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虛擬與模擬的世界觀
更多事物透過虛擬/模擬平台來完成,我們應該以何種世界觀來看待?

【作者: 覺啟】   2021年09月27日 星期一

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由於數位科技的進步,有關虛擬(virtuality)或模擬(simulation)技術都得以突飛猛進,兩者都得利用大量的運算工具與材料訊息,甚至必須與實境做感測連結,來達到虛擬或模擬的目地。未來會有越來越多事物需透過這些虛擬/模擬平台來完成,如此構成的環境是什麼呢?與過去的環境又有何不同?我們應該以什麼樣的世界觀來看待它?


基本定義與本質

虛擬與模擬都會產生新的境相,有些可能是實物的,有些可能是數值符號的,有些可能是暫時狀態的,總歸來講包括各種「有表色」或「無表色」的東西。(有表色如實體的水,無表色則是「水」這個文字或符號H2O等等)經由虛擬或模擬產生的新東西就是一種界觀(空間),最後當然會與自然界融合在一起,成為我們生活的一部分。


至於虛擬與模擬的差別則在於時間的運作上,定義與應用當然就有所不同。虛擬的定義是以虛擬過去的事物為主,例如一張照片,它拍攝的實境當然就是過去的事物,然後把它虛擬出來到目前應用,又例如我們照鏡子,鏡中的影像也是虛擬出來的結果,看似即時顯現,但還是會有幾奈秒的時間差。


至於模擬則是以模擬未來的事物為主,這些事物雖然尚未發生,但為了瞭解將來各種因素可能產生的現象,現在透過模擬的方式來預做準備或防患。例如利用力學運算來模擬強烈颱風來襲時道路遭受破壞的狀況,又例如應用AI影像處理來模擬一個20歲青年,未來60歲時可能的模樣。


不論虛擬與模擬都會在一個時間軸上來運作,考慮的因素越多,重重疊疊的事物就越多,運算處理的複雜度也就越高。但從外部來看,這些都處在同一空間下的現在或目前,既不是過去也不是未來,就好像看一部電影一樣,影像、聲音、字幕重重疊疊都在一個時間軸上,但在一個隨身碟裡只是一個MP4檔案,這就是虛擬與模擬的世觀(時間)。



圖一 : 虛擬物件重重疊疊在一個時間軸上,有如一部電影。( source:movavi.com )
圖一 : 虛擬物件重重疊疊在一個時間軸上,有如一部電影。( source:movavi.com )

一切都是虛擬的結果

數位虛擬的事物已經存在我們生活周遭,而且漸漸成為主流,不只是看視訊、聽音樂、玩遊戲等,虛擬的遠程教學、社群互動、線上協作、自動控制等等也越來越方便成熟,甚至是一個物品或元件也設計儲存在一個虛擬空間中,既容易整合應用,也方便運送傳遞。


其實,虛擬就是實體,只是以種種不同形式而存在,數位虛擬是一種形式,類比虛擬也是一種形式,例如傳統廣播電台是以類比訊號發射無線電波,遠端收音機再把它虛擬放大出來收聽。當然,所有自然界實體也都散發著各種類比訊號,從原子到物質、從細胞到生命體,再到彼此的連結互動,一層又一層都是虛擬實境的結果。


虛擬的層次與標準

虛擬的事物大體上有三個層次與標準,第一個層次是訊號本身所代表的意義,例如水的實體是一種訊號,光的實體也是一種訊號,但水、光等的代表文字又是另一種訊號,不同訊號本身的功能與作用也會有所差別。


第二個層次是訊號經過處理或演算之後的轉化,訊號通常都要有介面來傳遞,不同的介面會轉變成不同的效果,特別是在數位訊號處理上更明顯且變化多端,有時候處理為影像、文字來呈現,有時候又轉成聲音來播送,有時候又輸出成一種自動控制的動作。類比訊號也一樣,經過介面處理後,可能被放大,可能被扭曲,也可能轉化成不同的形式。


第三個層次是透過介面傳遞後,會產生一個暫時穩定的境界相,這個「現相」會存在多久不一定,當來源實體的訊號改變了,這個虛擬境界也會跟著變;當處理或演算方法改變了,境界相也會有所改變;當與其它虛擬事物互動時,此一境界相可能維持它的主體性,也可能是其它主體的訊號之一,但最後都會產生一個新的境相。


