李德仁院士：元宇宙與數字孿生是兩個不同概念

       春節(jié)假期剛過，冰墩墩特許生產商元隆雅圖就因“東奧+元宇宙”迎來了一波股價飆升。

       元宇宙的風太熱，不止吹紅了一家元隆雅圖。實景三維、數字孿生等偏向產業(yè)端的空天信息相關概念，也借著元宇宙的大火變得炙手可熱，相關企業(yè)融資不斷、股價節(jié)節(jié)攀升。（詳情見：產業(yè)元宇宙崛起，數字孿生升溫 | 年終特輯⑧）

       只是，新概念的發(fā)展，往往伴隨著巨大的泡沫。無論是當下的“受益者”，還是看似尚未趕上時代風口的“滯后者”，都需要在技術浪潮更迭時保持足夠冷靜的判斷能力。

       從傳統(tǒng)到開放，從單打獨斗到跨界融合，空天信息產業(yè)本就處于變革期。對這一領域的從業(yè)者而言，頂著“下一代互聯(lián)網”光環(huán)的元宇宙足夠有誘惑力，卻也讓人迷茫。

       虎年開年之際，泰伯網邀請到中國科學院院士、中國工程院院士李德仁，談一談他對數字孿生與元宇宙的看法。

       元宇宙與數字孿生是不同概念
隨著元宇宙的火爆，數字孿生概念也隨之被熱捧。但李德仁院士認為，不應將二者混為一談。

       “我認為，元宇宙和數字孿生是兩個不同的概念，前者并不是后者的高級形態(tài)。”

       李德仁院士表示，數字孿生本身概念非常清晰，就是現(xiàn)實世界在網絡空間中的真實反饋，無論是數字孿生工廠、數字孿生城市甚至數字孿生地球，本意都是通過網絡空間的模擬、仿真等還原真實世界并影響現(xiàn)實生活，是“要對地球負責的”，不會存在類似“神話”“游戲”等完全想象的元素。

       “與數字孿生相比，現(xiàn)在火爆的元宇宙（metaverse）概念其實并不太清晰，‘虛實融合’的說法容易讓人混淆真實世界和虛擬空間。”

       李德仁院士進一步解釋：“大數據中將用來描述數據的數據叫做元數據（metadata），但用‘元’來詮釋宇宙似乎有一些難以理解。”

       “從人類誕生以來，就存在兩個空間。一個是我們生活的現(xiàn)實空間，一個是從神話傳說、小說、電影到如今的游戲、VR游戲等人類想象延伸出的虛擬空間。前者在網絡空間中的映射用數字孿生就足以概括，而目前的元宇宙似乎更偏向于后者。

       “比如，基于西游記這一經典故事，可以借助三維實景等技術呈現(xiàn)一個看起來相當真實的虛擬世界，但這個世界并不影響真實世界的運轉，只是為人們提供娛樂和想象的空間，這種情況下，即使借用了現(xiàn)實中的三維空間、車輛、人流等數據信息，也仍然應該被看做是虛構的空間。”

       李德仁院士舉例說明：“就像梅蘭芳大師在戲劇世界中扮演的是各種女性角色，但真實生活中是一名男士，有自己的妻子、兒女一樣，人們需要像分清戲劇與現(xiàn)實一樣，分清元宇宙中的虛擬概念和現(xiàn)實生活。”

       李德仁院士表示，元宇宙需要把概念說清楚，理清規(guī)則框架。

       “在運用先進技術的同時，必須明確虛擬與真實世界之間的邊界，要讓技術運轉有足夠完善的規(guī)則作指導，要讓參與者清晰地知道哪些角色、故事和世界觀是創(chuàng)造出來的，不要讓科技進步反而阻礙社會的正常運行規(guī)則。”

       但李德仁院士并不拒絕運用數字技術改造、升級傳統(tǒng)產業(yè)，反而樂見其成。

       “運用VR、AR、MR等虛擬與現(xiàn)實交互的技術來賦能網絡游戲、智慧文旅等產業(yè)，或者參與各種領域中的仿真模擬，我都是非常支持的。比如運用相關技術，能夠讓參觀敦煌壁畫的人看到飛天在眼前真實地起舞，這對旅游和文化產業(yè)發(fā)展將是極大的推動，值得嘗試。”

