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[分享] 优锘志—做一只要内在的花瓶

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ico_lz  楼主| 发表于 2019-12-10 18:13:49 | 显示全部楼层 |阅读模式

  一、前言

      ICT圈子里的人,特别是学通讯的,多几多少城市听说过“信息论”这个词。美国数学家香农于上世纪40年月建立了这个关于信息转换和传输的理论系统。得益于信息论,我们明天赋可以方便天时用电子装备停止远程相同和合作。

  那末,信息论这样一个布满数学公式的笼统理论系统跟数字孪生这样一个以显现为主的利用范畴有关系吗?答案是:有。而且,依照信息论中的术语来说,绝对是互信息高,强相关性的两个事物。

  自从打仗数字孪生以来,有个题目一向困扰着我,就是我们的客户甚至于一些刚入行的同事,都以为数字孪生系统除了界面美妙和结果炫酷之外,似乎没什么更大的用处,一言蔽之:花瓶!而打仗过一段时候后,想法改变了,以为数字孪生系统似乎有点用处,可是又说不出个所以然来,也只好反频频复地用一些车轱辘话来向客户诠释,我们的系统直观易懂,能反应最新的高科技和前卫思惟,带领们都很喜好如此。很多客户一听,是这么回事,既然“我爱进修,进修让我妈欢畅”是真理,那末“我买数字孪生,数字孪生让带领高兴”必定也不差啊。

  因而乎,优锘科技的软件销量一向还不错。

  作为一家有情怀的公司,我们历来没有放弃根本治理的信心,而是期望经过理论,特别是那些被数学严酷证实的理论,来诠释数字孪生系统存在的科学道理。很巧的是,前段时候恰好读了一些关于信息论的材料,这些材料写得浅显易懂,让天资愚钝的我也能大方法会了其中的部份内容。明天这篇短文,就是尝试着用信息论中的概念,来诠释为何数字孪生系统可以大行其道。不外有个重要的条件必必要说,这篇文章议论的一切关于信息论的内容,人都是接收信息的最初节点,要把人的身分斟酌在其中。

       二、信息转换两原则

  信息论中,关于信息的转换有两个根基原则:

  轻易识别:也就是说,代表信息的标记范例数目不要太多,轻易记忆,且外在暗示表面清楚,不外于复杂,标记与标记之间区分度较大;

  高效编码:就是用只管少的标记表达只管多的信息,这是信息编码效力的进步,让信息转换和传输的速度城市快很多,这个原则同时也是香农第一定理的一种口语诠释。但高效性的条件是轻易识别,比如玛雅人用二十进制,虽然满足了编码高效性的原则,可是标记太多,没有满足轻易识此外原则,所以不是信息传递的最好编码方式。计较机的二进制虽然编码效力不是最高的,在计较机的天下里是最轻易识别和处置的,所以终极被采用。在人的天下里,最合适的是十进制。

  下面来看看收发电报用的摩尔斯电码的编码表示图。

优锘志—做一只要内在的花瓶

  上图中,小圆点代表电报机的短打仗,长条代表电报机的长打仗(即发报员按住继电器,让其连结闭合的时候大要为短打仗的三倍),分歧的是非组合代表分歧的字符和数字(下面是老式电报机的表示图,看了这张图应当能晓得什么是打仗了)

      优锘志—做一只要内在的花瓶

  摩尔斯编码出格能表现信息转换的两个原则。首先,只要短打仗和长打仗两种方式,接收电报的电报员很轻易识别,不太会出现误差;然后,依照文章里英笔墨母出现的几率来停止编码,最多见的字母e用最简洁的一个短打仗暗示。这样做的成果,就是编码的电报长度相对较短且轻易识别,传输起来就又快又准。

       三、信息论的根基利用

  传统的利用系统在表达物理天下时,不管是笔墨表达还是图形表达,都是用笼统、概括、推理等手段将物理天下按一定的方式停止了转换,酿成的成果就是用户盲人摸象一般对治理工具停止了分歧的解读。而数字孪生系统采用的是基于物理天下、三维的、交互式的图形界面,相当于让用户设身处地一样的来到现排场对实在的治理工具,这类情况下就很难发生二义性。

