从数字孪生到Metaverse

|Metaverse 作者:王鹏 2021-11-19
​王  鹏   腾讯研究院资深专家

10月29日,Facebook 首席执行官马克·扎克伯格在Oculus Connect 活动中宣布,Facebook 将正式更名为Meta,并发布了一系列软硬件产品,支持人们在Metaverse空间中办公、健身和娱乐。

这也许会成为数字空间演进过程中的一个里程碑,改变人类的生存方式和社会空间与物理空间的连接方式。

但Metaverse到底是个产品形态还是个思想? 它与XR技术到底是不是一回事? 这些问题仍然在被普遍争论并远未达成共识。 事实上,无论叫Metaverse、全真互联,还是超级数字场景,笔者更倾向于认为它并非某种技术,其所指的实质上是连接人的移动互联网、连接物的物联网之后,未来连接时空的互联网形态,或者说是时空互联网的一种商业化表述。

 

数字孪生的应用与局限

说到时空,数字孪生在城市领域已经是一种广为人知的时空数据平台的业务形态,但是与CIM (城市信息模型) 一样,一般只强调对实体空间的精确真实复现,即使是涉及IoT等多元数据的集成,往往也仅通过标签、图表等实现对IoT数据的可视化,以致在实践中常被质疑其价值。

“数字孪生”一词源自工业领域,通常的定义是“充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。 ”“全生命周期”“实时”“双向”是数字孪生体的几个核心特征。 但实际上,这种所谓的“孪生”,更多适用于工业领域的信息物理系统 (CPS) ,当然对于城市的物理空间,以及相对简单的基础设施系统来说,也能发挥一些模拟、预测等作用。

但城市是一个开放的复杂巨系统,多个系统在彼此交织并相互作用之后,尤其是加入“人”与“社会”等复杂变量之后,就成为了一个巨大的社会物理信息系统 (CPSS) 。 对于这类系统,其运行状态的描述需要比三维实体空间更为复杂的“流、场和网”等系统,成倍放大的随机性、涌现性也会给试图发现规律和预测未来的数学模型带来尚无法承受的挑战。 即使我们已经拥有了来自互联网与物联网的多元数据、机器学习和深度学习技术,具备了一定的对高维系统的抽象和模式识别能力,甚至可以一定程度上实现数字系统的自学习和自适应,但城市的数字孪生是目前尚无法在技术上哪怕近似实现的。

我们所看到的,通常仍然只是城市的物理形态和一些高度简化的系统运行状态和模拟推演。 这些应用在一定阶段有其价值,但演进方向是否只是光影渲染越来越精致、数据汇聚越来越全面、行业模型越来越丰富精确呢?

由于算法与算力的限制,我们还无法在数字系统中模仿人脑对于复杂系统的认知和判断能力,这就需要在处理复杂系统问题时,运用数字技术的连接能力,让人能与数字系统协同解决问题,同时发挥二者的优势。

CPSS系统也可以说是一种默顿 (Morton) 系统,其与传统机器的本质区别是人必须参与到循环中去,包括感知、认知与分析。 在默顿系统中,机器智能和人类智能将协同工作,相互支持,平行执行,这将是下一代人工智能和智能系统运作的重要范式。

 

Metaverse: 人的全面参与带来的平台变革

最近几个月,Metaverse突然成了资本市场最为热门的方向,甚至被普遍认为是数字世界和互联网的未来。 Metaverse是5G和传感等技术发展背景下,对数字空间的一次拓展,让人们在数字空间中有更加全息、原生的体验,而不仅仅是物理空间部分体验的复制。 这个概念的出现并非偶然,而是技术已经把我们推动到一个切换物理空间与数字空间相互关系的时代拐点,数字空间将不再是物理空间的副本,而会是平等甚至更加重要和广阔的新领域。

从这个意义上讲,Metaverse又是“平行系统”思想的通俗表述和一种技术响应。 “平行系统属于能动、整体和辩证式的认识论,其人工系统并不要求与相应的物理系统完全一致,因而具有一定的平行性或独立性。 平行系统将物理系统视为与环境交互的系统,且其运行目标和效用是受社会资源约束的系统; 平行系统强调人在系统中的作用,强调融合了人的意图的虚拟系统对物理系统的引导,目的是使物理系统在构成和运行方面达到某种进化。 ” [1]

Metaverse游戏ROBLOX 的招股书上表述,要成为Metaverse至少要满足8 个关键特征: 身份、朋友、沉浸感、随时随地、多样性、低延迟、经济和文明。 Metaverse中的Meta 表示“超越”,这几个关键特征,大多数也聚焦在“人”和“社会系统”。 从这个意义上说,“Metaverse”作为一种超越“数字孪生”的技术模型,会对我们的城市数字化转型提供一些新的启发。

通常认为Metaverse分为三个层次: 数字孪生、数字原生、虚实相生。 这也说明了Metaverse是在精准模拟物理空间运行的同时,也在创造数字空间中的原生体验,探索一种在数字空间中特有的生活方式和社交形态; 进而,数字空间也可以反向影响物理空间。