       這些領域在很早之前就已經嘗試了VR、AR等技術的的應用，只不過，當時大數據、云計算、AI、5G等配套技術還未成熟，所以嘗試并不成功。如今科技有了整體進步，自然有能力將產業(yè)發(fā)展更進一步，但是否要冠以“元宇宙”之名，李德仁院士持保留意見。

       數字孿生是城市建設的新高度

       相對于既宏大又有些“縹緲”的元宇宙，李德仁院士口中“要對真實世界負責”的數字孿生，具有相當明確的使命。

       “數字孿生，就是要利用虛實融合的技術，用迭代、進化的方式對從工廠、園區(qū)到城市的物理空間進行全面觀測，洞察其發(fā)展態(tài)勢，進而科學分析、預測、決策，實現(xiàn)以虛擬網絡的管控來提升實體的運行效率。”

       李德仁院士介紹，城市的數字化進程伴隨著信息化發(fā)展步調逐漸演變。

       從1992-1993年第一次信息革命時出現(xiàn)數碼空間概念、1998年左右互聯(lián)網加速全球化浪潮，到2006-2007物聯(lián)網技術逐步發(fā)展、2015年之后數字孿生概念逐漸興起，城市的數字化也逐漸從數字城市、智慧城市向著數字孿生城市過渡。

       李德仁表示，數字孿生的智慧城市有著精準映射、虛實交互、軟件定義、智能反饋四大特點，實現(xiàn)了顛覆性的創(chuàng)新，是數字城市的理想目標，也是智慧城市建設的新高度，賦予城市大腦實現(xiàn)智慧化的重要設施和基礎能力。

       “目前在推進的新基建正在為產業(yè)數字化、數字產業(yè)化打下基礎，方便對產業(yè)的生產、流通等環(huán)節(jié)進行全生命周期的管控，將是推動我國經濟下一步發(fā)展的主要動力。而新型智慧城市建設，強調地上、地下三維一體化，相當于將城市看作一個‘生命體’，并對其從誕生到變化、發(fā)展的過程進行全生命周期管理。”

       李德仁院士表示：“基于這種模式，城市能夠進行自我學習，運行模式將不斷優(yōu)化、迭代。”

       但李德仁院士也提醒業(yè)界同仁，數字孿生城市建設仍然存在幾大難點。

       其一，需要綜合考慮建模效果與成本支出�，F(xiàn)階段的資金能力無法支撐將所有實體進行單獨單體化建模，但是利用mesh模型可以自動化快速完成框架單體化。只是相對而言，后者在模型精致程度、應用及與其他建模軟件融合等方面，還有進步的空間。

       “我個人推薦城市級建模采用框架單體化模式自動完成，對于城市地標等重要建筑可以單獨進行單體化建模。”李德仁院士表示，這一觀點仍待業(yè)界探討。

       其二，需要統(tǒng)籌協(xié)調高精度空間數據的安全保密要求與現(xiàn)階段經濟發(fā)展的實際需求。

       “現(xiàn)階段的相關法規(guī)對高精度空間數據的開放共享有較多的限制，但包括自動駕駛在內的智能網聯(lián)產業(yè)，又對這類數據有著相當大的需求空間。能否綜合運用體制和技術手段，在保障數據安全的同時，保持我國在汽車智能化等賽道中的高速發(fā)展，為占領未來世界經濟領先位置做好準備？”

       李德仁院士建議：“在數據上云方面，可以參考類似武漢云的國資云方式，加強數據管控。在數據開放方面，也可以嘗試對數據坐標進行處理、限制空間數據開放總面積、允許使用但不允許復制等模式進行限制。”

       “這是技術發(fā)展到新階段空間信息領域必須思考的問題，需要各界共同探討以尋求最優(yōu)解。”

       其三，跨部門協(xié)作、共享的機制仍需進一步完善。小到實景三維城市與城市信息模型（CIM）基礎平臺的技術融合與跨部門協(xié)作，大到各部委、省、市、縣多級數據歸集、共享和發(fā)布機制，目前仍然在邊探索、邊推進的過程當中。

       李德仁院士表示，目前浙江、山東等地已經出臺較為完善的數據歸集、共享機制，相信未來的體制機制會加快完善，更加適應數字時代。

       為此李德仁院士建議：“是否可以由科技部牽頭設立重點專項，引導全國各方面的力量匯集？”

