01
从《黑神话》到《遗骸》
是游戏也是现实
最近在短视频平台上，一款名为《遗骸》的游戏火遍全网，原因无他，就是因为该游戏的地图建立在真实的重庆城市背景之下，宣传片中我们可以看到重庆标志性的千厮门长江大桥、解放碑步行街等场景，山城独特的8D地形在影片里也得到了充分的体现，这也使得各大搬砖该宣传片的Up主评论区充满了“我在重庆打丧尸”“重庆外卖员，游戏天花板”等调侃。
《遗骸》的游戏场景基于重庆渝中区而设计
根据《遗骸》的游戏描述来看，这是一款大逃杀和塔科夫模式混合的游戏，核心是在丧尸围城的大环境下“捡垃圾”后逃离，但过程中又可以组队或以个人的形式和其他玩家“厮杀”，从游戏模式来看无非就是缝合，不至于引发如此多的关注。所以真正掀起舆论浪潮的还是它采用了现实取景，毕竟重庆也是一个以“赛博朋克”风格而知名的网红城市，错综复杂的地形也的确非常适合这一类型的游戏，代入感很强。
不过作为重庆土著，我不得不先给大家泼一盆冷水，因为重庆哪怕只是渝中区，也有足足23.24平方公里，而《遗骸》官方介绍的游戏地图面积是1500亩，换算过来就是刚刚1平方公里，所以那些要去五小区、野水沟的玩家可以打消这个念头了……
事实上，《遗骸》并不是第一款将现实城市搬到游戏世界的作品，另一款堪称全球知名度第一的游戏——《侠盗猎车手5》也同样如此。Rockstar为该游戏打造的“洛圣都”城市高度还原了洛杉矶的各大标志性场景，被广大游戏玩家戏称为“素未谋面的第二故乡”。
《侠盗猎车手5》的码头摩天轮（上）就基本复刻了洛杉矶的实景（下）
类似的例子还有很多，比如育碧就是一个典型的“数字基建狂魔”，旗下《看门狗》系列就复刻了芝加哥的城市面貌，玩家可以在游戏里找到诸多和现实中几乎一模一样的场景。更不用提当年育碧为制作《刺客信条》系列游戏扫描了巴黎的城市风貌，后来当巴黎圣母院遭遇火灾，其巴黎圣母院数字备份在后期修复重建时就起到了关键性的指导作用。
与之类似，大量的竞速类游戏也都是将现实生活搬到游戏场景的典型，诸多经典赛道，比如知名的纽博格林北环，在绝大多数以跑圈为主旨的拟真赛车游戏里都得到了完美复刻，甚至连路肩的细节都没有放过。而《微软模拟飞行》更是直接联动了地图遥感数据，玩家可以操作飞机飞遍全球，随时都能俯瞰与现实世界基本无异的地貌效果。
02
从游戏到元宇宙
搭建终极数字世界
事实上，我们在游戏里复刻现实生活场景的做法，有一个大家可能都听说过的专用名词：数字孪生。
而游戏，则是最接地气的数字孪生实现形式，关键原因就在于，数字孪生得到的数字资产，在游戏里可以得到最直观的价值回报，毕竟游戏是直面广大游戏玩家的，只要你游戏玩法做得够好，数字孪生的制作成本就能快速回炉，而数字孪生的资产又是可以在不同游戏、不同应用里重复使用的，这就意味着将游戏作为数字孪生的起点，是门槛最低、效率最高的选择。
利用游戏引擎作为数字孪生的前端工具，在业内比较常见
事实上，大多数的数字孪生项目，都是用游戏引擎来进行制作的，比如Unity3D、虚幻引擎等等，究其原因，最关键的就是这些游戏引擎都具备很强的图形渲染能力，它们可以将用户导入的地形、建筑、道路甚至各种传感器数据，比如温度、湿度、风速，以及人流量、车流量等环境信息，通通以3D渲染的形式直观生成。早在前几年就已经有影视公司用这些手法来进行虚实结合的广告，甚至影视作品拍摄了。
当然，游戏引擎的初衷并不是为数字孪生服务的，只是它可以做一部分数字孪生工具的工作，而真正的数字孪生工具需要具备力学分析、模流分析、电磁仿真等等功能，因为既然是“孪生”了整个现实物理世界，在孪生的数字世界里也必须要有对应的模拟工具，而且在不同的应用领域也有不同的垂直类数字孪生软件，它们都是游戏引擎无法替代的关键。
