2023年初，中國信息通信研究院發布了《數字孿生城市產業圖譜研究報告(2022)》，報告中提出我國數字孿生產業四階段體系，2020年到2030年是我國數字孿生產業增長期，當前數字孿生市場需求和技術均處于高速發展階段。
在大背景下，數字孿生產業發展還沒有進入到理想化的元宇宙階段，數字孿生技術已經不再是單一的技術體系，而是以積木式組裝結合了物聯網、大數據、人工智能、BIM、GIS等多項前沿技術的聚合技術。《“十四五”國家信息化規劃》《“十四五”數字經濟規劃》等文件也提出要強化數字孿生技術戰略研究布局和技術融通創新。
結合當前產業發展進程，易知微聯合數字孿生世界企業聯盟與眾多行業專家共同編寫《數字孿生世界白皮書(2023)》(以下簡稱《白皮書》)，通過對于數字孿生技術和行業解決方案的深度剖析與成果分享，為數字孿生應用在千行百業中落地生根提供借鑒，以助力更多單位與企業建設數字孿生應用。
主編單位：杭州易知微科技有限公司
參編單位：杭州玳數科技有限公司、浙江宇視科技有限公司、北京中創碳投科技有限公司、安世亞太科技股份有限公司、浙江卓見云科技有限公司、數巒云(杭州)科技有限公司、深圳市瑞云科技有限公司、杭州微盟時空科技有限公司
編寫指導(排名按姓名拼音首字母)：
陳為 浙江大學計算機學院教授
鄧貴德 中國特種設備研究院 正高級工程師
楊秦敏 浙江大學控制科學與工程學院教授
周偉華 浙江大學數據分析和管理國際研究中心主任
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數字孿生：數智視融合，構建數字孿生產業生態鏈
數字孿生具有多學科交叉會聚、多技術跨界融合的典型特征，在當前數字孿生技術高速發展階段該特征尤為突出。而高速發展也逐步的暴露出數字孿生“流于形式”，數字孿生城市建設探索“有表無里”等問題。從當前數字孿生應用的建設實踐來看，數字孿生需要在數字化和孿生可視化層面兩手抓。
l 數字孿生高速發展，成為數字經濟熱點
《白皮書》中指出我國數字孿生城市初創企業多處在快速成長期，隨著應用場景的持續探索，數字孿生城市將實現多輪爆發并維持較高增長。數字孿生技術是符合當前數字產業化趨勢的前沿和關鍵數字技術，也是新型智慧城市和數字鄉村建設、產業園區數字化建設、工業數字化轉型、新型智慧水利建設、能源數字化升級等各個重點產業數字化領域應用融合創新的基礎設施之一。
l 打造“數智視融合、虛實人聯動”的數字孿生世界
隨著物聯網、5G、云計算、大數據和AGI等基礎技術的不斷發展，數字孿生世界也將進入到“數智視融合，虛實人聯動”的新階段，為不同行業帶來更有價值的應用，讓每一個組織和個體從看見到受益于數字化。
數字化是數字孿生的基礎前提，智能化是數字孿生的關鍵變量，可視化是數字孿生的交互界面。將數字化、智能化和可視化等技術相結合，可以進一步打造“數智視融合”的新型數字孿生應用。每個人可以通過數字孿生應用實現對虛擬世界的參與和互動，也可以通過虛擬世界對物理世界進行協同感知和控制，實現“虛實人聯動”。
l 持續推進數字孿生世界“多跨”數智場景建設
數字孿生相較于數據可視化有著更為繁雜的架構。在傳統數據可視化的展示價值基礎上，數字孿生增加了業務運營價值，尤其在可視管理、模擬演練等場景里價值明顯。比如面向復雜體、隱蔽體、綜合體的業務運營層面效果突出，所以在數字政府、數字城市等領域應用廣泛。
中國信通院《數字孿生城市白皮書(2022年)》也指出，未來數字孿生城市“多跨”應用場景將加速推進，有力支撐中國式現代化發展模式。數字孿生世界企業聯盟基于此提出4P應用場景和數字孿生五層工程技術體系，4P應用場景分別是科學規劃(Plan)、可視管理(Present)、輔助決策(Predict)、干預演練(Preact)，五層工程技術體系主要包含地理信息要素層、實時感知控制層、數據智能層、全真模型層、可視化交互層。
