一文講透元宇宙：背景、技術、場景和機遇

文/耿 焱

元宇宙·底層邏輯

元宇宙已然成為未來開拓新市場的熱門領域。

2021 年以來，全球新經濟領域不知不覺間燒起了一把火。上到互聯網巨頭，下到平民百姓，無不被這把“火”點燃，諸如騰訊、阿里、百度、小紅書、Soul、上汽等企業均申請了相關商標，Facebook 更是改名為“Meta”。事實上，今天我們聊的這把火就是元宇宙。

“起”：元宇宙的起源

元宇宙的概念最初來源于1992 年出版的美國科幻小說《雪崩》，書中描述了一個平行于現實世界的網絡世界—Metaverse，所有現實世界的人在Metaverse 中都有一個替身。真實世界的人通過控制其替身，在Metaverse 中進行人際交往和競爭以提升自己的地位。Metaverse 由“meta”和“verse”兩個詞組成，meta 表示超越，verse 取自universe，合起來就是元宇宙。

20 世紀90 年代初，錢學森老先生就曾暢想過“元宇宙”是何物，只不過當時它有個小名叫“靈境”。錢老先生預見，靈境技術（見圖1）的產生和發展，將會顯著提升人的創造能力，促進科學和文藝快速發展，給人類社會帶來深遠影響。

圖1 錢學森手繪“靈境技術”示意圖

Facebook 創始人馬克·扎克伯格認為，元宇宙是一個讓使用者置身其中的沉浸式互聯網—在網絡中不僅僅依靠屏幕，而是將有更多的設備聯動，實現虛擬世界的沉浸式體驗。

在騰訊公司董事會主席馬化騰看來，一個令人興奮的機會正在到來，移動互聯網經過10 年發展，即將迎來下一波升級，他稱之為“全真互聯網”。虛擬世界和真實世界的大門已經打開，無論是從虛到實，還是由實入虛，都在致力于為用戶提供更真實的體驗。

游戲開發服務平臺Beamable 公司創始人喬恩·拉多夫認為，元宇宙包含七個層面：體驗、發現、創作者經濟、空間計算、分布式、人機互動、基礎設施。

亞馬遜前高管馬修·鮑爾提出，元宇宙必須提供前所未有的互操作性，用戶必須能夠將他們的化身和商品從元宇宙中的一個地方帶到另一個地方，無論是誰在運行元宇宙的特定部分。

正如一千個讀者眼中就有一千個哈姆雷特，每個人對元宇宙的解釋也各不相同。綜合各方看法，筆者認為，元宇宙可以看作是由包括區塊鏈、AI、交互傳感技術等新興技術組成的一個實時在線網絡，是數字虛擬世界和物理現實世界相互影響的有機統一的整體。

或許有一天，現實世界也會如電影《頭號玩家》描述的那樣，每個人都可以在真實與虛擬世界中穿梭，我們也會有自己的“綠洲”。

“承”：承載元宇宙的關鍵技術

我們要弄明白元宇宙對經濟社會發展有什么影響，需要把這個問題解構清楚，弄懂元宇宙的“根”，即承載元宇宙發展的關鍵技術有哪些。

目前，公認的元宇宙六大核心技術包括區塊鏈（Blockchain）技術、交互（Interactivity）技術、電子游戲（Video Game）技術、人工智能（Artificial Intelligence）技術、網絡（Network）及運算技術、物聯網（Internet of Things）技術。這些關鍵技術的英文字母連接起來，業界有個形象的提法，叫作“大螞蟻”（BIGANT）。

1.區塊鏈

區塊鏈是構建元宇宙虛擬資產體系的基礎。交易是社會生活的重要組成部分，一旦沒有交易往來，整個社會勢必會退化到自給自足的農耕社會。

同樣，在虛擬世界里，交易也是必不可少的，這就是區塊鏈技術的價值所在。每個用戶可以看作是元宇宙中的子元宇宙，通過NFT、DAO、智能合約、DeFi 等區塊鏈技術的應用，架起連接各個子元宇宙流轉和交易的橋梁，打造元宇宙去中心化的結算平臺和價值傳遞體系，實現元宇宙的交易往來。

NFT：英文全稱Non-Fungible Token，非同質化代幣，是一種不可分割且獨一無二的數字憑證，能夠映射到特定資產，將該特定資產的相關權利內容、歷史交易流轉信息等記錄在其智能合約的標示信息中，并在對應的區塊鏈上給該特定資產生成一個無法篡改的獨特編碼，確保其唯一性和真實性。正是NFT 實現了虛擬物品的資產化，從而使得數字資產擁有可交易的實體。

