基于“數(shù)字孿生”的大巴山文化資源平臺建設(shè)

宣偉

摘要：繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和工業(yè)經(jīng)濟后，以大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能等信息傳播技術(shù)變革催生的第四次工業(yè)革命為大巴山文化資源建設(shè)帶來時代發(fā)展機遇。數(shù)字孿生作為建設(shè)“數(shù)字中國”的關(guān)鍵技術(shù)和重要著力點，是促進大巴山文化資源建設(shè)提質(zhì)增優(yōu)的重要發(fā)展方向。從分析現(xiàn)有大巴山文化資源研究現(xiàn)狀入手，在爬梳相關(guān)文獻資料及剖析數(shù)字孿生概念的基礎(chǔ)上，設(shè)計數(shù)字孿生在大巴山文化資源具體場景運用及整體框架，以更好地促進大巴山文化資源保護與建設(shè)，所得經(jīng)驗和方法對于其他相關(guān)垂直領(lǐng)域也具有一定的啟發(fā)意義和借鑒價值。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；大巴山；整體框架；文化資源平臺

一、前言

大巴山地處我國西部，是嘉陵江和漢江的分水嶺，也是四川盆地和漢中盆地的分界線，隔斷四川和陜西兩省，處于長江中游和漢水下游，地理位置極其重要。大巴山文化資源豐富，研究角度多為民俗文化及其背后的深度挖掘，比較有代表性的有鄧曉、陳太紅[1]以大巴山區(qū)城口縣為例，解讀“搭紅”現(xiàn)象的巫文化；楊棵瑞、向程[2]從法律科學(xué)對其民間司法觀念、審判形式及其相互關(guān)系對大巴山民俗中“請‘火姑娘”現(xiàn)象進行解讀；陳崗[3]立足大巴山豐富的紅色資源開發(fā)與利用歷史現(xiàn)實，探究大巴山紅色資源開發(fā)和模式等。

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生日益受到學(xué)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。《“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》明確要“充分發(fā)揮海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場景優(yōu)勢，適應(yīng)數(shù)字技術(shù)全面融入社會交往和日常生活新趨勢，促進公共服務(wù)和社會運行方式創(chuàng)新”的數(shù)字化發(fā)展時代要求[4]。2020年4月，國家發(fā)展改革委和中央網(wǎng)信辦聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進“上云用數(shù)賦智”行動培育新經(jīng)濟發(fā)展實施方案》，多次提及數(shù)字孿生技術(shù)，號召社會各方開展數(shù)字孿生創(chuàng)新計劃并提出解決方案。大巴山文化資源豐富，是具有革命傳統(tǒng)和神圣的紅色土地[5]。

二、 數(shù)字孿生的概念本體及應(yīng)用

2003年，美國密歇根大學(xué)邁克爾·格里夫斯（Michael Grieves）教授在產(chǎn)品生命周期管理課程上提出“與物理產(chǎn)品等價的虛擬化數(shù)字化表達”[6]，包括數(shù)字（虛擬部分）、物理空間的產(chǎn)品及其兩者的關(guān)聯(lián)三部分。最初稱之為鏡像空間模型（Mirrored Space Model），后修改為信息鏡像模型（Information Mirroring Model），其概念中已經(jīng)具備數(shù)字孿生中物理空間、虛擬空間等基本要素，因此普遍認為這是數(shù)字孿生概念的雛形。

數(shù)字孿生概念最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，美國國家航空航天局（NASA）2010年在報告《建模，仿真，信息技術(shù)與加工路線圖》正式提出“孿生體”概念，是通過仿真實時反映對象的真實運行情況的模型，并最早將其應(yīng)用于阿波羅項目。由此可見，數(shù)字孿生是一種集成多物理、多尺度、多學(xué)科屬性，具有實時同步、忠實映射、高保真等特性，能夠?qū)崿F(xiàn)物理世界與信息世界交互與融合的技術(shù)手段[7]。

