李德仁院士：元宇宙与数字孪生是两个不同概念

春节假期刚过，冰墩墩特许生产商元隆雅图就因“东奥+元宇宙”迎来了一波股价飙升。

元宇宙的风太热，不止吹红了一家元隆雅图。实景三维、数字孪生等偏向产业端的空天信息相关概念，也借着元宇宙的大火变得炙手可热，相关企业融资不断、股价节节攀升。（详情见：产业元宇宙崛起，数字孪生升温 | 年终特辑⑧） 

只是，新概念的发展，往往伴随着巨大的泡沫。无论是当下的“受益者”，还是看似尚未赶上时代风口的“滞后者”，都需要在技术浪潮更迭时保持足够冷静的判断能力。 

从传统到开放，从单打独斗到跨界融合，空天信息产业本就处于变革期。对这一领域的从业者而言，顶着“下一代互联网”光环的元宇宙足够有诱惑力，却也让人迷茫。

虎年开年之际，泰伯网邀请到中国科学院院士、中国工程院院士李德仁，谈一谈他对数字孪生与元宇宙的看法。

随着元宇宙的火爆，数字孪生概念也随之被热捧。但李德仁院士认为，不应将二者混为一谈。

“我认为，元宇宙和数字孪生是两个不同的概念，前者并不是后者的高级形态。”

李德仁院士表示，数字孪生本身概念非常清晰，就是现实世界在网络空间中的真实反馈，无论是数字孪生工厂、数字孪生城市甚至数字孪生地球，本意都是通过网络空间的模拟、仿真等还原真实世界并影响现实生活，是“要对地球负责的”，不会存在类似“神话”“游戏”等完全想象的元素。

“与数字孪生相比，现在火爆的元宇宙（metaverse）概念其实并不太清晰，‘虚实融合’的说法容易让人混淆真实世界和虚拟空间。”

李德仁院士进一步解释：“大数据中将用来描述数据的数据叫做元数据（metadata），但用‘元’来诠释宇宙似乎有一些难以理解。”

“从人类诞生以来，就存在两个空间。一个是我们生活的现实空间，一个是从神话传说、小说、电影到如今的游戏、VR游戏等人类想象延伸出的虚拟空间。前者在网络空间中的映射用数字孪生就足以概括，而目前的元宇宙似乎更偏向于后者。

“比如，基于西游记这一经典故事，可以借助三维实景等技术呈现一个看起来相当真实的虚拟世界，但这个世界并不影响真实世界的运转，只是为人们提供娱乐和想象的空间，这种情况下，即使借用了现实中的三维空间、车辆、人流等数据信息，也仍然应该被看做是虚构的空间。”

李德仁院士举例说明：“就像梅兰芳大师在戏剧世界中扮演的是各种女性角色，但真实生活中是一名男士，有自己的妻子、儿女一样，人们需要像分清戏剧与现实一样，分清元宇宙中的虚拟概念和现实生活。”

李德仁院士表示，元宇宙需要把概念说清楚，理清规则框架。

“在运用先进技术的同时，必须明确虚拟与真实世界之间的边界，要让技术运转有足够完善的规则作指导，要让参与者清晰地知道哪些角色、故事和世界观是创造出来的，不要让科技进步反而阻碍社会的正常运行规则。”

但李德仁院士并不拒绝运用数字技术改造、升级传统产业，反而乐见其成。

“运用VR、AR、MR等虚拟与现实交互的技术来赋能网络游戏、智慧文旅等产业，或者参与各种领域中的仿真模拟，我都是非常支持的。比如运用相关技术，能够让参观敦煌壁画的人看到飞天在眼前真实地起舞，这对旅游和文化产业发展将是极大的推动，值得尝试。”

这些领域在很早之前就已经尝试了VR、AR等技术的的应用，只不过，当时大数据、云计算、AI、5G等配套技术还未成熟，所以尝试并不成功。如今科技有了整体进步，自然有能力将产业发展更进一步，但是否要冠以“元宇宙”之名，李德仁院士持保留意见。

相对于既宏大又有些“缥缈”的元宇宙，李德仁院士口中“要对真实世界负责”的数字孪生，具有相当明确的使命。

“数字孪生，就是要利用虚实融合的技术，用迭代、进化的方式对从工厂、园区到城市的物理空间进行全面观测，洞察其发展态势，进而科学分析、预测、决策，实现以虚拟网络的管控来提升实体的运行效率。”

李德仁院士介绍，城市的数字化进程伴随着信息化发展步调逐渐演变。

从1992-1993年第一次信息革命时出现数码空间概念、1998年左右互联网加速全球化浪潮，到2006-2007物联网技术逐步发展、2015年之后数字孪生概念逐渐兴起，城市的数字化也逐渐从数字城市、智慧城市向着数字孪生城市过渡。

李德仁表示，数字孪生的智慧城市有着精准映射、虚实交互、软件定义、智能反馈四大特点，实现了颠覆性的创新，是数字城市的理想目标，也是智慧城市建设的新高度，赋予城市大脑实现智慧化的重要设施和基础能力。

“目前在推进的新基建正在为产业数字化、数字产业化打下基础，方便对产业的生产、流通等环节进行全生命周期的管控，将是推动我国经济下一步发展的主要动力。而新型智慧城市建设，强调地上、地下三维一体化，相当于将城市看作一个‘生命体’，并对其从诞生到变化、发展的过程进行全生命周期管理。”

李德仁院士表示：“基于这种模式，城市能够进行自我学习，运行模式将不断优化、迭代。”

