“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)涔芾恚夯跀?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)。

• 故障管理閉環(huán)：故障管理閉環(huán)能夠自動準(zhǔn)確識別和快速定位網(wǎng)絡(luò)故障根因，完成故障修復(fù)和驗(yàn)證，故障閉環(huán)中的對故障處理方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，輸出方案可靠性，可以通過數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。

04、數(shù)字孿生存在的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢

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。

• 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。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的如何把现实世界投射到元宇宙的虚拟世界中？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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