元宇宙相關技術應用及發展前景分析

摘要：隨著硬件、軟件以及相關產業的迅速發展和成熟，目前元宇宙場景已經涉及了互聯網生活的方方面面。從最早期的純游戲場景，到目前包含沉浸式體驗、社交、虛擬貨幣和線上業務場景，元宇宙更在不斷地占據互聯網技術中越來越重要的部分。當前人們開始越來越注重線上沉浸式場景的拓展，元宇宙必然會成為未來互聯網中計算機應用技術中的重要方向之一。

關鍵詞：元宇宙；硬件設備；沉浸式體驗

一、元宇宙的發展歷史

（一）元宇宙的概念

元宇宙是基于元感知的擴展現實（Meta-sensory XR： EXtended Reality）。元宇宙是一個虛擬空間，它依托現實世界的千絲萬縷，根據現實世界創造出來，卻又完全獨立，和現實世界隔斷。它利用計算機技術和網絡技術創造，映射出來的是一個和現實世界存在著千絲萬縷的關系的虛擬世界。在元宇宙中通過互聯網技術對現實世界的場景進行數字化，對數據進行強化和集中儲存，并且由此產生的一系列包含了社會、經濟、文化等領域的活動集合。

根據元宇宙的特性，可以將元宇宙分成四大類型。

第一個類型是增強現實類型，即所謂將外部環境的信息加以增強和集中處理后再提供給現實的一種形態。這是互聯網產品中極為常見的一種技術，即可業務場景的數字化管理和數據分析。在人們生活中隨處可見將一些原本線下的業務和場景進行線上數字化，這就是元宇宙的第一個特性。

第二個類型是生命記錄，即為把個人（或是事物）在現實中活動的信息和虛擬空間中融合在一起的一種技術。例如人們依托電子手環等硬件或者身體監控軟件，隨時將自己的生命體征和活動軌跡等數據上傳至互聯網的虛擬空間之內。但元宇宙會大大加強這種生命的記錄和虛擬，在元宇宙中上傳的不止是一組簡單的數據，而是基于這項數據生成的虛擬角色。

第三個類型是景象世界，即把外部環境信息和虛擬空間結合起來實現一體化的結構。利用VR等技術，人們在許多擬感游戲中就能體驗到這種技術。人會在一個特定的物理房間內，借助部分硬件設備，達到身處一個虛擬環境的體驗。但人的活動和行為依舊受到外部空間以及硬件設備的限制。

第四個類型是虛擬世界，即個人（或事物）存在并生活在完全虛擬的空間中。在各種大型MMO角色扮演游戲和沙盒游戲中，這樣的虛擬世界已經存在并發展了二十多年。用戶在其中可以扮演一個全新的人類（或者其他事物），并在一個虛擬的世界中展開一段完全不同于現實生活，但必須遵從于那個虛擬世界規則的生活。

在當前元宇宙的發展階段中，以上的四個分類和特性正在逐漸地模糊和歸一。往往在一個成熟的元宇宙中，會同時出現增強現實、生命記錄、景象世界以及虛擬世界的交叉演繹作用。借助AR和VR等硬件技術和互聯網的全球化，人們早就在自己的生活中體驗過了元宇宙。不管是簡單的線上視頻會議，還是更加復雜的大型互聯網游戲，以及近年來更加火爆發展的虛擬偶像和娛樂場景，元宇宙正在越來越多地走進人們的日常生活。

（二）元宇宙的發展歷史

元宇宙的發展從何而起，當人們認識到元宇宙這一概念時，其實元宇宙早已誕生。通常人們以1992年作家尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）的科幻小說《雪崩》的出版，作為元宇宙出現的標志之一。在小說中，作家構想了一個建筑與現實世界之上的虛擬空間，這個被稱為“元宇宙”（部分譯文翻譯為“超元域”）的概念開始為人們所熟知和使用。在小說中作家預言了一個平行于現實世界的超元宇宙，人們在里面相互競爭和相互依存，這樣的一個世界，被認為是后三十年互聯網中元宇宙發展的預言式描述。

長久起來，大型游戲一直扮演了元宇宙進化過程中的急先鋒和中堅力量。在2003年，美國互聯網公司Linden Lab提出的“第二人生”（Second Life）就是以“非中心化”游戲為載體的高度智能化形態的“元宇宙”出現的標志。

隨著越來越多大型游戲的發布和運營，隨著計算機圖形處理技術以及服務器分布負載能力的提高，目前開發出一款基于元宇宙所有特性的大型互聯網虛擬游戲已不再是難以想象的事情。眾多用戶在完全的虛擬世界中獨立于現實，創造出了眾多的游戲“元宇宙”。

