數位雙生(Digital twins)的未來發展趨勢

羅心妤/國立臺灣科技大學資訊管理學系

何謂數位雙生

數位雙生(digital twin),又稱數位分身、數位對映,是現實世界的物理實體在數位平台上的虛擬「雙胞胎」。它通常是一種三維的虛擬模型,可以模擬物體或系統的運行狀態,並通過資料和演算法來預測未來的行為。數位雙生可以應用於各種產業,主要的角色在監控和管理設備、預測故障、改善生產效率、減少成本和提升顧客服務等。

數位雙生的應用[1]

  • 用於「產品開發、實驗研究」:利用數位雙生技術開發的虛擬原型,可以在開發複雜的產品之前進行測試和改進,減少物理測試的需求,還可以使用數位雙生來類比和驗證流程的每個階段,以便在生成成品之前識別困難和潛在故障。
  • 用於「營運管理」:將實際物品內置物聯網感測器,不斷發送有關物品及其狀況的即時資料,以數位方法即時控制生產流程和資源性能。
  • 用於「維護建築物」:數位雙生技術可以監控建築物的加熱、通風、空調和照明系統,從而降低建築物使用成本。此外,通過數位雙生進行建築維護可以快速識別維修需求和解決方案建議。
  • 用於「元宇宙」:數位雙生技術可以用於建立虛擬世界中的物體、環境和地點,這些模型可以用於模擬和改善虛擬實境的體驗,提高元宇宙的運營效率,和預測虛擬經濟、社交活動的趨勢。

數位雙生的未來趨勢

數位雙生最大的挑戰莫過於「虛擬世界完整反映實體世界的資訊流程」,[2]這需要彙整來自不同領域模型資料,涉及了不同的專業知識、業務規則等複雜的資訊總和,各自也對應了相異的資料格式。

因此,如何促進數位雙生模型間資料的相容性,使其可以傳遞、交換,成為了未來發展中的關鍵議題。此外,數位雙生技術的效能及功能性也是討論的焦點。以下將介紹數位雙生在未來被廣泛運用的重要技術或解決方案[3]

1. 越來越多的人使用glTF格式交換3D模型。

glTF (GL Transmission Format)是一種開放式3D檔案格式,可以用於儲存和交換3D模型和圖形資料。它是由Khronos Group開發的,具有輕量級、高效率和易於使用等特點。

GlTF的文件格式非常簡單,可以使用常見的3D編輯器來輸入和輸出。Khronos Group稱其為數位雙生的JPEG。此外,glTF的開放式格式還可以被多種不同的軟體和技術支持,可以更方便的整合各種應用。

2. 生成式人工智慧(Generative AI)技術將被更廣泛應用

Generative AI是一種基於深度學習的技術,其目的是通過訓練大量資料來生成新的內容。它在很多領域有著廣泛的應用,如在自然語言處理Natural Language Processing,NLP)中,可以用於自動生成文本、翻譯、對話等;在視覺領域中,可以用於圖像生成、影像處理等。

Generative AI在數位雙生領域中也有很好的應用,可以用於生成3D模型、模擬物理現象與運動軌跡等,以快速生成大量高品質的3D模型,提高數位雙生的建模效率。此外Generative AI還可以幫助沒模擬不同類型的場景,如:天氣、光線等,以提高模擬的精準度。

過去幾個月,人們對於使用ChatGPT寫文本和Stable Diffusion創建圖像的簡單性感到驚豔,Generative AI是可以快速生成大量高品質資料的技術,在數位雙生和其他領域都有很好的應用前景。

3. USD開始被支持與接受

通用場景描述(Universal Scene Description,USD)是開放且可擴充的生態系,以用於合成、模擬和交換3D場景中的資料。它最早是由Pixar開發的格式,旨在改善電影製作流程。

USD可以用於組織巨型數位雙生的3D資訊,將原始資料與各種工業、醫學和企業工作流程整合,以提高數位雙生建模效率和模擬精準度。隨著越來越多公司和研發人員使用USD,它有望成為推動元宇宙或是3D產業的標準格式。

4. 「混合雙生」做為更有效率的解決方案

數位雙生模型之間存在多種性能、準確性的限制。Ansys的首席技術官Prith Banerjee認為,在2023年,企業將找到新的方法來創建混合數位雙生(Hybrid Digital Twin)。

混合數位雙生是指將不同類型的數位雙生模型結合在一起的技術,這種結合可能包括將虛擬模型和即時感測資料結合,或將物理模擬和數位模型結合在一起,混合數位雙生可以提供更高的性能和準確性,以更好地了解和管理資源和系統,並可以用於更多的應用場景。

結語

根據的報告[4]指出,2020年全球數位雙生市場規模為32.1億美元,預計到2030年將達到1845億美元,實現50%的年複合增長率。未來的數位雙生技術將會如何從「企業內部」走向「生態系統」,排除不同數位環境的障礙,建立資料的相容機制,將會是值得關注的發展方向。

[1] Swathi Kashettar (2023). Top 10 Use Cases of Digital Twin in the Year 2023 檢自:https://www.analyticsinsight.net/top-10-use-cases-of-digital-twin-in-the-year-2023/ (Jan. 20, 2023)

[2] DIGITIMES企劃 (2023). 數位雙生持續發酵 翻轉製造工廠的未來樣貌 檢自:https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?id=0000641883_Z199ACAS75REME4ZYNQ5A (Jan. 20, 2023)

[3] VentureBeat (2023). 10 digital twin trends for 2023 檢自:https://venturebeat.com/ai/10-digital-twin-trends-for-2023/ (Jan. 22, 2022)

[4] Research And Markets (2023). Digital Twin Market Research Report: By Type, Technology, Enterprise, Application, Industry – Global Industry Analysis and Growth Forecast to 2030- Product Image

Digital Twin Market Research Report: By Type, Technology, Enterprise, Application, Industry – Global Industry Analysis and Growth Forecast to 2030 檢自:https://www.researchandmarkets.com/reports/5128896/digital-twin-market-research-report-by-type (Jan. 23, 2022)

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