基于數(shù)字孿生的文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

周 瓅，覃天睿

（南京藝術(shù)學(xué)院 文化產(chǎn)業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210013）

0 引言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的變革與產(chǎn)業(yè)競爭的加劇，通過文化傳承、科技創(chuàng)新提升產(chǎn)品的技術(shù)附加值與文化附加值，促進(jìn)文化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展愈加重要。這也使得文化產(chǎn)業(yè)實(shí)踐與研究亟需在方法上尋求創(chuàng)新和突破，需要更注重理論的實(shí)踐性［1］。為應(yīng)對全球文化競爭、數(shù)字化轉(zhuǎn)型所帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，高校更應(yīng)重視對文化產(chǎn)業(yè)管理復(fù)合型人才的培養(yǎng)，應(yīng)用新技術(shù)、探索新范式，以加強(qiáng)文化產(chǎn)業(yè)管理的創(chuàng)新建設(shè)［2-3］。由此，運(yùn)用前沿?cái)?shù)字信息技術(shù)構(gòu)建具有特色的網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室，服務(wù)文化產(chǎn)業(yè)管理的理論實(shí)踐性，以技術(shù)為基石，以專業(yè)為核心，培育應(yīng)用型復(fù)合人才，促進(jìn)國家的人文經(jīng)濟(jì)實(shí)力與軟實(shí)力發(fā)展，具有很強(qiáng)的理論與實(shí)踐意義。

1 數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

數(shù)字孿生（Digital Twin，DT）是一種基于數(shù)字映射的信息交互技術(shù)。DT 技術(shù)借助數(shù)據(jù)模擬物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，通過虛實(shí)交互進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，為技術(shù)創(chuàng)新和科學(xué)決策提供便利。2016 年以來，DT 技術(shù)多年被全球IT 研究分析權(quán)威公司Gartner 評為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢之一［4］。

數(shù)字孿生的概念研究可以追溯到美國學(xué)者M(jìn)ichael Grieves 教授2003 年在產(chǎn)品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）研究中提出的“鏡像空間模型”，其核心包括實(shí)體、虛擬產(chǎn)品及兩者的映射［5-6］。2010 年，伴隨著復(fù)雜裝備、智能檢測與信息技術(shù)領(lǐng)域的科技發(fā)展，數(shù)字孿生由概念轉(zhuǎn)向應(yīng)用，美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）在太空技術(shù)路線中具體應(yīng)用DT 技術(shù)監(jiān)測飛行器系統(tǒng)安全。隨后，通用、西門子等公司進(jìn)一步將數(shù)字孿生DT 技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)智能制造領(lǐng)域［6］。數(shù)字孿生可以集成多物理場域、多尺度、多學(xué)科屬性，因此伴隨著技術(shù)發(fā)展，其也從概念產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)安全監(jiān)測、工業(yè)制造逐步擴(kuò)展到更為廣泛的應(yīng)用場景中，如智慧圖書館［7］、智能實(shí)驗(yàn)室［8］、產(chǎn)學(xué)研合作基地［9］以及文化遺產(chǎn)保護(hù)［10］等。

2 文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需求

從人才培養(yǎng)的角度來看，文化產(chǎn)業(yè)管理聚焦于文化創(chuàng)作、藝術(shù)制作及經(jīng)營管理等領(lǐng)域，覆蓋文旅融合、文體娛樂、文創(chuàng)策劃等眾多創(chuàng)意新興業(yè)態(tài)。由于創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)以人為核心，主要由人力資本、智力資本驅(qū)動，其發(fā)展對于高端創(chuàng)意人才高度依賴。產(chǎn)業(yè)的屬性特點(diǎn)既為文化產(chǎn)業(yè)管理帶來了廣闊的發(fā)展前景，又對專業(yè)教學(xué)在培養(yǎng)實(shí)踐型、創(chuàng)新應(yīng)用型人才等方面提出挑戰(zhàn)。因此，文化產(chǎn)業(yè)管理的發(fā)展更應(yīng)加強(qiáng)創(chuàng)新育人的應(yīng)用孵化。這就使得利用新技術(shù)構(gòu)建文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室更加關(guān)注實(shí)踐。解構(gòu)文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用需求，主要有知識系統(tǒng)化、功能模塊化及場景智能化等方面。

