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デジタルツインとは?

David Weir-McCall |
2021年1月11日
3Dモデルとそのデータを取り扱っている方は、分析と最適化の潜在的なソリューションとして「デジタルツイン」が言及されているのを耳にしたことがあるでしょう。しかし、デジタルツインとは、具体的には何のことなのでしょうか?

デジタルツインとは物理的実体の 3Dモデルであり、3Dモデルのアニメーションは、現実世界に実在するもののライブデータによって駆動します。 

デジタルツインには次のものが含まれます:
  • その稼働に関するリアルタイムのデータを生成したり、センサーを使って周囲のアクティビティに関するリアルタイムのデータを収集する物理的に実在するもの
  • 物理的に実在するものの 3Dモデル
  • 物理的に実在するものから 3Dモデルへのライブデータストリーム
  • 受信したライブデータをもとに、3Dモデルを物理的に実在するものと同じように動作させるためのソフトウェアベースの仕組み

デジタルツインが何かを理解することと、なぜそれが必要かを理解することは別のことです。

なぜデジタルツインが必要か?

たとえば、工場の組立ラインを最適化して、製造時間やコストを削減できるかどうかを確認する必要があるとします。 最初のステップとして、機械やロボット、原材料、ベルトコンベヤー、フォークリフト、カート、さらには人員など、生産に関連するすべてのものを含む工場の 3Dモデルを作成します。次に、物理的に存在する工場で、サイクルを完了するまでの時間など、稼働に関するライブデータを送信するように機械とロボットを設定します。 重要な領域にセンサーを配置して、原材料のパレットの到着やコンテナへの完成品の充填など、変更が発生したときに通知するようにします。

次に、ライブデータを処理し、リアルタイムで 3Dモデルを更新するためのソフトウェアインターフェースを設定します。これで、工場の最新の状況がコンピュータの画面上に表示され、さらには VR(工場のデジタルツイン)でも見ることができます。

経営幹部やエンジニアは、いつでもデジタルツインを見ることで工場のフロアを「見る」ことができ、工場とやりとりすることもできます。ズームインして特定のプロセスが何をしているかを確認したり、ズームアウトしてプロセス全体にどのような影響を与えているかを確認したりすることができます。また、キャプチャしたデータは、数学モデルやツールを使ってさらに分析することもできます。

この例から、デジタルツインが様々な目的に対してどのように役立つかがわかります:
  • 施設管理
  • 都市計画
  • 自動運転車試験
  • 使用状況やトラフィック、ワークフローの分析

デジタルツインは、数値と視覚の両方の情報を提供し、設計者、建築家、エンジニア、その他の利害関係者がこれまでにない方法で構造物を視覚化するのに役立ちます。従来の解析では見えなかったパターンがデジタルツインを使用することで明らかになり、効率改善への洞察につながります。 
都市計画の場合、交通パターンを俯瞰し、交通信号や歩行者信号の変化に関するミリ秒単位の正確なデータを取得することで、都市計画の立案者が交通パターンを分析し、新しい信号を追加する場所や、既存の信号のタイミングを変更するべきかを判断するのに役立ちます。このようなデジタルツインは、新しいショッピングモールやオフィスビルを追加することの実現可能性や、新しい高速道路の出入口が中心街の混雑を軽減できるかどうかについても情報を提供することができます。

自動運転車の場合、センサーからのデータと車の速度、停止、発進、旋回を組み合わせて3Dモデルに適用することで、車がその時点で何をしているかを把握することができます。ダッシュボードにズームインしてそこからの眺望を見ることも、車が移動している間にメトリックスを変更してライブで止めることもできます。デジタルツインを使用することで、エンジニアは数字の流れだけでは収集するのが難しい洞察を得ることができます。

工場のデジタルツインでは、特定の原材料やロボットを特定の機械の近くに配置すれば、生産時間を大幅に短縮できることに気づくかもしれません。

つまり、デジタルツインは、資産、プロセス、ワークフローの監視と分析を通じて、時間とコストを最適化する方法を提供します。 
 

デジタルツインの技術:新しいツールで可能に

Maya や 3ds Max などのデジタル コンテンツ作成 (DCC) ソフトウェアに精通している方は、これらのパッケージにはスクリプト言語が組み込まれていることをご存知でしょう。つまり、こうしたスクリプトを通して3Dモデルを制御してきました。また、多くのデジタルツイン ベンダーは、 RESTful API 接続とライブデータソースへのアクセスを提供してきました。 

言い換えれば、デジタルツインを作成するためのツールはかなり前からあったということです。しかし、最近までデジタルツインへの参入障壁は高く、初期設定には熟練したコーダーと、技術者以外の人がデジタルツインにアクセスできるようにするためのユーザーエクスペリエンス(UX)デザイナーが必要でした。デジタルツインは、その作成と維持に多大な時間と労力を要しました。

これが、リアルタイム技術が違いを生むところです。ゲームエンジンを使用すれば、デジタルツインの設定と保守は最初からプログラミングするよりもはるかに簡単で高速にできます。また、その結果は、他のうまく設計されたゲームと同じように、誰でも簡単にナビゲートして使用することができます。 自分のプロジェクトにデジタルツインを設定する方法を詳しく知りたい方は、こちらの記事 デジタルツインを始めるには をご参照ください。 



建築、映画製作、航空宇宙、自動車など、さまざまな業界ではすでにゲームエンジンをゲーム以外の用途に使用しており、あらゆるシミュレーション、VR体験、リアルタイムのビジュアライゼーションを作成しています。3Dモデルがすでに存在しているため、デジタルツインの開発は、これらの産業にとって当然の次のステップとなります。
 

デジタルツインはどのように使用されているか?

