本书以数字孪生在数据中心的应用为主题，从采用的方案、遇到的问题、解决的方法及对未来的思考等全面介绍技术实践的细节。本书共分为5章：第1章介绍数字孪生相关的知识和应用场景；第2章主要阐述数字孪生在数据中心的应用和数据中心的行业知识；第3～5章篇幅较多，主要介绍数字孪生使用的技术，并配套完整的项目代码，其中第3章介绍数据分析算法相关的技术知识，第4、5章阐述3D可视化框架ThreeJS相关的知识。
本书适合对数字孪生有兴趣的技术团队、开发和研究人员阅读。
数字经济持续高速增长，成为我国应对经济下行压力的关键抓手。数字经济是以数字化的知识和信息作为关键生产要素的，以数字技术为核心驱动力，以现代信息网络为重要载体，通过数字技术与实体经济深度融合，不断提高数字化、网络化、智能化水平，加速重构经济发展与治理模式的新型经济形态。根据《中国数字经济发展白皮书（2020）》数据显示：2019年，我国数字经济增加值规模达到35.8万亿元，占GDP比重的36.2%，占比同比提升1.4个百分点；按照可比口径计算，2019年我国数字经济名义增长15.6%，高于同期GDP名义增速约7.85个百分点。数字经济在国民经济中的地位进一步凸显。
促进数字经济和实体经济融合发展、加快新旧发展动能接续转换、打造新产业新业态是各国面临的共同任务。随着数字经济发展，数字孪生（Digital Twin）是近些年比较火的技术概念。数字孪生技术充分利用物联网、大数据、人工智能、3D可视化等技术，基于历史数据、实时数据以数字化的形式创建物理实体的虚拟实体，也称作数字孪生体。看过电影《钢铁侠》的人一定不会忘记其中一个十分经典的画面：托尼?史塔克在设计、改进和修理钢铁侠战衣的时候，并不是在图纸或实物上进行操作，而是通过一个虚拟的影像映射场景来辅助实现，而这个可视化、智能化、数字化的映射场景就是数字孪生体。
随着云计算、大数据的兴起，加上国家大力推荐新基建的建设，数据中心也如雨后春笋般不断出现，数字孪生在数据中心的应用将会越来越多。其中，天津卓朗科技已经在这一领域布局。
数字孪生并不是炒作的概念，也不是新瓶装旧酒，是已经具备落地条件的技术。工业4.0研究院胡权院长在《数字孪生体：第四次工业革命的通用目的的技术》中提到过初步接触数字孪生领域的人受部分商业企业营销的影响，对模拟仿真等传统概念与数字孪生体技术之间的关系一直比较困惑，尤其是近几年很多仿真、虚拟现实和建筑模型厂商非常活跃，把现有的项目包装起来，再贴上数字孪生体标签进行推广，这导致行业人士陷入了认知困惑。
进入数字孪生领域的读者肯定希望了解真正的数字孪生技术，笔者结合实际案例总结出构建数字孪生体至少包含3个步骤数据获取、数据分析、数据展示。数字孪生体可以和实体实时同步状态，也可以脱离实体进行模拟预测。市面上目前关于数字孪生的书籍内容主要以概念和应用场景为主，本书以数字孪生在数据中心的应用为主题，从技术的角度介绍数字孪生，适合对数字孪生有兴趣的技术团队阅读。
本书配套的源码，需要使用微信扫描右边的二维码下载，也可按页面提示把链接转发到自己的邮箱中下载。如果有疑问，请联系booksaga@126.com，邮件主题写数据中心数字孪生应用实践。
本书主要由陈岩光、于连林、穆心驰、何明昊、常玮、高艳坤、孙越编写，王松、何金刚、李杰等也为本书的编写提供了很多帮助。在笔者写作过程中，也参考了很多前辈的文献资料，大部分都在参考文献中声明，但是难免会有遗漏，还请各位前辈多多理解，在此表示感谢。另外，感谢清华大学出版社王金柱编辑的辛苦付出。新冠疫情打乱了很多行业的节奏，不少行业都不太景气，但愿本书能给忍受着寒冬煎熬的工作者带来一丝温暖。
编 者
2021年9月17日
陈岩光，北京大学计算机专业硕士研究生，现任天津卓朗科技副总裁，天津市科学技术协会委员，天津市计算机学会理事，对云计算、大数据、人工智能、数字孪生等领域有深入研究，目前主要负责卓朗科技数字孪生产品线。
第1章 数字孪生的基础知识 1
1.1 数字孪生概述 1
1.1.1 数字孪生概念的问世 2
1.1.2 数字孪生的定义 3
1.1.3 物理实体与数字孪生体的关系 5
1.1.4 数字孪生的典型特征 5
