數字孿生：元宇宙的基礎構建單元
不久前，扎克伯格進軍元宇宙的高調宣傳讓這片虛擬世界成為全球關注的焦點。
然而，元宇宙代表的並不只是一個連通消費群體、承載娛樂內容、呈現購物或業務協作場景的平台。它更是在全虛擬環境下建立的物理世界副本，使用者可以藉助VR或AR等技術利用它反過來優化物理現實。作為元宇宙的基礎技術之一，數字孿生所強調的正是這種立足數字環境訪問物理現實的能力。
「數字孿生是一種對於既有對象或系統的、跨越其完整生命周期的虛擬表示，經由實時數據進行更新，並使用模擬、機器學習及推理等技術助力決策。」 - IBM.
數字孿生幫助我們在數字環境下重構物理世界，並映射出其中每一個微觀細節。在先進感測器、AI以及通信技術的支持下，這些數字空間中的副本能夠精確模擬包括人體、設備、事物、系統乃至地點在內的各類物理對象。
而虛擬模型對於真實對象或系統的準確模擬，離不開感測器數據的持續更新。這些感測器主動將相關環境數據實時轉發至數字副本端，藉此實現物理對象或系統與數字副本之間的動態同步。而這些數據的存在又將催生出新的流程與服務，例如通過數據分析預測潛在故障的預測性維護，就有望幫助我們在故障實際發生前搶先加以修復。正是這種強大的能力，讓數字孿生成為企業元宇宙探索之旅中的重要組成部分。
元宇宙的四層結構
如果將物理世界視為元宇宙的第零層，那麼數字孿生就是第一層——大家也可以將其理解成（工業）物聯網。運行在其上的一切協議都屬於第二層。協議層上又則是各類實際應用，包括2D虛擬應用（例如移動應用）、虛擬現實與增強現實（VR/AR）等，這就是作為第三層的交互層。
乍聽起來，這樣的劃分似乎有違直覺——畢竟數字孿生怎麼會是協議和應用之下的第一層？但用於支持應用、達成交互所需要的原始數據正是由數字孿生感測器負責收集。沒有這些數據，其上的標準、協議或者高級應用根本無從談起。
流通於各層之間的（原始）數據由應用程序進行分析，並將結果反饋至數字孿生以獲取更多見解。各層間的貫通與融合，也將同時給物理世界和數字空間創造價值。
數據——元宇宙的絕對核心
正是有了數據的加持，數字孿生才獲得了動態屬性。其中的協議（也就是全局標準）越多，應用程序能夠創造的整體價值也就越大。例如，我們可以使用數字孿生提升城市智慧水平。只要擁有一套能夠輕鬆訪問各類數字孿生數據的通行標準，任何人都能為城市、企業乃至居民創造出有價值的應用成果。
而這些在第三層中具體創造價值的應用程序就像是一個個鏡頭，每個鏡頭分別為用戶提供不同的視角、或者說現實體驗。可以想見，沒有數據也就不存在這種鏡頭，所以說沒有數據也就沒有什麼虛擬世界可言。
這些鏡頭可以作為娛樂用途，為用戶提供與特定物理位置相關的數字藝術體驗；也可以在太陽能發電場中實施監控，幫助用戶們通過加密貨幣交易自己手上的能源；還可以引導用戶通過VR設備加入線上會議；可以對噴氣式發動機提供預測性維護；甚至可以幫助市政官員從各個角度審視自己治下的城市和街區。這樣的應用程序、功能或者說鏡頭可以有無窮多個，有些面向大眾開放、有些需要付費訪問、有些必須設置訪問門檻。在理想情況下，這一切都應受到區塊鏈的嚴格保護。
數字孿生的複雜性問題
作為元宇宙中的第一層，數字孿生有著不同級別的複雜性。複雜度越高，對應的數據與見解生成能力也就越強。最簡單的數字孿生變體就是單一對象的數字表示，例如聯網可穿戴設備、簡單機器人或者工業設備等。此類數字孿生可用於分析產品性能、建立數字原型，進而指導新產品的設計思路。
複雜性更高一級，對應的就是模擬完整流程的數字孿生，例如由眾多數字孿生對象共同構成的製造流程。這類更為複雜的數字孿生需要從一個體系（例如飛機或者車間）當中捕捉數據。
更高層級則涵蓋全局系統，例如覆蓋全球的供應鏈、或者整座城市規模的數字孿生。其中最複雜的當數為地球創建的數字孿生，歐洲航天局（ESA）就希望給我們的母親星球打造一個動態化數字副本。
在前兩個複雜性等級下，數字孿生可以通過數字空間與現實世界的同步實現流程優化。而第三層中的各類應用程序則負責監控並分析這些流程或系統，運行模擬以優化對應的物理對象，或者通過多方協作實現原型設計、創造出新的物理產品。
數字孿生可視化
無論複雜性如何，數字孿生總能給用戶帶來可觀的價值回報，具體價值水平則取決於數字孿生的可視化效果。即使是簡單的可視化——即描述性、預測性或規範性分析——用戶也能從數字孿生中獲取深刻洞見，據此找到準確可靠的優化方向。
這種可視化也可以通過對數字對象或系統的高級2D視覺表示來實現，建築師或工程師們使用的AutoCAD模型就屬於此類。這些先進的2D表示能讓用戶從不同角度觀察數字孿生並開展遠程協作，從而進一步改進或開發數字孿生及其現實對應物。
最先進的視覺表示自然是細節滿滿的3D數字副本，我們可以在通過VR或AR方式進行探索或交互。3D數字表示允許用戶靈活查看數字孿生模型，深入了解其內部運作邏輯，結合實時感測器獲取相關數據、把握物理層面的變更反饋，最終通過遠程協作實現原型設計/創建或者解決現實問題。視覺表示越是先進，所對應的潛在價值就越是可觀。
寫在最後
企業級元宇宙的體量也許遠超大家所期待的娛樂和社交元宇宙；畢竟企業天然追求合作與創新，而數字孿生將在其中發揮至關重要的作用。雖然我們短時間內還不可能一邊在沙灘上曬太陽、一邊遠程操控工廠車間，但數字孿生在實現工業4.0設想方面已經展現出強大力量。未來，這股對設備、工廠乃至全局系統的數字化趨勢只會愈演愈烈，最終通過VR與AR技術徹底改變我們與物理世界的交互方式。