2.1 知識系統(tǒng)化需求

創(chuàng)意實(shí)踐是文化產(chǎn)業(yè)價(jià)值生成與發(fā)展的關(guān)鍵，而相關(guān)的創(chuàng)意思維體系培育離不開文化積淀以及知識體系的系統(tǒng)化塑造，因此文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室的第一需求體現(xiàn)在知識系統(tǒng)化需求。網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，需要充分把握文化產(chǎn)業(yè)所涉及的文史知識、管理知識及藝術(shù)知識，通過系統(tǒng)性的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)將文化產(chǎn)業(yè)知識與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐維系，形成良性互動。將文化產(chǎn)業(yè)管理所涉及的文化策劃、創(chuàng)意開發(fā)、市場營銷、文化經(jīng)紀(jì)以及項(xiàng)目運(yùn)營等知識映射到文旅景點(diǎn)、文體娛樂活動、文創(chuàng)策展活動等實(shí)踐場景中，能夠幫助學(xué)生形成知識系統(tǒng)性應(yīng)用的直覺反應(yīng)，并在文化產(chǎn)業(yè)實(shí)踐活動中更好地進(jìn)行知識與知識間的認(rèn)識深化，借助數(shù)字信息可視化技術(shù)，將文化產(chǎn)業(yè)管理知識點(diǎn)形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)字知識圖譜；遇到項(xiàng)目實(shí)踐瓶頸時(shí)，可以有效地檢索知識系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，幫助學(xué)生更快地發(fā)現(xiàn)創(chuàng)意實(shí)踐中的問題環(huán)節(jié)，尋找適合的解決方法。通過系統(tǒng)性的知識指引和系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化復(fù)合型創(chuàng)意人才的能力培育。

2.2 功能模塊化需求

文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建旨在提升創(chuàng)意能力的培養(yǎng)效率，因此在專業(yè)知識體系之下，需要豐富的功能應(yīng)用支持，并通過多重的模塊優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建成本，提升網(wǎng)絡(luò)多媒體資源的使用效率。從具體功能來看，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該包括數(shù)字信息交互、智慧行為引導(dǎo)以及平臺安全保護(hù)等模塊化功能。首先是數(shù)字信息交互，高效信息技術(shù)的應(yīng)用能夠打破時(shí)空約束，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室的使用效率，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、跨域互動，對接豐富的網(wǎng)絡(luò)多媒體資源，在疫情安全防控等特殊情況下有效地幫助展開專業(yè)實(shí)踐。其次是智慧行為引導(dǎo)，依托平臺數(shù)字信息技術(shù)，通過智慧簽到方式保障實(shí)驗(yàn)室出勤紀(jì)律，通過數(shù)字主題推送引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室專題學(xué)習(xí)和技能孵化，通過知識回看、實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練等功能幫助參與實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)的主體鞏固學(xué)習(xí)實(shí)踐中的薄弱環(huán)節(jié)，并引導(dǎo)興趣建立，鼓勵(lì)多媒體資源分享與討論，鏈接更多的相關(guān)內(nèi)容提升專業(yè)技能。最后，平臺安全保護(hù)也是功能模塊的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)一方面是保護(hù)學(xué)習(xí)對象的實(shí)驗(yàn)安全，進(jìn)行行為統(tǒng)計(jì)分析，勾勒使用者畫像，提供個(gè)性化安全保障；另一方面也要保護(hù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識產(chǎn)權(quán)和數(shù)據(jù)信息安全，保障文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室的信息完整性和系統(tǒng)安全性，形成獨(dú)特的創(chuàng)意能力孵化優(yōu)勢。

2.3 場景智能化需求

文化產(chǎn)業(yè)管理知識的運(yùn)用具有豐富的產(chǎn)業(yè)情境，因此網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室需要開發(fā)適合的實(shí)驗(yàn)場景，并將知識系統(tǒng)和功能模塊有效嵌入場景學(xué)習(xí)中。例如，在偏向展示的“翻轉(zhuǎn)云課堂”場景中，應(yīng)提供適合的評價(jià)系統(tǒng)，方便參與的師生為展示者的表現(xiàn)及其文創(chuàng)作品打分；在偏向互動的“案例研討組”場景中，應(yīng)設(shè)置便利的多媒體共享視聽程序，便于研討團(tuán)隊(duì)沉浸式地參與到案例情境的分析中；而在偏向應(yīng)用的“工作室”場景中，應(yīng)圍繞技能訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)主題進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented reality，AR）、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed reality，MR）等方式的數(shù)字映射，構(gòu)筑具體的應(yīng)用場景，并通過合理的流程引導(dǎo)、步驟引導(dǎo)，使受訓(xùn)人員快速掌握基本技術(shù)動作，同時(shí)在開放式的數(shù)字場景探索中，進(jìn)行低成本的試錯(cuò)和創(chuàng)意迭代，通過數(shù)字要素的創(chuàng)新組合、實(shí)踐流程的次序調(diào)整，探索創(chuàng)意設(shè)計(jì)、功能發(fā)展、組織效率等方面的創(chuàng)新。同時(shí)，圍繞不同的文化產(chǎn)業(yè)方向需要進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)開發(fā)，例如，在影視多媒體、影音動漫、文體娛樂等方向?qū)嶒?yàn)室中注重多媒體資源的鏈接，強(qiáng)調(diào)視聽構(gòu)圖、情緒心理學(xué)等內(nèi)容；在文旅資源開發(fā)、藝術(shù)經(jīng)營管理、演藝經(jīng)紀(jì)管理中，重視數(shù)字案例場景開發(fā)，為實(shí)踐提供決策科學(xué)支持；在廣告策劃、營銷管理、項(xiàng)目策劃等方向?qū)嶒?yàn)室中，提供適合的頭腦風(fēng)暴研討工具和創(chuàng)新效果數(shù)字模擬工具。