1.2 数字孪生的发展 7
1.2.1 数字孪生的早期应用 7
1.2.2 数字孪生近期的发展 12
1.3 数字孪生的意义 14
1.3.1 数字孪生对于工业制造业的意义 14
1.3.2 数字孪生对于基建工程的意义 15
1.3.3 数字孪生对于智慧城市的意义 16
1.3.4 数字孪生对于智慧医疗的意义 16
1.3.5 数字孪生的通用意义 17
1.4 数字孪生的主要应用领域 17
1.4.1 基于模仿的数字孪生应用 17
1.4.2 数字孪生城市 19
1.4.3 数字孪生医疗 21
1.4.4 数字孪生工厂 22
1.4.5 数字孪生在其他行业的应用 24
1.4.6 数字孪生在不同环节的形态 26
1.5 数字孪生应用的关键技术 27
1.5.1 物联网 28
1.5.2 5G技术 29
1.5.3 VR/AR/MR 29
1.5.4 API 31
1.5.5 大数据 31
1.5.6 云计算 31
1.5.7 人工智能 32
1.5.8 边缘计算 32
1.6 本章小结 32
第2章 数字孪生在数据中心中的应用概述 33
2.1 数据中心现状浅析 33
2.1.1 数据中心的定义和发展现状 33
2.1.2 数据中心的发展现状 37
2.1.3 数据中心的能效指标 39
2.2 数字孪生在数据中心的应用场景 41
2.2.1 数字孪生在数据中心设计阶段的应用 41
2.2.2 数字孪生在数据中心运维阶段的应用 42
2.3 动环监控系统 45
2.3.1 动环监控系统的构成 45
2.3.2 动环监控系统的特点 48
2.3.3 数字孪生与动环监控系统结合的应用价值 49
2.4 本章小结 53
第3章 数字孪生在数据中心项目中的数据分析 54
3.1 神经网络概述 54
3.1.1 基本概念 55
3.1.2 人脑神经网络 56
3.1.3 神经网络发展历史 57
3.1.4 神经网络模型 59
3.1.5 应用领域 60
3.2 神经网络理论基础 62
3.2.1 为什么要使用神经网络 62
3.2.2 数学理论 64
3.2.3 算法理论 71
3.3 数据的采集 73
3.3.1 动环系统的技术特点 74
3.3.2 动环系统的架构功能说明 74
3.4 数据模型的建立和训练 77
3.4.1 数据处理 77
3.4.2 特征工程 83
3.4.3 模型选取 85
3.4.4 模型训练及超参调整 87
3.5 数据模型对机房能耗的帮助 98
3.5.1 现有数据分析及预测效果分析 98
3.5.2 其他企业成功案例 100
3.6 本章小结 103
第4章 构建3D可视化的数字孪生体 104
4.1 搭建数据中心3D模型 104
4.2 技术选型ThreeJS的优势 105
4.3 加载数据中心模型文件 106
4.3.1 使用FBXLoader加载数据模型 107
4.3.2 其他加载器与模型文件 111
4.4 设置场景、相机与控制器 113
4.4.1 场景、渲染器与ThreeJS坐标系 113
4.4.2 相机 116
4.4.3 控制器 118
4.5 光照与效果组合器 120
4.5.1 光照效果设置 120
4.5.2 效果组合器 121
4.5.3 展示3D场景 125
4.6 本章小结 128
第5章 3D可视化场景切换与数据展示 129
5.1 数据中心不同场景的切换 129
5.1.1 数据模型的合理分组 129
5.1.2 创建节点对象与节点查询 133
5.2 添加事件 137
5.3 将相机与控制器平滑移动至合适位置 144
5.4 场景切换 147
5.5 数据中心楼层展开效果 157
5.6 向楼层内添加设备 161
5.6.1 批量添加设备 161
5.6.2 设备的场景切换效果 168
5.6.3 设备数据展示 172
5.7 进阶篇一：数据中心热力图 174
5.8 进阶篇二：空间展示效果 180
5.9 数据中心大屏实例展示 183
5.10 本章小结 184
参考文献 185
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