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在人类生活的现实世界里，我们会经常遇到很多棘手的问题。为解决这些问题，需要设计科学的解决方案。科学的解决方案，是采用科学方法和计算法，在给定的约束条件下可以证明的解决方案。必须指出，如果问题存在一个精确的数学解（解析解），就应该毫不犹豫地使用这个精确解。然而，现实世界中观察到的大部分问题往往因为太复杂而无法采用科学理论方法直接、快速地进行解答。当遇到复杂问题又急需解答时，人们不得不采用工程启发式方法。启发式（heuristics）源自希腊词汇heuriskein，意思是“寻找办法”。因此，启发式可以理解为合适的或可执行的经验的集合，如果一个特定的方法在过去用过，很可能在未来同等条件下也有用。简而言之，如果存在精确解，科学家必须找到它；如果科学家找不到，就得靠工程师想办法。和我们在日常生活中解决问题时采用的方法一样，工程师或科学家解决复杂问题的基本策略是简化，即将复杂事物简单化。为了理解和处理复杂系统，我们需要使用模型对复杂系统进行形式化描述。在计算机、模型等构成的虚拟世界中，进行设计、仿真验证等迭代，逐步完善产品（系统）方案之后，再回到现实世界中进行生产或试验。
这里所说的现实和虚拟世界等同于工业4.0中提及的信息物理系统（cyber-physical systems，CPS）的两个空间：一个是信息（虚拟）空间，指的是工业软件和管理软件、工业设计、工业互联网平台（系统）、模型、数据等；另一个是物理（真实）空间，是指人、能源环境、工作环境、网络通信设备与产品等。信息空间和物理空间是相互指导和相互映射的关系。CPS的关键是实现产品全生命周期过程的数字化。数字化主要包含两层含义：一是对CPS系统中的各个子系统进行可计算的抽象化；另一个是让子系统的抽象化模型能实时地反映子系统的状态变化。在CPS中，我们可以用虚拟世界对现实世界做一个仿真，而且可以预测现实世界在未来会发生什么。
虚拟世界不是凭空产生的，它是人们根据现实世界通过科学技术手段形成的一个模拟现实的世界。也就是说，虚拟世界是基于现实世界来进行模拟的。虚拟世界可以说是独立于现实世界，但又是与现实世界密切联系的世界。虚拟最早的表现形式是人们凭借语言、图表对事物的一种表征。可以说，虚拟是与人类相伴相随而生的。早期人们用肢体、口头语言，后来用文字语言、图表来描述虚拟对象，例如象形文字对对象外形的描述，数字对结构的虚拟等。到了现代，随着数字、信息技术的发展，虚拟技术飞速发展，出现了数字化虚拟，从而可以展示事物更多方面的特质，例如三维的形式、声音、动作等，使虚拟事物能更全面地展现虚拟空间，给人以更加逼真的感觉。
数字化虚拟技术的不断发展以及其应用范围的不断扩大，对社会产生的人文影响将会远远大于其技术影响，因此对数字化虚拟的认识无论从理论意义上来说，还是从现实意义上来说，都必须上升到哲学的高度。就是把虚拟世界置于与现实世界的关系当中、置于人的活动中来理解和把握。虚拟世界如虚拟与现实的关系一样，是以现实世界为基础，并对现实世界的创造性超越。虚拟世界是人的思想的一种物化，虚拟世界其实是来源于人类的思想，而从终极因果关系来看虚拟世界的本源归根结底是现实世界。
虚拟世界是由现实世界产生的东西，是人类思想的一种具象，由现实中的人所构建、所支配。虽然看似两个完全对立的世界，但却有着千丝万缕的联系。在当今社会，虚拟世界已然和现实世界融为了一体，它们虽然由完全不同的思维构建，有诸多的不同，但又确实是相辅相成、相互支撑的。现实生活中的我们已经离不开虚拟世界，同样虚拟世界也离不开人类的支持。
