數據中心數字孿生應用實踐

本書以數字孿生在數據中心的應用為主題，從採用的方案、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。本書共分為5章：第1章介紹數字孿生相關的知識和應用場景；第2章主要闡述數字孿生在數據中心的應用和數據中心的行業知識；第3～5章篇幅較多，主要介紹數字孿生使用的技術，並配套完整的項目代碼，其中第3章介紹數據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。 本書適合對數字孿生有興趣的技術團隊、開發和研究人員閱讀。

陳岩光，北京大學計算機專業碩士研究生，現任天津卓朗科技副總裁，天津市科學技術協會委員，天津市計算機學會理事，對雲計算、大數據、人工智能、數字孿生等領域有深入研究，目前主要負責卓朗科技數字孿生產品線。

目 錄
第1章 數字孿生的基礎知識 1
1.1 數字孿生概述 1
1.1.1 數字孿生概念的問世 2
1.1.2 數字孿生的定義 3
1.1.3 物理實體與數字孿生體的關係 5
1.1.4 數字孿生的典型特徵 5
1.2 數字孿生的發展 7
1.2.1 數字孿生的早期應用 7
1.2.2 數字孿生近期的發展 12
1.3 數字孿生的意義 14
1.3.1 數字孿生對於工業製造業的意義 14
1.3.2 數字孿生對於基建工程的意義 15
1.3.3 數字孿生對於智慧城市的意義 16
1.3.4 數字孿生對於智慧醫療的意義 16
1.3.5 數字孿生的通用意義 17
1.4 數字孿生的主要應用領域 17
1.4.1 基於模仿的數字孿生應用 17
1.4.2 數字孿生城市 19
1.4.3 數字孿生醫療 21
1.4.4 數字孿生工廠 22
1.4.5 數字孿生在其他行業的應用 24
1.4.6 數字孿生在不同環節的形態 26
1.5 數字孿生應用的關鍵技術 27
1.5.1 物聯網 28
1.5.2 5G技術 29
1.5.3 VR/AR/MR 29
1.5.4 API 31
1.5.5 大數據 31
1.5.6 雲計算 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 數字孿生在數據中心中的應用概述 33
2.1 數據中心現狀淺析 33
2.1.1 數據中心的定義和發展現狀 33
2.1.2 數據中心的發展現狀 37
2.1.3 數據中心的能效指標 39
2.2 數字孿生在數據中心的應用場景 41
2.2.1 數字孿生在數據中心設計階段的應用 41
2.2.2 數字孿生在數據中心運維階段的應用 42
2.3 動環監控系統 45
2.3.1 動環監控系統的構成 45
2.3.2 動環監控系統的特點 48
2.3.3 數字孿生與動環監控系統結合的應用價值 49
2.4 本章小結 53

第3章 數字孿生在數據中心項目中的數據分析 54
3.1 神經網絡概述 54
3.1.1 基本概念 55
3.1.2 人腦神經網絡 56
3.1.3 神經網絡發展歷史 57
3.1.4 神經網絡模型 59
3.1.5 應用領域 60
3.2 神經網絡理論基礎 62
3.2.1 為什麼要使用神經網絡 62
3.2.2 數學理論 64
3.2.3 算法理論 71
3.3 數據的採集 73
3.3.1 動環系統的技術特點 74
3.3.2 動環系統的架構功能說明 74
3.4 數據模型的建立和訓練 77
3.4.1 數據處理 77
3.4.2 特徵工程 83
3.4.3 模型選取 85
3.4.4 模型訓練及超參調整 87
3.5 數據模型對機房能耗的幫助 98
3.5.1 現有數據分析及預測效果分析 98
3.5.2 其他企業成功案例 100
3.6 本章小結 103

第4章 構建3D可視化的數字孿生體 104
4.1 搭建數據中心3D模型 104
4.2 技術選型——ThreeJS的優勢 105
4.3 加載數據中心模型文件 106
4.3.1 使用FBXLoader加載數據模型 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據展示 129
5.1 數據中心不同場景的切換 129
5.1.1 數據模型的合理分組 129
5.1.2 創建節點對象與節點查詢 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 數據中心樓層展開效果 157
5.6 向樓層內添加設備 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 設備數據展示 172
5.7 進階篇一：數據中心熱力圖 174
5.8 進階篇二：空間展示效果 180
5.9 數據中心大屏實例展示 183
5.10 本章小結 184

參考文獻 185