哲學(xué)的引入可以很好地解釋數(shù)字孿生這一概念本體。當代科學(xué)哲學(xué)家波普爾在《沒有認識主體的認識論》一文中系統(tǒng)闡發(fā)“三個世界”理論，他認為存在著3個世界：①物理客體或物理狀態(tài)的世界；②意識狀態(tài)或精神狀態(tài)的世界，或關(guān)于活動的行為意向的世界；③思想的客觀內(nèi)容的世界[8]。簡單來說，數(shù)字孿生針對物理世界中的物體（“世界1”），通過數(shù)字化的手段（“世界2”）“分身”出在數(shù)字世界中一模一樣的實體（“世界3”），基于此實現(xiàn)對原物體的了解、分析和優(yōu)化，是形成物理世界中某一生產(chǎn)流程的模型及其在數(shù)字世界中的數(shù)字化鏡像的過程和方法[9]。值得注意的是“世界3”雖然是人造的，同時又明明是超乎人類的，它超越了自己的創(chuàng)造者[10]。

在實際應(yīng)用中，數(shù)字孿生的利用包括仿真和評估、實時監(jiān)測、原型化、端到端可視化等，多應(yīng)用于制造業(yè)，在文化資源平臺建設(shè)方面研究較少。李科宇、唐毅等[11]分析現(xiàn)階段我國地域文化信息共享現(xiàn)狀，分析數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于地域文化信息共享的必要性和運用場景，并概述其應(yīng)用步驟。

三、 基于數(shù)字孿生的大巴山文化資源平臺建設(shè)

數(shù)字孿生的文化資源平臺構(gòu)建可以分為特定的垂直領(lǐng)域及通用領(lǐng)域，不難看出基于數(shù)字孿生的大巴山文化資源平臺屬于前者，需要戰(zhàn)略業(yè)務(wù)方法中的產(chǎn)品生命周期管理理論（Product Life-Cycle Management，PLM）的介入和指導(dǎo)，它能夠從產(chǎn)品生命周期的角度實現(xiàn)產(chǎn)品信息的透明化和產(chǎn)品價值的最大化，但是在具體運用過程中，帶來的數(shù)據(jù)碎片化、孤島化等問題同樣需要概念設(shè)計、細節(jié)設(shè)計和虛擬驗證予以解決。

數(shù)字孿生因其與自動化系統(tǒng)聯(lián)系緊密，因此常被認為是人工智能的典型代表。值得一提的是人工智能技術(shù)與數(shù)字孿生仍然有一定的區(qū)別，例如虛擬仿真技術(shù)雖然也是對于其他系統(tǒng)的“模仿”，它與基于主體建模、機器學(xué)習一樣，都缺乏孿生功能；自治系統(tǒng)主要從已獲取的結(jié)果中學(xué)習，缺乏必要的自學(xué)習。由此可見，在建設(shè)大巴山文化資源平臺時需要趨利避害，引入系統(tǒng)論，運用系統(tǒng)化思維全面考慮使用的技術(shù)，使得文化資源平臺更緊密地貼合社會實際，更好地滿足社會大眾的文化需求和知識服務(wù)需要。

（一）數(shù)字孿生國際標準

大巴山文化資源平臺建設(shè)首先要選取合適的數(shù)字孿生國際標準，業(yè)界有ISO23247、IPC2551、ISO/IECJTC1/SC41，其中較為成熟的是ISO23247[12]，它將數(shù)字孿生系統(tǒng)分從下至上為四層，最底層描述“待孿生”且已經(jīng)存在的客觀實體；第二層為傳輸層，搜集各部分狀態(tài)變化情況，并及時做出調(diào)整；第三層為數(shù)字孿生層，對第二層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理法分析并更行迭代模型；第四層為用戶層，搜集用戶信息，提升用戶使用幸福感。需要系統(tǒng)化、整體性考慮每一層的內(nèi)部構(gòu)建及要素布置。數(shù)字孿生具備五大驅(qū)動要素，即需要為虛擬對象“映射”在物理世界中的“實體”系統(tǒng)化、科學(xué)性配備傳感器、數(shù)據(jù)、集成、分析和促動器，以及持續(xù)迭代的應(yīng)用程序。

