作為動畫、影視、建築產業的3D創作者或是設計師，或多或少都有在媒體報導或活動上聽過「數位雙生」(Digital Twin)。而究竟「數位雙生」是什麼？又會如何影響產業呢？現在就跟著 CG 世界一起了解「數位雙生」的定義與應用，掌握產業趨勢脈動。

本文已獲得來自 CG 世界授權，公眾號 ID：World_CG。

基礎定義  

簡而言之，「數位雙生」就是藉由真實物體的及時數據(照片、數值)，打造的 3D 模型。完整的數位雙生建置過程須包含：

• 一個真實物體。關於其運作或使用感測器蒐集其周邊活動的的及時數據。

• 一個真實物體的 3D 模型。

• 從真實物體到 3D 模型的即時數據傳送。

• 一個基於軟體的操作過程，根據收到的即時數據，使 3D 模型的視覺表現與真實物體保持一致。

清楚理解「數位雙生」的定義後，接下來可能需要了解「數位雙生」的產生原因 

為什麼需要「數位雙生」？  

假設你的工作是要求你優化一家工廠的生產過程，嘗試減少製造時間或成本。你的第一步工作就是構建該工廠的3D模型，其中包含了生產涉及的一切機器、機器人、原物料、傳送帶、推車，乃至工人。然後，在那座實體工廠裡，你對機器和機器人進行配置，讓它們發送關於自身運作情況的即時數據，例如完成一個循環的時間長度。你在關鍵區域佈置了感測器，以便了解什麼時候會發生變化，比如一個貨盤的原物料送達，或者成品裝滿某個容器。接下來，你設置了一個軟體界面，用於處理實時數據和即時更新 3D 模型。這時你就能用電腦屏幕或 VR 頭戴裝置充分理解這家工廠的最新情況—這就是這家工廠的「數位雙生」。

在任何時候，主管和工程師都可以通過「數位雙生」來「看到」工廠的狀況，甚至能與其互動。可以拉近視角來查看某個特定流程的運行情況，也可以拉遠視角來查看它對整體流程的影響。還可以通過數學模型和工具，進一步分析捕獲的數據。 

從上述例子你就可以看出，「數位雙生」能夠服務於多種用途：

• 工廠管理

• 城市規劃

• 無人駕駛汽車測試

• 使用情況、流量、工作流程分析

「數位雙生」提供數位訊息以及畫面，幫助設計師、建築師、工程師和其他相關人士以前所未有的方式直觀了解各種結構。透過使用「數位雙生」，傳統分析方法難以辨別的模式可以清晰顯現，讓你更了解如何提高效率。 

以城市規劃為例，如果獲得對交通模式的鳥瞰圖以及精確到毫秒的車流變化和紅綠燈數據，就可以幫助城市規劃人員分析交通模式，確定在哪些位置添加新的紅綠燈，或改變現有紅綠燈的切換時機。這樣的「數位雙生」還可以幫助他們判斷添加新購物中心或辦公樓的可行性，或者新增一條高速公路出口匝道是否能緩解市中心的擁堵。

對於無人駕駛汽車，可以將來自感測器的數據與車輛的速度、啟動和轉彎數據相結合，應用於 3D 模型，從而了解車輛任何時候的動態。可以將視角拉近到儀表盤，查看那裡的視野，也可以在車輛運動時，獲得即時數據指標。使用「數位雙生」，工程師可以獲得單靠數據流送難以把握的深刻見解。工廠的「數位雙生」，你可能會注意到，如果把某些原材料或機器人放置在離特定機器更近的地方，可以大大縮短生產時間。

簡而言之，「數位雙生」提供了通過監視與分析資產、工藝和工作流程來節省時間與金錢的途徑。 

「數位雙生」技術：實現它的新型工具  

如果你熟悉 Maya 或 3ds Max之類的數位內容創建（DCC）軟體，那麼你肯定知道，這類軟體都有內置的腳本語言，因此用戶早就能通過腳本來控制 3D 模型。現在許多數位軟體供應商已經提供了對即時數據源的 RESTful API 連接和訪問。換句話說，我們早就有了用來創建「數位雙生」的工具。但直到最近，「數位雙生」的門檻仍然很高—需要一名精通業務的技術人員進行初始設置，然後需要一名用戶體驗（UX）設計師來設計，讓非技術人員也能使用「數位雙生」。因此，創建和維護「數位雙生」需要耗費大量時間與精力。

