数字孪生-使用Unity构建能实时显示应力应变的孪生模型，数字孪生技术在Unity中实现实时应力应变显示功能

摘要：数字孪生技术利用Unity构建实时显示应力应变的孪生模型，实现物理世界与虚拟世界的无缝对接。该技术通过收集实体对象的实时数据，在虚拟环境中构建精确的数字模型，并模拟应力应变等物理变化。此举有助于优化产品设计、提高生产效率，并为企业决策提供支持。

最初，我计划使用Ansys的Twin Builder模块来开展数字孪生的开发，Ansys的Twin Builder在部署时需要购买license，其价格难以承受，之后，我考虑过使用QT和VTK结合的方式，因为QT是开发GUI程序的常用框架，而VTK是一个专注于可视化的工具包，我试图通过Paraview这个强大的科学可视化软件来实现我的目标，但发现从Paraview中拆解出我所需要的模块几乎不可能，在使用QT开发的过程中，我发现要达到预期效果所需的时间成本巨大。

后来，受到B站和一些研究者的启发，我开始尝试使用Unity来进行数字孪生模型的构建，在短短15天的学习与应用中，我对Unity有了深入的了解和体验。

Unity的优势何在？

Unity作为一个游戏引擎，它为我提供了一个丰富的平台和框架，使许多开发工作无需从零开始，它的UGUI系统允许我通过挂载代码给游戏物体来实现对应的行为和动画效果，虽然入门有一定的难度，但与它可以实现的效果相比，这一切都是值得的。

目前的进展如何？

我已经实现了一些初步的成果：

1、可视化界面：我创建了一个令人印象深刻的可视化界面，主要是通过购买Unity官方商店的数据可视化包实现的，这个过程大约花费了我一天的时间，我只需将真实的数据集成进去即可，但官方商店的价格较高，使得这一步骤的成本较高。

2、应力应变实时可视化：由于我的电脑运行整个机架模型的速度较慢，我选择了一个零件进行单独测试，我从Abaqus中提取了零件的变形云图数据，并在Unity中重建了模型，根据节点的数值进行了重新渲染，这证明了我在Unity中实现实时渲染的可行性，我已经完成了部分实时渲染的试验，如mesh节点上的正弦函数明暗变化和不同分量的实时转换。

目前仍然面临一些难点：

1、需要深入了解和熟悉Unity的运行机制，如如何在Gameobject上挂代码、如何控制相机、动画、Shader等。

2、Abaqus模型如何导入Unity也是一个挑战，如果只是导入外观模型，可以通过Solidwork和3dmax转化为fbx模型实现，但如果需要渲染应力应变的云图，则需要根据有限元仿真数据和Unity的模型构建机制重构模型的顶点和三角面，并编写Shader代码进行实时渲染。

工作流程总结：

1、提取Abaqus中的节点信息；

2、编写脚本解析提取的文本信息；

3、根据解析的数据构建Unity的mesh，包括顶点位置、顶点数值和面片信息；

4、编写Shader，根据顶点数值进行模型的渲染，完成Unity中的模型重构。

如有需要相关源码的小伙伴可以私信我，但可能需要支付一定的费用。