目前人们对Metaverse的理解离不开游戏,但游戏又往往被简化甚至矮化为简单的娱乐目标,以及引擎、VR这些具体的技术。 事实上,游戏,无论是孩童的嬉闹还是桌游和MOBA (多人在线战术竞技游戏) ,本质上都是对真实世界的模拟或者对特殊场景的体验。

未来城市的生活、工作和娱乐将越来越融合,彼此间边界逐渐模糊。 人们也将更多在数字空间里生存,与这种未来数字化生活方式最接近的形态就是电脑游戏,因此游戏科技甚至可以说是人类为数字原生和虚实共生世界的技术储备与探索工具。 这种科技和工具并不局限于互联网、物联网、VR、AR等技术,也包括对数字空间中社会心理和行为特征的理解、治理和引导能力。

游戏引擎的核心就是模拟物理空间运行规律的物理引擎,包括对流体、光线、重力等物理作用的仿真,其通常包含的数字孪生、通信、AI这些基本能力也有助于与物理世界实现高度的同步。 而游戏对于社会空间的模拟则更具有不可替代性: 社交与交互、参与和众包、身份与形象、交易与经济系统,从简单的交谈与动作,到团队协同处理复杂事务,已经能在游戏中再现社会经济运行的各种场景。

因此,对于城市系统的数字化转型,会在思维方式上从数字孪生走向Metaverse。 对社会系统而言,无论是智能体模型还是神经网络,都难以全面地模拟和计算。 而通过对人的连接,从而让市民和利益相关方以多种方式参与到城市运行的决策过程中,用人的智慧弥补机器的智能,可能是让城市实现真正智慧的捷径。

在基于Metaverse思维构建的平行数字系统辅助下,市民可以在多个层次参与到与城市系统的虚实互动、交互反馈,帮助系统的完善和自适应优化。 这种数字系统在技术上未必是多么复杂和难以企及,既可能是基于AR、VR、MR的全真互联体验,也可能是基于社交平台和小程序快速搭建的轻应用入口甚至网页交互。

例如在2021年的河南和山西水灾中,市民利用腾讯文档快速建立救援需求清单,并依靠众包方式完善功能,实现资源的快速对接和供需匹配。 与此同时,腾讯员工基于腾讯小程序的快速开发能力,也在几小时内发布了“抗汛互助信息共享服务”,可基于地图发布求助信息,并引入了各级政府应急部门、灾害信息服务中心、各救援队等相关主体。 在以这两个自发快速形成的应用为代表的互联网技术支持下,准确而及时的供需信息支持着上百个政府和民间救援队伍在灾后数天中救死扶伤、高效工作,最大限度减少了人民生命财产的损失。

腾讯在郑州水灾中发布的救灾小程序

又如在腾讯前海湾总部园区 (企鹅岛) 的规划建设阶段,腾讯研究院WeCity X团队在实体空间设计的同时,基于罗布乐思等平台,在物理空间之前建设了数字企鹅岛元空间。 在规划建设方面的常规可视化应用和决策支持分析能力以外,基于Metaverse思维为多元群体参与规划建设提供了基础平台:

基于裸眼3D显示器、VR头显等交互设备,人们可以沉浸式体验企鹅岛和各公共建筑建成后的空间感受,辅助方案选择和规划决策;

基于罗布乐思的游戏交互能力,建立了员工宿舍的元空间,员工可以以游戏的方式体验未来的宿舍家具和家电配置,并自行选择、自由组合,设计个性化的宿舍空间;

在无人驾驶场景设计中,我们在数字空间中建设了完整的“人-车-路”系统,模拟了各种交通流量场景下无人驾驶车辆与道路和行人的关系,并为无人驾驶提供了虚拟路测仿真环境,为车辆设计、交互设计、规划设计提供了全程平台化支持;

在物联网产品设计过程中,灯光、设备等都实现了虚实同步互动,建筑未经建成,就可以完成基于物联网的控制仿真和照明、设备运行模拟。

企鹅岛元空间

Metaverse思维在数字孪生的基础上,引入了多元主体的参与互动,使数字平台不仅提供可视化能力,更实现了社会空间和物理空间的全面连接,真正实现了机器智能与人的智慧的高度协同。

 

结  语

互联网在过去的几十年里,从简单的人与人之间的连接,逐渐承载购物、办公等各种线下流程,到物与物的连接,实现了万物互联和智能运行。 在新的发展阶段,智慧城市和数字技术面临的不仅是社会空间与物理空间的全面连接,也需要在数字空间创造全新的体验和新的生产生活方式,这时候,Metaverse的概念应运而生。 Metaverse不应该是一个被盲目炒作的泛泛概念,而应该从中识别真正的产业发展趋势,并加以响应。

就数字城市平台而言,在三维实体空间重建和动态数据汇聚的基础上,应该重点关注人的参与和体验,实现机器智能和人的智慧高度协同,实现城市的智能化到智慧化。 

 

注 释: [1]杨林瑶,陈思远,王晓,张俊,王成红.数字孪生与平行系统:发展现状、对比及展望[J].自动化学报,2019,45(11):2001-2031.
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2018-07-11

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