虛擬經濟以及虛擬偶像的快速成長，2020年Travis Scott在游戲《堡壘之夜》（Fortnite）中舉辦了一場虛擬演唱會，全球有超過1230萬玩家成了其觀眾。與傳統演唱會不同，每個參與其中的觀眾都能與數字生成的虛擬偶像進行了親密而直接的互動。這也被看成是后疫情時代對全球經濟和社會文化的沖擊下，元宇宙成為人們試圖使用新技術和新業務場景破局的嘗試。目前眾多的國際大公司也開始不斷使用元宇宙技術和概念來進化和改變自己一直以來的業務形態和觀念。谷歌公司的跨國會議和國際地圖都在疫情以及貿易戰的背景下，在現實世界被增加了重重阻隔之后，人們試圖利用元宇宙新技術進行破局的嘗試。在未來隨著元宇宙技術發展的不斷進步，一個全新的，包容了過去所有元宇宙特征，并具備了現在難以想象新形態的元宇宙，將在不遠的未來出現在人們眼前。

（三）現代元宇宙的全新概念

更包容和更新的技術應用，過去的元宇宙和游戲中，開發商和制造者更強調的是人們與群體之間的對抗和競爭，就像早期的元宇宙以及賽博朋克主題的小說《雪崩》《神經漫游者》三部曲中的描述的未來那樣。但現在的大型元宇宙游戲，更傾向于給予用戶更高的自由度，而不是一味地強調競爭關系，例如在2009年瑞典Mojang Studios開發的《我的世界》。同時VR設備和體感硬件的不斷更新，也讓用戶在原先的掌機和PC平臺的基礎上，有了更加沉浸式體驗的機會。

緊張的全球經濟大環境也向傳統的開發者和國際大公司提出了新的挑戰，在產業與產能全球化的市場中，產能和供應鏈的調整，以及新消費環境和熱點的產生成了人們需要廣泛關注的問題。在這樣的環境下，以消費為中心，創造生產和消費良性循環互動就成為人們必須思考的話題。游戲和線上娛樂在線下和傳統消費的新冠疫情時代讓傳統大公司看到了全新的機會和市場。去中心化貨幣時代的到來，“比特幣”的出現曾經打破了人們對傳統貨幣已經消費信用的認知，而NFT（不可替代通行證）應用區塊鏈技術，更是把去中心化和虛擬資產所有權的概念提升到一個全新的高度。人們發現在元宇宙時代，可能需要重新定義財富、貨幣，以及個人財產的問題。

當前的元宇宙發展，在不斷強調更加的自由度、更寬泛的沉浸式場景，以及更基礎的硬件和網絡技術的基礎上，在以消費為中心試圖解決新的緊張的形式下的全球經濟大環境的問題。同時強化的虛擬個人財產和虛擬貨幣，尤其是去中心化的區塊鏈技術的產生，正在打造一個全新的，和過去概念上的舊元宇宙脫胎換骨的全新新元宇宙生態。

二、計算機技術在元宇宙中的關鍵應用

（一）網絡和算力技術——包括空間定位算法、虛擬場景擬真、實時網絡傳輸、GPU服務器等技術

作為平行于現實的虛擬世界，元宇宙是以數據和計算為基礎的一個虛擬空間，其中網絡和算力技術是最為基礎的技術。在手機4G、5G技術在全球范圍內覆蓋和全面推廣的時代，人們已經可以在大部分情況下讓自己的設備和軟件在不受限的情況下進行實時的互聯網連接和數據交互。讓大型多人實時互動的元宇宙，以及對元宇宙中實時產生的數據進行及時存儲和備份成為可能。

在以全球最大的企業級公司甲骨文軟件系統有限公司為例，其數據服務器業務以及Oracle的技術廣泛應用于全球包括電信、電力、金融、政府部分在內的各行各業。隨后云技術的產生與推廣為全球范圍內的數據儲存和運算使用提供了更便利和更多樣的選擇。目前大型元宇宙所需的網絡和算力技術已經準備好迎接元宇宙時代的全面到來。

（二）AI人工智能技術

人工智能通過計算機技術和智能算法，模擬人類智力和行為，實現人類智力的延伸和擴展。人工智能的模糊識別和處理技術在21世紀隨著計算機和互聯網的發展得到了突飛猛進的發展。構成元宇宙的基礎是抽象的數字工具，通過研究確定一個對象集合的性質以及理解與解決另一個對象的集合中的復雜關系問題，尋找可能存在于他們之間的某種合劑源于對應變化的等價性，處理現實世界與虛擬世界之間存在對稱和映射的關系。人工智能技術就是通過模糊搜索和數據識別，來快速處理和解決這些現實世界和虛擬世界之間的關系之和。

（三）電子游戲技術

電子游戲技術一次又一次引領和推進著互聯網以及技術機應用技術的發展與變革，在圖形處理，底層數據儲存以及多人在線等技術上，游戲都比同期的其他軟件產品提出了更高的要求。從早期的紅白機到現在PC平臺的大型角色扮演類游戲到沉浸式的VR游戲，電子游戲技術不斷推陳出新，給廣大玩家和用戶帶來更多不一樣的游戲體驗。

對圖像、聲音以及數據的處理需要更好的游戲引擎，全球的游戲大公司都在不斷投入巨資開發和更新自己獨有的游戲引擎。例如日本開發商From Software，使用自己的游戲引擎開發了包含《血源詛咒》《艾爾登法環》在內的一系列在全世界最火爆的動作類游戲，其中《艾爾登法環》在發售不到一個月的時間里全球銷量就已經突破了 1200 萬，向人們展示了好的游戲引擎所開發的游戲對全球廣大玩家的吸引力。

