基于Unity3D的數(shù)據(jù)中心可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬潔瓊

（92020 部隊(duì) 山東省青島市 266000）

數(shù)據(jù)中心作為一種特定的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，主要用于對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算、傳輸以及展示?；跀?shù)據(jù)中心的不斷發(fā)展，在數(shù)據(jù)中心展示功能方面，數(shù)據(jù)中心可視化已經(jīng)成為近年來(lái)相關(guān)部門(mén)的熱門(mén)研究話題，在我國(guó)，由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心可視化系統(tǒng)得出的可視化結(jié)果層次細(xì)節(jié)顆粒度過(guò)低，無(wú)法清晰展示數(shù)據(jù)信息，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在很大的局限性。而Unity3D 作為一種開(kāi)發(fā)工具，可直觀的呈現(xiàn)數(shù)據(jù)信息，實(shí)施數(shù)據(jù)人工智能處理，進(jìn)而獲取高重疊度數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)中心可視化提供一個(gè)嶄新發(fā)展方向[1]。因此，本文基于Unity3D優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心可視化系統(tǒng)，致力于通過(guò)Unity3D，提高可視化數(shù)據(jù)的層次細(xì)節(jié)顆粒度，得到更為清晰的數(shù)據(jù)可視化結(jié)果，提高數(shù)據(jù)中心的展示性能。

1 Unity3D

Unity3D 在本質(zhì)上屬于游戲引擎[2-3]。Unity3D 最新版為Unity3D 2019.3，以其高性能特點(diǎn)受到了除游戲領(lǐng)域外其他領(lǐng)域的熱切關(guān)注，至今為止Unity3D 已經(jīng)應(yīng)用在建筑可視化領(lǐng)域中，并提高了建筑可視化模型的精度，取得了良好的應(yīng)用效果。因此，本文有理由將Unity3D 應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基于Unity3D的數(shù)據(jù)中心可視化系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容，如下文所述。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集板塊

數(shù)據(jù)采集板塊主要是采集數(shù)據(jù)中心所需的模擬量數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，采用型號(hào)為HYVJ-KIB15690 數(shù)據(jù)采集板塊，該數(shù)據(jù)采集辦卡性能高，且數(shù)據(jù)采集速度較快，通過(guò)一個(gè)2 路六位模擬量輸入模塊，采集數(shù)據(jù)中心模擬量數(shù)據(jù)，通過(guò)ISA 總線使服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集板塊互聯(lián)，即可控制數(shù)據(jù)采集板塊運(yùn)行。

2.2 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

數(shù)據(jù)采集板塊采集到的模擬量數(shù)據(jù)不服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行需求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精準(zhǔn)度直接影響此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)可視化的精準(zhǔn)度，因此根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)型號(hào)為AGVD-SDNV1400 的32 位半閃速結(jié)構(gòu)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該型號(hào)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器不僅具備高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的功能，并且AGVD-SDNV1400 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還具有轉(zhuǎn)換保持電路功能[4]。該型號(hào)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器主要性能指標(biāo)為：20V 多電源供電、分辨率為32 位、20MSPS 最大轉(zhuǎn)換速率、60ms 裝換周期。AGVDSDNV1400 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器各個(gè)引腳功能，如表1所示。

結(jié)合表1所示，通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器外部時(shí)鐘信號(hào)由C 時(shí)鐘信號(hào)輸入腳傳輸，由內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器轉(zhuǎn)換為單路時(shí)鐘信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)兩路采樣比較器，由編碼器生成數(shù)字信號(hào)，由高四位和低四位合并形成最終的16 位傳輸數(shù)據(jù)。

圖1：系統(tǒng)軟件流程圖

圖2：可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度對(duì)比圖

2.3 顯示器

設(shè)計(jì)顯示器作為數(shù)據(jù)中心可視化結(jié)果的展示界面，將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器得到的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)在顯示器上顯示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心可視化。本文設(shè)計(jì)的顯示器，型號(hào)為CFR9652548，尺寸為32 寸，共有24 路，通過(guò)串口通訊能夠直接獲得的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)。通過(guò)Sucount K 網(wǎng)絡(luò)與下層控制主機(jī)相連。顯示器的硬件環(huán)境配置，包括：2Mbpspc 端各類(lèi)型瀏覽器及移動(dòng)端各類(lèi)型瀏覽器，類(lèi)型為帶寬可支持瀏覽器。利用顯示器中的雙核多路，提高顯示速率。以此，完成系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)。

