基于数字孪生的虚拟认识论探讨

刁生富，李思琦，吴选红

（1.佛山科学技术学院 法学与知识产权学院，广东 佛山 528000；2.佛山科学技术学院 马克思主义学院，广东 佛山 528000）

一、虚拟概念的演变与数字孪生虚拟的特征

尽管对虚拟概念的含义有各种不同的解释，但普遍认为“虚拟是一个矛盾着的存在，它指向的是虽然‘并非实体存在’但却‘真实发生’的一种状态”。从哲学视角来看，虚拟的表现形式大多围绕抽象思维、想象模仿、观念形式与真实效力、符号表示与感官延伸而展开；从技术视角来看，以建筑可视化演变发展过程为例，数字孪生概念的提出为虚拟概念的发展演变赋予了新的时代诠释。

（一）虚拟概念的演变

从哲学视角来看，虚拟概念的演变离不开对虚拟性思想的认识与理解。回顾不同哲学发展时期所涉及的虚拟性思想，对于我们探究虚拟概念的演变以及对其形成更为深刻的认识具有重要价值。无论是从古希腊到中世纪的哲学，还是从近代到现代的人类哲学史，每个时期都闪烁着无数先贤对虚拟性思想的认识。当我们追溯到古希腊时期，哲学家毕达哥拉斯的“万物皆数”理论将世界的本原抽象化，可以算作是虚拟性思维的起点；紧随其后的柏拉图的“理念论”与亚里士多德的“艺术观”中揭露的“模仿”的思想对虚拟有了更进一步的认识。到中世纪时期，基督教中有关“圣餐”的争论引发了“现实的真”和“虚拟的真”之间的争论，而处于同时代的神学家兼逻辑学家约翰·邓斯·司各特（John Duns Scotus）对“虚拟”一词所做的哲学概念的解释可视为是对争论做出的回应——“事物的概念不是以形式的方式，而是以产生某种效果的内在力量或者能力的方式来涵盖其经验性的内容,从而沟通形式上统一的实在”［1］，这就实现了“现实的真”与“虚拟的真”的内在的统一。到近代，莱布尼茨提出的“单子论”和“二进制运算法则”更进一步深化了虚拟思想的发展并为后来虚拟技术的诞生奠定了重要的理论基础。而到了现代，海德格尔的“存在论”揭示了自我存在是认识事物的前提，麦克卢汉的“媒介思想”指出我们的感官不断被媒介所延伸。［2］这些带有哲学意蕴的虚拟性思想的不断演变发展为虚拟概念的形成奠定了思想基础。

从技术视角来看，虚拟概念的演变离不开计算机技术与虚拟现实技术的发展。以建筑学为例，建筑学本身蕴含着将虚拟之物转化为现实之物的含义，正如马克思所指出的那样：“最蹩脚的建筑师从一开始就比最灵巧的蜜蜂高明的地方，是他在用蜂蜡建筑蜂房以前，已经在自己的头脑中把它建成了。”［3］这是虚拟最初以“虚拟思维”的形式实现的对现实限制的超越。对建筑学而言，除了要具备最初的“虚拟设计思维”外，还需得有建筑的“可视化”才能将虚拟的思维形态呈现在人们眼前。而在建筑可视化的发展演变过程中无不渗透着虚拟概念的变迁：第一阶段，在计算机诞生之前，人们最初是将脑海中的观念绘制成纸质图纸，并依据设计图纸或者是透视等方法进行物质化建造。第二阶段，随着计算机的诞生和网络技术的应用，纸质版设计图纸得以移步到计算机平台进行计算机平面绘图操作。第三阶段，依据计算机图形学和算力的发展，计算机平面绘图逐步进化为三维立体模型的构建。现如今虚拟现实技术、增强现实技术的不断发展，使得具有真实感的建筑渲染图跃然呈现在人们视野之中。在以往这种传统的建筑可视化与物质化过程中，虚拟与真实的关系是“临时的”，只有在转化过程中才有意义，一旦完成转化，即建筑建成后，这种虚实关系就宣告结束。［4］但随着数字孪生概念的引入，使人们对虚拟概念的含义产生了新的理解。数字孪生是指在虚拟空间中集成多尺度、多学科、多物理量，依靠传感器更新、实时数据交互来构建虚拟孪生体，从而实现对物理实体的精准映射反映，且这种映射反映与动态交互将贯穿于物理实体的整个生命周期之中。［5］数字孪生在建筑学领域的应用，使得这种“虚实关系”不仅能够在全生命周期内始终存在，而且还能够实现“虚拟”与“现实”间数据信息的实时动态交互。数字孪生概念表达了一种“虚拟”与“现实”之间更高水平的共生关系，为虚拟概念的演变发展做出了新的时代诠释。

