電子游戲在元宇宙環(huán)境下的技術(shù)發(fā)展定位

方橙蔚

關(guān)鍵詞：元宇宙；電子游戲；虛擬現(xiàn)實；人工智能

元宇宙的興起將推動人類社會發(fā)展邁進新的階段，當前技術(shù)與元宇宙技術(shù)的交織融合可能衍生新技術(shù)，誕生新的技術(shù)形態(tài)。本文從大眾化的娛樂手段——電子游戲人手，簡述元宇宙和電子游戲之間的聯(lián)系，接著闡述元宇宙環(huán)境下電子游戲市場的現(xiàn)狀，然后以元宇宙中包含的技術(shù)來分析電子游戲的發(fā)展方向，從而給電子游戲行業(yè)的從業(yè)者帶來元宇宙的技術(shù)啟發(fā)。

1元宇宙與電子游戲——發(fā)展與融合

1992年，美國作家Neal Stephenson受到美國數(shù)學家和計算機專家Vernor Vinge教授的啟發(fā)，在自己的作品Snow Crash中提到Metaverse（元宇宙）一詞。他將Metaverse描述成人類戴上耳機和目鏡能夠以虛擬分身方式進入一個平行的虛擬空間．從此出現(xiàn)了“元宇宙”這一科幻概念。該科幻概念出現(xiàn)之后，就有大量的互聯(lián)網(wǎng)公司和文學作品試圖通過游戲與電影描述出這個虛擬空間的魅力，直到2021年9月13日，全國科學技術(shù)名詞審定委員會將“元宇宙”定義為“人類運用了數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的，由現(xiàn)實世界映射或超越現(xiàn)實世界，可與現(xiàn)實世界交互的虛擬世界”。國外學者將元宇宙定義為廣義的網(wǎng)絡(luò)空間[1]，而北京科技大學的學者王文喜[2]將這一個概念擴展，定義成涵蓋物理空間、社會空間、賽博空間和人類思維空間，融合了數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)、軟硬件設(shè)備等多方面因素的虛擬世界。從技術(shù)角度來說，計算機相關(guān)產(chǎn)業(yè)都能在元宇宙這一技術(shù)概念下分得一杯羹。

電子游戲從誕生之初就和元宇宙有著不解之緣。電子游戲主要將硬件設(shè)備作為媒介構(gòu)建一個幻想的平行時空平行世界，建立一套與現(xiàn)實世界不同的虛擬時空，讓玩家扮演角色進行運動、冒險、戰(zhàn)爭、格斗等。這個平行時空的概念正好對應(yīng)元宇宙的虛擬時空。特別是在2018年，電影《頭號玩家》更是直觀地將元宇宙和游戲深度結(jié)合的未來展現(xiàn)得淋漓盡致，很好地補充了電子游戲在元宇宙環(huán)境下的未來暢想。

2電子游戲在元宇宙環(huán)境下的發(fā)展現(xiàn)狀

當前，電子游戲已經(jīng)發(fā)展成一個融合文化、經(jīng)濟、娛樂的載體，在人們的生活中成為一種廉價且時髦的娛樂活動和社交方式。中國音數(shù)協(xié)工委（GPC）發(fā)布的2022年報告顯示，當前游戲產(chǎn)業(yè)正在探索應(yīng)用5G、云計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)，向著更加廣泛的領(lǐng)域發(fā)展，深入挖掘精細化市場，推動數(shù)字出版的融合工作不斷前行。中國游戲市場實際銷售收入如圖1所示。

根據(jù)報告分析，在宣布2021年為元宇宙元年之后的2022年上半年，即使受到疫情的影響，存在經(jīng)濟同比下降的情況，但是游戲產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟上的表現(xiàn)仍然較樂觀。據(jù)報告顯示，其實際的銷售收入為1477.89億元。