表1：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器引腳功能

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件流程圖，如圖1所示。

結(jié)合圖1所示，本文針對(duì)上述的3 步主要流程展開(kāi)詳細(xì)研究，如下文所述。

3.1 數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于采集到的數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)類(lèi)型較為單一，不利于數(shù)據(jù)中心細(xì)節(jié)可視化，通過(guò)數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理，為數(shù)據(jù)中心可視化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)包括：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)與單元之間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)等。對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)是以網(wǎng)格作為載體的，因此，在可視化處理對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)之前，要獲取到數(shù)據(jù)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息和單元信息，從而在此基礎(chǔ)上完成對(duì)其的可視化處理。

3.2 數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)場(chǎng)網(wǎng)格顯示與隱藏

在完成數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，執(zhí)行數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)場(chǎng)網(wǎng)格顯示與隱藏。將數(shù)據(jù)中心中的層、行、列用A、B、C 表示，對(duì)于二維對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)場(chǎng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可用A、B 定義，對(duì)于三維對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)場(chǎng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可用A、B、C 定義。其中非結(jié)構(gòu)式網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)化顯示方法可利用其自身的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于存在剖面或橫切面的對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)場(chǎng)網(wǎng)格，可以通過(guò)插值或重組的方式將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而將復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。目的都是為了更加清晰地得到計(jì)算的結(jié)果。網(wǎng)格隱藏處理是通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)其分區(qū)的隱藏。設(shè)其目標(biāo)函數(shù)為，可得公式（1）。

公式（1），u2指的是數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)場(chǎng)網(wǎng)格顯示空間軌跡編號(hào)；u1指的是數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)矢量。以此，實(shí)現(xiàn)對(duì)其分區(qū)的隱藏。

3.3 導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D可視化數(shù)據(jù)中心

將顯示的數(shù)據(jù)中心對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)場(chǎng)網(wǎng)格，導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D 可視化數(shù)據(jù)中心，自動(dòng)生成3D 可視化數(shù)據(jù)中心，從而實(shí)現(xiàn)其可視化[5]。等值線繪制是利用Unity3D 開(kāi)發(fā)工具中的C#編寫(xiě)，提取數(shù)據(jù)中心網(wǎng)格當(dāng)中的某一數(shù)據(jù)量，并將所有的點(diǎn)繪制成連續(xù)的分布圖形，從而反映對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)中的某些特征。云圖是將網(wǎng)格表面上的某一分析區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的顏色填涂，更清晰地觀察對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)中的某一特定范圍的數(shù)據(jù)分布情況，這種方法能夠更加直觀、有效地將對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來(lái)[6]。對(duì)于Unity3D 構(gòu)建場(chǎng)景時(shí)，可以通過(guò)構(gòu)造等值面、幾何圖形表達(dá)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心可視化，進(jìn)而調(diào)整數(shù)據(jù)中心的粒子效果。

4 實(shí)例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文實(shí)例分析選取某數(shù)據(jù)中心作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。本次實(shí)驗(yàn)采用黑盒測(cè)試的方式，需要2 臺(tái)服務(wù)器，測(cè)試IP 地址段為196.56.25.214.01。將測(cè)試指標(biāo)設(shè)置為可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度，層次細(xì)節(jié)顆粒度越高證明可視化系統(tǒng)的清晰度越高，包含的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)特征越多。先使用本文方系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)中心可視化，通過(guò)Krtydhsie測(cè)試可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，記錄測(cè)試結(jié)果，后使用傳統(tǒng)系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)中心可視化，通過(guò)Krtydhsie 測(cè)試可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度，設(shè)為對(duì)照組，記錄測(cè)試結(jié)果。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，如圖2所示。

通過(guò)圖2 可知，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度明顯高于對(duì)照組，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)基于Unity3D的數(shù)據(jù)中心可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心可視化中存在的問(wèn)題。由此可見(jiàn)，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)數(shù)據(jù)中心可視化優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大Unity3D 在數(shù)據(jù)中心可視化中的應(yīng)用力度。在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)中心可視化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高數(shù)據(jù)中心的綜合性能提供參考。