（二）数字孪生虚拟的特征

计算机的诞生与虚拟现实技术的发展打破了虚拟以“虚拟思维”渗透于现实实践的虚拟形式，如今人们可以通过“虚拟实践”的形式来实现对现实限制的超越。随着科学技术的不断发展与主体认识能力的不断提高，“虚拟实践”的形式也在不断地深化与发展，一直演变到“数字孪生的虚拟”。相较于以往的“虚拟思维”与“虚拟实践”，数字孪生的虚拟呈现出以下特征。

首先，数字孪生具有更加真实的“仿真性”。在“虚拟”的演变发展史上，其始终同“模仿”有着重要联系，柏拉图的“理念论”与亚里士多德的“艺术观”所揭示的“模仿”的思想对于我们今天认识虚拟的特征具有很大的启发意义。两者都认为“艺术品是以自然实体为模型，对自然实体进行的模仿”［6］10，其中所蕴含的模型化思维方法是依据事物的相似性来构建模型，从而使认识主体能够更好地认识客观对象。模型的构建可分为“实体模型”“数字化模型”以及“虚拟孪生模型”，其中的数字孪生模型相较于前两者具有明显不同的特征。评价一种模型是否成功的重要标准是模型与原型客体在结构和功能上是否具有足够的“相似性”［7］。在传统的实体模型中，诸如指导建筑实际建造的立体微缩模型以及进行工艺产品生产制造的模具，虽然这样的模型能够在一定程度上实现对原型结构的复制，但其对物理对象的模仿仍然是有限度的。因为这样的实体模型无法实现对宏观大场景及内部结构复杂的事物的模型构建，而且在实体模型被创建完成后，一旦外部条件发生变化再想对其进行修改，就需要付出更多的人力物力财力的代价。但随着计算机的诞生与虚拟现实技术的发展，人们不仅可以利用3D 技术在虚拟空间中对宏观及复杂事物进行数字化模型构建，而且还可以在数字化空间中随时调整模型的各种参数设置，以便使模型能够与现实更具“相似性”。由此，人们可以利用数字化技术在一定程度上解决上述传统实体模型的局限性，但无论是实体模型还是数字模型，在对物理对象多维度、多时空尺度的刻画，以及反映物理对象随时间变化等方面都还是不够深入，而且也不能实现与物理原型之间的动态数据反馈与实时动态交互［8］。而数字孪生虚拟模型的构建，集成与融合了几何模型、物理模型、行为模型及规则模型等四层模型，具有高精度、高可靠、高保真的特征［9］，它是物理实体最“忠实”的数字化“镜像”，不仅能够实现对物理实体的多维度、多时空尺度的刻画，还能够以动态的方式展现物理实体随时间变化的特性。因此，相较于实体模型与数字化模型，数字孪生虚拟模型对物理实体的模仿则具有更加真实的“仿真性”。

