团结引擎工业版如何助力搭建全流程的数字孪生平台？|信号|动画|团结引擎|插件|数字孪生平台|编程

昨天，我们正式宣布了。

工业数字化承载着从研发设计、到生产制造、再到运营维护等各类场景的智能化需求，建立一个全流程、全要素的数字孪生平台，不仅可以提升工艺验证效率，节约孪生工厂场景搭建时间，还能在运维阶段实现可预测的设备维护，从而起到降本增效、提升生产运营效率的作用。当今时代，构建一个从客户自身业务需求出发的孪生平台已愈来愈重要。

从 2020 年起，我们陆续推出了面向建筑的 Unity Reflect、处理工业模型文件的 Pixyz、到后来面向产线智能制造的 UMT (Unity Manufacturing Toolkits) 。这些插件最初旨在从单一维度解决客户遇到的问题。但我们发现，客户对工业数字化的诉求正由“单一的数据大屏可视化应用”逐渐演变成“集多元感知、预测仿真、孪生运营为一体的平台级应用”。

工业正在变化，客户的期望也在变化。在 Unity 中国工业团队与工业客户的持续沟通，深入了解行业需求下，团结引擎工业版应运而生。

为了帮助开发者更好地了解团结引擎工业版与工业套件，今天我们分享 Unity 中国工业产品总监陈臻在 Unite Shanghai 2024 上的《团结引擎工业解决方案》演讲。演讲详细介绍了如何利用团结引擎工业套件解决数字孪生场景搭建及设备信号对接过程中所遇到的常见问题，如工业格式转换、场景轻量化、工业协议对接、多平台发布等。下文为演讲实录。

此外，10 月 23 日 19：30，我们还邀请了 Unity 中国工业负责人张黎明为各位开发者进行详细介绍团结引擎工业系列产品与未来规划。后续还将分期介绍套件的各类产品，让大家全方位地了解团结引擎工业版与工业套件的强大功能和无限潜力。欢迎预约直播，参与互动更有精美周边放送。

团结引擎基础能力

非常高兴在这里为各位介绍团结引擎为工业数字孪生提供的产品和服务，通过对工业的多年深耕，我们已经从单一化的工具插件，逐步升级成完整的一站式解决方案，当然也包括其中的一些模块化组件及配套服务。

作为全球领先的实时 3D 引擎，Unity 在游戏行业的地位毋庸置疑，而近几年我们为工业客户提供的产品也获得了行业认可，包括智能制造数字孪生工具包UMT在去年入选了“2023 世界智能制造十大科技进展”名单。

与传统的像 Revit、Catia、PDPS 这类专业的建模仿真工程软件不同的是，我们更倾向通过团结引擎和配套的工业套件，来加速各类工业数据的融通，客户可以基于这些数据和工具更方便地构建全要素孪生世界，让设计和生产变得更高效、更智能。

团结引擎延续了 Unity 引擎高画质、跨平台、低门槛的特点，但更专注于工业应用。对于不熟悉编程的设计师、工程师同样可以较轻松地创建自己的工业孪生项目。

团结引擎也增加了对更多平台的支持，包括embedded linux、ARM Linux、Open harmony 等，而工业版则配套了工业数据导入优化、同步、仿真、协助等模块。

为更好地支持中国本土工业企业，我们正式推出团结引擎工业套件，在团结引擎的基础上，配套了模型转换与轻量化、工业数据交互、信号连接与同步、规划仿真、资产管理及协同、云渲染、国产化适配等7大模块，通过套件的形式，工业客户和开发者们可以节约前期的技术验证工作，将更多的精力放在自身的业务需求设计和实现上。

团结引擎本身就具备较全面的数字孪生场景搭建能力，包括基于物理的 PRB 材质及光照系统、内置的 UI 编辑系统，客户可以根据这些 UI 系统，自己创建和自定义 UI 面板。

我们还有一套甚至多套可模拟真实世界碰撞效果的物理引擎系统，包括主流的碰撞引擎 PhysX、Havok、Bullet，基于 Unity 的 DOTS，面向数据技术栈也搭建了一套物理系统，去做干涉仿真与基于力的物理模拟，包括 C# 编程。当然，我们也提供一些可视化的编程工具，类似于可视化的应用，还有模拟设备动画的动画系统。