  概括来说,数字孪生系统及其合适信息转换中的第一个原则,轻易识别。这个特点使得代表物理天下的信息在到达传输途径终极节点的时辰(这个终极节点就是人)可以被忠厚的复原,几近不会出现失真,一切用户都可以周全、分歧、快速地了解信息代表的寄义。可以说,这是人类今朝一切信息传递方式中辨识度最高的,没有之一。

  至于高效编码原则,在数字孪生系统中利用比力普遍的就是无损紧缩和模子缓存。

  当用户第一次进入系统大概模子更新的时辰,都要从办事器下载模子。这时辰,假如收集带宽不够(广域网尤其明显),就会致使系统加载缓慢。对于开辟者而言,收集带宽是不成控身分,所以他们凡是都利用无损紧缩的方式,将物体模子文件和模子上的贴图文件停止紧缩,削减了收集数据的传输量,进而下降了系统加载的时候。

      四、信息论的扩大利用

  内存由于存取数据速度上的上风,是法式员的最爱。可是基于平安的斟酌,阅读器自己所能利用的内存是有限的(而普通的可履行法式能利用几近一切的可用物理资本),所之前端开辟职员的重要使命之一就是若何把有限的内存发挥最大的感化。在数字孪生系统中,凡是的做法是将模子及相关数据停止缓存,固然也是操纵高效编码的道理,将三维场景中的各类模子按数目几多停止排序,再决议哪些模子文件放到内存中,保证这些频仍出现的模子不需要再去硬盘上读取,节省加载的时候。

  信息在传输的进程中,由于报酬身分大概年月久远,要末增加了一些干扰的噪声,要末缺失了一些重要的片断,人们不太清楚信息究竟要表达什么寄义,也就是说信息出现了不肯定性。对于这个题目,在众多的处理计划中,信息论就是很有用的手段之一。

      4.1信息的矢量化

  很多优异的常识进修者都提到了一个经历,想要快速进修某个范畴的常识的话,要最少找两篇由这个范畴中的两位概念相反的佼佼者编写的文章大概书籍来看。这个经历映照着这样一个事理,假如要知晓事物的本质,就要尽能够多维度地领会它的外在特征,经过穿插考证的方式发现真相。如同我们方法会历史的真相,仅仅靠读史乘是不够的,再多的史乘也只是在笔墨记录这样一个维度上去复原历史,我们还要依靠于考古学家的文物发现去从另一个维度考证。

  在数字孪生系统中,依靠于三维可视化技术,被管工具就是以多种维度显现在用户眼前。

  举个停车场可视化的例子,传统的系统大要能告诉用户两条信息,一是车位总数,二是余暇车位数目。这样的信息可以让治理员大概车主采纳二选一的行动,一是有车位,你可以进去停,二是没车位,你别进去了,但这样的信息包括的不肯定内容太多了,对车主大概为车主供给办事的停车场治理员来说极不方便。

  可是数字孪生系统中的停车场就纷歧样了,治理员大概车主不但仅可以看到能否有车位,还可以看到那里有车位大概残疾人车位,哪些车位方便停车,哪个地区的车位多一些,甚至可以以第一人称的视角指导车主到达方针车位。假如停车场与修建物在同一场景中,还可以领会到哪些车位离电梯近一些,哪些车位离车主预备前往的办公地区大概贸易地区近一些,根基上一切人群的需求都能被覆盖到。

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  比起传统系统单一的数目维度,数字孪生系统还以可视化方式供给了空间位置维度、静态第一人称视角维度、参照物维度、车位范例维度、同质地区维度等等,维度的增加让信息简直定性越来越高,大猛进步了信息的代价。这就是信息矢量化发生的庞大功效。

       4.2信息的冗余度

  1997年8月,一架大韩航空客机在接近关岛机场时撞上尼米兹山山腰,226人灭亡。事后观察发现,变乱发生前客机第一副驾驶和飞机工程师都曾用韩语表达过否决目测着陆的暗示,而机长没成心想到暗示的内容。

