一條冷知識：如何把現(xiàn)實(shí)世界投射到元宇宙的虛擬世界中？

“元宇宙（Metaverse）”這個概念出自尼爾·斯蒂芬森在1992年的科幻小說《雪崩》。小說描繪了一個數(shù)字空間元宇宙，在這里，人們利用數(shù)字“化身（Avatar）”來相互交往。

從小說中的描述可以看出元宇宙本質(zhì)上是對現(xiàn)實(shí)世界虛擬化、數(shù)字化過程，要想元宇宙在現(xiàn)實(shí)中得以實(shí)現(xiàn)，我們需要擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈這三大技術(shù)。

在這里文檔君給大家介紹其中的數(shù)字孿生（Digital Twin）技術(shù)。

01、數(shù)字孿生的發(fā)展歷程

起源

數(shù)字孿生這個概念最開始起源于20世紀(jì)70年代，美國航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）使用兩個一模一樣的航天飛行器，其中一臺發(fā)射到外太空執(zhí)行太空任務(wù)，另一臺留在地球上輔助工程師分析處理太空中多種故障場景。

發(fā)展

2002年，密歇根大學(xué)教授Michael Grieves在關(guān)于產(chǎn)品生命周期管理的演講中，提出了類似數(shù)字孿生的概念模型。

2010年，NASA在其發(fā)布的技術(shù)路線圖中使用了數(shù)字孿生這一概念。

2011年，某研究實(shí)驗(yàn)室人員在一次演講中提到了機(jī)體數(shù)字孿生（Airframe Digital Twin）這個概念。

2015年之后，世界各國陸續(xù)開始研究如何將數(shù)字孿生體應(yīng)用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中。

2016年~2018年，Gartner連續(xù)三年將數(shù)字孿生列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢。

02、數(shù)字孿生技術(shù)VS仿真技術(shù)？

文檔君一臉迷茫地看著這段話，不自覺摸了摸自己的小腦袋。

簡單來說數(shù)字孿生就是在虛擬空間中構(gòu)建出與物理實(shí)體組成、特征、功能和性能完全等價，且可以進(jìn)行仿真和優(yōu)化的數(shù)字模型（即數(shù)字孿生體）的一種技術(shù)。

這么一介紹是否瞬間覺得數(shù)字孿生沒有一開始聽起來那么高大上了，甚至還覺得：嘿呀，這不就是在電腦上用CAD軟件三維建模嗎？

當(dāng)然不是這樣的，兩者的區(qū)別是數(shù)字孿生具有實(shí)時性和閉環(huán)性，這是仿真技術(shù)所不具備的。

實(shí)時性：數(shù)字孿生體與物理實(shí)體在全生命周期保持一致，并能高保真地鏡像物理對象的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)。就像有個鏡中世界，里面的人和物體24小時全天候的模仿著鏡子外的你和你周圍的環(huán)境。

閉環(huán)性：數(shù)字孿生體不僅可以接收來自物理實(shí)體的數(shù)據(jù)，還可以將自身進(jìn)行的仿真和推演的結(jié)果反饋給物理實(shí)體，從而幫助用戶對物理實(shí)體進(jìn)行優(yōu)化和決策，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體的閉環(huán)決策優(yōu)化功能。

就像去醫(yī)院做身體檢查，檢查設(shè)備對患者的患病部位進(jìn)行監(jiān)測和檢查，最后檢查設(shè)備把分析判斷結(jié)果反饋給醫(yī)生和患者，醫(yī)生基于檢查結(jié)果進(jìn)行治療方案的制定和實(shí)施，當(dāng)然與做身體檢查不同的是，數(shù)字孿生體的推演結(jié)果可以直接在物理實(shí)體中得以反饋并呈現(xiàn)。

聽起來是不是高大上了那么“億”點(diǎn)點(diǎn)？

在數(shù)字孿生體中，仿真技術(shù)是一種用來構(gòu)建模型和進(jìn)行仿真模擬的技術(shù)。

03、數(shù)字孿生的應(yīng)用

數(shù)字孿生的應(yīng)用可以說“千行百業(yè)”，涉及到智能制造、智慧健康、智慧城市、智慧能源等各個領(lǐng)域。

除了上述領(lǐng)域之外，在通信領(lǐng)域中的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)也采用了數(shù)字孿生技術(shù)。

數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)（DTN，Digital Twin Network）在《數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)（DTN）白皮書2021》中是這樣定義的：是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的虛擬孿生體，且可與物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間實(shí)時交互映射的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)對比傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢：

可視化實(shí)時反映網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

故障回溯到“過去”。

調(diào)整和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源。

對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案進(jìn)行仿真，驗(yàn)證后部署在物理網(wǎng)絡(luò)中。

根據(jù)數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，文檔君掐指一算，預(yù)測一下數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)未來可能的應(yīng)用場景：

基于數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)意圖網(wǎng)絡(luò)：意圖網(wǎng)絡(luò)中的翻譯和驗(yàn)證、意圖動態(tài)保障/優(yōu)化等功能可基于數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的映射模型來實(shí)現(xiàn)，實(shí)時保障來自網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的用戶意圖。關(guān)于意圖網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)介紹請?zhí)D(zhuǎn)至躺“營”的意圖網(wǎng)絡(luò)。

可視化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>管理：基于數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的映射模型，生成與物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)體對應(yīng)的虛擬拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)拓?fù)涠嗑S度的可視化展現(xiàn)。

目前越來越多的企業(yè)廣泛應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，但是仍然面臨著行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)采集能力層次不齊，關(guān)鍵數(shù)據(jù)無法得到有效感知，采集到的數(shù)據(jù)使用率低下，缺乏數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)等問題，從長遠(yuǎn)來看，要發(fā)揮數(shù)字孿生技術(shù)的全部價值，需要整合數(shù)字孿生整個生態(tài)系統(tǒng)中的所有系統(tǒng)與數(shù)據(jù)，這是數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展的趨勢。

數(shù)字孿生由基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)互動層、模型構(gòu)建層與仿真分析層、共性應(yīng)用層和行業(yè)應(yīng)用層組成，而從數(shù)字孿生的生態(tài)系統(tǒng)中囊括的各種信息技術(shù)可以感覺到未來真的就是“元宇宙”了。

注：此圖出自《中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院：數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書2020》

基礎(chǔ)支撐層：用于采集數(shù)據(jù)并向網(wǎng)絡(luò)端發(fā)送的終端設(shè)備。

數(shù)據(jù)互動層：為數(shù)字孿生的構(gòu)建提供支持的軟件和平臺。

模型構(gòu)建層與仿真分析層：為數(shù)字孿生建立有物理規(guī)律和機(jī)理的數(shù)字模型。

共性應(yīng)用層：用于支持物理實(shí)體的全生命周期管理。

行業(yè)應(yīng)用層：針對行業(yè)需求的數(shù)字孿生技術(shù)在各個領(lǐng)域的各種應(yīng)用服務(wù)。

05、總結(jié)

數(shù)字孿生技術(shù)目前在各個行業(yè)領(lǐng)域都有巨大的發(fā)展前景，是實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)療、智慧城市、智慧制造、智慧網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，相信成熟的數(shù)字孿生技術(shù)擁有大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的加持，在未來的某一天實(shí)現(xiàn)“元宇宙”這個愿景中定會大展拳腳。