這就是即時技術能夠帶來變革的地方。使用遊戲引擎來設置和維護「數位雙生」要比從頭開始編程方便快捷得多。而且，由此得到的成果和任何設計良好的遊戲一樣，能夠讓任何人方便地導航與使用。各行各業都已將遊戲引擎用於建築設計、電影拍攝、航空和汽車等非遊戲領域，並創造各種各樣的模擬、VR 體驗和即時畫面。既然已經有了現成的 3D 模型，對這些行業來說，開發「數位雙生」就是順理成章的事。

如何應用「數位雙生」？ 

最常使用也有最突出用途的「數位雙生」案例就是打造虛擬城市，也就是使用「數位雙生」來監控城市基礎設施和進行未來規劃。不僅創建了中國人口最多城市的完整虛擬模型。「數位雙生」幫助城市的管理者們能夠監控從交通設施運作到橋樑維護的各個方面。他們甚至能夠使用預測數據模擬洪水，以進行防災規劃。

又或者人們構建了這座澳大利亞城市的比例模型，未來將作為「數位雙生」使用，城市規劃者期望將它用於從分析視線到在市政工作中防患於未然的各種用途。  

至於交通業，芬蘭航空公司是最先採用「數位雙生」的航空航天公司之一，目前它使用該技術。  

汽車業正在使用多種即時技術，從人機界面到無人駕駛汽車開發，推動設計、製造、測試和銷售的每個階段的進步。隨著新技術呼之欲出。  

「數位雙生」與智慧城市的比較

經常會聽到「智慧城市」這一關鍵字，其應用之廣泛不亞於「數位雙生」。雖然兩者都利用了即時技術，而且被用於相似的用途，但它們並不是同一件事。智慧城市從城市環境中的即時網路（IoT）設備收集數據，並使用這些數據進行分析、測試、優化和預測檢驗。例如，智慧城市可以蒐集關於交通模式的數據，以指導紅綠燈的切換時機。智慧城市可能使用(也可能不使用) 3D 模型，它蒐集的數位數據完全有可能不涉及畫面展示。

另一方面，「數位雙生」必定包含 3D 模型，但不一定涉及預測數據。為了提高性能，這類 3D 模型往往會經過優化，它可以使用 DCC 通過激光雷達掃描、攝影測量法或是程序化方式創建。「經過數位化」表示有可能既是智慧城市，也是「數位雙生」。下面的圖表突出了兩者的異同。 

Unreal Engine 與「數位雙生」

Unreal 是許多「數位雙生」應用程序選擇的工具。它的藍圖視覺化腳本系統使非技術性用戶不必編寫任何代碼也能操作 3D 模型的過程。此外，它的 Live Link 外掛是專為接受用於處理的實時數據而設計的。「突然之間，我們這樣的小團隊也能非常輕鬆地製作互動內容，讓我們的展示影片或體驗變得更好。」Tyréns 視覺化專家 Jonas Gry Fjellström 說，他所在的企業是一家為各種客戶創建「數位雙生」的瑞典諮詢公司，「即時模型可以直接解決許多在其他情況下需要反覆研究的問題。」

雖然現在還沒有發展到立即獲得效果的地步，但在 Unreal 這樣的免費遊戲引擎幫助下，「數位雙生」技術已經可以被任何能夠創建其資產的 3D 模型的企業所利用。「即時技術讓每個人都能看到同樣的訊息，並更快地作出決定。這樣一來就可以降低成本，減少變更訂單，並改善總體設計。」IMERZA 的聯合創始人兼技術總監 Dorian Vee 補充。 

「數位雙生」的未來  

「數位雙生」必將成為許多不同行業的關鍵 IT 工具。根據 Engineering.com 的說法，「數位雙生」是與人工智能（AI）和機器學習（ML）並列的十大戰略性技術趨勢之一。畢竟未來的一個關鍵領域就是供應鏈，因為製造流程要依靠送達的零件來實現「準時製造」。供應鏈的「數位雙生」由許多物品和倉庫組成，可追蹤庫存和潛在交付時間。這樣的「數位雙生」能夠模擬和評估許多不同供應鏈方案的績效，為經理們提供做出優化製造過程的決策的手段。

隨著採用率持續增長，有望在包括城市規劃、產品開發和工廠模擬在內的各個領域看到更多「數位雙生」的用例。IMERZA 的聯合創始人兼技術總監 Dorian Vee 強調：「能夠為一個行業帶來革命的事物本來就不多見。而同時給多個行業帶來革命的東西可能一百年才會出現一次。而 Unreal Engine 就是這樣」