さまざまな業界でのデジタルツインの活用事例を見てみましょう。 

都市計画とインフラ

デジタルツインの最も顕著な用途の1つは、バーチャルシティで、デジタルツインは都市のインフラを監視し、将来の計画立案のために使用されています。

都市機能を監視する上海のデジタルツイン - 専門家が中国で最も人口の多い都市の完全なバーチャル・クローンを作成し、市の運営者が交通施設の運営から橋のメンテナンスまですべてを監視できるようにしました。また、予測データを利用して洪水のシミュレーションを行い、災害対策計画に役立てることも可能です。

 
 
ビジュアライゼーション向けタンパ市の XR デジタルツイン - 物理モデルと投影された画像の組み合わせにより、都市の開発計画が3次元で表示されます。 不動産ソースと地理システムから集約されたデータが地図に反映され、家賃の伸び、予測される交通データ、リアルタイムの交通量、さらには太陽の分析についても洞察を得ることができます。
Image courtesy of SPP & Imerza
都市計画のためのアデレード市のデジタルツイン - オーストラリアの都市の縮尺モデルは、デジタルツインとして将来使用するために構築されており、都市計画担当者は、視線の評価から都市の問題を事前に発見するためのあらゆる用途に使用することを期待しています。 
Image courtesy of Aerometrex

航空宇宙

デジタルツインを導入した最初の航空会社のひとつがフィンエアーです。現在は ヘルシンキ空港での航空会社の活動を情報提供するするためにこの技術を使用しています。
Image courtesy of ZOAN

自動車

自動車業界では、ヒューマン・マシン・インターフェース(HMI)から自動運転車の開発に至るまで、設計、製造、テスト、販売のあらゆるフェーズで、多くのリアルタイム技術が活用されています。新しい技術の登場が迫っているいま、 デジタルツインはこれらのフェーズの一部となる準備が整っています

デジタルツインとスマートシティ

デジタルツインと同様に「スマートシティ」という言葉をよく耳にします。どちらもライブデータを利用して同様の目的を果たしますが、同じものではありません。

スマートシティは、都市環境でライブのモノのインターネット(IoT)デバイスからデータを収集し、このデータを分析、テスト、最適化、および予測テストに使用します。例えば、スマートシティは交通パターンに関するデータを収集し、信号機のタイミングを誘導することができます。スマートシティは3Dモデルを使用するかどうかにかかわらず、視覚的な表現を使わずに数値データを収集することに利用される傾向があります。 

一方、デジタルツインの場合は、常に3Dモデルが含まれており、必ずしも予測データに関心があるわけではありません。3Dモデルは、高速パフォーマンス用に最適化されていることが多く、DCC、LiDAR スキャン、フォトグラメトリー、あるいはプロシージャルな手段で作成することができます。

デジタル表現は、スマートシティとデジタルツインの両方で可能です。 以下のチャートは、これら2つの類似点と相違点を示しています。
Digital Twin Chart JA

Unreal Engine とデジタルツイン

Unreal Engineは、多くのデジタルツイン アプリケーションに最適なツールです。その ブループリント ビジュアル スクリプト システムは、技術者以外のユーザーに、コーディングを行わずに 3Dモデルのプロセスをプログラムする方法を提供します。さらに、Unreal Engine は、ライブデータを受け入れて処理できるツールが組み込まれています。

「私たちのような小さなチームが、プレゼンテーションをより良いものにするためのインタラクションや機能を作成することが急にとても簡単になりました」と、様々なクライアントのためにデジタルツインを作成しているスウェーデンのコンサルタント会社 Tyréns のビジュアライゼーション エキスパート、Jonas Gry Fjellström 氏は述べています。「リアルタイムモデルは、そうでなければ別の機会に検討しなければならない多くの疑問をすぐに解決することができます。」

まだプラグ アンド プレイの段階ではありませんが、デジタルツイン技術は、Unreal Engine のような無料のゲームエンジンの助けを借りて、アセットの 3Dモデルを作成する機能を備えた、どのようなビジネスでも手が届くところまで進んでいます。

「リアルタイム技術により、誰もが同じことを確認し、意思決定を迅速に行うことができます」と、IMERZAの共同創設者兼CTOである DorianVee 氏は述べています。 「これは、コストの削減、変更注文の削減、および全体的な設計の改善につながります。」
 

デジタルツインの未来

デジタルツインは、さまざまな産業にとって重要なITツールとして台頭しています。 Engineering.com によると、デジタルツインは、人工知能(AI)、機械学習(ML)とともに、戦略的テクノロジー・トレンドのトップ10に入っています。

今後の重要な分野は、製造プロセスがジャストインタイム生産のために納品された部品に依存するサプライチェーンです。サプライチェーンのデジタルツインは、多数のアイテムと倉庫で構成され、在庫と潜在的な納期を追跡します。このようなデジタルツインは、多くの異なるサプライチェーンのシナリオのパフォーマンスをシミュレートして評価することができるため、管理者は製造プロセスを最適化するための意思決定を行うことができます。

普及するにつれ、都市計画から製品開発、工場シミュレーションまで、あらゆる分野でデジタルツインが使用されるようになると予想されます。

「産業に革命を起こすようなものは滅多にありません。複数の産業に一度に革命を起こすようなことは、100 年に一度くらいでしょう」と Vee 氏は述べています。「Unreal Engine はまさにそれを実行しているのです。」

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