虚拟来源于现实世界，同时又高于我们生存的现实世界，是对现实世界的一种超越。虚拟世界可以轻易实现我们的构想，它可以超越现实的束缚，达到理想的世界，丰富着人们的生活，使我们的生活充满更多的乐趣。虚拟世界是现实世界的一种升华，是数字技术对现实世界的一种描述，这种形象的描述已远远地超过了文字的表达，看似与现实极其相关但是又远远地超脱于现实世界。虚拟世界对现实世界的这种强大的模拟使得人们仿佛身临其境，产生极其逼真的感觉，可以帮助人们对其成为现实的可能性做出充分的估计。我们也可以将一些不可能成为现实的东西在虚拟世界中“创造”出来，它可以充分发挥我们的想象力，也许在数年后伴随着科技的进步，这些不可能反而成了可能。
虚拟之所以能超过现实性，是因为它是以现实作为基础的。虚拟不是纯粹的幻想或是完全虚构的东西，它是人们对于自己思想的一种实现，是将自己对于理想世界的想法通过虚拟世界的一种构建，或者说是对现实世界的一种反映。虚拟事物是通过数字技术对现实事物的一种表达，它比文字和图片的一般描述更具直观性和多维性。因此，虚拟是一种真实的存在，它不仅以现实作为依托，也有人为的操作，更有各项技术的支持来表示它的全貌。没有现实世界的存在，没有人们对虚拟世界的渴望，虚拟世界根本不可能呈现在我们的面前。
虚拟世界是由数字化技术、网络技术和其他的一些硬件技术所构成的，而这些技术是随着现实世界的发展才逐渐产生并且完善的。随着人们对虚拟世界的需求，才使得这些技术在现实世界中不断地发展，最终让虚拟世界呈现在我们的眼前，因此无论虚拟世界如何发展，都离不开人的思想和现实世界的支持。虚拟世界的背后操作者是人，而人是现实世界的主宰，人类对虚拟世界作出了规定，并对其进行维护，同时对身处其中的人和行为作出了约束，在这个虚拟世界中，人们可以掌控它的一切，参与各种各样的活动，利用各种载体操纵着虚拟世界。
虽然虚拟世界和现实世界是相互依托的，但是这两个世界毕竟本质不是相同的，它们之间也有着许多的不同点。现实世界中的事物都是客观存在的，是形式与质的统一体；而虚拟世界中的事物只是数字化的展示，并不是现实世界中的质料。虚拟世界所表达的思想和内容均是从现实世界中获得的，而不是凭空出现的，有了现实世界的庞大的信息，才能使虚拟世界变得丰富多彩，同时虚拟世界中的各种思想与关系也均是对现实世界的一种模仿。
虚拟世界的运行主要依靠各种技术手段，包括网络技术、计算机技术、通信技术等。通过这些技术使得虚拟世界像人们幻想的那样发展，在网络世界产生一个非常真实的虚拟世界。在虚拟世界中时间和空间可以被压缩、跨越或者延伸，人类的行为在虚拟世界中可以是真实的，也可以是虚拟的。人们可以在虚拟世界中完成现实世界中远不能完成的各种行为与动作。虚拟世界是个形式的世界，只具备现实世界的形式，而不是一个真实的实体。作为人类的一些高级的思维和情感，虚拟世界是难以模仿的。虚拟世界是与人类生存相并的另一个世界，然而人们对虚拟世界的改造和对现实世界的改造是有很大区别的。虚拟世界是建立在现实世界基础上的，是在语言与文字之后更高级的连接人类思想和现实的一种新式工具。虚拟世界的多样化展现了人类多方位的思想和各种成果，是表现人类思想的一个重要平台。通过这个新式工具，人类的思想得到了很好的扩散，各个行业的各类人群可以通过网络交换彼此的思想与方法，使得人们更好地了解到自身的不足，更好地了解世界，共同发展。
我们的工作和生活正迈入新的阶段，我们会在两个平行世界（即真实世界和数字世界）中运作，这两个世界互为映射。我们已经踏上征程，数字世界将记录曾经高深莫测的微妙、美丽、复杂和相互关联（超越人类感知的分子级别的细节）。 [15]