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本書(shū)以數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用為主題，從采用的方案、遇到的問(wèn)題、解決的方法及對(duì)未來(lái)的思考等全面介紹技術(shù)實(shí)踐的細(xì)節(jié)。本書(shū)共分為5章：第1章介紹數(shù)字孿生相關(guān)的知識(shí)和應(yīng)用場(chǎng)景；第2章主要闡述數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用和數(shù)據(jù)中心的行業(yè)知識(shí)；第3～5章篇幅較多，主要介紹數(shù)字孿生使用的技術(shù)，并配套完整的項(xiàng)目代碼，其中第3章介紹數(shù)據(jù)分析算法相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，第4、5章闡述3D可視化框架ThreeJS相關(guān)的知識(shí)。
本書(shū)適合對(duì)數(shù)字孿生有興趣的技術(shù)團(tuán)隊(duì)、開(kāi)發(fā)和研究人員閱讀。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)，成為我國(guó)應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)下行壓力的關(guān)鍵抓手。數(shù)字經(jīng)濟(jì)是以數(shù)字化的知識(shí)和信息作為關(guān)鍵生產(chǎn)要素的，以數(shù)字技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，以現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)為重要載體，通過(guò)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，不斷提高數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，加速重構(gòu)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與治理模式的新型經(jīng)濟(jì)形態(tài)。根據(jù)《中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展白皮書(shū)（2020）》數(shù)據(jù)顯示：2019年，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)增加值規(guī)模達(dá)到35.8萬(wàn)億元，占GDP比重的36.2%，占比同比提升1.4個(gè)百分點(diǎn)；按照可比口徑計(jì)算，2019年我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)名義增長(zhǎng)15.6%，高于同期GDP名義增速約7.85個(gè)百分點(diǎn)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位進(jìn)一步凸顯。
促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展、加快新舊發(fā)展動(dòng)能接續(xù)轉(zhuǎn)換、打造新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)是各國(guó)面臨的共同任務(wù)。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，數(shù)字孿生（Digital Twin）是近些年比較火的技術(shù)概念。數(shù)字孿生技術(shù)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(shù)，基于歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以數(shù)字化的形式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體，也稱(chēng)作數(shù)字孿生體。看過(guò)電影《鋼鐵俠》的人一定不會(huì)忘記其中一個(gè)十分經(jīng)典的畫(huà)面：托尼?史塔克在設(shè)計(jì)、改進(jìn)和修理鋼鐵俠戰(zhàn)衣的時(shí)候，并不是在圖紙或?qū)嵨锷线M(jìn)行操作，而是通過(guò)一個(gè)虛擬的影像映射場(chǎng)景來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)，而這個(gè)可視化、智能化、數(shù)字化的映射場(chǎng)景就是數(shù)字孿生體。
隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的興起，加上國(guó)家大力推薦新基建的建設(shè)，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(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多。其中，天津卓朗科技已經(jīng)在這一領(lǐng)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(shù)。工業(yè)4.0研究院胡權(quán)院長(zhǎng)在《數(shù)字孿生體：第四次工業(yè)革命的通用目的的技術(shù)》中提到過(guò)初步接觸數(shù)字孿生領(lǐng)域的人受部分商業(yè)企業(yè)營(yíng)銷(xiāo)的影響，對(duì)模擬仿真等傳統(tǒng)概念與數(shù)字孿生體技術(shù)之間的關(guān)系一直比較困惑，尤其是近幾年很多仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)和建筑模型廠(chǎng)商非�；钴S，把現(xiàn)有的項(xiàng)目包裝起來(lái)，再貼上數(shù)字孿生體標(biāo)簽進(jìn)行推廣，這導(dǎo)致行業(yè)人士陷入了認(rèn)知困惑。
進(jìn)入數(shù)字孿生領(lǐng)域的讀者肯定希望了解真正的數(shù)字孿生技術(shù)，筆者結(jié)合實(shí)際案例總結(jié)出構(gòu)建數(shù)字孿生體至少包含3個(gè)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(shí)體實(shí)時(shí)同步狀態(tài)，也可以脫離實(shí)體進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。市面上目前關(guān)于數(shù)字孿生的書(shū)籍內(nèi)容主要以概念和應(yīng)用場(chǎng)景為主，本書(shū)以數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用為主題，從技術(shù)的角度介紹數(shù)字孿生，適合對(duì)數(shù)字孿生有興趣的技術(shù)團(tuán)隊(duì)閱讀。
本書(shū)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(yè)面提示把鏈接轉(zhuǎn)發(fā)到自己的郵箱中下載。如果有疑問(wèn)，請(qǐng)聯(lián)系booksaga@126.com，郵件主題寫(xiě)數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生應(yīng)用實(shí)踐。
本書(shū)主要由陳巖光、于連林、穆心馳、何明昊、常瑋、高艷坤、孫越編寫(xiě)，王松、何金剛、李杰等也為本書(shū)的編寫(xiě)提供了很多幫助。在筆者寫(xiě)作過(guò)程中，也參考了很多前輩的文獻(xiàn)資料，大部分都在參考文獻(xiàn)中聲明，但是難免會(huì)有遺漏，還請(qǐng)各位前輩多多理解，在此表示感謝。另外，感謝清華大學(xué)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(shū)能給忍受著寒冬煎熬的工作者帶來(lái)一絲溫暖。

