[发明专利]一种基于虚拟成像技术的数字孪生系统

说明书

本发明涉及一种基于虚拟成像技术的强映射数字孪生系统。该系统在数字孪生体之间建立多信息协同通讯机制，通过多种传感器采集物理实体系统的形态信息、状态信息和行为信息发送到边缘计算节点，边缘计算节点负责接收传感器信息，并对接收信息进行边缘计算处理；应用虚拟成像技术将数字孪生系统的数字实体以三维可视化的方式投射到真实空间中，同时以虚拟现实的方式展现物理实体的状态信息，增强了数字孪生系统的细节展示效果，满足了多视角观察和沉浸感体验的要求；系统通过上述过程在物理实体与数字实体之间建立了强信息映射，保证了信息以不失真的方式在孪生体之间实时、高速传递。

【技术领域】

本发明属于仿真技术领域，具体涉及一种基于虚拟成像技术的强映射数字孪生系统，旨在支撑数字孪生技术在5G时代的实施，推动数字孪生技术由计算机软件模拟向真实三维空间的进化。

【背景技术】

在智能制造中，以制造为导向的CPS信息物理系统被作为工业4.0的核心技术。CPS通过构筑信息空间与物理空间数据交互的闭环通道，能够实现信息虚体与物理实体之间的交互联动。随着物联技术的发展，利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多科学、多物理量、多尺度的仿真过程越来越精确。将物理世界的参数，通过传感器重新反馈到数字世界，完成仿真验证和动态调整已经成为可能。

作为CPS系统核心的数字孪生技术是一个跨领域、跨专业的多项技术的融合，它以物理实体为参照建立静态模型，通过实时数据采集、远程协调和实时监控，动态跟踪物理实体的工作状态和工作进展，将物理空间中的物理实体在信息空间进行全要素重建，形成具有感知、分析、决策、执行能力的数字孪生体。

虚拟成像技术是一种在三维空间中投射三维立体影像(影像为物理上的“立体”而非单纯视觉上的“立体”)的次世代显示技术，包括但不限于全息影像技术、数字全息技术、3D立体成像技术、幻影成像技术和增强现实技术等。随着虚拟成像技术、大数据实时通信和边缘计算等技术的成熟，未来数字孪生系统与虚拟成像技术的融合将成为一个必然的发展趋势。

数字孪生技术的目标是更加逼真的制造产品的虚拟模型，以弥合设计和制造之间的差距以及反映真实和虚拟世界，而现阶段数字世界和物理世界之间尚无法做到一一对应、完全映射。

当前数字孪生系统普遍使用提前建好的计算机3D模型作为数字孪生系统中的数字实体，缺乏对数字孪生系统与虚拟成像技术两种技术的结合使用案例，而虚拟成像技术的应用会直接提升数字孪生系统的用户观感和沉浸感，且对于大场景数字孪生系统，如太空探索、数字工厂、虚拟城市等来说，传统计算机3D模型由于用户视角单一，同一时刻无法提供更多的细节描述。

当前数字实体与物理实体尚无法实现强信息映射，即数字实体在对物理实体信息的跟踪过程中丢失了大量的有价值信息。一方面是由于传感器采集设备的带宽限制，限制了采集信息的范围，另一方面是由于终端处理器计算能力有限，无法承载海量数据的分析处理。

当前针对数字孪生系统的信息传输方式对于需要大量数据流支撑的虚拟成像技术不再适用，尤其当数字孪生体之间需要长距离信息传输时，这种实时处理和传输大量信息的需求对与当前数字孪生系统而言是普遍难以胜任的，系统在实时性和信息完整性方面难以兼顾。

【发明内容】