团结引擎不仅提供上述的3D 美术、UI、物理系统、编程、动画系统这五个基础能力，还有一些Leads 的模拟，还有 VR、AR 基础能力的支持，这些都是包含在团结引擎技术版里面。有了这些基础能力，拥有一定开发经验的工程师就可以很快上手，构建一定规模的数字孪生场景。

但大家都知道，工业场景的模型数据非常庞大，主要原因是这些模型通常来自传统的工业仿真软件，为了让仿真结果更接近真实情况，这些模型的细节程度都非常高，如果将这些细节毫无保留地导入进实时 3D 引擎里，整个场景的渲染性能就会受到很大影响。更别提对这些场景进行模拟，会非常难。

图中左边有两个孪生场景，都有近一亿的三角面，包含了数十万个零部件，如果用传统的三维引擎打开，很难保证实时性。而团结引擎针对大场景做了很多优化，也提供了多样的技术栈，包括 HLOD、同质模型实例化、DOTS 以及独有的虚拟几何体技术，这些技术都可以降低所带来的性能损耗，使用者也可以根据实际场景的具体需求自由地搭配使用。

为了更好地体现这些优化技术所带来的好处，这里提供一组对比视频，是一个加工机床的场景，有 9500 万三角面。视频 1 是未开启虚拟几何体的漫游视频，场景里有将近 1.4 亿的点数，大概几十万的节点，在渲染之后非常大，可以看到出现了明显的卡顿。

视频 2 是开启了虚拟几何体之后，帧率得到了平稳提高，相比于视频 1 只有几帧的帧率，视频 2 基本可以保证 50% 以上的平滑帧率，整体的流畅度已经能满足正常的漫游体验。这就是技术革新带来的好处。

上述都是团结引擎的基础能力，接下来我将介绍 7 个工业模块的功能和作用。

团结引擎工业套件能力

1.模型转换与轻量化

工业模型文件的转换和轻量化，是首要解决的问题。

目前我们提供2套模型处理方案：

第一，对这些工业模型进行直接导入，如果客户没有安装相应的工业软件，但有很多文件需要处理，我们可以提供直接导入工具，支持这些文件格式；第二，通过官方插件的方式将工业软件的模型动态同步，可以将这些软件的实际修改结果、仿真数据，实时同步到团结引擎里。

对于第一种模型处理模块，团结引擎目前支持40 类+工业格式，包括建筑行业的 REVIT、SketchUp、Rhino，制造行业的 Catia、SolidWorks、Creo 等，这些格式在工业里用得非常多。

当然需要特别说明的是，相比其他的一些工业模型转换的插件产品，团结引擎不仅能够将这些工业模型进行网格轻量化，把它还原到引擎里面，更关注如何保留工业模型已有的一些核心数据，包括 BIM 信息、CAD 信息、约束结构信息，借助这类信息我们可以实现更有效的轻量化，这些信息并非以网格的方式存在，可能会把很多的专业信息放在里面，我们可以完整地导入。

同时，我们的轻量化不是单纯地像 Maya MAC 那种仅仅基于网格的轻量化，而是基于核心数据的轻量化，包括正常的网格减面、孔洞剔除、UV 重建等，这些轻量化都是需要基于刚才提到的核心数据这一基础，才能完成接下来的优化工作，而且这些轻量化的工作可以做到完全自动化，不需要点击、操作、编程，就可以完成这一系列的模型导入，节省了大量的人工成本。

此外，我们在合作中发现，客户有很多关于 OSGB 倾斜摄影数据、3DTiles 数据的导入支持，简化 GIS 数据处理流程，为后续的 GIS 数据处理和分析提供基础。目前支持双精度浮点数，支持 WGS84、CGCS2000 坐标系的识别和转换，支持加载栅格、矢量数据、高清卫星影像。