与数字孪生息息相关的概念就是元宇宙，虽然元宇宙的热度在这几年渐渐消散，但问题的根源并不是它的想法不行，而是提出得太早、太超前了。扎克伯格理想中的元宇宙，其实就是现实生活的数字孪生，就像我们在《头号玩家》里看到的那样。
但显然，元宇宙需要大量的数字资产来堆砌，也需要强劲的边缘计算能力和带宽来实现功能下沉，在这些构成要素不断积累量变的情况下，我们的确随时都有可能爆出一款真正意义上的元宇宙应用，哪怕是小范围、小规模的。比如在在线多人游戏时利用数字孪生网络，将游戏中的地图、角色及事件与现实世界的数据通过混合现实连接，使得游戏体验更加逼真和沉浸，这何尝不是一个巨大的革新呢？
03
严格法规之下
数字克隆杜绝泄密
得益于近年来对国家安全的不断宣传，广大人民群众的数据安全敏感性也得到了全面提升，在《遗骸》的游戏演示视频评论区，我们也能经常看到“复刻地图会不会泄密？”这样的问题，事实上，像游戏应用里的数字克隆，基本上都采用了脱敏的数据来源，包括大地坐标系、军事禁区等都不会出现在数字孪生的内容当中。
关于地图测绘的26项保密规定公开文档，甚至连好几项的内容都是无法查看的……
而且世界各国对地图保密高度重视，咱们国家也不例外，不仅有《中华人民共和国刑法》为打击地理信息泄密等犯罪活动提供法律依据，还有《地图管理条例》《中华人民共和国测绘法》修订版，以及《中华人民共和国安全法》和《中华人民共和国保守国家秘密法》等等相关法律法规，共同守护我国地理信息安全。
游戏里的数字孪生（右），成为了修复现实巴黎圣母院（左）的关键
除此之外，数字孪生也需要进行地理环境测绘，而测绘是采取资质管理的行业，所以只有有资质的单位才能从事这方面的工作。
最重要的是，大多数游戏里的数字孪生城市也只是“套壳”，或者主要克隆的都是对公众开放的景点而已，再加上考虑到现实生活中的场景必然涉及到诸多商业版权，比如品牌Logo等等，再加上游戏厂商也可能对游戏内的场景进行“招商”，因此游戏里复刻的城市必然都会经过全盘“魔改”后才能发布，单单从《遗骸》的演示视频来看，其实游戏有相当多的交互场景都是基于现实环境二次创作后的室内场景，毕竟你不能真的去别人家里扫描场景吧……
而像育碧扫描巴黎圣母院本身最重要的目的之一就是保护历史遗产，所以是在拿到了相关许可的情况下进行了高精度的扫描。
因此，至少对于我们游戏玩家来说，并不需要担心游戏里出现的场景存在涉密的情况，而且数字孪生真正的意义还在城市和工业建设等领域，接下来我们就以此为核心，为大家介绍数字孪生对于城市发展的重要意义。
04
真实与虚拟的桥梁
数字孪生的奥秘
从数字永生到镜中世界，科技发展使人类对数据的掌控能力不断提升，步入了一个前所未有的新纪元。
随着普罗米修斯号飞船缓缓降落在LV-223星球那荒芜而陌生的地表上，一阵轻微的震动宣告着普罗米修斯号与未知世界的首次接触。遗迹内部，一名船员从背包中取出一个小巧而精致的探测器，这个探测器能够自主探测并迅速绘制出周围环境的立体地图。随着探测器的不断扫描，一幅幅精细的立体地图开始在船员们的头盔显示屏上逐渐成形。他们可以看到岩洞内部的复杂结构、曲折的通道以及隐藏在深处的未知空间。
这是《异形》系列的前传电影《普罗米修斯》中的一个场景，数字孪生技术的应用给不少观众留下了深刻印象，而科幻电影《钢铁侠》（Iron Man）中，托尼·斯塔克通过数字孪生技术，能够创建战甲的虚拟模型进行设计和优化，实时反映和模拟战甲的状态和性能。
战甲内置的智能管家系统“贾维斯”（J.A.R.V.I.S.），通过战甲上的各种传感器与其进行实时通信和双向交互，掌握战甲的运行状态，操控飞行系统和武器系统，这一组合使得虚拟和物理世界之间的互动更加紧密和高效。