DAO：英文全稱Decentralized Autonomous Organization，分布式自治組織，基于區塊鏈核心思想理念（由達成同一個共識的群體自發產生的共創、共建、共治、共享的協同行為）衍生出來的一種組織形態，允許用戶之間通過提案、投票等方式來決定平臺事務的決策和走向。

智能合約：一種旨在以信息化方式傳播、驗證或執行合同的計算機協議。從本質上而言，智能合約是一種以數字化、智能化的代碼嵌入軟件之中，直接控制數字資產的電腦程序。例如網上購物，不想立即付款，想等賣家發貨后再付款，可以創建一個合約，該合約通過查詢物流數據，只有在確認購買的商品發貨后智能合約才會匯款給賣家。

DeFi：英文全稱Decentralized Finance，去中心化金融，用來構建開放式金融系統的去中心化協議?；趨^塊鏈的金融服務體系，用戶可以完全控制自己的資產，并且能夠獲得相關的金融服務。和現在的金融體系不同，用戶的資金不會存放在第三方的金融機構中，而是通過各種智能合約去實現協議和信任，如此可以最大程度地減少風險。因為沒有了中介機構的參與，整體的金融服務成本也會相對降低，從而打造更加高效的金融體系。

2.交互技術

交互技術為元宇宙用戶提供沉浸式虛擬現實體驗的階梯。交互技術所要實現的是虛擬世界與現實世界的連接，正如影視作品中看到的那樣，現實世界人的一舉一動會影響到虛擬世界，虛擬世界的感官感觸也會帶到現實世界中來。

交互技術分為輸出技術和輸入技術。輸出技術包括頭戴式顯示器、觸覺、痛覺、嗅覺及直接神經信息傳輸等各種電信號轉換于人體感官的技術；輸入技術包括微型攝像頭、位置傳感器、力量傳感器、速度傳感器等。

3.游戲技術

游戲技術是元宇宙社會形態最成熟的呈現方式。游戲技術包含兩方面內容：一是游戲引擎相關的3D建模和實時渲染，二是數字孿生相關的3D 引擎和仿真技術。前者所要實現的是元宇宙中所展示的事物外觀與現實世界無異，后者所要考慮的是如何將現實世界虛擬化、數字化，將現實世界的客觀規律帶到元宇宙中去。

4.人工智能

人工智能是元宇宙中生產力與自主運行最重要的支撐。NPC（非玩家角色）是網絡游戲運行中無法分割的組成部分，在游戲中起到引導、協助等功能，完成與玩家的互動交流，其本質為簡單的人工智能。

人工智能可以為元宇宙的大量應用場景提供技術支撐，其應用主要集中在智能語音、NLP自然語言處理、機器學習和計算機視覺四個方面，為元宇宙中用戶與用戶、用戶與系統、不同系統之間的溝通與交流提供技術支持和橋梁。

智能語音：智能語音技術，是實現人機語言的通信，包括語音識別技術（ASR）和語音合成技術（TTS）。

NLP 自然語言處理：研究人與計算機交互的語言問題的一門學科，是機器語言和人類語言之間溝通的橋梁，以實現人機交流的目的。

機器學習：研究計算機怎樣模擬或實現人類的學習行為，以獲取新的知識或技能，重新組織已有的知識結構使之不斷改善自身的性能。

計算機視覺：研究如何使機器“看”得科學，更進一步說，就是指用攝影機和電腦代替人眼對目標進行識別、跟蹤和測量等機器視覺，并進一步做圖形處理，使電腦處理成為更適合人眼觀察或傳送給儀器檢測的圖像。

5.網絡及運算技術

網絡及運算技術是元宇宙在現實世界中的承載者。從承載而言，元宇宙可以看作是網絡游戲近乎無窮倍的放大。一款網絡游戲的運行，依靠互聯網作為信息傳輸工具，來完成設計者編制的運算程序。而元宇宙也需要網絡及運算，但這種網絡不局限于傳統的寬帶聯網和高速通信網，還包含AI、邊緣計算、分布式計算等在內的綜合智能網技術，稱之為“云化綜合智能網絡”。

邊緣計算：指在靠近物或數據源頭的一側，采用集網絡、計算、存儲、應用核心能力于一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側發起，可以提高網絡服務響應速度，滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。

分布式計算：研究如何把一個需要巨大的計算能力才能解決的問題，首先分成許多小的部分，然后把這些部分分配給多個計算機進行處理，最后把這些計算結果綜合起來得到最終的結果。

