基于数字孪生的文化产业管理网络多媒体实验室建设

周 瓅，覃天睿

（南京艺术学院 文化产业学院，江苏 南京 210013）

0 引言

伴随着科学技术的变革与产业竞争的加剧，通过文化传承、科技创新提升产品的技术附加值与文化附加值，促进文化、经济发展愈加重要。这也使得文化产业实践与研究亟需在方法上寻求创新和突破，需要更注重理论的实践性［1］。为应对全球文化竞争、数字化转型所带来的机遇和挑战，高校更应重视对文化产业管理复合型人才的培养，应用新技术、探索新范式，以加强文化产业管理的创新建设［2-3］。由此，运用前沿数字信息技术构建具有特色的网络多媒体实验室，服务文化产业管理的理论实践性，以技术为基石，以专业为核心，培育应用型复合人才，促进国家的人文经济实力与软实力发展，具有很强的理论与实践意义。

1 数字孪生技术的应用与发展

数字孪生（Digital Twin，DT）是一种基于数字映射的信息交互技术。DT 技术借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互进行实验分析，为技术创新和科学决策提供便利。2016 年以来，DT 技术多年被全球IT 研究分析权威公司Gartner 评为十大战略科技发展趋势之一［4］。

数字孪生的概念研究可以追溯到美国学者Michael Grieves 教授2003 年在产品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）研究中提出的“镜像空间模型”，其核心包括实体、虚拟产品及两者的映射［5-6］。2010 年，伴随着复杂装备、智能检测与信息技术领域的科技发展，数字孪生由概念转向应用，美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）在太空技术路线中具体应用DT 技术监测飞行器系统安全。随后，通用、西门子等公司进一步将数字孪生DT 技术应用到工业智能制造领域［6］。数字孪生可以集成多物理场域、多尺度、多学科属性，因此伴随着技术发展，其也从概念产品设计、系统安全监测、工业制造逐步扩展到更为广泛的应用场景中，如智慧图书馆［7］、智能实验室［8］、产学研合作基地［9］以及文化遗产保护［10］等。

2 文化产业管理网络多媒体实验室建设需求

从人才培养的角度来看，文化产业管理聚焦于文化创作、艺术制作及经营管理等领域，覆盖文旅融合、文体娱乐、文创策划等众多创意新兴业态。由于创意产业以人为核心，主要由人力资本、智力资本驱动，其发展对于高端创意人才高度依赖。产业的属性特点既为文化产业管理带来了广阔的发展前景，又对专业教学在培养实践型、创新应用型人才等方面提出挑战。因此，文化产业管理的发展更应加强创新育人的应用孵化。这就使得利用新技术构建文化产业管理网络多媒体实验室更加关注实践。解构文化产业管理网络多媒体实验室的应用需求，主要有知识系统化、功能模块化及场景智能化等方面。

2.1 知识系统化需求

创意实践是文化产业价值生成与发展的关键，而相关的创意思维体系培育离不开文化积淀以及知识体系的系统化塑造，因此文化产业管理网络多媒体实验室的第一需求体现在知识系统化需求。网络多媒体实验室的构建，需要充分把握文化产业所涉及的文史知识、管理知识及艺术知识，通过系统性的教学内容设计将文化产业知识与产业实践维系，形成良性互动。将文化产业管理所涉及的文化策划、创意开发、市场营销、文化经纪以及项目运营等知识映射到文旅景点、文体娱乐活动、文创策展活动等实践场景中，能够帮助学生形成知识系统性应用的直觉反应，并在文化产业实践活动中更好地进行知识与知识间的认识深化，借助数字信息可视化技术，将文化产业管理知识点形成结构化的数字知识图谱；遇到项目实践瓶颈时，可以有效地检索知识系统中的关键问题，帮助学生更快地发现创意实践中的问题环节，寻找适合的解决方法。通过系统性的知识指引和系统性的网络多媒体实验，强化复合型创意人才的能力培育。