游戏之外，不少影视作品均出现了数字孪生技术的应用或展示，让观众为电影工业大呼过瘾的同时，也对数字孪生技术做了科普启蒙。数字孪生（Digital Twin，DT）主要指在数字空间构建物理实体或过程的数字模型，保持数字模型与物理实体或过程同步共生，进而完成对物理实体性能状态的动态预测，最终对物理实体或过程进行主动干预。
仿真技术是创建和运行数字孪生的核心技术
数字孪生技术起源于美国，美国密歇根大学教授MichaelGrieves在2002年提出了“镜像空间模型”的概念，为数字孪生技术的发展奠定了理论基础。到了 2011年，美国空军研究实验室在结构力学部门的一个演讲中正式提出了“数字孪生”（Digital Twin）这一术语，进一步明确了这一技术的定义和范畴，预防航天事故和空军战斗机的维护问题也成为数字孪生技术最早的应用领域。
到2017年时，数字孪生已经被认为是未来航空航天与国防领域的六大顶尖技术之一。而后随着元宇宙概念、AI的兴起，数字李德生作为底层技术在多个领域都有了具体的实践应用，特别是在工业、医疗和城市管理等领域。这种技术的发展与人工智能、物联网、虚拟现实等技术的持续进步密切相关，数字孪生的适用范围也在不断拓宽。
05
未来工业的镜像之旅
虚拟晶圆厂的崛起
作为半导体领域的基石，晶圆厂竟可以用虚拟的？虚拟晶圆厂也被称为数字孪生晶圆厂，是一种基于计算机模拟和数字孪生技术的创新概念，旨在模拟和优化半导体晶圆制造过程。
随着半导体技术的飞速发展，晶圆制造过程变得越来越复杂和精细。传统的制造方式面临着成本高、周期长、效率低等挑战。因此，业界开始探索利用先进的计算机技术和仿真工具来优化晶圆制造过程。
1996年，台积电首次提出了虚拟晶圆厂（Virtual Fab）的概念，一经亮相便凭借出色的成本和效率优势得到广泛认可和推广。尤其是随着晶体管技术节点尺寸越来越小，开发更小节点的工艺成本呈指数级增长，利用数字孪生技术可以极大地降低设计和流程优化的试错成本，让试错成本几乎为零。未来建立虚拟晶圆厂对晶圆厂全流程进行数字孪生，已成为行业发展共识。
“我们正在加速世界上的CAE、EDA和SDA，以便我们能够在数字李生中创造我们的未来！使用数字孪生的结果令人印象深刻，它帮助Wishtron工厂的上线时间缩短了一半只需两个半月而不是五个月！”英伟达创始人黄仁勋在NVIDIA GTC 2024大会上对于数字孪生技术的肯定，让人们看到了半导体圈对数字孪生技术的认可和依赖。
虚拟晶圆厂极大降低试错成本
成本和效率是虚拟晶圆厂备受青睐的两大主因，在成本方面，传统晶圆厂需要采购大量的生产设备，包括光刻机、刻蚀机、离子注入机等，这些设备的价格都非常昂贵，尤其是先进制程的设备，单是一台用于2nm制程的EUV光刻机，其成本就高达2亿美元。
具体到建厂费用上，建一座月产能5000片的90nm晶圆厂费用在24亿美元左右，但到了更先进的5nm制程一座晶圆厂的价格直接就飙升至160亿美元。而虚拟晶圆厂不需要实际的物理设施和昂贵的设备，其相关的软件支出预计会占到晶圆厂生产、研发及厂务设备总支出的1%左右。
全球及中国虚拟晶圆厂软件市场规模，2023-2035
而在开发效率方面，以LAM RESEARCH公司旗下的SEMULATOR 3D平台为例，该软件平台则可以进行虚拟三维工艺建模，将显著缩短调试周期，降低开发成本。相较而言，实际晶圆运行需要数周至数月的时间，而虚拟制造只需几分钟至几小时即可产生结果。
因此，SEMulator3D使制造商能够利用虚拟制造的晶圆进行开发，从而更快地将新技术投入批量生产。事实上在虚拟晶圆厂中，晶圆从研发到制造需要经历的每一个环节的工艺模块和工艺设备均有与其对应的仿真模块软件，以确保整个生产环节都被实时感知、预测和控制，从而实现晶圆生产环境的最优化。