編者
2021年9月17日

第1章數(shù)字孿生的基礎(chǔ)知識(shí) 1
1.1 數(shù)字孿生概述 1
1.1.1 數(shù)字孿生概念的問(wèn)世 2
1.1.2 數(shù)字孿生的定義 3
1.1.3 物理實(shí)體與數(shù)字孿生體的關(guān)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(yīng)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(duì)于工業(yè)制造業(yè)的意義 14
1.3.2 數(shù)字孿生對(duì)于基建工程的意義 15
1.3.3 數(shù)字孿生對(duì)于智慧城市的意義 16
1.3.4 數(shù)字孿生對(duì)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(yīng)用領(lǐng)域 17
1.4.1 基于模仿的數(shù)字孿生應(yīng)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(chǎng) 22
1.4.5 數(shù)字孿生在其他行業(yè)的應(yīng)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(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù) 27
1.5.1 物聯(lián)網(wǎng) 28
1.5.2 5G技術(shù) 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(jì)算 31
1.5.7 人工智能 32
1.5.8 邊緣計(jì)算 32
1.6 本章小結(jié) 32
第2章數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)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(biāo) 39
2.2 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景 41
2.2.1 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用 41
2.2.2 數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心運(yùn)維階段的應(yīng)用 42
2.3 動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng) 45
2.3.1 動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成 45
2.3.2 動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn) 48
2.3.3 數(shù)字孿生與動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合的應(yīng)用價(jià)值 49
2.4 本章小結(jié) 53
第3章數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)分析 54
3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述 54
3.1.1 基本概念 55
3.1.2 人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 56
3.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史 57
3.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 59
3.1.5 應(yīng)用領(lǐng)域 60
3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ) 62
3.2.1 為什么要使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 62
3.2.2 數(shù)學(xué)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(dòng)環(huán)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn) 74
3.3.2 動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的架構(gòu)功能說(shuō)明 74
3.4 數(shù)據(jù)模型的建立和訓(xùn)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(xùn)練及超參調(diào)整 87
3.5 數(shù)據(jù)模型對(duì)機(jī)房能耗的幫助 98
3.5.1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析及預(yù)測(cè)效果分析 98
3.5.2 其他企業(yè)成功案例 100
3.6 本章小結(jié) 103
第4章構(gòu)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(shù)選型ThreeJS的優(yōu)勢(shì) 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(shè)置場(chǎng)景、相機(jī)與控制器 113
4.4.1 場(chǎng)景、渲染器與ThreeJS坐標(biāo)系 113
4.4.2 相機(jī) 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(shè)置 120
4.5.2 效果組合器 121
4.5.3 展示3D場(chǎng)景 125
4.6 本章小結(jié) 128
第5章 3D可視化場(chǎng)景切換與數(shù)據(jù)展示 129
5.1 數(shù)據(jù)中心不同場(chǎng)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(diǎn)對(duì)象與節(jié)點(diǎn)查詢(xún) 133
5.2 添加事件 137
5.3 將相機(jī)與控制器平滑移動(dòng)至合適位置 144
5.4 場(chǎng)景切換 147
5.5 數(shù)據(jù)中心樓層展開(kāi)效果 157
5.6 向樓層內(nèi)添加設(shè)備 161
5.6.1 批量添加設(shè)備 161
5.6.2 設(shè)備的場(chǎng)景切換效果 168
5.6.3 設(shè)備數(shù)據(jù)展示 172
5.7 進(jìn)階篇一：數(shù)據(jù)中心熱力圖 174
5.8 進(jìn)階篇二：空間展示效果 180
5.9 數(shù)據(jù)中心大屏實(shí)例展示 183
5.10 本章小結(jié) 184
參考文獻(xiàn) 185

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