以上三個層次,我們用一個簡單的比喻來說明:例如一個人照鏡子,那個人就是實體訊號,透過鏡子此一介面,呈現那個人頭部的影像,這個影像就是一種虛擬實境,當那個人微笑時,鏡相就會跟著微笑,這個暫時穩定的現相,其實又是另一個第一層的實體訊號。又例如介面不同,用自然光看人體是一個樣,用紅外線光看到的人又是另一個樣。



圖二 : 虛擬的層次有如一個人照鏡子,有原體、介面與新現相。 ( source:pixabay.com )
圖二 : 虛擬的層次有如一個人照鏡子,有原體、介面與新現相。 ( source:pixabay.com )

應用虛擬平台來解決問題

虛擬實境有甚麼用處?它到底是真實的還是虛假的?這就好像在爭辯鏡子裡的世界是真的還是假的?試問在鏡子前微笑的人如果是真的,那麼鏡子裡微笑的頭像當然也是真的。當我們利用鏡子作為虛擬工具時,就可以解決許多問題,例如面對鏡子來整頓儀容、用後照鏡來輔助駕駛等等。


同樣的,一個以EDA工具開發的電子元件,它就可用SIP(矽智財)為形式存在的虛擬元件來加以應用,這種虛擬元件既方便流通傳遞、也可以交易買賣,又能夠在同一標準介面下的EDA設計平台來重新整合。


未來,隨著數位工具及相關資源越來越豐富齊全之後,種種跨領域、跨時空的東西,都可以在一個虛擬平台來協作完成。所產生的虛擬物件,在還沒有輸出成實體功能產品時,則可以事先作模擬運作的測試,也可以與其它虛擬物件整合成新東西,方便業者先做好相容性、可行性與功能性的實驗。



圖三 : 電子設計自動化的虛擬整合平台( source:wikipedia.org )
圖三 : 電子設計自動化的虛擬整合平台( source:wikipedia.org )

應用模擬系統來決策事物

從模擬廣義的角度來看,這個世界一切也都是模擬的狀態,虛擬物件雖然已是一種「現相」,但也是暫時模擬演算出來的結果。前面已經說過,模擬與虛擬的主要差別就是一個是虛擬過去,一個是模擬未來,所以兩者目標並不相同,模擬系統平台通常會設計一些參數選擇,透過條件係數或參數改變,則可作為虛擬物件設計者決策的參考。


由於數位運算資源越來越強大,未來可模擬的事物也越來越多。但要知道,不管如何算計,永遠也都只是模擬,永遠也都測不準,永遠也有未考慮到的內在或外在因素。根據這樣的原理,所以每個產品的容錯、安全性與可調整性的設計,才是不可或缺的要素。簡單如模擬一個人有1000元,每天吃飯要花100元,幾天後那個人錢會花光?或幾天後那個人會挨餓?事情恐怕不會如此單純發展吧。複雜如兩軍交戰,各有兵力、武器多寡,模擬幾天內誰勝誰敗,也只是紙上談兵,僅供參考罷了。


如果把虛擬與模擬放在同一個時間軸上來運作,將來或許可以成為動態的應用平台,也就是說透過參數或條件的改變,隨時都有可能產生不同的結果,這就真的像實際自然的世界,也像量子現像的糾纏與疊加態,有著無限的可能。例如看一部電影,將來也許根據觀看者的想法或客觀條件,用數位虛擬與模擬的方式,來演繹出不同的情節與結局。


結語

世界本來就是虛擬與模擬的狀態或結果,勉強要劃分的話,只能說一種是自然現象,一種是人為操作,但終究也會互動融合在一起成為一個新世界。未來數位虛擬或模擬的事物,或許會逼真到有如巧奪天工,但不可諱言地,這些都不是事物的本來面目,不過我們可以透過虛擬平台來解決許多問題,也可以透過模擬系統來探索未來。希臘哲人畢達哥拉斯說:「凡物皆數」,所以更重要的是每個人隨時要心裡有數,才能應付這個越來越複雜的世界。


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