虽然很多第三方的 Unity 插件也能加载 3D GIS 模型，但我们经过测试发现，加载效率仍然存在问题，如下图所示，尽管这些数据非常庞大，基本上这种倾斜数据体量达到 T 级别的，我们的测试场景是 0.5 平方公里的 OSGB 数据，约有 75GB 左右，我们发现第三方插件导入时会出现很多问题，比如近景和远景数据的加载和读取会出现明显的延迟，甚至是丢失。但是，我们自己的第三方插件基本上可以保证让任何角度、任何场景的数据完整地体现，而且加载时可以保证帧率约为 30 帧以上。这样一来，客户只要提供倾斜摄影模型或 3DTiles 服务器地址，就可以直接在团结引擎插件里，将这些模型流畅地加载出来。

刚才提到的第二种工业模型的处理，是个复杂过程，可能需要根据需求对这些工业模型做出不同层级的优化和修改。方式也不一样，同时工业数据的格式非常多，BIM 数据、CAD 数据、点云数据，如果用某一种方式处理肯定得不到你想要的结果。所以我们提供了很多 API 接口、Python 脚本，帮助对工业套件有一定了解的客户，根据需求对这些优化流程进行定制化。同时也可以基于这些接口，搭建一个后台的工业数据处理模块，其实很多客户也基于 SDK 做了相应的工作。

2.工业数据交互

在工业规划阶段，数据不断更新和优化，前面介绍的是已经试验完成、已经交付给其他部门的静态文件。下面，我们介绍一些动态的数据。

因为每次修改之后，如果把它保存成文件后再传到引擎里，过程非常麻烦，我们希望随时修改的结果可以同步到团结引擎里来。我们根据这些数据，基于 OpenUSD 作为 3D 场景描述标准，建立一套工业数据交换技术栈，通过插件互联的方式，实现工业数据的动态更新和数据同步。

例如，在一个完整的工厂孪生环境中，建筑专业是可以随时将更新好的土建、结构、机电等各个专业的更新数据直接同步到团结引擎里来，与此同时产线仿真工程师可以在最新的孪生工厂内进行工艺的虚拟验证，达到多专业在同一场景下的融合，这在以前是无法想象的。目前我们基于这些想法做了一些基本的技术验证。

3.信号连接与交互

刚才提到的是虚拟孪生场景的处理模块，我们同样提供真实物理设备的信号对接模块，目前我们支持主流的工业标准协议，包括 Modbus、OPC UA、MQTT、Kafka 等，对于主流的工业标准协议，我们能够非常好地对这些数据进行支持，同时将采集的信号结果与虚拟环境中的模型和设备进行关联，这些关联都是根据之前的点位表，能够直接关联到我们的模型上，是非常直接方便的。

同时团结引擎也对这些接入的信号提供一些优化，我们接入的都是原始数据，这些有些是高频信号，有些是低频信号，为了更好地孪生这些场景，会对信号做平滑处理，保证虚拟场景中的设备运行的平稳平滑，同时对数据进行一些收集和回放工作。另外，我们也计划支持 ROS 通讯，来更好地支持机器人仿真。

调试信号：收集、回放工具，减少在线调试

信号运动插值：计算信号之间的位移差值，避免运动卡顿

4.规划仿真

目前，团结引擎已经实现了一部分光传感器的虚拟仿真，包括激光雷达、传感相机等。相比其他类似的仿真工具，团结引擎采用的是基于 GPU 加速的仿真算法，它的仿真效率几乎达到实时性。如果客户要求更精确的仿真结果，也可以启用非渲染模式下的离线仿真。

基于 GPU 加速的仿真结果，可以实时地生成激光雷达扫描出来的点云数据、深度图，经过测试发现，这些虚拟设备进行仿真之后，跟真实设备模拟的结果几乎一致。用户使用这些模块，可以针对不同型号的设备进行参数化设置，目前我们支持的激光雷达厂商包括 Ouster、威力登等。同时，这里也提供通用的激光雷达参数，用来定制特定型号的设备。未来，它还会增加一些国产激光雷达型号，比如禾赛。

5. 资产管理及协作

要知道，孪生场景的搭建和业务功能的实现是个持续性过程，中间有很多开发和调整的工作，如果某个功能既需要开发，又需要设计，还需要各部门人员协同，这时候就得对整个项目管理进行更好的高效协作，我们也提供了相应的版本管理工具 PlasticHub。

