浅谈数字孪生场景中前端技术栈和虚幻引擎使用体验

最近两个月碰到数字孪生的相关项目对还原真实度要求较高,研究了一段的UE蓝图开发,现将学习体会和应用点做一些分享

前端技术栈

数据可视化工具:ECharts、D3.js等数据可视化工具广泛应用于数字孪生平台,用于图表、地图、时序数据等的可视化展示。通过与后端实时数据连接,这些工具能动态更新,帮助用户直观理解复杂数据。

WebGL与3D渲染库:对于需要可视化物理模型、设备状态或复杂环境的数字孪生场景,WebGL结合Three.js或Babylon.js等3D库非常重要。它们可以在浏览器中呈现高性能的3D模型,并允许实时渲染和交互,满足数字孪生在设备状态监测和数据动态展示上的需求。

敏捷开发能力较强:全部技术都是基于 javascript 语言开发;可使用 React、Vue等现代前端框架,整体开发简单易上手

缺点:

  • 基于浏览器性能限制,无法渲染高保真大型模型场景。
  • 现阶段的 WebGL 的物理引擎效果较差,如 碰撞、流体、扩散等效果的真实度较低

应用场景:

  • 适合宏观的数字孪生场景开发,去区域内地图可视化,大型园区模型的信息统计展示等场景,借助 cesium 也可以实现数字地球、地理信息测距等场景

UE虚幻引擎技术栈

大多数人听到 UE 虚幻引擎,都只是停留在 3A游戏上,国产游戏《黑神话·悟空》也是基于虚幻引擎;但事实上 UE 开发者工具不仅仅提供了游戏模板,同样有建筑、工业、模拟仿真等模板应用。这全部依赖自带的渲染引擎和物理引擎实现;

高精度3D渲染:虚幻引擎的实时渲染功能和高效的物理引擎使其能够创建接近现实的3D场景,非常适合复杂的工业仿真和建筑设计场景。与WebGL相比,UE的渲染效果更加逼真,尤其在处理光影效果、材质细节和动态场景时。

丰富的社区生态:当现在项目中模拟爆炸、流体、碰撞等效果时,社区中有海量的静态资产供开发者使用。

物理仿真:UE的强大物理仿真能力可用于实现真实世界的物理效果,例如碰撞、重力、流体等。对于涉及到复杂物理过程的数字孪生系统(如工厂生产线模拟、交通系统仿真),UE可以提供高度逼真的反馈。

突破性能限制:性能释放完全取决硬件配置,不受任何软件环境的限制,支持GPU直连的设备可以获得更好的应用体验。

混合开发: 现有的模型交互可以利用 UE 完成,数据统计区域可以通过 JS 完成,通过局部的 webView 嵌入到 UE 中,双方技术栈优势可以做到充分发挥。

支持传统数据请求方式: UE 中同样支持 HTTP 和 WebSocket 通信技术。

缺点:

  • UE 中通常使用 C++ 或者 蓝图开发,学习成本相对较高
  • 对硬件配置要求较高,需要至少32G内存、1T硬盘、RTX3060及以上显卡

应用场景:

  • 适合高保真、超大场景的模型展示,可用于模拟流体、碰撞等效果,达到真正的数字孪生场景,利用物理引擎的模拟甚至可以实现元宇宙的一些场景。
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