數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生應用實踐
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- 作者：陳巖光、于連林、穆心馳、何明昊、�，|、高艷坤、孫越
- 出版時間：2022/1/1
- ISBN：9787302597230
- 出 版 社：清華大學出版社
- 中圖法分類：TP3
- 頁碼：200
- 紙張：
- 版次：1
- 開本：
本書以數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應用為主題，從采用的方案、遇到的問題、解決的方法及對未來的思考等全面介紹技術實踐的細節(jié)。本書共分為5章：第1章介紹數(shù)字孿生相關的知識和應用場景；第2章主要闡述數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應用和數(shù)據(jù)中心的行業(yè)知識；第3～5章篇幅較多，主要介紹數(shù)字孿生使用的技術，并配套完整的項目代碼，其中第3章介紹數(shù)據(jù)分析算法相關的技術知識，第4、5章闡述3D可視化框架ThreeJS相關的知識。
本書適合對數(shù)字孿生有興趣的技術團隊、開發(fā)和研究人員閱讀。
數(shù)字經(jīng)濟持續(xù)高速增長，成為我國應對經(jīng)濟下行壓力的關鍵抓手。數(shù)字經(jīng)濟是以數(shù)字化的知識和信息作為關鍵生產(chǎn)要素的，以數(shù)字技術為核心驅動力，以現(xiàn)代信息網(wǎng)絡為重要載體，通過數(shù)字技術與實體經(jīng)濟深度融合，不斷提高數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平，加速重構經(jīng)濟發(fā)展與治理模式的新型經(jīng)濟形態(tài)。根據(jù)《中國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展白皮書（2020）》數(shù)據(jù)顯示：2019年，我國數(shù)字經(jīng)濟增加值規(guī)模達到35.8萬億元，占GDP比重的36.2%，占比同比提升1.4個百分點；按照可比口徑計算，2019年我國數(shù)字經(jīng)濟名義增長15.6%，高于同期GDP名義增速約7.85個百分點。數(shù)字經(jīng)濟在國民經(jīng)濟中的地位進一步凸顯。
促進數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟融合發(fā)展、加快新舊發(fā)展動能接續(xù)轉換、打造新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)是各國面臨的共同任務。隨著數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展，數(shù)字孿生（Digital Twin）是近些年比較火的技術概念。數(shù)字孿生技術充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、3D可視化等技術，基于歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)以數(shù)字化的形式創(chuàng)建物理實體的虛擬實體，也稱作數(shù)字孿生體�？催^電影《鋼鐵俠》的人一定不會忘記其中一個十分經(jīng)典的畫面：托尼?史塔克在設計、改進和修理鋼鐵俠戰(zhàn)衣的時候，并不是在圖紙或實物上進行操作，而是通過一個虛擬的影像映射場景來輔助實現(xiàn)，而這個可視化、智能化、數(shù)字化的映射場景就是數(shù)字孿生體。
隨著云計算、大數(shù)據(jù)的興起，加上國家大力推薦新基建的建設，數(shù)據(jù)中心也如雨后春筍般不斷出現(xiàn)，數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應用將會越來越多。其中，天津卓朗科技已經(jīng)在這一領域布局。
數(shù)字孿生并不是炒作的概念，也不是新瓶裝舊酒，是已經(jīng)具備落地條件的技術。工業(yè)4.0研究院胡權院長在《數(shù)字孿生體：第四次工業(yè)革命的通用目的的技術》中提到過初步接觸數(shù)字孿生領域的人受部分商業(yè)企業(yè)營銷的影響，對模擬仿真等傳統(tǒng)概念與數(shù)字孿生體技術之間的關系一直比較困惑，尤其是近幾年很多仿真、虛擬現(xiàn)實和建筑模型廠商非�；钴S，把現(xiàn)有的項目包裝起來，再貼上數(shù)字孿生體標簽進行推廣，這導致行業(yè)人士陷入了認知困惑。
進入數(shù)字孿生領域的讀者肯定希望了解真正的數(shù)字孿生技術，筆者結合實際案例總結出構建數(shù)字孿生體至少包含3個步驟數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示。數(shù)字孿生體可以和實體實時同步狀態(tài)，也可以脫離實體進行模擬預測。市面上目前關于數(shù)字孿生的書籍內(nèi)容主要以概念和應用場景為主，本書以數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應用為主題，從技術的角度介紹數(shù)字孿生，適合對數(shù)字孿生有興趣的技術團隊閱讀。
本書配套的源碼，需要使用微信掃描右邊的二維碼下載，也可按頁面提示把鏈接轉發(fā)到自己的郵箱中下載。如果有疑問，請聯(lián)系booksaga@126.com，郵件主題寫數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生應用實踐。
本書主要由陳巖光、于連林、穆心馳、何明昊、�，|、高艷坤、孫越編寫，王松、何金剛、李杰等也為本書的編寫提供了很多幫助。在筆者寫作過程中，也參考了很多前輩的文獻資料，大部分都在參考文獻中聲明，但是難免會有遺漏，還請各位前輩多多理解，在此表示感謝。另外，感謝清華大學出版社王金柱編輯的辛苦付出。新冠疫情打亂了很多行業(yè)的節(jié)奏，不少行業(yè)都不太景氣，但愿本書能給忍受著寒冬煎熬的工作者帶來一絲溫暖。
編 者
2021年9月17日
陳巖光，北京大學計算機專業(yè)碩士研究生，現(xiàn)任天津卓朗科技副總裁，天津市科學技術協(xié)會委員，天津市計算機學會理事，對云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等領域有深入研究，目前主要負責卓朗科技數(shù)字孿生產(chǎn)品線。
第1章 數(shù)字孿生的基礎知識 1