3 數(shù)字孿生技術(shù)下的網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室建設(shè)路徑

根據(jù)前文分析，伴隨著信息科技的發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)可以很好地通過數(shù)字映射實(shí)驗(yàn)的物理場景，實(shí)現(xiàn)多頻段的遠(yuǎn)程協(xié)同操作，并利用數(shù)字信息模型營造豐富的文化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景，為實(shí)驗(yàn)參與者提供沉浸式的應(yīng)用實(shí)踐體驗(yàn)。因此，數(shù)字孿生下的網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室能夠較好滿足文化產(chǎn)業(yè)管理的知識體系、功能模塊、場景應(yīng)用等多方面需求。而文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)并非一朝一夕能夠完成，需要從多個(gè)層級進(jìn)行開發(fā)。

3.1 系統(tǒng)層設(shè)計(jì)

文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室是數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的鏡像空間，具有開放、智能、協(xié)同的創(chuàng)新屬性。根據(jù)陶飛等學(xué)者提出的數(shù)字孿生五維模型，MDT=（PE，VE，Ss，DD，CN），即多維數(shù)字孿生（MDT）由物理實(shí)體（PE）、虛擬實(shí)體（VE）、服務(wù)（Ss）、孿生數(shù)據(jù)（DD）以及連接（CN）構(gòu)成［11］。在文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室中，物理實(shí)體（PE）和虛擬實(shí)體（VE）包括文化產(chǎn)業(yè)實(shí)驗(yàn)場景下的教學(xué)設(shè)備、多媒體影音資料以及由實(shí)驗(yàn)空間所鏈接的文化綜合體、舞臺場景或影音娛樂場景。這些實(shí)體內(nèi)容具有虛實(shí)相映的特點(diǎn)，應(yīng)按照單元個(gè)體資料、區(qū)塊信息、系統(tǒng)資源、復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)同資源進(jìn)行系統(tǒng)性規(guī)劃。而服務(wù)（Ss）正是由實(shí)體需求引發(fā)的功能性作用，包括對各類數(shù)據(jù)信息的分類、可視化分析管理、知識圖譜結(jié)構(gòu)優(yōu)化、文化場景的仿真模擬，參與主體行為分析以及立足于模型統(tǒng)計(jì)的概率判斷等，服務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)注意成本集約以高效率為核心兼顧多層次的實(shí)體需求。孿生數(shù)據(jù)（DD）實(shí)現(xiàn)服務(wù)（Ss）的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。孿生數(shù)據(jù)不是簡單地對物理信號進(jìn)行復(fù)制，而是對文化產(chǎn)業(yè)管理實(shí)踐的場景、行為以及可能引發(fā)的結(jié)果進(jìn)行參數(shù)編碼和數(shù)字轉(zhuǎn)化，由此進(jìn)行預(yù)處理、分類、關(guān)聯(lián)、集成、融合等相關(guān)處理后得到的衍生數(shù)據(jù)，結(jié)合多時(shí)空關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、專家知識等內(nèi)容反饋給參與文化產(chǎn)業(yè)管理的實(shí)體單元，從而令參與者獲得更加全面、準(zhǔn)確的信息，實(shí)現(xiàn)信息增值。最后，在連接（CN）作用下，文化產(chǎn)業(yè)管理過程的各要素之間相互關(guān)聯(lián)協(xié)同，以適合的效率支持網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)的智慧運(yùn)行，通過全要素、全流程、全業(yè)務(wù)的數(shù)字仿真促進(jìn)鏈接實(shí)體與孿生體相互轉(zhuǎn)換，構(gòu)筑云平臺數(shù)據(jù)存儲、多設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同以及異構(gòu)實(shí)體有機(jī)協(xié)作的內(nèi)生系統(tǒng)。