（二）文化資源平臺整體框架

在打造文化資源平臺前，需要考慮數(shù)字孿生的實際花費、可用資源、建設(shè)方案，如果規(guī)模較小，難以滿足用戶的實際需求。反之，過大規(guī)模帶來的傳感器布局復(fù)雜、傳感器信號收集成本高昂等也是需要考慮的現(xiàn)實問題。此外，基于數(shù)字孿生的大巴山文化資源平臺建設(shè)依賴于多種技術(shù)的綜合運用和全面發(fā)展，尤其是在客觀實體與“孿生體”之間的交互，這需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT）、云計算、邊緣計算、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)等。參考《工業(yè)設(shè)備數(shù)字孿生白皮書》中數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的典型案例，選取ISO23247數(shù)字孿生國際標準，擬將文化資源平臺整體框架劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、建模計算層、功能層、沉浸式體驗層四個層次，各層之間相互支持，高效運作，能夠有效提升健壯性。

1.基礎(chǔ)設(shè)施層

作為最早被用來描述信息化領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語，基礎(chǔ)設(shè)施分為經(jīng)濟性基礎(chǔ)設(shè)施和社會性基礎(chǔ)設(shè)施兩類，麥格勞-希爾公司《經(jīng)濟百科全書》（1982年版）將其定義為能對社會產(chǎn)出水平或生產(chǎn)效率帶來直接或間接的經(jīng)濟項目，包括交通運輸、電力、通訊、金融、教育和衛(wèi)生設(shè)施，以及組織有序的政府和政治體制。該層以大巴山文化資源為中心，分為服務(wù)設(shè)施與傳感器、數(shù)據(jù)存儲和處理中心兩部分，主要任務(wù)為數(shù)據(jù)的采集與分析。

作為資源平臺建設(shè)的先決性關(guān)鍵步驟，面對海量的大巴山文化資源，以大巴山著名紅色景點川陜革命根據(jù)點博物館為例，通過無人機航拍、GPS定位等感知關(guān)鍵點，布置相應(yīng)的傳感器來獲取更加準確、專業(yè)的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)正是整個文化資源平臺的基礎(chǔ)，后通過高快帶光纖技術(shù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲和處理中心，利用云計算的相關(guān)設(shè)備和理論，如可以“云—邊—端”的統(tǒng)一管控下沉從而實現(xiàn)“端到端”的云服務(wù)，并通過邊緣計算、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習算法形成“云網(wǎng)融合”。

2.建模計算層

在基礎(chǔ)設(shè)施層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，該層利用機器學(xué)習技術(shù)和人工智能等技術(shù)進行深度挖掘，當下大部分的建模是在同一個垂直領(lǐng)域開展，在后期再進行模型的融合和補償，但因為不同模型之間的差異性較大，因此說明性和深度融合的能力往往較弱。其中需要利用的關(guān)鍵性技術(shù)主要有多領(lǐng)域、多尺度融合建模，這就依賴于高敏感度的傳感器等基礎(chǔ)設(shè)施。同此外，一體化的計算平臺對于高效處理大巴山數(shù)據(jù)具有一定的輔助作用。