其次，数字孪生实现了真正的“虚实融合”。数字孪生虚拟最显著的特征表现为虚拟孪生体与对应的物理实体之间能够实现“动态交互”。一是不同于以往的虚拟只着重于关注虚拟对象，在数字孪生虚拟中，物理实体对象也是数字孪生虚拟认识的重要组成部分。数字孪生虚拟模型的构建及其数据的应用均来源于物理实体，不同的物理实体具有不同的数据特征，因而构建出的数字孪生模型也各不相同，数字孪生概念中包含物理实体的范畴是虚拟孪生体与物理实体之间进行动态交互的前提。二是以往的虚拟大多是基于对虚拟空间及其环境的设计，各个单元之间除了与认识主体之间的动态交互外，其过程往往都是独立运行的，缺乏与认识主体之外的现实客体间的反馈与交流。而数字孪生虚拟的设计使得物理实体与虚拟孪生体之间能够实现数据实时动态交互，通过模型的构建与数据的连接，能够在虚拟空间中模拟研究对象在物理世界中的行为、状态和规则。与此同时，现实世界中物理实体的运行状态与数据变化也能够实时反馈传递到虚拟孪生体中，使其能够更好地评估物理世界的状态以及诊断发生的问题，并依据当前的数据预测未来趋势。［10］数字孪生虚拟实现的孪生世界与物理世界双向的信息交互反馈与数据融合，对于改进与优化物理对象具有积极意义。三是虚拟孪生体与物理实体间的动态交互是贯穿于物理实体“全生命周期”的交互融合。在以往的虚拟过程当中，虚实关系往往都是“短暂存在”的，一旦条件发生变化，这种关系随时有可能终结。而在数字孪生虚拟中，现实与孪生之间的关系存续于物理对象的整个生命周期中，并始终保持虚实之间的动态交互。总之，数字孪生虚拟概念本身就是物理实体对象在孪生空间的延伸，这是其能够进行交互的前提，再加上孪生虚体与物理实体之间不仅能够进行双向的信息交流与数据反馈，还能将这种数据融合与动态交互贯穿于物理实体的整个生命周期内。因此，数字孪生虚拟实现了真正的“虚实融合”。

最后，数字孪生具有显著的“迭代优化性”。人类所能接触的客观世界并非都是简单可直观感受的对象，其中有很多事物内部具有非常复杂的结构，但数字孪生本身是一个集成系统，它集成了多学科、多物理量、多尺度，多概率，不仅能够实现多维度、多时空尺度的仿真与模拟，还能够实现孪生虚体与物理实体之间的动态交互，［11］这在一定程度上使得复杂事物也逐渐变得可以观察。正是依托数字孪生所具有的更为真实的“仿真性”与所能够实现的真正的“虚实融合”属性，才使得其自身拥有了显著的“迭代优化性”。数字孪生模型的构建不仅能够实现对物理对象随时间变化而形成的不同状态的描述与反映，而且模型本身也会因为反馈而来的孪生数据的变化而实现其自身的不断丰富、完善与发展。数字孪生在正常运作过程中依托大数据与人工智能等技术可实现深度分析数据反馈、智能匹配最佳算法、自动贯彻方案执行，从而使自身具备高度的“强学习性”［12］。进而通过自学习、自组织、自适应等功能可对被孪生对象进行状态解析、方案调整、决策评估以及智能决策，经过数次的数据反馈与虚实交互，数字孪生体中将会积累大量的信息数据，而在这个不间断的循环往复过程中，每一次数据的累积都是对前一阶段的辩证否定［13］。因此，在面对复杂物理对象时，借助数字孪生可实现在数字化虚拟空间中对复杂事物的形态、功能和本质进行数字孪生模型的构建，复杂物理对象的性能、结构和行为的变化会以数据信息的形式反馈到数字孪生体中，形成的孪生数据对于观测与检验复杂物理对象运行效果具有重要的能动作用，而且这些数据经验还能够被实时记录并储存，经过数次的迭代发展，数据资源会变得愈加丰富多样。正是这种“迭代优化性”使其对物理实体的形态、功能和本质的延伸将会在时间累积的条件下获得更为忠实可靠的映射。

二、数字孪生的虚拟认识机制

人类由于自身的局限性，在认识世界的过程中经常要借助一定的“中介系统”才能达到认识的目的，而数字孪生作为中介为人类进行认识与实践提供了新的观察视角。数字孪生的形成伴随着人类认识能力的提高与主观能动作用的发挥，在当下探究与把握数字孪生虚拟认识的本质与规律、揭示其认识的发生及实现过程，将有助于人们深化对数字孪生虚拟的认识，并为进行现实实践活动提供认识论指导。

传统媒体的信息传播过程是单向的，仅仅是向用户传递信息，对于用户的需求，观众对于信息的反馈，媒体处于封闭状态，与观众的互动较少。新媒体的信息传递，更重要的是形成传递的闭环。新媒体融合，既保持传统媒体信息传递的主要功能，又将观众的需求和节目的互动结合，形成良好的互动机制。观众借助新媒体平台发表自己的意见见解，参与到节目过程中，活跃节目气氛，提高节目收视率。打破传统媒体信息来源单一的弊病，新媒体的发展使得每一个用户都成为信息的收集者，拓展信息来源渠道。