不過，報告也指出，就用戶數(shù)量來說，中國游戲用戶數(shù)量有所減少，同比下降0.13%，當前規(guī)模約為6.66億人，如圖2所示。

將圖1和圖2進行分析對比可得，中國電子游戲市場在疫情暴發(fā)初期的紅利已經(jīng)不復存在，而在2021年進入元宇宙元年后，電子游戲市場規(guī)模略微下降，說明電子游戲用戶紅利的時代已經(jīng)消退，現(xiàn)在進入了一個存量保留的市場環(huán)境狀態(tài)。放眼全球，根據(jù)游戲產(chǎn)業(yè)分析機構(gòu)Sensor Tower發(fā)布的有關(guān)移動游戲的市場調(diào)查報告顯示，2022年全球元宇宙游戲下載量突破1.1億，并且已經(jīng)涌現(xiàn)出了比較典型的（如Roblox、模擬沙盒游戲Play Togther等）優(yōu)秀受歡迎的模擬游戲，但市場中還是以模擬游戲結(jié)合元宇宙居多[4]，其他類型游戲不多。結(jié)合以上數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)游戲市場的一些困境-2021年后，元宇宙游戲確實在世界范圍內(nèi)受到了市場歡迎，但在中國，元宇宙似乎對游戲市場的影響不大。而且，從世界市場來看，元宇宙游戲的品類也遠遠不夠。

3元宇宙游戲發(fā)展的技術(shù)需求

從當前市場情況來看，元宇宙沒有在電子游戲領(lǐng)域出現(xiàn)井噴式發(fā)展，并且缺少“榜樣”游戲作品來說明元宇宙在電子游戲中的應(yīng)用。針對這一現(xiàn)象，各位專家眾說紛紜。方巍等[5]的元宇宙研究綜述中提出，元宇宙基于的技術(shù)比較多，涉及的技術(shù)有沉浸式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)字藏品/NFT（Non-Fungible Token，指非同質(zhì)化通證）、5G/6G、區(qū)塊鏈技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)，甚至通過虛擬世界的交換可以影響現(xiàn)實世界，并且將電子游戲歸為元宇宙技術(shù)的一個部分。而茍尤釗等[6]的論點將元宇宙技術(shù)劃分為8個體系，即區(qū)塊鏈技術(shù)、交互技術(shù)、通信技術(shù)、云和邊緣計算、高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)，并且沒有將電子游戲技術(shù)列入技術(shù)體系。但是，齊奐琿等[7]認為電子游戲技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)和元宇宙技術(shù)的前置條件。下文從幾個技術(shù)點來分析電子游戲在元宇宙環(huán)境下的發(fā)展趨勢。

3.1人機交互技術(shù)——元宇宙游戲的入口

只要一個計算機用戶在使用計算機，即和計算機形成了一種交互的關(guān)系。因此，我們建立的元宇宙環(huán)境是無法脫離計算機進行的，人機交互就是打開元宇宙大門的必要條件。當前的元宇宙環(huán)境的人機交互主要分為擴展現(xiàn)實技術(shù)（Extended Reality，ER）和輸入技術(shù)2類。

擴展現(xiàn)實技術(shù)主要包括虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）以及混合現(xiàn)實（Mixed Reality，MR）。這些擴展現(xiàn)實技術(shù)主要是為了讓用戶在體驗輸出技術(shù)時使虛擬與現(xiàn)實的界限更加模糊，生成一種現(xiàn)實與虛擬之間的結(jié)合感，更多的要求在于對現(xiàn)實中靜態(tài)物體的定位和圖形圖像的構(gòu)建。從當前的技術(shù)調(diào)查來說，更多的互聯(lián)網(wǎng)公司甚至游戲廠商（如Valve）集中于開發(fā)VR設(shè)備和VR游戲，給予玩家更多的輸出體驗。游戲廠商將VR游戲的應(yīng)用場景進行拓展，通過游戲化模式和游戲技術(shù)，在教育、醫(yī)療等領(lǐng)域進行深入開發(fā)。反之，游戲技術(shù)行業(yè)對于圖形圖像的仿真性要求較高，也推動了AR/VR交互技術(shù)的發(fā)展。

不過，輸入設(shè)備才是游戲廠商當前的發(fā)展困境所在。2020年，Valve游戲公司推出了一款VR沉浸式體驗射擊游戲《半條命（Half-Life）》，其中的視覺體驗已經(jīng)讓很多玩家拍案叫絕。但該游戲輸入技術(shù)依然局限于手柄輸入指令的徒手交互（freehandinteraction）[8]方式，玩家在游戲內(nèi)的行動主要依賴手上的控制器指令，導致游戲人物行為不夠貼近真實人類行為，從而影響了游戲體驗。

