Unity数字孪生教程：系统如何架构？

你好，我是大智。

很多同学对数字孪生特别感兴趣，经常有同学问我：

• 数据孪生系统怎么做？有没有教程？
• 除了Unity开发，开发数字孪生还需要掌握什么技能？
• 有人介绍了一个数字孪生的外包，从来没做过，能不能接？

有幸参与或指导过一些数字孪生的科研、商业项目，把我的一些经验分享一下。

如果独立开发数字孪生系统，对技术要求还是比较高的，具体要掌握哪些技能呢？

在数字孪生系统中，Unity用于前端呈现，是整个系统的一部分，可以称之为数字孪生中的“数字”。

数字孪生，更重要的是“孪生”。孪生代表了什么呢？是与现实世界的同步。

所以数字孪生系统除了前端可视化的展示，更重要的是数据的采集同步。

那么一个完整的数字孪生系统如何架构呢？最简单的系统架构是这样的。

最简单的数字孪生系统架构1.0

这种是最简单的数字孪生系统架构，用Unity开发可视化部分，需要啥数据从外部系统接入啥数据。有些小项目（外包10W以内）用这种架构完全就可以搞定。

这种架构的优点是简单，你只需要掌握Unity开发和一些网络开发的技能就可以。

缺点呢？有很多。

• 安全性是个问题，客户端直接接入外部系统，相当于外部系统的口令全部存储在客户端中，很危险。
• 性能是个问题，客户端直接连外部系统，当开n个客户端的时候，就会和外部系统有n个连接，特别是有的数据需要轮询去获取，可能会对外部系统造成比较大的压力
• 灵活性是个问题，由于直接连接外部系统，外部系统一旦变化可能就会造成客户端宕机，就需要升级客户端
• 有些功能实现不了，客户端在PC运行还好，如果客户端想要放到web/VR/MR上，一方面平台限制，很多操作是不支持的，比如连接数据库、UDP传输等等，另外一方面这些平台渲染压力已经很大了，很难支撑庞大的数据工作

针对上面这些问题，架构可以如何改进呢？

数字孪生架构演进2.0

这个架构引进了一个数据服务器，这个数据服务器在这是做什么的呢？

这个服务器主要是用来中转数据，与外部系统的数据连接都由这个服务器负责。但通常监控系统中的视频流还是客户端直接连接。

针对1.0架构中的几个问题，数据服务器可以解决：

• 安全性：数据服务器负责中转外部系统中的数据，客户端只需要与数据服务器通信即可，避免了外部系统口令在客户端的暴露。
• 性能：数据服务器只从外部系统采集一次数据，如果缓存在数据服务器上，不管有多少个客户端，只需要数据服务器能抗住并发压力即可，不会对外部已有系统造成影响。
• 灵活性：客户端与服务器制定好数据协议即可，数据服务器负责处理与外部系统的数据对接，隔绝了客户端的频繁改动，也给客户端增加了一定的稳定性
• 功能性：可以支持客户端在web平台运行，客户端与数据服务器通过HTTP或者TCP等支持的通信协议进行通信即可，由服务器去处理外部系统的数据对接。

但是2.0架构中也存在问题，那就是数据服务器的压力太大，职责太多，它需要负责：

• 从外部系统采集、处理数据。原来数据都是由外部系统负责存储，不需要考虑数据存储的事情。但是引入数据服务器后，采集到的数据可能需要进行保存，到这全栈的技能中就得增加一个数据库了。
• 响应客户端的数据请求
• 后续可能需要添加的一系列业务功能也需要添加到这个服务器上，比如用户、权限等等

所以演化到3.0的架构时，提高服务端的并发能力，可以将数据服务器根据需要进行拆分，加入数据库，这里面没有一个固定的架构模式，初步是将数据、应用模块拆分开，有计算量较大的模块（比如AI预测、数据分析等等）可以单独再拆分出来。

比如：

数字孪生架构演进3.0

数字孪生全栈开发能架构到这一步基本上就能Hold住几十万的项目了。

这里面需要的技能主要包括：

• Unity开发
• 网络通信
• 数据库
• 服务器架构与开发
• 服务器运维

3.0的架构再往后演进，就需要很强的服务器开发能力了，主要核心目标还是提高服务端的并发能力，加入分布式等等，此处就不再多说了。

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对于Unity数字孪生全栈开发你还有什么想知道的？可以评论告诉我，下次继续分享。