6.物聯網技術

物聯網技術是元宇宙與現實空間實現融合的媒介。物聯網技術承擔現實世界數字化采集與處理職能，為數字孿生的虛擬世界提供實時、精準、持續的數據供給，使元宇宙虛擬世界里的人可以實時掌握現實世界的變化，乃至管理現實世界。

“轉”：元宇宙將給城市生活帶來的轉變

前面，我們聊了那么多與元宇宙相關的技術，想必大家對這些“玄乎”的技術多少有了些概念。接下來，我們聊點實際的，即元宇宙技術的應用場景究竟能給我們的生活帶來哪些新轉變。

交互技術助力沉浸式辦公，提升工作效率和溝通效果。新冠肺炎疫情在全球肆虐，使得居家辦公越來越普遍化，隨之而來的是遠程工作和在線交流。但由于無法看到彼此的肢體和表情，往往很多時候信息不能準確傳達，況且所處環境千差萬別，工作時的臨場感、沉浸感也大打折扣。

通過VR、AR 等交互技術打造的元宇宙辦公產品，將很大程度上解決這些問題，通過音頻提示、手勢追蹤等方式營造身臨其境的溝通體驗。例如微軟的Mesh for Teams 產品，當演講者說話時，采用音頻提示使得臉部表情生動起來，讓替身擁有更具表現力的動畫效果，營造臨場感。而Facebook 的Workrooms 支持頭部和手勢跟蹤，現實生活中用手所做的任何事情都將在虛擬世界中被跟蹤和再現。

AR 技術為智慧電力行業提供解決方案，提高作業效率。增強現實技術（AR）實現了虛擬事物在現實世界的展示。例如在電力行業日常巡檢中，員工佩戴好AR 眼鏡，即可收到后臺發出的巡檢指令，作業人員只需要按照屏幕指示步驟，即可一步步完成作業，大大提高了運維效率。當遇到儀表讀數時，眼鏡可直接通過OCR 算法識別讀數自動記錄。同時，AR 眼鏡搭配外設紅外測溫功能，可直接無接觸測量變壓器等設備溫度。遇到故障需要緊急排除時，作業人員可直接語音喚醒遠程專家系統，呼叫總部專家予以支持。這樣不僅可以縮短處理周期，還可以提升運維品質。

AI 提供人臉識別、實時翻譯等功能，助力觀光旅游。百度公司與上海新高度旅游公司合作推出的全球首批AI 雙層觀光車，搭載了百度的人臉識別技術，自動對游客身份進行核驗，游客只需刷臉就可以上下車，從而免去了多次驗票的煩瑣。這款觀光車還搭載了百度共享Wi-Fi 翻譯機，該翻譯機包含智能語音翻譯、智能問答、語音導覽等功能，智能語音翻譯可輕松解決外地游客、外國游客游覽時語言不通的問題，而智能問答可以幫助游客及時解決各類實用問題，語音導覽功能則可以幫助游客更好地了解風土人情。

游戲仿真技術構建虛擬世界，初具元宇宙雛形。目前元宇宙離我們還非常遙遠，但游戲仿真技術構建的虛擬世界卻能讓我們管中窺豹。Roblox 沙盒游戲平臺是游戲領域的元宇宙引領者，主要面向兒童和青少年，允許孩子們創建3D 世界和游戲。該平臺的核心是其仿真引擎—能夠展示一個類似樂高的虛擬世界，以玩家創作為主導，帶來沉浸式體驗和社交場景。隨著元宇宙技術不斷發展，Roblox 的虛擬世界也將越來越接近現實世界。

“合”：元宇宙與社會發展的珠聯璧合

隨著元宇宙時代的到來，我們應該如何及時把握元宇宙的發展機遇呢？

上海在元宇宙發展方面起步較早，2021 年12 月，上海市經濟和信息化委員會印發《上海市電子信息產業發展“十四五”規劃》提出，加強元宇宙底層核心技術基礎能力的前瞻研發，推進深化感知交互的新型終端研制和系統化的虛擬內容建設，探索行業應用。這也是元宇宙首次被納入地方“十四五”規劃。

2022 年伊始，合肥、武漢等城市紛紛將元宇宙寫入政府工作報告，杭州、無錫、北京、成都等城市也相繼提出以產業園區和產業聯盟等方式切入賽道，布局元宇宙。

根據元宇宙技術應用方向，我們選取智慧城市、經濟金融、智能制造、生命科學、鄉村振興五個熱點領域進行暢想，希望能夠為讀者提供有益參考。

智慧城市。利用數字孿生構建“孿生城市”模型（見圖2），有效推動城市治理水平進步?！皩\生城市”模型是現實世界在虛擬世界中的還原，利用數字孿生技術，實時獲取現實世界所有要素的狀態并映射到城市模型中，實現全過程、全要素數字化，使數字城市與現實城市同步規劃、同步建設。

