人类能够“称霸”地球靠的是强大的“大脑”，正是大脑的不断进化，让人类拥有了更为高级的智慧，强大的逻辑推理能力、思考判断能力，以及丰富的想象力和创造力。数字孪生体与物理世界的互动，推理判断，以及预测能力，跟人类大脑的功能有着异曲同工之妙。数字孪生体之所以能够流行，在于其能够通过互动感知、数字建模、数据分析等，影响并有效解决物理世界问题的能力。
我们需要提前知道数字孪生体和物理世界将要发生什么。《数字孪生体爆发之谜》中，讲述了数字孪生体的两大“器官”，数字建模（躯体）和互动（神经系统），这两个系统使得数字孪生体具有了初步的生命特征，可以感知和驱动物理世界。但由于缺乏思考能力，目前的数字孪生体还是个“傀儡”或“僵尸”孪生体。让数字孪生体成为更有“生命力”孪生体的是能够产生理性思考、预测与判断能力的“大脑”的进化和形成。
01
模拟仿真：数字孪生体的“左脑”
“无仿真，不孪生。”是我们对数字孪生理解的一个基本判断。模拟仿真过程提供了数字孪生体的“左脑”。
模拟仿真是基于完整信息和明确机理计算未来，将“数化”过程建立的模型与物理机理相结合，包括材料性质、理论规律、工程规律等，根据完整和实时的边界条件和物理状态，来计算和预测数字模型的下一步状态。这种仿真不是对一个阶段或一种现象的仿真，应是全周期和全领域的动态仿真。实时边界条件和物理对象状态是被完整测量，可作为物理规律的完备输入条件。模拟仿真的输出结果必须具有确定化和无二义性的特征。“实时”二字依赖于“互动”过程的测量系统来保证。
此处所说的仿真是广义仿真，那些具有明确物理机理的计算过程都属于广义仿真，包括物理（如流动、力学、化学等）原理确定并被实践验证，往往被作为成熟理论来使用，包含公理、定理、公式、数值计算、工程算法、经验公式等。模拟仿真采用的工具包括算法程序、各类CAE工具，譬如物理场仿真、人群仿真、交通仿真、物流仿真、组织仿真等。
通常来说，CAE有两种类型：物理场仿真和系统仿真。物理场仿真的计算规模大、时间长，通常无法满足数字孪生体与物理对象实时交互的需要；系统仿真则具有速度快的优势，通常可以达到实时交互要求。因此，在数字孪生实践中，往往需要把物理仿真过程进行降阶（ROM），抽取物理仿真的某些特性和参数，转换成系统仿真模型来参与计算。
我们把模拟仿真过程称为“先知”，该过程提供了数字孪生体的“左脑”。人类的左脑专事逻辑推理和理性判断，只要具有明确规律和逻辑，不管多复杂，总是可以通过推理获得明确的结论，提前知道数字孪生体和物理对象将会发生什么。此时的数字孪生体就是一个有头脑、会思考的智能孪生体，开始具有明显的生命特征，特别是人类的理性思维特征。
02
数据分析：数字孪生体的“右脑”
数据分析过程是基于不完整信息和不明确机理来推测未来。我们的世界中，大多数现象的物理规律并不明确，大多数情况无法获得完备的边界条件和物理状态，但我们仍然不得不对未来做出预测，哪怕是在模糊的判断，仍然好于毫无判断。如果要求数字孪生体越来越智能和智慧，就不应局限于人类对物理世界的确定性知识。其实人类本身就不是完全依赖确定性知识而领悟世界的。
大数据和人工智能（AI）技术是数据分析的关键技术。根据通过“互动”过程收集的数据以及“先知”过程输出的数据，利用相关性分析建立物理世界的近似模型，依据当前边界条件和物理状态进行下一步状态的预测，并且对近似模型逐步优化。当前边界条件和物理对象状态是被不完整测量的，但也只能作为近似模型的不完备输入条件，输出的结果当然距离物理世界的真实情况有一定偏差。但随着机器学习的持续，算法和模型逐步改善，近似模型会越来越逼近物理机理，预测结果也会逼近物理世界。也正是因为这个原因，业界有人将大数据（及AI）视为科学研究的“第四范式”，科研方法从传统的三种方法——理论、实验、计算拓展到第四种方法——大数据（及AI）。
我们把这个过程称为“先觉”，提供了数字孪生体的“右脑”。人类的右脑专事感性思维，利用直觉和第六感来获得对世界的判断和预测。当然这里指的直觉那种优秀的直觉，而非普通人的直觉。优秀的直觉源于对丰富经历和有效经验的高度总结，还需要经常性的深度思考和远期了望。我们的社会中确有一类具有这种优秀和敏锐直觉的人，是他们引导着你的企业、机构甚至人类的发展方向。
03
数字孪生体的突破
数字孪生体将撑起数字化之轮，但又不止于数字化。《从黑客帝国到数字孪生》文中讲到，数字孪生体的突破在于：数字世界不满足于展现一个旧的物理世界，还要模拟新的物理世界；既要实时接受物理世界信息，还要预测物理世界；既要接受物理世界的操纵，更要反过来驱动物理世界；数字世界要进化为物理世界的先知、先觉甚至超体。
这个演变过程称为成熟度进化，即一个数字孪生体的生长发育将经历数化、互动、先知、先觉和共智等几个过程。这里首先要强调互动，因为没有实时互动，数字世界和物理世界之间其实是伪孪生。其次，我们提出“数字孪生体是仿真应用新巅峰”这一论断，因为在数字孪生体成熟度进化的每个过程中，仿真都扮演着不可或缺的角色。另外，我们不应局限于人类对物理世界的确定性知识，大数据和AI可以基于不完整信息和不明确机理来推测未来，从而让数字孪生体越来越智能和智慧。
