3D孪生场景搭建:模拟仿真
模拟仿真可能更多地依赖用户输入的参数和条件,其准确性和适用性在很大程度上取决于这些输入的准确性和假设的合理性。因此,在使用仿真时需要格外注意输入参数的选择和精确性。
前面几期文章介绍如何使用NSDT 编辑器 搭建3D应用场景,本期介绍下孪生场景中一个一个非常重要的功能:模拟仿真。
1、什么是模拟仿真
模拟仿真是一种用于描述、分析和模拟现实世界中系统、过程或事件的计算机模型和程序。仿真通过输入各种参数和条件,生成一系列模拟结果,以帮助用户理解系统的行为、评估方案的效果,并进行预测和决策。仿真可以应用在多个领域,例如工程、医学、交通等。与数字孪生不同的是,仿真更注重对系统行为的描述、分析和预测,而较少强调实时监测和优化决策支持。
2、模拟仿真的用途
模拟仿真被用于预测新产品的性能、验证设计方案、优化生产流程、培训人员等。它还可以用于医学仿真,模拟手术操作以及疾病传播过程,以提供更好的医疗决策支持。在交通领域,仿真可以模拟城市交通流量,优化交通信号灯系统,减少堵车和排放。在航空航天领域,仿真可以用来测试航空器的飞行性能和安全,优化飞行路线和资源分配。此外,仿真技术还被广泛应用于社会经济领域,例如模拟市场竞争、货币政策的影响以及公共政策的效果评估等。总而言之,虽然数字孪生更侧重于物理实体的建模和监控,而仿真技术则更广泛地应用于模拟各种系统和环境,并为决策提供支持。
3、如何在NSDT 编辑器 中实现模拟仿真
NSDT 编辑器 作为一款实用的3D场景编辑工具,当然也集成了模拟仿真的功能,模拟仿真支持接入物联设备数据方式的方式有两种:一种是在孪生服务平台手动设置模拟数据;一种是直接调用http相关api接口发送物联设备数据。下面我们具体下两种数据接入方式。
3.1 新增孪生体
注册用户账号
访问 NSDT.TWIN 孪生体管理平台,注册用户账号,操作如下图所示:
新建孪生体
假如已注册账号:test,密码:test,登录 NSDT.TWIN 孪生体管理平台 ,新建孪生体 ,操作如下图所示:
特别说明
项目名称: 指定一个有含义的命名空间字符串,比如某个公司的网址,com.ww.cn;或者任何您想给的有意义的字符串
设备名称: 物联设备的唯一标志字符串,很重要,后续可以基于此字段推送物联设备的数据
版本: 不用填写
属性(静态):描述物联设备的一些静态属性,key-value格式字符串,可以自定义,比如name:lmd001,place:三工区,等等
特征属性(动态)-特征key:描述物联设备上一些组件,比如龙门吊有天车、吊臂绳,分别命名 topcar、rope,等等
特征属性(动态)-特征参数集合:描述物联设备上一个组件的一些物理量参数,比如龙门吊有天车的水平距离、吊臂绳升降高度,分别命名 horizontal_distance、rise_height,默认值类型为数字或小数,默认给0即可。
新建后查看列表【定义】列,就是孪生体的thingId,为com.ww.cn:lmd008
3.2 场景中绑定孪生体
使用已注册用户账号登录 NSDT编辑器 ,切换到具体场景,选中要接入数据驱动的模型,切换到右下角【模型信息】tab,绑定新增孪生体的参数到模型属性上,如下图所示
特别说明:
选择刚刚创建的孪生体,比如“第008号龙门吊”,将其一个特征的一个参数绑定到选定模型的一个属性上,即完成绑定。需要说明的是,可将任意孪生体的任意特征参数,绑定到任意模型属性上。
3.3 接入物联设备数据方式
模拟仿真(测试使用)
选择【模拟仿真】,进入仿真页面,如下图所示
切换到【仿真配置】tab,配置仿真相关参数,如下图所示:
特别说明
频率:设置发送数据间隔,单位秒
仿真模式:
--全量仿真:模拟孪生体所有特征的所有参数
--单feature:模拟孪生体一个特征的所有参数
--单物理量:模拟孪生体一个特征的一个参数
配置:
--固定值:生成参数值为固定值。
--区间随机值:需设置最大和最小值,在此范围之间,随机生成参数值。
--循环递增:需设置最大和最小值以及递增最小单位量,在此范围之间,按递增步长,递增生成参数值,然后循环往复。
配置完仿真策略后,点击启动仿真,切换到【消息日志】可查看孪生体接收到的数据
直接调用http相关api接口发送物联设备数据
此种方式需要做一定的编码开发。
第一步:调用【1.2.1.1、获取用户访问token令牌】接口获取token令牌,有access_token和refresh_token两个令牌,access_token用于调用发送设备数据相关API,需要说明的是,access_token令牌会过期,有效期一年,refresh_token是离线刷新token,不会过期。所以,建议在access_token令牌到期前,或者调用发送物联设备数据API且请求返回401状态码时,可使用【1.2.1.1、获取用户访问token令牌】接口传入refresh_token,重新换取新access_token令牌。