輸入方式的革新也是很多互聯(lián)網(wǎng)公司需要考慮的。谷歌提出“雅卡爾計劃”（project

Jacquard） -研發(fā)和生產(chǎn)數(shù)字紡織品，并通過數(shù)字紡織品將交互設(shè)備變成“服裝”[9]。可以想象，未來人類可以通過穿上數(shù)字紡織品在元宇宙環(huán)境下輸入交互。而“腦機接口”（Brain Computer Interface，BCI）這一概念提出了很長一段時間，通過數(shù)字設(shè)備和大腦信號之間直接進行接口交互，但當前僅僅實現(xiàn)了利用腦電圖進行打字的簡單交互行為[10]。因此，輸入方式的革新仍然存在于實驗室階段，到實踐階段還有很長的路要走。

電子游戲的很大一部分體驗就在于人機交互的感受上，這正是游戲的輸入和輸出方面需要調(diào)整的。利用各種多樣的輸入和輸出方式，也是為了玩家在游玩日寸更像是一種強烈的角色扮演，而不是和游戲中的角色出現(xiàn)割裂感。這些輸出和輸入的方式會很大程度上改變電子游戲在元宇宙下的人機交互體驗，但是也帶來了更多的技術(shù)挑戰(zhàn)。

3.2人工智能和高性能計算分析——元宇宙游戲的核心動力

在當前電子游戲發(fā)展和制作過程中，更多的制作方式還是通過人工建模進行模型創(chuàng)建，難免出現(xiàn)精度不高、模型還原度不夠問題，而人工智能的數(shù)字孿生（Digital Twins） [11]通過將玩家模型復制孿生的方式，就可以解決這一問題。同樣地，人工智能還能解決當前電子游戲中（或者元宇宙虛擬環(huán)境中）虛擬人NPC（Non-Player Character，NPC）的智能化和個性化發(fā)展問題。當前的游戲NPC行為設(shè)置方式往往是通過模型師建模，利用程序設(shè)計進行腳本和人物動作設(shè)計，最后通過設(shè)置好的腳本來進行NPC與玩家之間的互動，往往需要大量的人力物力進行這些虛擬世界“生命”的設(shè)計。而人工智能中深度學習（DeepLearnin） [12]和強化學習（Reinforcement Learning） [13]能讓NPC更加智能化。其中，NPC能夠更加智能地反饋玩家的行為，從而使玩家在元宇宙游戲世界中產(chǎn)生的互動社交不僅僅局限于其他玩家，也能發(fā)展到與NPC的互動。另外，當前NPC的樣貌和玩家的數(shù)字化身只能在程序已有的建模中進行選擇，這并不能滿足元宇宙體驗的個性化需求，也會降低玩家對元宇宙體驗的熱情。同時，人工智能中的“生成對抗網(wǎng)絡(luò)”（Genera-Tive Adversarial Network，GAN） [14]就有了用武之地，該算法能將大量的圖片和貼圖進行不斷的訓練生成，生成個性化組合。游戲世界的人物樣貌就是由各種貼圖構(gòu)成，通過人工智能生成的個性化貼圖，也能讓玩家在虛擬世界中更加具有個性化，游戲的黏性也會更高。

有了大量的人工智能算法，必定要搭配高性能的計算能力去承載這個虛擬世界的運行。但是，在當前的電子游戲產(chǎn)業(yè)上，這種高性能要求還是很難滿足。例如，MMORPG（多人在線角色扮演游戲）的《魔獸世界》同時在線人數(shù)峰值為1230萬人，但是這只是在大量的服務(wù)器下的百人游戲。從硬件角度來說，超過百人的同屏游戲已經(jīng)達到了硬件設(shè)備成像的分析極限。從程序設(shè)計軟件上來說，網(wǎng)絡(luò)游戲中存在的“相位技術(shù)”——實現(xiàn)大量玩家同屏技術(shù)并不是一個普及技術(shù)。在元宇宙時代，有些大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提出利用云計算和邊緣計算的結(jié)合，對于高算力低延遲的解決或許是一種新的途徑和方式，在未來，也許玩家不需要購買價格高昂的硬件設(shè)備，只需要登錄云端就能獲得體驗流暢的元宇宙游戲的樂趣。