首先，PlasticHub 与团结引擎无缝集成。其次，它还能提供可视化界面查看历史，由于此前开发者可能采用 GIT 或者 perforce 偏代码的工具，一方面通过可视化界面可以让你更好地知道修改结果，另一方面我们的美术设计和工程师能更方便查看修改内容。此外，PlasticHub 还能兼容之前的 GIT 服务器，一键移植 GIT 项目，客户无需通过敲命令行的这种方式，就能直接对这些场景进行更新、提交或做一些版本管理工作。

我们做了个测试，如下图所示，我们在处理 182,749 个文件、14,852 个文件夹、7.16 GB 的数据，针对上传和提交做了性能对比。可以看到，PlasticHub 的效率相比其他工具提高了很多。

优化 Add、Check-in 及 Update 的操作性能

6. 云渲染

将场景搭建完，就需要将场景发布，团结引擎不仅能将这些 Unity 程序发布成执行程序，也可以把场景直接发布成 Web 端的云渲染，那么客户就可以直接将他们的场景和结果，通过网页方式分享给其他用户，用户可以通过手机端、PC端直接浏览场景。现在，Unity 中国的云渲染服务已经发布到官网。

Unity 在 GIT 上有一个公开的云渲染方案，很多人都问我们，为什么用了之后有很多问题，比如黑屏、无法播放，这里也申明一下，Unity 中国的云渲染方案不同于 Global，我们的引擎完全基于引擎底层的技术开发，所以我们可以支持更高分辨率、或者根据更大画质调整的性能。另外，由于这是基于引擎底层开发的云渲染技术，所以客户在开发过程中不需要引入其他插件，工程项目也不需要增加新的资源，就可以直接将团结引擎的项目发布成云渲染的页面。

当然，很多客户既然用了 Web 端，肯定会有一些 UI 是用前端组件做的，所以我们还提供了JS SDK，可以与前端组件结合使用，更方便地嵌入其他网站。此外，云渲染对于有数据安全要求的客户非常重要，如果云渲染以视频流的方式进行实时呈现，那么孪生场景的资产就不会被使用者进行窃取，这时候如果用的是 Web JL 或 3GI 的方式，终端是可以通过某种方式拿到这些数据的，进一步拿到这些数据的模型，包括相应的安全信息，但是云渲染就不会出现这种情况。而且，我们也提供云渲染的私有化部署，客户可以在内网环境开启云渲染服务，而不用担心安全和合规问题。

7. 国产化适配

可以说，团结引擎是支持平台、硬件最多的三维引擎，且它还兼容国产芯片和操作系统，目前已经适配麒麟、欧拉 openEuler、OpenHarmony等。

工业加速计划 “Tuanjie Accelerator”

我们相信，通过这些模块，不同行业的客户都可以快速有效地搭建自己的孪生基础底座，甚至搭建自己的数字孪生平台，并且可以从自己的业务角度，开发并落地行业应用。

我们始终践行为客户提供灵活、轻量、易用的本土化产品为目标，最大程度降低产品的学习和使用难度，尽量帮助客户快速达成相应的数字孪生应用。

为了更好地帮助客户了解和掌握团结引擎工业版与工业套件，Unity 中国推出团结引擎工业加速计划 “Tuanjie Accelerator”，包括团结引擎工业套件的持续迭代更新、前沿技术的跟进探索、以及我们工业团队资深工程师的全程支持，以此来帮助工业企业实现数字化、智能化的真正的数字孪生。

我们汇聚了超过300位 Unity 官方精英工程师，提供一系列的从初级到高级的线下线上培训课程（包括团结引擎的培训、其他工作组件套件的培训等），并且还将提供充足的工业专属资产和行业场景示范案例。对于客户来说，不需要从 0 开始学习，而是可以基于这些资产更方便地进行开发，逐步掌握数字工业场景的搭建步骤和开发流程。

我们也为 VIP 客户提供“一对一”的专属指导服务，我们的资深顾问或专家团队将全程陪伴，深入了解客户的实际业务背景、技术需求及长远规划，沟通过程中，客户往往会提出很多聚焦的问题，而 Unity 会为他们量身定制最适合的工业解决方案，无论是工业数字化的战略规划、技术选型、场景搭建，还是后续的优化升级与技术支持，我们都将提供全方位、细致入微的专业指导。