但李德仁院士也提醒业界同仁，数字孪生城市建设仍然存在几大难点。

其一，需要综合考虑建模效果与成本支出。现阶段的资金能力无法支撑将所有实体进行单独单体化建模，但是利用mesh模型可以自动化快速完成框架单体化。只是相对而言，后者在模型精致程度、应用及与其他建模软件融合等方面，还有进步的空间。

“我个人推荐城市级建模采用框架单体化模式自动完成，对于城市地标等重要建筑可以单独进行单体化建模。”李德仁院士表示，这一观点仍待业界探讨。

其二，需要统筹协调高精度空间数据的安全保密要求与现阶段经济发展的实际需求。

“现阶段的相关法规对高精度空间数据的开放共享有较多的限制，但包括自动驾驶在内的智能网联产业，又对这类数据有着相当大的需求空间。能否综合运用体制和技术手段，在保障数据安全的同时，保持我国在汽车智能化等赛道中的高速发展，为占领未来世界经济领先位置做好准备？”

李德仁院士建议：“在数据上云方面，可以参考类似武汉云的国资云方式，加强数据管控。在数据开放方面，也可以尝试对数据坐标进行处理、限制空间数据开放总面积、允许使用但不允许复制等模式进行限制。”

“这是技术发展到新阶段空间信息领域必须思考的问题，需要各界共同探讨以寻求最优解。”

其三，跨部门协作、共享的机制仍需进一步完善。小到实景三维城市与城市信息模型（CIM）基础平台的技术融合与跨部门协作，大到各部委、省、市、县多级数据归集、共享和发布机制，目前仍然在边探索、边推进的过程当中。

李德仁院士表示，目前浙江、山东等地已经出台较为完善的数据归集、共享机制，相信未来的体制机制会加快完善，更加适应数字时代。

为此李德仁院士建议：“是否可以由科技部牵头设立重点专项，引导全国各方面的力量汇集？”

“比如，我和其他几位院士、专家正在推进的城市人、车、物的米级轨迹跟踪，就是‘北斗+’和‘+北斗’能力的新尝试。我们将室内导航定位羲和计划和第三代北斗系统应用相结合，在智能手机、智能手环或者其他终端上实现人与物品的轨迹跟踪、分类，支持常态化的疫情防控及其他城市应用。”

李德仁院士希望，新的一年各界同仁能够共同发力，早日为前述问题给出答案。

现阶段，自然资源部推进的实景三维中国建设以及住建部推进的城市信息模型（CIM）基础平台建设，是我国数字孪生城市建设中的两大推动力。而空天信息技术，是二者建设中不可或缺的重要组成部分。

李德仁院士表示：“数字孪生在新一代智慧城市需求中可以做的工作非常多，测绘相关部门和大测绘行业一定是相关工作的先锋和主力军，因为没有空间实体框架底座就谈不上城市智慧化管理，这是城市数字孪生实现的基础。”

技术大纲、行业标准等顶层设计的不断完善，进一步加快了实景三维中国、城市信息模型（CIM）基础平台等大型工程的建设进程。

以实景三维中国的建设为例，在技术支持方面，相关领域软、硬件的国产化水平已经有了长足的进步。

“我们现在可以不依赖外国的软件、硬件来实现（实景三维）。在覆盖全国的宏观层面，我国卫星的分辨率从5米到1米再到如今的0.5米。依靠航空测量，分辨率可达2厘米。包括建模方法等在内的软件系统国产化也得到了国家的大力支持。”李德仁院士自豪地表示。

在建设模式方面，允许各试点城市根据自身特点进行多种方法的并行试验。“目前几个试点城市都有自己的优点，最终需要汇总经验，不断完善通用标准。”李德仁院士介绍。

如：特大城市上海的地表交通以及地下管线方面，较好的运用了激光雷达；武汉对地块的多时态表达比较突出，对从宏观到微观不同实体的细节处理也有相应经验；青岛的激光雷达点云成果覆盖了城市范围外的重点森林片区，在森林防火、地灾防治等工作的同时，还可以为碳达峰、碳中和目标提供数据支持。

“在数字孪生城市这样的综合性项目中，空天科技扮演着越来越复合的角色。” 

李德仁院士介绍：“以我们参与的武汉云项目为例，空天科技企事业单位既是框架基础数据、时空数据底座的生产者、维护者、管理者，又能与其他技术共同参与到物联网等动态数据的获取和运维工作中，是动态数据应用的参与者和合作者。”

“而在存储管理、可视化等领域，空天科技企业也有机会发挥更大的作用。”

李德仁院士表示，在天空地对地观测与北斗卫星导航为代表的地球空间信息技术纳入信息基础设施的趋势下，地信测绘正在从传统的小圈层突破，进入更广阔的“大测绘”领域，即涵盖通信导航遥感一体化的空天信息实时智能服务、基于高精度时空大数据的公共安全服务等，还要探索海上的、水下的、地下的更多应用可能。

“空间信息是新基建中信息基础设施的组成部分，要抓好地球空间科学在新基建时期的使命，积极参与、促进产业数字化、数字产业化。”

“领域内的企业要放开心态，用更开放的眼光看待这一变化，努力创新，有所作为。”李德仁院士表示：“有时候你只要往前迈一步，就可以渡过眼前的难关。”

“空天科技企业与人工智能、云计算等行业，是一种竞合关系。既有合作的基础和动力，也存在竞争的可能，科技就是在这样竞争与合作的过程中不断进步的。”

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