2.2 功能模块化需求

文化产业管理网络多媒体实验室的构建旨在提升创意能力的培养效率，因此在专业知识体系之下，需要丰富的功能应用支持，并通过多重的模块优化实验室构建成本，提升网络多媒体资源的使用效率。从具体功能来看，网络实验室应该包括数字信息交互、智慧行为引导以及平台安全保护等模块化功能。首先是数字信息交互，高效信息技术的应用能够打破时空约束，优化网络多媒体实验室的使用效率，实现远程、跨域互动，对接丰富的网络多媒体资源，在疫情安全防控等特殊情况下有效地帮助展开专业实践。其次是智慧行为引导，依托平台数字信息技术，通过智慧签到方式保障实验室出勤纪律，通过数字主题推送引导实验室专题学习和技能孵化，通过知识回看、实验室训练等功能帮助参与实验培训的主体巩固学习实践中的薄弱环节，并引导兴趣建立，鼓励多媒体资源分享与讨论，链接更多的相关内容提升专业技能。最后，平台安全保护也是功能模块的重要环节，实验室的网络安全保护一方面是保护学习对象的实验安全，进行行为统计分析，勾勒使用者画像，提供个性化安全保障；另一方面也要保护学习内容的知识产权和数据信息安全，保障文化产业管理网络多媒体实验室的信息完整性和系统安全性，形成独特的创意能力孵化优势。

2.3 场景智能化需求

文化产业管理知识的运用具有丰富的产业情境，因此网络多媒体实验室需要开发适合的实验场景，并将知识系统和功能模块有效嵌入场景学习中。例如，在偏向展示的“翻转云课堂”场景中，应提供适合的评价系统，方便参与的师生为展示者的表现及其文创作品打分；在偏向互动的“案例研讨组”场景中，应设置便利的多媒体共享视听程序，便于研讨团队沉浸式地参与到案例情境的分析中；而在偏向应用的“工作室”场景中，应围绕技能训练的实验主题进行虚拟现实（Virtual reality，VR）、增强现实（Augmented reality，AR）、混合现实（Mixed reality，MR）等方式的数字映射，构筑具体的应用场景，并通过合理的流程引导、步骤引导，使受训人员快速掌握基本技术动作，同时在开放式的数字场景探索中，进行低成本的试错和创意迭代，通过数字要素的创新组合、实践流程的次序调整，探索创意设计、功能发展、组织效率等方面的创新。同时，围绕不同的文化产业方向需要进行针对性的设计开发，例如，在影视多媒体、影音动漫、文体娱乐等方向实验室中注重多媒体资源的链接，强调视听构图、情绪心理学等内容；在文旅资源开发、艺术经营管理、演艺经纪管理中，重视数字案例场景开发，为实践提供决策科学支持；在广告策划、营销管理、项目策划等方向实验室中，提供适合的头脑风暴研讨工具和创新效果数字模拟工具。

3 数字孪生技术下的网络多媒体实验室建设路径

根据前文分析，伴随着信息科技的发展，数字孪生技术可以很好地通过数字映射实验的物理场景，实现多频段的远程协同操作，并利用数字信息模型营造丰富的文化产业应用场景，为实验参与者提供沉浸式的应用实践体验。因此，数字孪生下的网络多媒体实验室能够较好满足文化产业管理的知识体系、功能模块、场景应用等多方面需求。而文化产业管理网络多媒体实验室的建设并非一朝一夕能够完成，需要从多个层级进行开发。