3.功能層

針對用戶的實際需求展開調(diào)研，前期運用的田野調(diào)查、半結(jié)構(gòu)化訪談、問卷調(diào)查、扎根理論、網(wǎng)絡(luò)民族志等質(zhì)性研究方法得出的相關(guān)結(jié)論對于功能層的設(shè)計尤為重要?；谄渌嚓P(guān)文化資源平臺，功能層將根據(jù)實際系統(tǒng)的表征進行調(diào)整優(yōu)化，完成系統(tǒng)評估和系統(tǒng)集群與輔助決策等任務(wù)。如對于使用大巴山文化資源平臺的用戶群進行畫像，收集用戶行為和多模態(tài)信息，對于用戶行為進行大數(shù)據(jù)分析，準確高效推送相關(guān)大巴山文化資源相關(guān)信息，并與購物、休閑旅游等平臺進行深度融合，同時也可以與其他相關(guān)的數(shù)字文化資源平臺建立鏈接實現(xiàn)“云共享”，更好滿足用戶的多層次、多樣化文化服務(wù)需求。

4.沉浸式體驗層

該層主要目的就是提供良好的人機交互體驗。隨著計算機信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，時空智能的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬，甚至可構(gòu)建完整的虛擬空間，未來的“人機界限”會逐漸模糊。作為新一代人工智能典型代表，元宇宙是在數(shù)字技術(shù)集合式爆發(fā)的驅(qū)動背景下孕育而生，是Web1.0至Web2.0再到Web3.0時代的技術(shù)演化趨勢的具體表現(xiàn)。元宇宙是全球性的、沉浸式環(huán)境，時空限制會逐步消解。清華大學(xué)沈陽教授團隊發(fā)布的《元宇宙發(fā)展研究報告2.0版》中，認為元宇宙是整合多種新技術(shù)產(chǎn)生的下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會形態(tài)，基于拓展現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)字孿生實現(xiàn)時空拓展性，在社交系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)上虛實共生，每個用戶可進行世界編輯、內(nèi)容生產(chǎn)和數(shù)字資產(chǎn)自所用，是三維化的互聯(lián)網(wǎng)。在可預(yù)見的未來，用戶將通過各種“腦機接口”設(shè)備，可在“大巴山”創(chuàng)造個人的“數(shù)字分身”進行全息式、沉浸式深度體驗，可以為用戶帶來良好的用戶體驗。但同時值得注意的是不同地區(qū)差異化的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施條件、高昂的“腦機接口”設(shè)備、高度沉浸式體驗帶來的“成癮化”傾向等問題也同樣值得社會廣泛關(guān)注。

四、 結(jié)語

作為第四次工業(yè)革命的典型和關(guān)鍵性技術(shù)，數(shù)字孿生的快速發(fā)展為大巴山文化資源建設(shè)帶來了機遇與挑戰(zhàn)。它實現(xiàn)大巴山這一客觀物理實體在虛擬空間的全要素映射、實時交互與動態(tài)反應(yīng)等任務(wù)，基于此建設(shè)而成的大巴山文化資源平臺實現(xiàn)了數(shù)字孿生高效賦能大巴山資源建設(shè)，在大巴山文化的數(shù)字化存儲、孿生體建構(gòu)、三維展示與有效傳播等方面做出初步探索，對于促進大巴山數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級也具有一定的促進作用。

作為建設(shè)“數(shù)字中國”的重要支撐和關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)字孿生不僅僅在大巴山文化資源保護發(fā)揮著重要作用。事實上，在區(qū)域文化資源建設(shè)與保護、促進鄉(xiāng)村振興、非遺文化傳承、傳統(tǒng)文化保護、考古及文物修復(fù)等方面的重要性也日益凸顯，亟須有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者積極開展跨學(xué)科合作及多學(xué)科發(fā)展，充分利用好“數(shù)字孿生”等新興技術(shù)，不斷增強中華文明傳播力和影響力，堅守中華文化立場，講好中國故事、傳播好中國聲音，展現(xiàn)可信、可愛、可敬的中國形象，推動中華文化更好走向世界。

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基金項目：四川省哲學(xué)社會科學(xué)重點研究基地四川革命老區(qū)發(fā)展研究中心2022年度項目資助“‘數(shù)字孿生賦能大巴山文化資源建設(shè)研究”（項目編號：SLQ2022SD-37）研究成果