(數字孿生城市工程技術體系)
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數字孿生應用架構B/S與C/S的探索
在第二章中，《白皮書》主要針對于數字孿生應用架構選型與實踐探索進行了對比和建設經驗分享。
B/S架構的數字孿生場景渲染，常見有以下三種技術路線：基于WebGL封裝的渲染庫直接進行開發;基于支持H5的3D游戲引擎進行開發，開發完成后打包成WebGL;基于WebGL封裝的渲染庫開發適用于數字孿生項目的融合渲染引擎，再基于自研的引擎的進行開發，例如EasyTwin數字孿生融合渲染引擎。
C/S架構的數字孿生場景渲染，常見的有以下兩種技術路線：基于游戲引擎直接進行開發，例如Unity3D、Unreal Engine;基于游戲引擎封裝的適用于數字孿生項目的融合渲染引擎，再基于自研的渲染引擎的進行開發。
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數字孿生核心技術加速發展和融合應用
數字孿生技術的向前發展和融合應用，使得數字孿生在城市、流域、工廠等數字化場景的建設中得到了廣泛的應用，為現實世界的數字化和虛擬化提供了堅實的技術支持。
《白皮書》中主要圍繞數字孿生世界建設7大核心能力，物理世界感知能力、數據治理能力、地理信息數據應用能力、數字孿生高效建模能力、數字孿生場景渲染能力、數字仿真能力、虛實交互能力進行展開描述。
l 物理世界感知能力
物理世界感知能力是數字孿生應用建設架構中的底層基礎，是物理世界信息輸入的基礎，是實現物理對象與其數字孿生應用間全要素、全業務、全流程精準映射與實時交互的重要一環。
隨著計算機算力的大規模發展及算法的不斷突破，AI得到了快速發展，為物理世界全域感知和管理監測等技術的研發和創新提供了強大的工具。構建一體化感知網能夠實現感知范圍全域覆蓋，在擴大物理世界實時在線監測范圍的同時，提升監測能力，幫助使用人員以科技之眼實時掌握現場情況，實現全面感知、科學決策與智慧管理。
l 數據治理能力
數據從業務中產生，在數據應用中承載。以數據應用核心，數據治理平臺工具為支撐，在數據治理組織/制度保障下，不斷通過數據治理手段，推動實現數據標準化及業務標準化，實現業務、技術、管理、平臺的有效聯動。只有構筑一套數據治理綜合體系，明確關鍵數據資產的業務管理責任，依賴規范的制度流程機制，構建有效的管理平臺及工具，數據的價值才能真正發揮出來。
l 地理信息數據應用能力
在數字孿生應用的建設階段，地理信息數據是數字孿生應用的輸入，能夠通過各種傳感器和設備進行收集和傳送，并通過云計算和大數據技術處理和存儲，為數字孿生應用提供多方面、多層次、多來源的數據，并通過機器學習和算法進行智能分析。在數字孿生應用的展示階段，地理信息數據是數字孿生的輸出，它能夠有效展示數字孿生的結果和效果，為用戶進行決策、控制、反饋提供途徑。
《白皮書》中主要介紹了矢量數據、柵格數據以及常見地圖坐標系的應用。矢量數據用于表示地圖上的點、線、面等幾何要素和屬性信息，例如道路、建筑物、地名等;柵格數據用于表示地圖上的圖像信息，例如衛星影像、地形圖、天氣圖等。
l 數字孿生高效建模能力
創建高保真的數字孿生體虛擬模型是構建數字孿生應用的重要步驟之一，需要真實的再現物理實體的幾何圖形、屬性、行為和規則等。數字孿生體模型不僅要在幾何結構上與物理實體保持一致，更重要的是要能模擬物理實體的時空狀態、行為、功能等。針對高效建模流程，《白皮書》中主要介紹手工建模與程序化建模。