3.1 系统层设计

文化产业管理网络多媒体实验室是数字孪生技术构建的镜像空间，具有开放、智能、协同的创新属性。根据陶飞等学者提出的数字孪生五维模型，MDT=（PE，VE，Ss，DD，CN），即多维数字孪生（MDT）由物理实体（PE）、虚拟实体（VE）、服务（Ss）、孪生数据（DD）以及连接（CN）构成［11］。在文化产业管理网络多媒体实验室中，物理实体（PE）和虚拟实体（VE）包括文化产业实验场景下的教学设备、多媒体影音资料以及由实验空间所链接的文化综合体、舞台场景或影音娱乐场景。这些实体内容具有虚实相映的特点，应按照单元个体资料、区块信息、系统资源、复杂系统协同资源进行系统性规划。而服务（Ss）正是由实体需求引发的功能性作用，包括对各类数据信息的分类、可视化分析管理、知识图谱结构优化、文化场景的仿真模拟，参与主体行为分析以及立足于模型统计的概率判断等，服务设计应注意成本集约以高效率为核心兼顾多层次的实体需求。孪生数据（DD）实现服务（Ss）的关键环节。孪生数据不是简单地对物理信号进行复制，而是对文化产业管理实践的场景、行为以及可能引发的结果进行参数编码和数字转化，由此进行预处理、分类、关联、集成、融合等相关处理后得到的衍生数据，结合多时空关联数据、历史统计数据、专家知识等内容反馈给参与文化产业管理的实体单元，从而令参与者获得更加全面、准确的信息，实现信息增值。最后，在连接（CN）作用下，文化产业管理过程的各要素之间相互关联协同，以适合的效率支持网络多媒体实验的智慧运行，通过全要素、全流程、全业务的数字仿真促进链接实体与孪生体相互转换，构筑云平台数据存储、多设备物联网协同以及异构实体有机协作的内生系统。

3.2 模块层优化

文化产业管理网络多媒体实验室在系统层的整体设计下需要多层级的功能模块支持实体、服务、数据与连接，其核心的模块包括运营管理模块、数字服务模块、安全保障模块以及多媒体资源接口模块等。运营管理模块主要用于管理实验参与主体，进行平台的资源维护，检测并分析用户行为，进行统计分析和资源管理。数字服务模块主要进行文化产业管理的实验场景映射，提供主题学习、项目指导，促进文创实践。安全保障模块主要进行平台数据安全管理，保障网络安全，监测系统安全和应用安全。多媒体资源接口模块则服务于系统的开放性资源链接接入文化产业管理相关的数字资源、网络多媒体资源和教学理论实践资源，通过任务引导、互动引导、内容分享激励等形式强化知识传递。通过实验室的模块协同，高效率地满足文化产业管理网络实验室在知识、功能、场景等方面的需求。

3.3 方案层执行

在运维管理中，可以利用二维码、射频识别与网络CA 证书标识等方式，进行智能终端识别编码，基于属性加密（ABE）进行用户对数据的访问控制，管理实验室的连接和场景应用，将不同的文化产业管理场景及相关实践活动以数字化、网络化、智能化的方式向用户开放，实现不同物理实体（PE）和虚拟实体（VE）的有效连接（CN）。在数字服务模块中，可以利用SolidWorks、Unreal Engine 5 或Unity3D 图像引擎进行数字映射场景开发，结合C++、Python 或R 语言编辑专用模型，通过AutomationML、SysMl、UML 等建模语言优化实体和场景的数字连接。在安全保障模块方面，遵循“分区分域、安全接入、动态感知、全面防护”的安全策略，建立多个虚拟专网（Virtual Private Network，VPN），部分用于部署直接连接外部数据的网关服务器和数据展示服务器，部分用于内部消息服务、数据库服务及缓存服务，并设置Bastion Host（BH）保障网络安全，并定期进行数据安全审计。在多媒体资源接口模块设置多种协议接口，保障资源接入的丰富性，同时结合Scrapy 框架和Python 语言不定时地进行多媒体资源网络爬虫，关注文化产业管理实践相关的热点内容，并引导适合的主题知识学习交流。

4 结语

随着数字信息技术的发展，文化产业管理网络多媒体实验的建设有了更多发展可能。数字孪生技术可以很好地通过数字映射实验的物理场景，实现多频段的远程协同操作，并利用数字信息模型营造丰富的文化产业应用场景，为实验参与者提供沉浸式的应用实践体验。为应对全球文化竞争、数字化转型所带来的机遇和挑战，高校更加需要重视从知识系统、功能优化及场景应用等方面优化文化产业管理实践，通过数字孪生的网络多媒体实验培育复合型创新人才。