3D 孪生场景搭建：模拟仿真

2023-10-07
湖北
本文字数：3124 字
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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 propertiesnamespace=com.ww.cnendpoint=wss://twin.nsdt.cloud:8081/ws/2### password credentialsclientId=TEDscopes=offline_accesstokenEndpoint=https://nsdt.cloud/auth/realms/nsdt/protocol/openid-connect/tokenpwUsername=test ### 换成您的NSDT账号和密码pwPassword=123  ### 换成您的NSDT账号和密码

复制代码

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);