第二步:调用【1.2.2、发送设备数据】相关api,我们提供三种发送设备数据的接口,请根据您获取到物联设备的数据格式,选择一种合适的接口,传入access_token到请求头,调用接口发送数据。
以上详见参考文档【孪生体管理API接口说明】。
调用SDK发送物联设备数据
此种方式需要做一定的编码开发。
第一步:配置maven依赖
<dependency>
<groupId>org.eclipse.ditto</groupId>
<artifactId>ditto-client</artifactId>
<version>3.1.1</version>
</dependency>
第二步:实例化和配置一个新的孪生体client
目录下增加配置文件src/main/resources/config.properties
,内容如下:
### Required configuration properties
namespace=com.ww.cn
endpoint=wss://twin.nsdt.cloud:8081/ws/2
### password credentials
clientId=TED
scopes=offline_access
tokenEndpoint=https://nsdt.cloud/auth/realms/nsdt/protocol/openid-connect/token
pwUsername=test ### 换成您的NSDT账号和密码
pwPassword=123 ### 换成您的NSDT账号和密码
要配置孪生体client实例:
- 需要创建AuthenticationProvider和MessagingProvider的实例
- 创建DisconnectedDittoClient实例
- 通过调用client.connect()异步获取DittoClient实例
// 创建AuthenticationProvider实例
final AuthenticationProvider<WebSocket> authenticationProvider = AuthenticationProviders.accessToken(
AccessTokenAuthenticationConfiguration.newBuilder()
// getJsonWebToken()为获取jwt令牌的方法,详见demo代码
.accessTokenSupplier(() -> getJsonWebToken())
.identifier("ditto")
.expiryGracePeriod(DEFAULT_EXPIRY_GRACE_PERIOD);
);
// 创建MessagingProvider的实例
final MessagingConfiguration.Builder messagingConfigurationBuilder =
WebSocketMessagingConfiguration.newBuilder()
.jsonSchemaVersion(JsonSchemaVersion.V_2)
.reconnectEnabled(false)
// config.properties中的tokenEndpoint
.endpoint(CONFIG_PROPERTIES.getEndpointOrThrow())
;
final MessagingProvider messagingProvider =
MessagingProviders.webSocket(messagingConfigurationBuilder.build(), authenticationProvider);
// 创建DisconnectedDittoClient实例
DisconnectedDittoClient disconnectedDittoClient = DittoClients.newInstance(messagingProvider);
//创建孪生体client
DittoClient client = disconnectedDittoClient.connect().toCompletableFuture().get(10, TimeUnit.SECONDS);
第三步:使用client向孪生体平台发送物联设备数据,参考示例SendTwinDataDemo.java文件中main函数,有三种发送数据方式:
// 演示给指定孪生体发送所有特征数据
updateFeatures();
// 演示给指定孪生体发送一个特征的所有参数的数据
updateFeature();
// 演示给指定孪生体发送一个特征中的一个参数的数据
updateFeatureProperty();
以上详见参考文档【孪生体管理API接口说明】,java-sdk使用demo下载链接 java-sdk-demo
3.4 浏览模型驱动效果
可以看见龙门吊模型在不停移动,并且模型属性【位置-X】数据有明显变化