3.2 模塊層優(yōu)化

文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)室在系統(tǒng)層的整體設(shè)計(jì)下需要多層級的功能模塊支持實(shí)體、服務(wù)、數(shù)據(jù)與連接，其核心的模塊包括運(yùn)營管理模塊、數(shù)字服務(wù)模塊、安全保障模塊以及多媒體資源接口模塊等。運(yùn)營管理模塊主要用于管理實(shí)驗(yàn)參與主體，進(jìn)行平臺的資源維護(hù)，檢測并分析用戶行為，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和資源管理。數(shù)字服務(wù)模塊主要進(jìn)行文化產(chǎn)業(yè)管理的實(shí)驗(yàn)場景映射，提供主題學(xué)習(xí)、項(xiàng)目指導(dǎo)，促進(jìn)文創(chuàng)實(shí)踐。安全保障模塊主要進(jìn)行平臺數(shù)據(jù)安全管理，保障網(wǎng)絡(luò)安全，監(jiān)測系統(tǒng)安全和應(yīng)用安全。多媒體資源接口模塊則服務(wù)于系統(tǒng)的開放性資源鏈接接入文化產(chǎn)業(yè)管理相關(guān)的數(shù)字資源、網(wǎng)絡(luò)多媒體資源和教學(xué)理論實(shí)踐資源，通過任務(wù)引導(dǎo)、互動引導(dǎo)、內(nèi)容分享激勵(lì)等形式強(qiáng)化知識傳遞。通過實(shí)驗(yàn)室的模塊協(xié)同，高效率地滿足文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室在知識、功能、場景等方面的需求。

3.3 方案層執(zhí)行

在運(yùn)維管理中，可以利用二維碼、射頻識別與網(wǎng)絡(luò)CA 證書標(biāo)識等方式，進(jìn)行智能終端識別編碼，基于屬性加密（ABE）進(jìn)行用戶對數(shù)據(jù)的訪問控制，管理實(shí)驗(yàn)室的連接和場景應(yīng)用，將不同的文化產(chǎn)業(yè)管理場景及相關(guān)實(shí)踐活動以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方式向用戶開放，實(shí)現(xiàn)不同物理實(shí)體（PE）和虛擬實(shí)體（VE）的有效連接（CN）。在數(shù)字服務(wù)模塊中，可以利用SolidWorks、Unreal Engine 5 或Unity3D 圖像引擎進(jìn)行數(shù)字映射場景開發(fā)，結(jié)合C++、Python 或R 語言編輯專用模型，通過AutomationML、SysMl、UML 等建模語言優(yōu)化實(shí)體和場景的數(shù)字連接。在安全保障模塊方面，遵循“分區(qū)分域、安全接入、動態(tài)感知、全面防護(hù)”的安全策略，建立多個(gè)虛擬專網(wǎng)（Virtual Private Network，VPN），部分用于部署直接連接外部數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器和數(shù)據(jù)展示服務(wù)器，部分用于內(nèi)部消息服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)及緩存服務(wù)，并設(shè)置Bastion Host（BH）保障網(wǎng)絡(luò)安全，并定期進(jìn)行數(shù)據(jù)安全審計(jì)。在多媒體資源接口模塊設(shè)置多種協(xié)議接口，保障資源接入的豐富性，同時(shí)結(jié)合Scrapy 框架和Python 語言不定時(shí)地進(jìn)行多媒體資源網(wǎng)絡(luò)爬蟲，關(guān)注文化產(chǎn)業(yè)管理實(shí)踐相關(guān)的熱點(diǎn)內(nèi)容，并引導(dǎo)適合的主題知識學(xué)習(xí)交流。

4 結(jié)語

隨著數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展，文化產(chǎn)業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)的建設(shè)有了更多發(fā)展可能。數(shù)字孿生技術(shù)可以很好地通過數(shù)字映射實(shí)驗(yàn)的物理場景，實(shí)現(xiàn)多頻段的遠(yuǎn)程協(xié)同操作，并利用數(shù)字信息模型營造豐富的文化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景，為實(shí)驗(yàn)參與者提供沉浸式的應(yīng)用實(shí)踐體驗(yàn)。為應(yīng)對全球文化競爭、數(shù)字化轉(zhuǎn)型所帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，高校更加需要重視從知識系統(tǒng)、功能優(yōu)化及場景應(yīng)用等方面優(yōu)化文化產(chǎn)業(yè)管理實(shí)踐，通過數(shù)字孿生的網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)驗(yàn)培育復(fù)合型創(chuàng)新人才。