的横轴，比如生产可视化对数字孪生成熟度要求比较低，现在已经稳定可用。另外一些领域，比如物料需求预测、设备故障预测、设备预测性维护，这些对数字孪生的成熟度要求比较高，目前在发展阶段。
纵轴代表了不同类型的数字孪生体，分别从生产层到决策层的关联度。决策层比较关注舆情分析、营销、供需分配、物料需求等等，生产层关注设备运维、远程运维、工艺优化、能耗优化、设备预测性维护等等。气泡大小代表工业数字孪生在对应场景下创造的价值程度，只是一个大概的示意。
下面我将通过一些案例阐述 Unity 看到的工业数字孪生的发展趋势。
与AI、物联网、大数据等技术的深度融合
基于人工智能的预测性维护因成为设施管理中的强大工具，而获得了广泛的关注。利用人工智能算法，可以分析历史数据、设备日志和维护记录。设施管理人员可以识别预示设备故障模式和异常情况，掌握这些信息后，管理人员可以积极地安排维护工作，最大限度地减少停机时间，并提高资产的性能。人工智能进一步优化了维护计划，确定任务优先级，提出高效的策略，从而降低成本，并提高运营效率。采用人工智能驱动的预测性维护，可以提高资产的可靠性，延长设备生命周期，确保最佳的设施性能，同时尽量减少中断和维护成本。
温哥华机场数字孪生体可实现机场工作人员主动监控运营，并在问题升级之前发挥 3D 数字孪生的价值，提供真正运行操作的实时快照，从而深入了解当前事件、最近发生的事件和对未来的预测。在机场运营的动态环境中，各种复杂的系统和利益相关者必须无缝地协作，因此拥有这种技术必不可少。
比如在数据收集阶段，数字孪生可以从各种来源收集数据，包括传感器、机器和其他数据源，以此帮助创建更完整的资产示意图。在数据分析阶段，数字孪生可以用人工智能、机器学习分析数据，并识别潜在的问题，可以帮助更早地预测故障。在可视化阶段，数字孪生可以用于可视化数据，使其更容易理解以及识别潜在的问题。在模拟阶段，可以在数字孪生里模拟不同的场景，帮助确定最佳的维护策略。
Unity 与韩国大宇造船及海洋工程公司共同建造了一个基于数字孪生的智能造船厂，两家公司建立了船厂车间和船坞空间规划虚拟仿真平台的开发逻辑，验证了在 Unity 中开发该平台并与真实数据交互所需的技术。在技术验证过程中，双方通过对真实船厂数据的可视化完成船厂设施和空间布局的虚拟仿真，真实还原了韩国大宇船厂的虚拟三维模型。此外，通过对船厂内运输工具移动路线和建材堆垛布局优化方案的模拟，船厂伸展面积和建材物流路线规划皆可在平台上检查。
Sentient 是一家澳大利亚数字孪生解决方案开发公司，它的"InDi"解决方案已成功应用于多个行业。Sentient 依托 Unity 强大的 3D 可视化能力，帮助用户以 3D 方式查看和交互数据，使理解复杂信息变得更加容易，它同时可以显示实时数据，使用户能够了解最新情况，并允许用户协作和共享信息。这个系统集成了生成式 AI 的能力，帮助提前发现潜在问题，提升运营效率。
数字营销
现在有非常多的案例是使用 Unity 开发商品的数字营销工具。
视频中是瑞士著名钟表制造商爱彼公司和 Unity 合作打造的一个超写实风格的手表产品配置器。画面上可以看到非常写实的材质质感、光影效果，手表内的每一个细微的零件都清晰可见，这一切都是实时渲染的，可以在一台电脑上实时地配置。
对消费者来说，他们可以非常方便地配置自己想要的表盘风格，切换不同的表带，极大提升了选购体验。这里每个零件都是可以动的，并不是一个静态的模型，包括里面的这些小齿轮和里面的弹簧结构都在运动。这里面的光影效果也是可以实时调整的，可以调整灯光的方向，可以观察里面的内部结构。它的渲染风格非常写实，达到了照片级的还原。
Camille Fournet 是一家位于法国巴黎的奢侈品皮具公司，Globe Trotter 是一家位于英国伦敦的奢侈品行李箱制造商。这两家公司都选择了使用 Unity 打造线上网站的产品配置器，并选择了使用官方网站作为 3D 产品配置器的展示平台，这样就允许客户在线定制和可视化产品。它可以让客户选择不同的颜色、材料、饰面和其他选项，并实时查看最终产品的外观，从而提高客户参与度、增加销售额并改善客户满意度。
网站 3D 化可以带来非常多的价值，首先 3D 网站可通过任何具有互联网连接的设备访问，更易于访问，尤其是对于移动用户而言，网站通常比本地程序更易于使用，因为它们不需要安装或配置，3D 网站可以轻松扩展以支持新产品和功能，而本地程序通常需要进行更复杂的更新，才能往里面加新的产品，这使得 3D 网站商品配置器更适合不断变化的业务需求，也就是说客户通过它来访问最新的产品信息和功能。
龙舌兰品牌 Don Julio 使用 Unity 的 Vision Pro 平台来开发酒的营销工具。通过 MR 体验将用户带到龙舌兰之乡墨西哥哈利斯科州，在酿酒厂的虚拟参观中，让用户了解龙舌兰酒的生产过程，包括龙舌兰的采收、皮纳的烘烤、液体的蒸馏和龙舌兰酒的陈酿等等，感受鸡尾酒文化以及这个品牌的历史和底蕴。