（一）数字孪生的形成与认识的发生

德国技术哲学家德索尔（F.Dessauer）在研究“技术是如何可能的”这一技术哲学的根本问题时曾指出：任何一种技术客体的创造都必定包含三种成分：人类的目的、自然定律、人类的运思过程。［14］数字孪生的形成也不例外。新事物的出现往往是由于人们对于当前已经存在的状态产生了更高层次的要求或是提供了更好的解决方案而得以形成的。数字孪生概念的提出是美国空军研究实验室希望实现战斗机维护工作的数字化而提出的创新解决方案，而当这一概念不断地走向实际的应用场景时，人们对数字孪生的认识也会随之逐步深化与发展。但终究人们不能发明一种违背自然定律与客观规律的技术，在数字孪生应用场景落地研究的过程中，人们设法创造各种有利条件来顺应自然规律，这就需要人类运思过程的展开。人们在对数字孪生认识的不断深入与充分发挥主观能动作用的条件下，逐步在数字化空间中实现了对现实物理实体的“虚拟孪生体”的构建，使得二者之间不仅在结构和功能上具有相似性，更能够实现实时的数据反馈与信息交互，在时间维度上实现了对物理实体的结构和功能的动态相似性，这为人们更好地认识物理世界提供了一种新的路径和方法。

人们对世界的认识总是要借助于一定的中介才能完成。有学者指出：人类思维中介系统发生过“行为中介、语言符号中介、数字化中介”三次革命。随着计算机的诞生与其他现代科学技术的发展，人们可以把现实世界中的客观物理对象移步到由计算机建构起来的数字化空间中来进行认识，将现实世界中的真实的事物演绎成数字化的形式，使之在虚拟空间中也能发挥出与它们在现实世界中具有同等效能的作用。由此，人们对于世界的认识逐渐由语言符号中介转向通过特定的0-1 的数字化方式去表述和构成事物以及关系，这就是人类思维中介发生的第三次革命——数字化思维，数字化思维使得人们在虚拟空间中构建出了一个同现实世界类似的数字化平台。［15］随着人类思维活动越来越多地在数字化空间中进行，虚拟认识的发生就会愈加频繁。在人类思维中介的演变发展过程中，人们通过借助不同的中介手段加深了对世界的认识，数字孪生虚拟认识的发生正是在前述思维中介演变发展的基础上得以实现的。数字孪生虚拟认识是指认识主体借助孪生中介手段，将物理实体的结构信息与功能属性等同步到数字孪生虚体中，通过在数字孪生虚拟空间中对认识客体进行各种对象化的操作，使其按照人的意志来进行认识的活动过程。当这一活动过程产生的各种孪生数据反馈到认识主体并为认识主体改造物理客体提供认识指导时，数字孪生虚拟认识便发生了。

（二）数字孪生虚拟认识的本质探析

传统认识论中具体的认识过程是主体感知客体的过程，是主体与客体相互作用的过程。其中的认识客体是被引入主体的认识范围时所指向的对象，其最大的特征是具有客观实在性，是不以人的意志为转移的。不同于传统认识论，虚拟认识过程中的认识客体不再是客观世界中的物理实体而是由设计者通过计算机数据所构建的虚拟信息体。而数字孪生虚拟认识是一种更为特殊的虚拟认识，以往的虚拟认识是认识主体对虚拟客体的认识与实践的二元关系，而数字孪生虚拟认识是认识主体对现实客体以及现实客体的“虚拟孪生体”的三元关系。［16］这种新的三元关系的形成是数字孪生虚拟认识区别于以往虚拟认识最显著的标志。

首先，虚拟孪生体不只是从现实客体中进行“单向”的数据信息模拟，它同时还能对现实认识产生能动反作用，这是一种“双向”的作用与反作用形式，可以概括为“现实性认识论是虚拟性认识论产生的前提，但终归虚拟化的认识还是要再回到现实性中去”。数字孪生体是对现实世界中物理实体的精准映射，而现实世界中的认识客体是自然界或人类社会的产物，其必然要受到现实客观条件的限制，也必然要遵循一定的运行规律，这就意味着源于对现实物理实体进行仿真的数字孪生体也要符合客观规律并顺应规律。在数字孪生虚拟认识中，认识主体与认识客体、认识主体与虚拟孪生体、认识客体与虚拟孪生体之间充盈着实时的动态交互与反馈过程，虚拟孪生体被赋予认识客体的实时数据信息，通过其内部操作运行，加之认识主体的价值判断，虚拟孪生体越来越能够真实地反映认识客体即现实物理实体的规律与本质。由此可见，数字孪生虚拟认识源于现实世界的物理实体，经过认识主体对虚拟孪生体付诸主观意识的作用之后，再次回到现实实践当中，这将有助于提高主体的认识水平，从而更好地指导人们进行现实实践活动。