3.3通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——元宇宙游戲的數(shù)據(jù)紐帶

元宇宙的鑰匙是人機交互技術(shù)，核心是人工智能和高性能處理，鏈接這些的就是通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當前通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，我們使用的是5G，但是這對于元宇宙環(huán)境來說還遠遠不夠。有學者預(yù)計元宇宙所需帶寬將超過5G的可用帶寬[15]，當前網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)可能還無法滿足元宇宙需求。一些研究表明，云端游戲在線延遲低至23ms時，用戶的游玩興趣就會下降[16]。所以，若用戶在沉浸于元宇宙世界的過程中感受到噪聲和延遲帶來的畫面滯后感，則體驗將非常糟糕。人類大腦對觸覺的反應(yīng)只有1ms，而最低的5G延遲在10ms左右，因此，在網(wǎng)絡(luò)擁堵時會出現(xiàn)體驗不佳的情況。另外，元宇宙的游戲需求真正被激活時，傳輸并發(fā)倍增，作為游戲用戶，游戲如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)丟包則會大大影響感官體驗。因此，需要有一個合理的網(wǎng)絡(luò)帶寬分配方式和設(shè)計方案，能讓每一個使用游戲產(chǎn)品的用戶都有一個良好的體驗環(huán)境。

3.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——元宇宙游戲與現(xiàn)實的交點

模擬型游戲的存在正好能夠和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)系起來。當前新興的MR（混合現(xiàn)實）技術(shù)以工作空間為接口，通過機器人進行模擬朋友、家庭成員等，人類可以和機器人進行交互和互動。不難想象，當玩家在將來體驗元宇宙游戲時，與之互動的不單單是其他玩家，也可能是模擬的機器人在和玩家交流互動，這個游戲世界將變得無比的豐富多彩。

3.5區(qū)塊鏈技術(shù)——元宇宙游戲時代的財產(chǎn)守護者

區(qū)塊鏈技術(shù)最大的特性就是不可篡改。這就可以為物品加上唯一性認證，任何有價值的東西都可以在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上進行跟蹤和交易，從而降低風險和成本。在元宇宙時代中，在早期的元宇宙游戲項目《第二人生》中玩家可以在其中生活并擁有財產(chǎn)，但玩家的虛擬物品和財產(chǎn)其實不屬于玩家。當游戲關(guān)服后，玩家也將一無所有，并且游戲的發(fā)行商擁有最終解釋權(quán)，玩家的一切也都可以被游戲公司收回。而區(qū)塊鏈技術(shù)就可以避免這樣的問題，近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)在元宇宙下衍生了非同質(zhì)化通證（Non-Fungible Token，NFT），這是一種去除了中心化的架構(gòu)方式，其基于區(qū)塊鏈的基本特性，將用戶的虛擬財產(chǎn)打上認證，讓用戶具有完全的白主權(quán)。比如，游戲玩家在元宇宙游戲中獲得的珍稀裝備、卡片或者其他收集品，就可以通過NFT方式永久持有，并具有處理權(quán)，也可以在游戲外進行交易。

從區(qū)塊鏈的功能上來說，它不依賴中心化的協(xié)調(diào)者，可以直接實現(xiàn)人和人之間的交互，讓人們在不熟悉對方的情況下進行放心交易，又非常契合元宇宙中人和人之間自由化聯(lián)合的理念。在電子游戲流行的情況下，稀有的游戲收集品經(jīng)常能賣出天價，但是又往往由于網(wǎng)絡(luò)交易的不透明性而衍生出很多交易糾紛和風險，NFT這種元宇宙游戲下的物品財產(chǎn)保管方式保證了游戲玩家的虛擬財產(chǎn)不受侵犯。

4結(jié)束語

本文闡述了元宇宙技術(shù)的技術(shù)要點，將人機交互輸入／輸出技術(shù)、人工智能技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)作為元宇宙和電子游戲的結(jié)合點，討論并分析了電子游戲在元宇宙環(huán)境下的發(fā)展定位和未來的發(fā)展可能性。這給電子游戲產(chǎn)業(yè)提供了一個發(fā)展目標。不過，技術(shù)的發(fā)展也會帶來社會倫理的矛盾，這也是人類在發(fā)展技術(shù)的過程中需要考慮和注意的。技術(shù)需要良性的引導，這樣電子游戲在元宇宙環(huán)境下才會有更加廣闊的前景，從而保證虛擬與現(xiàn)實之間的環(huán)境實現(xiàn)互動和結(jié)合，并推動人類社會不斷發(fā)展。