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  作为解救办法,大韩航空约请达美航空的戴维?格瑞博来帮助治理运营。格瑞博空降来的第一件事就是进步一切航班机组的英语才能,并将工作说话规定为英语。

  形成这场空难的缘由很多,比如机长的才能低下与偏执,比如韩国企业文化中的权利至上空气而不敢对机长提出质疑而致使的表达过于委婉等等。但其中有一个很重要的缘由就是英语的这类表达方式比起东亚说话来说,信息冗余度更高,更轻易让人了解而不发生误解和信息缺失。

  什么叫信息冗余度高呢?举个例子,英文版和中文版的圣经经过哈夫曼编码(可以了解成一种把信息高度笼统化,把空话全数去掉的无损紧缩算法)后的长度几近是一样的,但假如不紧缩的话,英文版的圣经的厚度几近是中文版的1.5倍。这个结论充实说了然对于一样一个意义的表达,英文的表达方式是冗余量较高的。即使不做量化的对照,大师在英语考试时做中英文互译对此应当也深有体味。在此我们不去探讨为何英语冗余度高,我们只需要晓得这样一个信息论中的结论即可,就是为了进步信息传递的有用性,必须连结信息的一定冗余度。上文中说到的大韩航空替换工作说话,实在也是利用到了这个结论,从而保证信息传递的有用性,下降相同失误致使灾难发生的能够性。

  数字孪生系统中,关于物体的空间属性(比如长宽高和坐标信息),不但唯一传统的数字形式,还有物体的三维模子这样一个同即是空间属性数据的冗余表达形式。你可以设想这样的一些场景,一台核磁共振仪穿墙而过,同时出现在两个房间里;一个机柜中的高低两台办事器有一部分堆叠在一路。这类现实天下中不成能发生的情况在数字孪生系统中出现了,为什么呢?由于系统的显现是基于空间属性数据的,作为资产治理员便很轻易的从其中发现资产数据存在的题目进而停止完善,这就是数字孪生系统中,信息冗余度带来的益处。

       五、信息论的未来利用

  大师城市有这样的体验,当你戴着耳机在一个喧闹的情况入耳歌的时辰,为了听清楚歌曲,不能不进步音量,可是长时候的低音量对耳朵是有损伤的。为此出现了一种自动降噪耳机,这类耳机中内置的芯片可以过滤掉外界的乐音,只让人想听的音乐进入耳朵。它是怎样做到的呢?

  这里需要引入一个新概念,叫“傅里叶变更”。这个概念具体诠释起来对于普通人来说有点艰涩,概括而言,就是把不轻易识此外信息经过一种等价方式的转换,从而变得轻易识别和处置。我们晓得很多关于等价转换的例子。比如曹冲称象的故事中,就是把不轻易丈量重量的大象的转换成可以丈量的很多块石头;比如天体物理学家判定宇宙中其他星球的物资成份,并不需要下降到其上去采样,而仅仅经过千里镜的观察和光谱分析即可,正是由于物资的化学成份与其光谱之间是等价关系。一样的事理,自动降噪耳性可以经过傅里叶变更,把外界声音等价酿成一个个分歧频次声波的组合,并分析、发现并抵消声波组合中的属于乐音频次的声波,最初让耳朵听到一般的音乐。

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  傅里叶变更是信息论系统中很重要的一根支柱,在数字孪生系统中也有很多的利用处景,特别是自动建模这部分。作为数字孪生范畴的领头羊,优锘科技已经在CAD图纸、IT系统架构图和二维物体图片的自动识别和建模方面利用了傅里叶变更算法,并获得了一些严重冲破,道理也是把上述三类数据停止等价转换,把其中的乐音数据过滤后再停止处置。只是,这其中还要牵扯到大数据练习和野生智能的形式识别等诸多的技术范畴,并不是一挥而就。

  优锘科技一向在憧憬一个由自动化收集、自动化天生和自动化毗连组成的三位一体的新一代数字孪生天下。现在,以倾斜摄影为代表的的自动化收集技术和以5G通讯为代表的自动化毗连技术已经初见效果,而自动化建模则是我们进入新天下要跨过的最初一道难关。

  技术在进步,人也在进步,对于我们优锘人来说,还有什么是不成能的呢?

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