數字孿生領域中，手工建模是較常采用的建模方式，可以靈活適應不同數字孿生場景需求，根據項目需求進行靈活修改和迭代，且更容易進行數字孿生可視化展示和交互操作，性能上也更具有優勢。基于手工模型制作的數字孿生建模方法主要介紹了利用傾斜攝影等方式進行數據采集和處理、BIM模型輕量化的處理流程、PBR建模流程。
程序化建模是指根據計算機圖形學原理設定模型生成的規則，利用程序實現模型或貼圖的創建，建模人員可以通過調節參數快速生成具有多樣性和靈活性的模型，幫助建模人員大幅提高建模效率。與傳統建模方式相比，程序化建模的優點不僅是快速生成各種模型結果，還可以與游戲引擎對接形成高效的生產管線。《白皮書》中主要介紹了Houdini和CityEngine兩種程序化建模方式。
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l 數字孿生場景渲染能力
目前大多數數字孿生城市項目在三維渲染引擎的技術選型上通常是2種方案，一種是基于C/S架構的主流游戲引擎技術路線(Unreal Engine、Unity3D等)，另外一種是基于B/S架構的WebGL技術路線。
《白皮書》中核心剖析了基于WebGL純代碼開發、支持H5的游戲引擎打包WebGL、自研B/S低代碼融合渲染引擎三大WebGL數字孿生開發技術路線，以及基于游戲引擎的數字孿生場景渲染效果，和云渲染的實現方式。
(基于WebGL生成的數字孿生植被自然場景)
(基于游戲引擎實現的數字孿生天氣系統效果)
l 數字仿真能力
數字化模型的仿真技術是創建和運行數字孿生體、保證數字孿生體與對應物理實體實現有效閉環的核心技術。仿真是將包含了確定性規律和完整機理的模型轉化成軟件的方式來模擬物理世界的一種技術。仿真技術不僅建立物理對象的數字化模型，還要根據當前狀態，通過物理學規律和機理來計算、分析和預測物理對象的未來狀態。這種仿真不是對一個階段或一種現象的仿真，應是全周期和全領域的動態仿真。
《白皮書》中針對于設備實時的數字孿生模型構建通用技術方法與實現案例進行了詳細介紹。
(數字仿真模型構建通用技術方法路線)
l 虛實交互能力
隨著數字孿生可視化的市場需求迸發及行業的日益成熟，數字孿生駕駛艙的發展從“看得到”到“用起來”。數字孿生系統的虛實交互操作性，意味著在虛擬世界中的操作能夠在真實物理世界得到反饋，這樣的虛實交互、虛實聯動，是從看見數字化轉變到受益于數字化的關鍵，是構建數字孿生多跨協同、預案指揮的核心之一。
(易知微數字孿生聯動預案指揮體系架構圖)
新型技術成果：降低數字孿生應用建設門檻
數字孿生技術發展至今已經逐步成為物聯網、大數據、人工智能、BIM、GIS等多項前沿技術的聚合技術體，新型技術與數字孿生技術的融合賦能已經成為產業發展的重要路徑。
易知微數字孿生產品矩陣中的EasyTwin數字孿生融合渲染引擎、EasyV for Unreal數字孿生雙向通信插件、EasyMan數字孿生數字人分別在全方位融合渲染、游戲引擎以及AIGC技術領域進行實踐創新，助力數字孿生技術全方位多領域發展。
(易知微數字孿生產品矩陣)
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數字孿生世界：重點行業解決方案探索
目前我國已經進入"技術+應用”的數字孿生雙驅動時代，在市場需求和國家政策的推動下，各地因地制宜發展數字孿生技術，深入開展數字孿生應用建設。
白皮書總結了數字孿生技術應用的“園區、港口、工廠、水利、雙碳”五大行業場景，通過對于方案深度剖析和成果分享，希望能為數字孿生技術應用在千行百業中落地生根提供參考與借鑒!
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