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虚拟与模拟的世界观
更多事物透过虚拟/模拟平台来完成,我们应该以何种世界观来看待?

【作者: 覺啟】2021年09月27日 星期一

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由於数位科技的进步,有关虚拟(virtuality)或模拟(simulation)技术都得以突飞猛进,两者都得利用大量的运算工具与材料讯息,甚至必须与实境做感测连结,来达到虚拟或模拟的目地。未来会有越来越多事物需透过这些虚拟/模拟平台来完成,如此构成的环境是什麽呢?与过去的环境又有何不同?我们应该以什麽样的世界观来看待它?


基本定义与本质

虚拟与模拟都会产生新的境相,有些可能是实物的,有些可能是数值符号的,有些可能是暂时状态的,总归来讲包括各种「有表色」或「无表色」的东西。(有表色如实体的水,无表色则是「水」这个文字或符号H2O等等)经由虚拟或模拟产生的新东西就是一种界观(空间),最後当然会与自然界融合在一起,成为我们生活的一部分。


至於虚拟与模拟的差别则在於时间的运作上,定义与应用当然就有所不同。虚拟的定义是以虚拟过去的事物为主,例如一张照片,它拍摄的实境当然就是过去的事物,然後把它虚拟出来到目前应用,又例如我们照镜子,镜中的影像也是虚拟出来的结果,看似即时显现,但还是会有几奈秒的时间差。


至於模拟则是以模拟未来的事物为主,这些事物虽然尚未发生,但为了了解将来各种因素可能产生的现象,现在透过模拟的方式来预做准备或防患。例如利用力学运算来模拟强烈台风来袭时道路遭受破坏的状况,又例如应用AI影像处理来模拟一个20岁青年,未来60岁时可能的模样。


不论虚拟与模拟都会在一个时间轴上来运作,考虑的因素越多,重重叠叠的事物就越多,运算处理的复杂度也就越高。但从外部来看,这些都处在同一空间下的现在或目前,既不是过去也不是未来,就好像看一部电影一样,影像、声音、字幕重重叠叠都在一个时间轴上,但在一个随身碟里只是一个MP4档案,这就是虚拟与模拟的世观(时间)。



图一 : 虚拟物件重重叠叠在一个时间轴上,有如一部电影。( source:movavi.com )
图一 : 虚拟物件重重叠叠在一个时间轴上,有如一部电影。( source:movavi.com )

一切都是虚拟的结果

数位虚拟的事物已经存在我们生活周遭,而且渐渐成为主流,不只是看视讯、听音乐、玩游戏等,虚拟的远程教学、社群互动、线上协作、自动控制等等也越来越方便成熟,甚至是一个物品或元件也设计储存在一个虚拟空间中,既容易整合应用,也方便运送传递。


其实,虚拟就是实体,只是以种种不同形式而存在,数位虚拟是一种形式,类比虚拟也是一种形式,例如传统广播电台是以类比讯号发射无线电波,远端收音机再把它虚拟放大出来收听。当然,所有自然界实体也都散发着各种类比讯号,从原子到物质、从细胞到生命体,再到彼此的连结互动,一层又一层都是虚拟实境的结果。


虚拟的层次与标准

虚拟的事物大体上有三个层次与标准,第一个层次是讯号本身所代表的意义,例如水的实体是一种讯号,光的实体也是一种讯号,但水、光等的代表文字又是另一种讯号,不同讯号本身的功能与作用也会有所差别。


第二个层次是讯号经过处理或演算之後的转化,讯号通常都要有介面来传递,不同的介面会转变成不同的效果,特别是在数位讯号处理上更明显且变化多端,有时候处理为影像、文字来呈现,有时候又转成声音来播送,有时候又输出成一种自动控制的动作。类比讯号也一样,经过介面处理後,可能被放大,可能被扭曲,也可能转化成不同的形式。


第三个层次是透过介面传递後,会产生一个暂时稳定的境界相,这个「现相」会存在多久不一定,当来源实体的讯号改变了,这个虚拟境界也会跟着变;当处理或演算方法改变了,境界相也会有所改变;当与其它虚拟事物互动时,此一境界相可能维持它的主体性,也可能是其它主体的讯号之一,但最後都会产生一个新的境相。


