《前瞻趨勢篇》 科技飛速進化 數位模擬大應用 數位雙生加速產業升級

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隨著數位科技進步,數位雙生技術延伸應用於不同產業,反映實際或未來會呈現的預測情況,大大強化產業的生產良率及效能。

數位雙生技術起源於1991年時David Gelernter所撰寫的《鏡像世界Mirror World》,並在書中展示了該技術應用於產品生命週期管理Product Lifecycle Management(PLM)的方法與其效益。約20年過後,NASA的John Vicker在2010年時發布的Nasa Roadmap提出了數位雙生(Digital Twin)這一詞彙,並以此代表了在數位環境中通過感應器與網路,去映射現實環境的概念。數位雙生應用都建立在人工智慧、機器學習、資料分析3個基礎,能做到即時反饋當下數據,並加以分析前行預判,這也是過往模擬技術無法達到的;而技術的實現主要來自於IoT上的感應器,以及通過網路傳遞相關資訊的能力。目前該技術延伸應用於不同產業以其對應的應用場景,像是預測性維護、物流優化、倉儲設計、健康醫療服務流程優化、實體零售消費者的互動環境模擬等。

這項技術體現於實體資產使用數位呈現方式,轉化為2種類型的分身。一種是「既定實體」逆向轉化為資料虛擬化;另一種是尚未建構實體之前,先創建虛擬模型,再進入實際建構,是從無到有的正向建構歷程。這些數位分身多數運用在產品目前與歷史表現形式資料的聚總,以反映實際或未來會呈現的預測情況。當實體物件的取得資料可供使用時,可模擬相同物件的數位分身,以設計、建置、維護或操作方式模擬物件的行為模型,在產品生命週期(PLM)的每個步驟建立物件的虛擬設定檔。長年以來,數位雙生不斷演進,在數據資料庫加上模擬技術、AI技術的逐漸成熟,優化當前對於製造、生產、創造、技術訓練等繁瑣過程,帶來便利且並具備沉浸體驗式應用,大大強化產業的生產良率及效能。

數位產業署推動數位轉型  

數位雙生發展看俏

在全球數位轉型的強力推動下,臺灣也成立「數位發展部數位產業署」作為數位經濟發展的專責機關,掌理數位相關產業的政策規劃、法規研擬及數位技術的應用推廣,協助各行各業因應數位經濟時代的挑戰與機會,增強產業的數位韌性。以「R(Resilience韌性)、I(Integration整合)、S(Security安全)、E(Empowerment賦能)」作為業務推動主軸,未來亦將關注「A(生成式AI)、C(區塊鏈技術)、E(淨零轉型)、S(軟體策略)」等關鍵技術發展課題,建構良好的數位發展環境,挑選示範場域與服務情境,整合產業與社群的力量,驅動產業經濟持續進行創新,促進臺灣數位經濟發展,加速各行各業數位轉型。

數位產業署署長呂正華表示,數位科技不斷進步與突破,WEB3、元宇宙、數位雙生等新興議題備受關注,過往數位雙生被視為工業4.0的重要環節,應用也側重於製造、航太、能源等領域,強調供給端效率、效能的提升。伴隨著數位雙生的持續發展與概念的延伸,其應用已涵蓋健康、城市、零售、娛樂等多元領域,並且更加重視需求端的體驗。國際研究暨顧問機構Gartner在技術成熟曲線中,即表示數位雙生應用將在5至10年內將達到發展的高原期。

推動「數位雙生共創平台」 

積極與國際接軌

因應新興科技發展及數位雙生應用趨勢,數位產業署推動「數位雙生共創平台」交流機制,引薦臺灣微軟Azure、輝達Omniverse等知名國際大廠研發的系統,強化臺灣數位雙生平臺的落地應用。例如2023年推動國內知名3D特效科技公司能火動畫與臺灣微軟合作,於「臺灣合作夥伴大會」推出3D Avatar虛擬人,並串接ChatGPT海量數據,實現真人和虛擬人的自然語言交流和互動,展現Azure OpenAI虛擬人互動技術,未來亦將可協助導入企業營運流程,並且避免資安問題。

虛實整合的數位雙生應用,也透過許多案例體現於民眾眼前。例如臺北圓山設置digiBlock C數位創新基地,打造創新應用實證場域空間等服務,提供業者進行數位內容產製與實證。此外,更設置產業技術支援中心,與國內外大廠合作,如HTC、NVIDIA、Unity等企業,提供原廠軟硬體技術資源,協助臺灣業者投入創新內容自製研發與挖掘潛在商機合作等,並於2021年攜手香港商雅虎、新月映像及科碼新媒體等企業,打造「沉浸式內容拍攝實驗室」,讓臺灣數位內容相關業者可以進行動作捕捉、虛擬製作等拍攝實驗與數位雙生相關行業別應用製作。