（四）AR、VR等硬件技術

虛擬沉浸體驗，不斷深化的感知交互在元宇宙中必不可少，元宇宙是一個平行于現實世界的虛擬空間，也可以視為對現實世界在虛擬環境中的透射。給用戶帶來真實的沉浸式感受這一環節必不可少，沉浸式體驗能夠滿足線下真實場景再現，給使用者聽過一個身處現實中的環境體驗非常重要。

人們借助VR及其他觸感硬件，可以在虛擬空間中模擬真實世界中的體驗，這一技術不但在電子游戲領域大放異彩，更在全球化跨國辦公，以及未來即將實現的線上旅行和購物等業務場景，牢牢地吸引用戶，解決了將線下消費場景完全搬遷到線上的技術壁壘。

（五）智能合約-區塊鏈技術

狹義上來說，區塊鏈起源于比特幣，按照時間順序排列是其特點之一，將數據區塊以順序相連的方式組成，再利用密碼算法，使其成為不可更改和造假的分布式的記錄。廣義上來說，區塊鏈是通過將數據變成塊鏈式結構，從而能夠驗證并存儲數據，通過分布式節點共識算法，使數據能夠被生成和更新，利用密碼學的技術，使數據傳輸和訪問的安全得到保證、通過自動化腳本代碼組成的智能合約，來編程和操作數據，是一種全新的分布式基礎架構與計算范式。去中心化和智能合約使區塊鏈技術在元宇宙中為虛擬財產和個人數字產權提供了良好的保證，也為元宇宙中的消費和生產提供了可流通的財富基礎。

三、元宇宙的未來前景

（一）對未來元宇宙發展趨勢的暢想

元宇宙將擴展至全球全產業，過去的全宇宙更多的是在虛擬電子游戲中搭建和完成一個完整的大型世界，而現在正在不斷推廣和擴張到全產業領域。

在建筑、工程、無人駕駛、跨境貿易以及物聯網產業中，元宇宙正在不斷擴張自身的影響力美國人工智能計算領域的頭部公司英偉達企業已經發布了自己的“全能宇宙”平臺，這個平臺的目標是通過寫作的方式快速實現與現實世界一體的元宇宙世界。

到底誰是原來元宇宙世界中的居民和主流，用戶在元宇宙中會有一個全新的獨立和區別于現實生活中的虛擬身份，并且由于智能合約的存在，這一身份也有著唯一的標識性和合法性。同時隨著人工智能的不斷進步，出現完全的數字居民也不再是天方夜譚。那么在未來的元宇宙中，這些數字身份，甚至于純數字化居民的出現，將會重新定義法理和人類倫理上對于人類身份的定位。

元宇宙既不是一項單獨的技術，也不是一個獨立的產品，而是新一代信息技術與人工智能、人機交互、區塊鏈、物聯網等眾多先進技術融合的產物。

（二）元宇宙將面臨的問題

元宇宙目前面臨的硬件技術限制，目前不管是VR還是其他最先進的沉浸式硬件，都對人體的視神經和括約肌造成了極為沉重的負擔。在尚未出現新的替代品之前，普通人對VR硬件的使用時間很難超過3個小時，在需要長時間進入元宇宙其中的用戶來說，這點時間遠遠不夠，這對元宇宙以及其硬件技術提出更高的要求

誰來制定元宇宙中的規則和價值導向？目前元宇宙更傾向于一個無序的和全自由開放式的世界。這一特點在電子游戲為主要場景的游戲中無傷大雅，但當元宇宙涉及人類生活的方方面面，尤其涉及經濟、政治和社會形態的多方面時，規則和價值導向必須被確立，相關的現實世界中的法律需要被制定。在現實和元宇宙的邊界中人們需要很好地找到和掌握自己的定位，在現實和虛擬重疊的部分中人們要認清自己的位置以及道德和法律的邊界。

四、結束語

元宇宙是一項早已出現并廣泛為人們接觸，并且在不斷地向前發展的領域。在發展快速的計算機應用技術中，元宇宙屬于綜合性和前瞻性極強的一部分。通過對元宇宙的過去、現在與未來的解讀，人們能夠管中窺豹，更好地理解整個互聯網以及計算機技術的發展。人們日常生活中的每一個重要部分都在走向數字化。人們在互聯網上工作、社交、游戲。電視、電腦、手機的出現讓我們對現實世界的注意力逐漸下降。按這個趨勢，我們對數字生活的注意力只有越來越高。目前無論是從各大巨頭對元宇宙的布局趨勢、國家的支持政策和元宇宙背后的供需關系來看，元宇宙還是很有可能發展成為互聯網的未來，能影響社會及文明。在這樣的元宇宙里，蘊藏著很多商機和巨大的財富。

作者單位：卞明霞 上海伊士能化科技有限公司

參? 考? 文? 獻

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