以上三个层次,我们用一个简单的比喻来说明:例如一个人照镜子,那个人就是实体讯号,透过镜子此一介面,呈现那个人头部的影像,这个影像就是一种虚拟实境,当那个人微笑时,镜相就会跟着微笑,这个暂时稳定的现相,其实又是另一个第一层的实体讯号。又例如介面不同,用自然光看人体是一个样,用红外线光看到的人又是另一个样。



图二 : 虚拟的层次有如一个人照镜子,有原体、介面与新现相。 ( source:pixabay.com )
图二 : 虚拟的层次有如一个人照镜子,有原体、介面与新现相。 ( source:pixabay.com )

应用虚拟平台来解决问题

虚拟实境有甚麽用处?它到底是真实的还是虚假的?这就好像在争辩镜子里的世界是真的还是假的?试问在镜子前微笑的人如果是真的,那麽镜子里微笑的头像当然也是真的。当我们利用镜子作为虚拟工具时,就可以解决许多问题,例如面对镜子来整顿仪容、用後照镜来辅助驾驶等等。


同样的,一个以EDA工具开发的电子元件,它就可用SIP(矽智财)为形式存在的虚拟元件来加以应用,这种虚拟元件既方便流通传递、也可以交易买卖,又能够在同一标准介面下的EDA设计平台来重新整合。


未来,随着数位工具及相关资源越来越丰富齐全之後,种种跨领域、跨时空的东西,都可以在一个虚拟平台来协作完成。所产生的虚拟物件,在还没有输出成实体功能产品时,则可以事先作模拟运作的测试,也可以与其它虚拟物件整合成新东西,方便业者先做好相容性、可行性与功能性的实验。



图三 : 电子设计自动化的虚拟整合平台( source:wikipedia.org )
图三 : 电子设计自动化的虚拟整合平台( source:wikipedia.org )

应用模拟系统来决策事物

从模拟广义的角度来看,这个世界一切也都是模拟的状态,虚拟物件虽然已是一种「现相」,但也是暂时模拟演算出来的结果。前面已经说过,模拟与虚拟的主要差别就是一个是虚拟过去,一个是模拟未来,所以两者目标并不相同,模拟系统平台通常会设计一些叁数选择,透过条件系数或叁数改变,则可作为虚拟物件设计者决策的叁考。


由於数位运算资源越来越强大,未来可模拟的事物也越来越多。但要知道,不管如何算计,永远也都只是模拟,永远也都测不准,永远也有未考虑到的内在或外在因素。根据这样的原理,所以每个产品的容错、安全性与可调整性的设计,才是不可或缺的要素。简单如模拟一个人有1000元,每天吃饭要花100元,几天後那个人钱会花光?或几天後那个人会挨饿?事情恐怕不会如此单纯发展吧。复杂如两军交战,各有兵力、武器多寡,模拟几天内谁胜谁败,也只是纸上谈兵,仅供叁考罢了。


如果把虚拟与模拟放在同一个时间轴上来运作,将来或许可以成为动态的应用平台,也就是说透过叁数或条件的改变,随时都有可能产生不同的结果,这就真的像实际自然的世界,也像量子现像的纠缠与叠加态,有着无限的可能。例如看一部电影,将来也许根据观看者的想法或客观条件,用数位虚拟与模拟的方式,来演绎出不同的情节与结局。


结语

世界本来就是虚拟与模拟的状态或结果,勉强要划分的话,只能说一种是自然现象,一种是人为操作,但终究也会互动融合在一起成为一个新世界。未来数位虚拟或模拟的事物,或许会逼真到有如巧夺天工,但不可讳言地,这些都不是事物的本来面目,不过我们可以透过虚拟平台来解决许多问题,也可以透过模拟系统来探索未来。希腊哲人毕达哥拉斯说:「凡物皆数」,所以更重要的是每个人随时要心里有数,才能应付这个越来越复杂的世界。


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