數位雙生場域應用多元 

全世界加速跟進

數位雙生的應用場景已朝多樣化發展,以建構城市的數位雙生為例,除了可用來進行市政建設、災害等規劃與決策,還可融入市民的需求,大量複製市政機構、學校、活動場館、觀光景點、百貨公司等各種場域,打造完整的雙生城市,並讓當地或其他城市、國家的民眾分身參與其中,促進社會的流動與產業的發展。

呂正華進一步列舉如法國巴黎聖母院的修復重建案,法國遊戲開發商Ubisoft在2014年推出3D動作遊戲《刺客教條:大革命》,其遊戲製作過程設計師花超過2年時間與歷史學家造訪及研究大教堂的建築結構,拍攝高解象度的全景照片,用以繪製聖母院3D模型;而2019年一場大火將法國巴黎聖母院(Notre-Dame Cathedral)教堂三分之二的尖肋拱頂天花被焚毀,幸得藉助當時遊戲建立的模型數據資料,將有機會透過高度保真的遊戲創作用以輔助完成修復。

數位產業署亦推動HTC VIVE與法國VR內容製作公司Emissive透過巴黎聖母院數位重現計畫,促成沉浸式體驗內容「永恆聖母院」,繼2019年大火造成的巨大文化損失後,讓全球民眾得以在虛擬實境中重溫巴黎聖母院的風采,身歷其境感受世界遺產之美。「永恆聖母院」首站已在2023年8月25日在高雄國立科學工藝博物館盛大開幕展出,後續將啟動世界巡演,讓世界看見臺灣科技業者的能量。

其他國外案例如韓國的「元宇宙首爾基本計畫」、日本大型電信公司KDDI在疫情的蔓延下順勢推出虛擬澀谷這些案例足見實境虛擬化的雙生,有助於未來在建物、城市、場域的重建、修復更新、展示或監測等,發揮多元功能。

不侷限於工業4.0   藝術展演大放異彩

「目前臺灣數位雙生的運用仍以製造、建設產業為主,娛樂、零售、健康等產業也有進展,但要實現大規模導入還需要時間。本署也正致力提升產業認知度並進行示範驗證等,促進數位創新應用的擴散。」呂正華進一步闡述,用「以戰代訓」機制,因而促成宏碁創辦人施振榮的科文双融投資顧問股份有限公司,於台北101大樓建置「5G + 4K」場域,整合光點吉樹、台中聲五洲掌中劇團,推出數位沉浸式布袋戲《光電音造盤絲洞》,創造光影沉浸互動的布袋戲跨界展演,同時培育跨域人才增進沉浸式互動體驗的實戰經驗。

而音樂展演方面,幾米音樂劇《向左走向右走》自2008年首演至今,兩岸巡演超過70多場,2022年底再度重製,數位產業署並跨部會推動該劇首度結合國家兩廳院最新5G展演型專網,搭配異地共演、動作捕捉等數位雙生相關科技應用,讓《向左走向右走》觀演體驗升級,多了更多趣味、新鮮感,也提供示範性嘗試,期許未來在數位雙生技術應用為表演藝術帶來更多發展。

AI機器學習  放大數位雙生效益

AI機器學習是數位雙生進程當前相當重要的必要技術,從視覺辨識、生成式3D模型、產線參數優化、最佳化分析預測、AIoT、AI人機互動等等,都必須使用AI,以最大化數位孿生的效益;推動AI技術並鏈結數位雙生應用相關廠商。呂正華說:「透過支持AI相關計畫,鼓勵AI技術服務商提出解決方案,並與國際大廠跨業合作,共同將解決方案推向國際市場,亦運用產業公協會推動機制,針對國內企業進行實訪實戰,促使技術業者如新創、SI與需求業者媒合,以利擴散至各行各業進行AI導入與應用,未來亦將積極尋找、鏈結並獎勵推動數位雙生之合作廠商。」

這些機制包括:為鼓勵大廠與小廠共同研發AI技術應用領域的解決方案,數位產業署透過「大廠帶小廠」競賽獎勵機制,媒合需求業者與AI新創團隊、校園AI研究中心,攜手研發前瞻AI新應用並實證成果。2023年需求業者包括臺灣微軟、研華、AMD超微半導體等資通訊大廠,提案需求主題包括生成式AI模型的應用、工業智慧型相機與AI平臺應用導入、智慧醫療輔助判讀系統等,進行數位雙生的場域實現。此外,也透過「產業出題X人才解題」競賽獎勵機制,號召各界人才來共同研發數位孿生技術應用的解決方案,一方面可由企業出題來提出需求來確立應用情境,同時也可直接在企業場域內進行試驗,建立數位雙生示範場域,幫助產業評估數位雙生技術可行性。