除半导体芯片外，制造业一直都是数字孪生在民生领域的主要赛道。
在制造业中，数字孪生可以用于监控生产线的运作，通过对生产流程的模拟分析，预测设备故障并提前进行维护。具体以机床领域为例，数字孪生技术的应用主要是建立数字空间和物理空间的双向映射，以数字模型为基础结合感知数据实现可视化监测、性能预测、反馈控制等，从而显著提升机床的智能化水平。
数字孪生提升了机床智能化
制造业之外，在医疗领域，数字孪生可以模拟人体器官的功能，帮助医生更好地理解疾病的影响并制定治疗方案，更通过智能化、自主化和协同化发展，不断融入大众生活。
06
让城市更“聪明”
云端城市
随着不断的技术迭代，数字孪生已从航空航天、工业制造向交通、医疗等各个产业领域全面拓展，赋能产业数智化升级，而随着AI时代逐渐拉开帷幕，数字孪生城市开始真正让“镜中世界”与现实世界交融。
数字孪生城市是通过数据全域标识、物联感知、网络连接、智能控制等技术，在数字空间再造一个与物理城市一一映射、精准匹配的数字城市。七年前，中国信息通信研究院首次提出“数字孪生城市”概念。随后，“探索建设数字孪生城市”被纳入国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要，成为新型智慧城市建设的必由之路和未来选择。
在数字孪生技术具体落地在城市管理上，车路运一体化体现得非常明显。针对车路运一体化领域，数字孪生技术将真实交通环境在数字世界进行完整复刻。通过在路口路段大规模部署通感算一体化的数字道路基站，全天候、不间断、无死角地获取道路各类交通参与者的动态数据，包括行驶车辆、非机动车的位置、速度、方向等。
数字孪生在车路运一体化领域应用广泛
通过数字孪生，可以将真实交通数据在仿真平台上进行场景的生成和重组，通过深度融合路侧和车端数据，为自动驾驶算法提供可供测试的Corner Case，帮助车企以更低成本进行数据的回归测试验证，保证自动驾驶算法在引入新数据后不会出现运行问题或者功能降级。
除智能交通外，数字孪生通过空天、地面、地下、河道等各层面的传感器布设，实现对城市道路、桥梁、井盖、灯盖、建筑等基础设施的全面数字化建模，以及对城市运行状态的充分感知、动态监测，形成虚拟城市在信息维度上对实体城市的精准信息表达和映射，从而提高城市能源、水利等方面管理的智能化和精细化，这一点在我国雄安新区上体现得淋漓尽致。
“雄安新区每建设一栋楼，都会在网络平台形成与之孪生的数字化建模。”雄安新区数字城市建设领导小组办公室相关负责人王子轩为记者做了通俗的解释。在数字孪生的技术基础上，城市“大脑”对城市各个角落发生的事情了如指掌。
工作人员正在雄安城市计算中心进行操作演示
雄安新区设立7年来，除了现实中正在建设的地上城市和地下城市外，还有一座云上的数字城市同生共长。如今，雄安城市计算中心、综合数据平台、雄安城市信息模型平台、物联网平台和视频一张网平台“一中心四平台”建设初具规模，初步构建起“云上一座城”。
雄安之外，我国上海、苏州、深圳等地陆续开始构建数字孪生城市框架，推动城市治理现代化和智慧城市建设的同时，也让居民的生活更加便捷、有序和安全。
07
写在最后：绝非乌托邦
数据孪生原本是人类尝试更高效了解世界的大胆设想，而在技术的不断推动下，这个曾经只存在于科幻小说中的概念逐步走出实验室，成为推动社会进步与产业升级的重要力量。
随着5G、边缘计算、人工智能等技术的深入融合，数字孪生的实时性、交互性和智能化水平将进一步提升，其应用场景也将更加广泛。从微观层面的单个设备维护到宏观层面的全球经济预测，数字孪生都将发挥不可替代的作用。