1.1 數(shù)字孿生概述 1
1.1.1 數(shù)字孿生概念的問世 2
1.1.2 數(shù)字孿生的定義 3
1.1.3 物理實體與數(shù)字孿生體的關系 5
1.1.4 數(shù)字孿生的典型特征 5
1.2 數(shù)字孿生的發(fā)展 7
1.2.1 數(shù)字孿生的早期應用 7
1.2.2 數(shù)字孿生近期的發(fā)展 12
1.3 數(shù)字孿生的意義 14
1.3.1 數(shù)字孿生對于工業(yè)制造業(yè)的意義 14
1.3.2 數(shù)字孿生對于基建工程的意義 15
1.3.3 數(shù)字孿生對于智慧城市的意義 16
1.3.4 數(shù)字孿生對于智慧醫(yī)療的意義 16
1.3.5 數(shù)字孿生的通用意義 17
1.4 數(shù)字孿生的主要應用領域 17
1.4.1 基于模仿的數(shù)字孿生應用 17
1.4.2 數(shù)字孿生城市 19
1.4.3 數(shù)字孿生醫(yī)療 21
1.4.4 數(shù)字孿生工廠 22
1.4.5 數(shù)字孿生在其他行業(yè)的應用 24
1.4.6 數(shù)字孿生在不同環(huán)節(jié)的形態(tài) 26
1.5 數(shù)字孿生應用的關鍵技術 27
1.5.1 物聯(lián)網(wǎng) 28
1.5.2 5G技術 29
1.5.3 VR/AR/MR 29
1.5.4 API 31
1.5.5 大數(shù)據(jù) 31
1.5.6 云計算 31
1.5.7 人工智能 32
1.5.8 邊緣計算 32
1.6 本章小結 32
第2章 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心中的應用概述 33
2.1 數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀淺析 33
2.1.1 數(shù)據(jù)中心的定義和發(fā)展現(xiàn)狀 33
2.1.2 數(shù)據(jù)中心的發(fā)展現(xiàn)狀 37
2.1.3 數(shù)據(jù)中心的能效指標 39
2.2 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應用場景 41
2.2.1 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心設計階段的應用 41
2.2.2 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心運維階段的應用 42
2.3 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng) 45
2.3.1 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的構成 45
2.3.2 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的特點 48
2.3.3 數(shù)字孿生與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)結合的應用價值 49
2.4 本章小結 53
第3章 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心項目中的數(shù)據(jù)分析 54
3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡概述 54
3.1.1 基本概念 55
3.1.2 人腦神經(jīng)網(wǎng)絡 56
3.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)展歷史 57
3.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡模型 59
3.1.5 應用領域 60
3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡理論基礎 62
3.2.1 為什么要使用神經(jīng)網(wǎng)絡 62
3.2.2 數(shù)學理論 64
3.2.3 算法理論 71
3.3 數(shù)據(jù)的采集 73
3.3.1 動環(huán)系統(tǒng)的技術特點 74
3.3.2 動環(huán)系統(tǒng)的架構功能說明 74
3.4 數(shù)據(jù)模型的建立和訓練 77
3.4.1 數(shù)據(jù)處理 77
3.4.2 特征工程 83
3.4.3 模型選取 85
3.4.4 模型訓練及超參調(diào)整 87
3.5 數(shù)據(jù)模型對機房能耗的幫助 98
3.5.1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析及預測效果分析 98
3.5.2 其他企業(yè)成功案例 100
3.6 本章小結 103
第4章 構建3D可視化的數(shù)字孿生體 104
4.1 搭建數(shù)據(jù)中心3D模型 104
4.2 技術選型ThreeJS的優(yōu)勢 105
4.3 加載數(shù)據(jù)中心模型文件 106
4.3.1 使用FBXLoader加載數(shù)據(jù)模型 107
4.3.2 其他加載器與模型文件 111
4.4 設置場景、相機與控制器 113
4.4.1 場景、渲染器與ThreeJS坐標系 113
4.4.2 相機 116
4.4.3 控制器 118
4.5 光照與效果組合器 120
4.5.1 光照效果設置 120
4.5.2 效果組合器 121
4.5.3 展示3D場景 125
4.6 本章小結 128
第5章 3D可視化場景切換與數(shù)據(jù)展示 129
5.1 數(shù)據(jù)中心不同場景的切換 129
5.1.1 數(shù)據(jù)模型的合理分組 129
5.1.2 創(chuàng)建節(jié)點對象與節(jié)點查詢 133
5.2 添加事件 137
5.3 將相機與控制器平滑移動至合適位置 144
5.4 場景切換 147
5.5 數(shù)據(jù)中心樓層展開效果 157
5.6 向樓層內(nèi)添加設備 161
5.6.1 批量添加設備 161
5.6.2 設備的場景切換效果 168
5.6.3 設備數(shù)據(jù)展示 172
5.7 進階篇一：數(shù)據(jù)中心熱力圖 174
5.8 進階篇二：空間展示效果 180
5.9 數(shù)據(jù)中心大屏實例展示 183
5.10 本章小結 184
參考文獻 185
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