其次，虚拟孪生体不仅仅表现为对客观物理对象的“客观”映射，认识主体的“主观”意识同样介入到了虚拟客体认识的全部过程中，体现了人类的能动性与创造性。在数字孪生体构建之初，由于认识主体本身的认识能力具有现实局限性，从而导致对于孪生数据的选取以及对物理对象的刻画只能是认识主体主观所能够感知到的内容。同时，对于如何构建数字孪生体以及对于初始条件的设置无不体现着设计者的主观意识，因为按照“技术的价值负荷”理论，技术并不是一种价值中立的方法和手段，而是特定社会中人的价值的一种载体，因而设计者的价值立场、思维习惯、认识视角必然在技术的设计、发明等一系列环节中被渗入到技术之中。［17］136-137对于数字孪生来说，设计者往往按照自己的目标需求来进行初始设置，其中包含着认识主体强烈的主观意识。在对数字孪生体认识过程之中，有时可能会出现依据孪生数据设计的物理实体对象的运行效果达不到设计者和使用者的预期状态的情况，其中对“预期状态”的衡量很大程度上是依据主体的认知能力、价值判断与标准选择而定夺的，甚至有时候还会出现与认知主体意愿相背离的情况，这也是由人的主观意识作为判定标准的。总之，数字孪生虚拟认识的本质是人的认识的延伸，具体表现为主观与客观的技术统一，是能够对物理世界中的认识客体产生能动反作用的一种技术性认识。

（三）数字孪生虚拟认识的实现过程

对于数字孪生的虚拟认识的实现伴随着数字孪生落地场景的应用过程，我们可以借用Grieves 教授定义的三维模型，即物理实体（认识客体）、虚拟实体（认识客体的虚拟孪生体）、二者间的连接（数据通道）［18］85-113来对其进行理解。其认识的实现过程如下。

首先，数字孪生能够进行场景落地应用的首要前提条件是要能够实现对物理世界的全面感知。只有感知到现实物理实体的各种状态信息，并且能够传输反馈到孪生系统中，才能够实现在数字空间中对虚拟孪生体的构建，5G 通讯与物联网的应用使得物理实体和虚拟孪生体可以通过安装在物理对象上并连接到云的IoT 传感器进行持续交互，这是保证数字孪生虚拟认识能够实现的首要前提。

其次，虚拟模型是构建孪生对象的关键，而如何将这种模型映射呈现出来，便需要虚拟现实技术与增强现实技术的支撑。虚拟现实技术的应用，能够将物理实体的真实状态同步映射到数字化空间中，实现虚拟孪生体的可视化；增强现实技术的应用，可以使数据进行实时采集与反馈，实现物理实体与虚拟孪生体之间的虚实融合。虚拟模型的可视化使得认识客体的虚拟孪生体得以展现在人们眼前，这是数字孪生虚拟认识实现的重要一环。

最后，物理实体本身就拥有大量的数据信息，数字孪生体除了映射物理实体本身的“实物形态”外，还会将这些“数据信息”一并映射到数字空间中，这些海量的数据信息便需要依托大数据和人工智能等技术进行分析与决策。依靠大数据能够对数字孪生产生的纷繁复杂的信息进行有效分析处理，将数据信息实时反馈给物理实体以保证其有效运转；依靠人工智能进行深度分析数据反馈，智能匹配最佳算法，自动贯彻方案执行，从而完成对物理世界的改造，这也正是人类始终不断地去探究数字孪生虚拟认识的最终目的所在。

三、数字孪生的认识论价值

数字孪生的认识发生在以技术为中介系统下的主观与客观的统一之中，在技术本身所具有的模仿、延伸和增强的属性下，使得认识主体的思维方式、解释方式，以及认识主体所生存的社会皆为其所塑造和改变。