       “比如，我和其他幾位院士、專家正在推進的城市人、車、物的米級軌跡跟蹤，就是‘北斗+’和‘+北斗’能力的新嘗試。我們將室內導航定位羲和計劃和第三代北斗系統(tǒng)應用相結合，在智能手機、智能手環(huán)或者其他終端上實現(xiàn)人與物品的軌跡跟蹤、分類，支持常態(tài)化的疫情防控及其他城市應用。”

       李德仁院士希望，新的一年各界同仁能夠共同發(fā)力，早日為前述問題給出答案。

       空天信息人要開放眼界

       現(xiàn)階段，自然資源部推進的實景三維中國建設以及住建部推進的城市信息模型（CIM）基礎平臺建設，是我國數字孿生城市建設中的兩大推動力。而空天信息技術，是二者建設中不可或缺的重要組成部分。

       李德仁院士表示：“數字孿生在新一代智慧城市需求中可以做的工作非常多，測繪相關部門和大測繪行業(yè)一定是相關工作的先鋒和主力軍，因為沒有空間實體框架底座就談不上城市智慧化管理，這是城市數字孿生實現(xiàn)的基礎。”

       技術大綱、行業(yè)標準等頂層設計的不斷完善，進一步加快了實景三維中國、城市信息模型（CIM）基礎平臺等大型工程的建設進程。

       以實景三維中國的建設為例，在技術支持方面，相關領域軟、硬件的國產化水平已經有了長足的進步。

       “我們現(xiàn)在可以不依賴外國的軟件、硬件來實現(xiàn)（實景三維）。在覆蓋全國的宏觀層面，我國衛(wèi)星的分辨率從5米到1米再到如今的0.5米。依靠航空測量，分辨率可達2厘米。包括建模方法等在內的軟件系統(tǒng)國產化也得到了國家的大力支持。”李德仁院士自豪地表示。

       在建設模式方面，允許各試點城市根據自身特點進行多種方法的并行試驗。“目前幾個試點城市都有自己的優(yōu)點，最終需要匯總經驗，不斷完善通用標準。”李德仁院士介紹。

       如：特大城市上海的地表交通以及地下管線方面，較好的運用了激光雷達；武漢對地塊的多時態(tài)表達比較突出，對從宏觀到微觀不同實體的細節(jié)處理也有相應經驗；青島的激光雷達點云成果覆蓋了城市范圍外的重點森林片區(qū)，在森林防火、地災防治等工作的同時，還可以為碳達峰、碳中和目標提供數據支持。

       “在數字孿生城市這樣的綜合性項目中，空天科技扮演著越來越復合的角色。”

       李德仁院士介紹：“以我們參與的武漢云項目為例，空天科技企事業(yè)單位既是框架基礎數據、時空數據底座的生產者、維護者、管理者，又能與其他技術共同參與到物聯(lián)網等動態(tài)數據的獲取和運維工作中，是動態(tài)數據應用的參與者和合作者。”

       “而在存儲管理、可視化等領域，空天科技企業(yè)也有機會發(fā)揮更大的作用。”

       李德仁院士表示，在天空地對地觀測與北斗衛(wèi)星導航為代表的地球空間信息技術納入信息基礎設施的趨勢下，地信測繪正在從傳統(tǒng)的小圈層突破，進入更廣闊的“大測繪”領域，即涵蓋通信導航遙感一體化的空天信息實時智能服務、基于高精度時空大數據的公共安全服務等，還要探索海上的、水下的、地下的更多應用可能。

       “空間信息是新基建中信息基礎設施的組成部分，要抓好地球空間科學在新基建時期的使命，積極參與、促進產業(yè)數字化、數字產業(yè)化。”

       “領域內的企業(yè)要放開心態(tài)，用更開放的眼光看待這一變化，努力創(chuàng)新，有所作為。”李德仁院士表示：“有時候你只要往前邁一步，就可以渡過眼前的難關。”

       “空天科技企業(yè)與人工智能、云計算等行業(yè)，是一種競合關系。既有合作的基礎和動力，也存在競爭的可能，科技就是在這樣競爭與合作的過程中不斷進步的。”