多场景仿真融合 实现全场景数字孪生
接下来的方向是面向智慧工厂对仿真的需求。在智慧工厂的数字孪生系统里有几个比较重要的阶段，在产品设计和生产试运营阶段对工艺仿真和虚拟调试都有很强的需求。在运维阶段则需要将 3D 的数字孪生体和现实世界的机器人做信号同步，实现三维的可视化联动。
Unity 有一个面向智慧工厂运维阶段的产品 UMT。它目前支持四大功能模块，首先支持 CAD 软件带装配的约束数据导出，目前我们支持的是 Solidworks。第二是支持将复杂的工业 CAD 三维模型进行自动轻量化。第三是支持多种物联网信号转换及输入，第四是支持运动约束导入。
在产品设计阶段，可以使用工艺仿真技术评估产品的可制造性，并优化产品设计。在生产规划阶段，可以使用工艺仿真技术优化生产计划和调度，提高生产效率。在生产过程中，可以使用工艺仿真技术诊断和排除生产故障。另外可以使用工艺仿真技术培训生产人员，提高他们的操作技能。
在生产试运行阶段，虚拟调试技术可以在虚拟环境中模拟设备的运行状态。工程师可以提前发现并解决设备在实际运行过程中可能出现的问题，从而提高设备的调试效率、降低调试成本、缩短调试周期。
对建筑行业，现在很多的需求是对 BIM 模型进行干涉检查。在设计阶段，干涉检查可以识别解决设计中的潜在问题，避免施工过程中出现返工和延误，在施工阶段可以用来检查施工过程中构件安装是否符合设计要求，防止施工过程中出现干涉问题，在竣工阶段可以检查建筑物是否符合竣工图纸的要求，确保建筑质量。
在现实的项目中，需要对多种场景的仿真进行融合，比如怎么仿真工业机器人和厂房环境的碰撞检测，怎么仿真人员、物料与设备、厂房之间的交互等等，这都促使我们需要面向工业全场景仿真的能力。
现实的情况是，在每个细分的工业场景下，都有不同的工业软件耕耘了数十年，过去很难将这些软件进行打通。我们正在开发一套方案，希望Unity能解决工业软件之间不能交互的问题。
3D 智慧大屏
接下来的方向是智慧大屏。
最近一段时间我们看到了越来越多的全 3D 大屏项目，包括智慧工厂中会用到的生产控制大屏，它可以实时监控生产过程的各个环节，及时发现生产异常，为生产调度人员提供直观的数据信息和决策支持。
我们最近有一个客户使用 Unity 开发了一个巨屏控制中心大屏项目，这个屏幕基本上和大型电影院的荧幕尺寸差不多，支持 8K 分辨率。屏幕上使用 Unity 实时渲染整个工厂的数字孪生场景，可以监控全部实时数据信息。最近我们正在和这个客户探讨实现更深度的数字孪生，目标是把整个工厂内所有产线的生产设备、机器人、厂房全部集成到数字孪生系统内，可以实时地聚焦到任意的数字孪生对象上观察它的状态。这个目标的难度在于整个工厂的 3D 场景可能包含上亿个 3D 对象，对引擎的渲染压力非常大。我们已经找到一些方案，希望能够支持这种超级复杂的工业场景，这个方案我们正在验证开发中。
智慧城市经常也会用到 3D 智慧大屏的项目，里面可以整合城市管理各个方面的数据信息。
这些大屏项目普遍会遇到两个难题，一是工业场景特别复杂，最普通的可能会有几百万个对象，复杂的可能有上亿个对象，对渲染能力提出了非常高的要求。二是有的客户希望达到照片级的还原，还原 3D 产品的外貌，这需要用 Unity 的高清渲染管线，需要开光追等等，对 GPU 算力有更高的要求。
我们提供了一个私有化的云渲染方案，过去云渲染一个很大的问题是成本太高，在公有云上不管是显卡、云服务还是流量成本都非常高，现在我们可以提供一个产品部署在你们公司内部，只用一个普通电脑就可以实现云渲染，成本大大降低，而且能解决复杂场景的渲染等各方面的问题。
更丰富的国产工业软件生态
最近几年，国产操作系统蓬勃发展，OpenHarmony 已经整装待发，ARM Linux 也伴随着国产芯片快速发展。在Unite Shanghai 2024 上，我们宣布团结引擎全面拥抱国产生态，现在已经全面支持 OpenHarmony 和 ARM Linux 操作系统。最近在一些展会上，我们也看到多家公司在基于 OpenHarmony 和 ARM Linux 开发国产工业操作系统，相信这一方向会成为未来的一大趋势。
在国产芯片方面，团结引擎已经适配了绝大多数的国产 CPU。在国产 GPU 方面，我们也主动进行了适配，引擎的全量渲染能力已经可以在国产的显卡上正常地运行。
最后，在这次 Unite 上我们正式宣布 Unity 中国工业客户加速计划。我们会面向所有购买团结引擎工业版的客户赠送不同级别的技术支持服务。很多工业客户对 Unity 并不了解，他们前期可能需要很多培训以及技术支持服务，现在只要购买任意数量的团结引擎工业版，我们就提供线上技术人工的支持服务，如果购买集团版的产品包，最高可以赠送每年价值 100 万的技术支持服务，包含每年一定天数的支持人员到现场的驻场服务，具体细节请关注官方公众号发布的后续文章。