（一）有利于为人类提供认识世界的新视角

数字孪生的认识论价值首先体现在其为人类提供了一种新的认识世界的视角。从空间维度上看，宏观事物向外扩张的无限性与微观事物向内压缩的无限性交织，在很大程度上阻碍了人们正确认识和把握现实世界的进程。从时间维度上看，人们在现实世界中经验到的物理对象相对来说多为“静态直观”感受，很难观察物理对象随时间变化的特性，也不能对认识对象未来的发展变化做出预测和判断。人们对客观世界的认识在时间和空间维度上都存在着一定的局限性。要想对客观对象展开更为深入的认识活动，必然受其局限性的限制，而数字孪生的出现正是给人类认识世界提供了一个新的观察视角。数字孪生在各类新兴智能技术群的赋能之下实现对物理世界的全面动态感知，从而完成对物理对象在数字空间中的虚拟孪生体的构建，可实现对复杂对象的内部结构的洞悉与拆解，也可“远程在线”对外部非可及环境中的事物展开认识活动，从而突破人类空间维度上认识的局限性；同时，正是由于数字孪生具有更为真实的“仿真性”与实现了真正的“虚实融合”，因此，不仅可以对物理实体全生命周期内展开随时观察其随时间变化的特性，而且依据虚实动态交互能在一定程度上预测未来发展状态，从而突破人类时间维度上认识的局限性。

究其根本，在漫长的人类发展史上，超越现实世界（自然）对人的限制一直是人类持之以恒的目标，而数字孪生就是这种本能冲动的产物，它不断地“促逼”各种“可能性”变为“现实性”。在数字孪生不断发展成熟的条件下，以数字孪生认识论为视角观察与认识世界的方法成为新的认识方式。“可能性”，一般是指事物发展过程中的潜在阶段或状态。亚里士多德认为,事物的生成变化不是从无到有，而是从潜在的有到实在的有，实现了潜能就是现实。［19］139-141在数字化虚拟空间中，通过数字孪生对现实的各种可能性、不可能性、不存在性进行思维构成、规则构成和数字构成，使其变成“现实”，最终作用到现实世界中的物理实体，完成对现实世界的认识、改造与创造。因此，以数字孪生为中介的这种认识新视角，使得现实世界的“真实”面貌得以较为清晰地呈现在人们眼前，最终通过人们的现实实践活动，完成对现实世界的超越，从而推动人类向着更高水平的认识与实践方向发展。

（二）有利于转变人类思维方式和解释方式

随着数字孪生在实际应用场景中与人类活动领域的融合程度不断增加，人类思维与解释世界的方式也开始随之发生改变。任何认识活动都具有一定的社会目的——为了更好地指导人的实践活动和满足社会的需要，对数字孪生虚拟的认识也是为了更好地满足人类开展实践活动的目的而发生的。按照人类的传统认识论，世界可以分为自然界和人工界，人们把在这两个世界发生的认识和解释活动归类为“探索现存事物和创造新事物”。人们在自然界中探索现存事物是对既存现实世界客观规律的认识，在人为创设的人工界中进行的认识与实践活动则是对新事物规律的认识与把握。但在数字孪生的助力下，我们发现在自然界和人工界中应该存在一个中间地带，即“虚实融合”。以往，人们通常把对既存现实世界客观规律探索的活动称之为描述性的活动，把对创设新事物和新世界的规律的活动称之为构建性的活动。［20］现在我们还可以把处于中间地带所进行的虚实融合和交互反馈的活动称之为映射性的活动，忠实的映射使得人们对于世界的认识与实践形式不再单单局限于自然界的描述性活动或人工界的构建性活动，转而更加关注二者间“虚实融合”的动态过程。与此同时，对于数字孪生虚拟思维的认识来说，这种建构活动是包含人类主观意识在内的，通过间接经验“经验”物理实体的认知过程，二元关系转变为认识主体、认识客体以及认识客体的“虚拟孪生体”之间的三元关系，这时人们对客观对象认知的来源不仅包括直接经验和间接经验的感知，更包括“经验”的生成，由于具备了强学习功能以及可实现智能算法决策，这使得人们对物理实体认识的来源逐步由感知性的间接经验转变为间接经验的生成性［21］。同时在整个经验过程之中，人的主观意识的参与始终起着重要作用，无论是对于初始条件的设置，还是对于运行途中效果的监测与检验，都蕴含着要满足设计者或使用者预期目标的主观意志。这个过程也是将人类的思维具体化、理性化和技术化的过程，思维变成了可以看得见摸得着的过程。基于此，人们完成了对世界知识的建构过程，并通过思维方式的转变补充了物理经验，从而丰富了人类的经验世界，实现了对现实限制的超越。