圖2 “孿生城市”模型

通過數字建模，在“孿生城市”中可以實現全信息全域監測、模擬預測城市治理決策效能、模擬提高應急響應處置、全局統籌城市規劃建設等，提高城市治理精度。

經濟金融。經濟金融融入元宇宙第一步就是數字化，在這一過程中，紙幣逐漸被淘汰，數字貨幣將大規模使用。

NFT 技術能有效優化金融業務，實現金融機構的金融資產數字化呈現，為金融資產刻印獨一無二的數字“指紋”，從而實現對虛擬資產的盤點清算、分類篩選、信用評價、價值估算等工作，也能服務于虛擬世界的創作經濟，實現虛擬世界的貨物交換。

此外，通過AI 虛擬人技術和批量短視頻生產技術，金融機構可以在幾分鐘內生產覆蓋萬條級別的虛擬人短視頻，視頻內容包括基金介紹、股票介紹、金融資訊介紹等，極大地滿足市場對金融信息的需求，擴大虛擬金融的規模。

智能制造。過去工程師更多的是憑借經驗來實現設備使用、維修并完成對應培訓、進行生產線管理等技術工作，而管理人員需要輾轉生產線、生產車間、庫房，在各種系統、表單中完成管理工作。

在元宇宙中，設備的使用、維修不再過于依賴工程師的設備使用經驗，管理人員也可以更便捷高效地完成管理工作。相對應地，從業者能力要求也將發生遷移，更加側重于服務產品研發、工藝改進、市場需求、生態合作、IP 打造等非標準化工作。

元宇宙重塑工業制造場景，通過物理場景數據采集、實時同步，可實現對工業制造全面還原，構建與物理工廠同步的虛擬工廠以及超越物理規律的虛擬場景，為工業制造賦能，整體性解決制造本身研發、生產、管理等一系列問題。

生命科學。元宇宙在生命科學領域的應用主要體現在兩方面：

一是借助腦機接口，通過仿生神經肌肉控制通路，實現使用者大腦與各軀干間的直接聯系。比如，殘疾人可借助該技術連接仿生器官，從而恢復甚至超越之前的能力。同時，也可將該技術應用于神經康復、睡眠、教育等腦神經發揮關鍵作用的領域。

二是可通過腦機接口、NFT 以及人工智能識別等技術，與外部傳感器感應，實現對人身體健康狀況的實時化、數字化呈現，及時發現身體存在的問題，延長人類壽命。

鄉村振興。鄉村振興歷來是政府工作的重中之重，元宇宙技術的發展能有力提升農業產值，促進農民增收，助力鄉村振興。

第一，元宇宙可實現對農業場景的高度模擬，加速農業科研。數字孿生技術能在虛擬環境中模擬植物整個生長過程，大幅縮短農作物生長周期和成本，在短時間內收集到大量的植物生長數據，為全面提升農業生產效率、加快農業創新提供幫助。

第二，利用區塊鏈應用實時同步全流程場景，實現溯源保障食品安全。區塊鏈技術實現了為每一個商品發放一張獨一無二的“身份證”，產品從生產到銷售，每一個環節的主體都以自己的身份(私鑰)將信息簽名寫入區塊鏈，信息不可篡改，身份不可抵賴。一旦出現糾紛，可以很快定位出問題環節，從而進行舉證和追責。

第三，利用交互技術，打造真人與虛擬人的互動場景。交互技術與人工智能相結合，可構建虛擬農業“管家”，通過接收裝置感應溫度、濕度、土壤等信息，指導農民精準完成播種、澆水、施肥等操作，大大提高農業生產效率。此外，交互技術也可打造虛擬農場，讓大眾看到農場的各種業態展現，從開墾到播種再到收獲，可以在一個虛擬的農場中操控無人設備體驗種地樂趣。

隨著元宇宙技術的不斷成熟，數字虛擬世界和物理現實世界相互交織、彼此融入、緊密互動，元宇宙將會深刻改變我們的城市、商業、社會和生活。但我們也要清醒地看到，元宇宙是一個極致開放、復雜、巨大的系統，未來發展的路上必然會遇到技術瓶頸、輿論泡沫、概念詐騙、隱私風險、知識產權糾紛等問題，可見，元宇宙要從概念走向現實，還需要從技術、標準、法律等多個方面做好布局。

道阻且長，但值得期待。