力推企業數位轉型  保持國際競爭力

臺灣目前的數位轉型發展正朝著3個主要方向積極前進:上雲升級、數位包容、智慧整合。

(一)上雲升級:愈來愈多組織正積極推動數位轉型,其中一個主要趨勢是將核心業務轉移到雲端平臺。根據國際智庫IDC的預估,2025年全球有3成的中小型企業將其一半核心工作遷移到雲端,以提高業務敏捷性和企業彈性。呂正華進一步闡明:「雲端工具之所以廣受歡迎,主要因為其具有彈性訂閱制度、資料可輕鬆轉移、易於使用、操作行動化等優點,非常適合希望推動數位轉型但不知從何入手或缺乏資源的企業,這可視為推動數位轉型的第一步。」

為協助各行各業實現上雲轉型,數位產業署建立了「臺灣雲市集」平臺,協助各行各業快速導入雲端方案,例如訂閱制和行動化等特點,降低數位導入門檻,輕鬆邁向上雲轉型。「臺灣雲市集」平臺匯集了各種雲端工具,包括人資管理、遠距協作、進銷存、客戶關係管理、線上支付等共計16類雲端解決方案,旨在協助各行各業輕鬆上雲,並逐步培養使用雲端工具的習慣。

(二)數位包容:主要趨勢是強調數位包容性。根據國科會定義,數位包容性旨在建立一個沒有差別對待的資訊社會,並在政策和活動中強調資訊的共享,以利所有人都能參與其中。在這方面,臺灣不僅跟隨國際潮流且表現出色。根據2022年《經濟學人》的「數位包容指標」調查,臺灣在全球排名第九,僅次於新加坡和韓國,並超越了排名第二十的日本。儘管取得不錯的排名,政府仍積極推動各種措施,以協助偏遠地區和弱勢群體獲得更多數位資源和技能,實現全社會的數位包容。

為應對這一趨勢,政府實施了多項政策,旨在彌補各種因素導致的數位差距,以使更多人能夠分享科技進步和數位經濟的成果。其中之一是透過「數位青年T大使」計畫,數位產業署結合資服業者能量,提供數位資源不足的店家數位工具導入支援。

(三)智慧整合:隨著各種AI智慧應用的普及,能夠快速導入並使用智慧解決方案來協助分析決策和整合資源的組織,必然會具備更大的競爭力。為了配合這一趨勢,數位產業署目前正在推動「企業得來速smepass」平臺,提供無縫接軌的政府雲服務,以減少企業的行政成本和使用上的困難,同時提高政府行政服務的效率。同時,透過資料創新應用和管理,數位產業署也致力於推動產業的增值和數位經濟的轉型。

強化人才培育  提升臺灣創新實力

數位雙生涉及大量技術,比如在數據蒐集階段運用動作捕捉、感測掃描、IoT、Cloud等;在模擬分析階段運用3D建模、AI等技術;在效益展現階段運用AR、VR等;另外,運用區塊鏈技術可確保數位雙生數據的安全性與不變性;而生成式AI也可望被大量應用在數位雙生領域,因此在市場上亟需大量高端人才的投入。

數位產業署特別籌辦「數位科技產製解決方案」競賽在臺培育實作人才,透過企業出題、人才解題培育人才,並同時促進數位創新應用。2022年經公開徵題,即成功促成以SDGs出發的日商臺灣橫浜八景島,於Xpark水族館導入臺灣自行研發的觸覺學習輔助系統,透過快速且精準產出觸覺圖片的技術優勢,得以快速落地實證,並推出雕海洋生物魚骨圖及觸覺互動益智拼圖的特別展示,相關開發並可以數位科技優化弱勢的體驗,顯見生成式AI應用於數位雙生之趨勢。

未來更將持續透過「放視大賞」系列活動、DIGI+Talent跨域人才培育、T大使等機制,積極培養青年具備數位科技跨領域技能與思維,同時促成各類技術應用及數位解決方案,更期許結合政府與民間如XRA協會的力量,推動數位雙生相關的跨域整合應用。

數位產業署以推動新興技術應用、帶動產業發展為目標,在臺扶植數位內容產製、輔助數位雙生技術應用賦能各行各業、完善數位產業生態,並促進全民參與數位科技應用;同時也呼應總統蔡英文成立數位發展部的目的,為推動數位轉型、實現智慧國家、強化全民數位韌性,讓臺灣在數位發展上持續保持國際競爭優勢。

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