（三）有利于提高人类改造与创造世界的能力

人的认识能力的提高不仅表现为知识的增长与更新，更表现为能够以一种辩证的思维方式去看待新事物。数字孪生在数字化虚拟空间中构建现实世界中认识客体的虚拟孪生体，在一定程度上而言，这是将客观世界中的认识客体以另外一种方式“具象”到人们面前，虚拟现实与增强现实技术的应用使得数字孪生体所展现的画面甚至比我们肉眼所能观察到的真实的物理世界中的现实客体更加具有真实立体的效果，而当这种效果与我们的感知觉器官结合时，便能增强我们的感知觉能力。同时，数字孪生虚拟模型的构建可以突破时空限制，将稍纵即逝的感觉经验在数字化虚拟空间中进行“再现”，有时还能够实现“创造性”的感知觉活动，这也在不同程度上增强了人的感知能力，提高了人的认识能力。但是，人们目前对数字孪生的认识还需要不断加深，因为数字孪生虽然能增强人的感知能力，提高人的认识能力，但它并不能实现“完全的真实”，也无法做到“全部的模拟”。

数字孪生体虽然被称为是客观物理对象的“孪生体”，但也只是“相似”，而并非“相同”。数字孪生虚体的数据信息来源于现实世界中的客观物理对象，但由于被研究对象本身具有极端复杂的特性，加之认识主体自身的认识能力具有现实局限性，在进行初始数据输入的过程中，总会存在一些认识主体所无法认识到的“那部分”特征，虚拟模型与物理实体之间的关系并不能实现完全意义上的重合与叠加，只能是近似地抓取其中“部分特征”来满足认识主体的目标需求。因此，数字孪生模型并不能完全真实地反映物理实体的“全部属性”，从这个角度来说，数字孪生不能实现“完全的真实”。数字孪生作为一种特殊的虚拟方式，虽然是以特定的0-1 的数字方式去表述和阐释事物的关系，但真实的世界和现象之间并非都能转化为特定的符号进行表达，诸如人的情感意识、性格和心理特征以及社会道德等宏观抽象范畴内的对象等，目前还无法完全对其进行数字孪生体的构建。因此，从这个角度来看，数字孪生不能做到“全部的模拟”。于是，人们意识到依托于数字孪生的认识能力和水平，是与人们当下的认识能力水平所能达到的对客观世界的较为真实的反映相对应的。因此，数字孪生的不断发展，能不断促进人们认识能力的提升。

数字孪生的诞生为人类开辟了广阔的认识空间。数字孪生作为人类的认识与映射世界的工具也同以往的反映工具一样带有“虚拟”之含义，诸如人类构建的虚拟网络空间、3D 建模技术、虚拟现实技术、增强现实技术等等，这些映射工具能够帮助人类更好地认识客观物理世界，它们都在不同程度上提高了人类的认识能力和水平。数字孪生通过在数字化虚拟空间中构建物理实体的虚拟孪生体，使二者之间能够进行实时的数据反馈与交互融合，将在虚拟孪生体中经过验证的“正确的”数据反馈给物理世界中的客观实体，从而达到更好地认识与改造世界的目的。在这个过程中，“孪生数据”的产生需要经过多次不断的模拟尝试与实验验证，在克服一次次困难与挑战的过程中，人们的认识能力会随着人们不断地发挥主观能动作用以解决遇到的难题而得到大幅度提高。但是，依靠数字孪生作为映射工具所形成的孪生数据的反馈也可能会出错，因为就孪生数据生成而言，很难不带有认识主体主观意识的参与，很可能会由于认识主体的偏见或认识的局限而导致模拟运算出的数据和信息是错误的。同时，数字孪生生成的数据、模型、界面三层架构形成了一种人们无法知晓其内部运行情况的算法黑箱［22］。这就意味着人类要不断提高自身的认识能力与水平，才能与数字孪生的“算法黑箱”抗衡，以防止在算法决策超越人类的认知导致人类无法理解数字孪生系统所做的决定而否定其正确的决定。从这个角度来看，数字孪生的应用在某种程度上也“催促”着人们要不断提高自身的认识能力与水平。