何為元宇宙？

元宇宙是人類運用數(shù)字技術構建的，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 ，具備新型社會體系的數(shù)字生活空間。

近期的元宇宙概念熱度非常的高，目前，社會各界對于“元宇宙”有著不同的認識，但基本共識是，“元宇宙”將成為繼移動互聯(lián)網(wǎng)之后的又一種全新的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)。Web3.0第三代互聯(lián)網(wǎng)。簡單來說，元宇宙虛實融合，將數(shù)字世界和物理世界完美融合，將建設一個人類未來工作、學習、娛樂、社交的新空間，是未來生活方式的主要載體，更是每個人都會參與的數(shù)字新世界。在移動互聯(lián)網(wǎng)用戶紅利已經(jīng)見頂?shù)拇蟓h(huán)境下，“元宇宙”概念的出現(xiàn)讓人們看到了“下一代互聯(lián)網(wǎng)”的曙光，其可能是新時代的流量環(huán)境，也可能是未來的交互形式。

元宇宙有需要哪些技術支持？

“元宇宙”的交互技術:

拓展現(xiàn)實包括VR(虛擬現(xiàn)實)、AR(增強現(xiàn)實)、MR(融合現(xiàn)實)。

VR提供沉浸式體驗，通過全面接管人類的視覺、聽覺、觸覺以及動作捕捉來實現(xiàn)元宇宙中的信息輸入輸出。AR則在保留現(xiàn)實世界的基礎上魯加一層虛擬信息。MR通過向視網(wǎng)膜投射光場，可以實現(xiàn)虛擬與真實之間部分保留與自由切換。腦機接口技術，實現(xiàn)嗅覺、味覺等感知體驗，機器人通過實體仿真肉身，成為連通元宇宙的另一種渠道，同時與虛擬世界自由交互，提升真體驗與沉浸感。

從早期的鼠標、鍵盤到現(xiàn)在的VR/AR設備，游戲的操作模式不斷演變，其沉浸感也不斷提升?！额^號玩家》中玩家通過VR及可穿戴式設備進入游戲，體驗真實互動。通過體感衣，玩家可以感受到身體所受攻擊的痛感;通過全自動觸覺椅，玩家可以體驗到游戲中的飛行墜落等體感，通過多款設備采集玩家信息并向玩家實時輸出反饋信息，玩家在虛擬空間中的映射感更真實，從而獲得身臨其境式體驗。

構建“元宇宙”虛擬世界的技術——人工智能：

AI為元宇宙應用場景提供支撐:計算機視覺、機器學習、自然語言處理和智能語音的發(fā)展進步為元宇宙提供了虛實結合的觀感，使元宇宙具備多元性與沉浸感。AI支撐內容生產，智能生成不重復的海量內容實現(xiàn)元宇宙的自發(fā)有機生長。內容呈現(xiàn)，AI驅動的虛擬數(shù)字人將元宇宙的內容有組織地呈現(xiàn)給用戶。內容審查，對元宇宙中無法以人工完成的海量內容進行審查，保證元宇宙的安全與合法。2021年推出的MetahumanCreator工具可制作高度逼真人臉 用戶可基于近傻瓜式的交互方式。以極大自由度高速創(chuàng)建高保真數(shù)字人類，然后導出并下載至虛幻引警中制作動畫，在不犧牲質量的前提下，將制作3D虛擬角色模型的時間從數(shù)周、數(shù)月縮短至一小時內可完成;2020年推出的《LiveLink Face》利用蘋果智能手機實現(xiàn)人臉動作捕捉并導入至虛幻引擎中。我們預計隨著Al技術進步，內容制作門檻將不斷下降，內容產出效率將不斷提升，為元宇宙注入源源不斷的活力。

“元宇宙”的世界藍圖——數(shù)字孿生：

數(shù)字李生即在虛擬空間內建立真實事物的動態(tài)李生體。借由傳感器，本體的運行狀態(tài)及外部環(huán)境數(shù)據(jù)均可實時映射到李生體上。該技術起初用于工業(yè)制造領域，而元宇宙需要數(shù)字李生來構建細節(jié)極其豐富的擬真的環(huán)境，營造出沉浸式的在場體驗。

“元宇宙”的認證機制——區(qū)塊鏈：

元宇宙要求構建自有獨立經(jīng)濟系統(tǒng)，基于去中心化網(wǎng)絡的通證，區(qū)塊鏈技術通過智能合約等，使得元宇宙中的價值歸屬、流通、變現(xiàn)和虛擬身份的認證成為可能。具有穩(wěn)定有效、規(guī)則透明、確定等優(yōu)點。NFT作為一種非同質化通證，每個NFT僅此一個、不可復制不可拆分的特性，從技術上看，NFT是基于區(qū)塊鏈發(fā)行，因此權屬清晰、轉讓留痕，實現(xiàn)了數(shù)字所有權和可驗證性。從應用場景上看，NFT有望成為元宇宙中數(shù)字資產的價值載體，從而用戶可真正擁有虛擬物品所有權，同時NFT可實現(xiàn)各子宇宙之間的資產流轉互通，為多平臺互通打下基礎。因此可以用于記錄和交易一些數(shù)字資產，如游戲道具、藝術品等。

案例：Decentraland:基于以太坊區(qū)塊鏈的虛擬世界，玩家真正擁有數(shù)字資產的所有權。Decentraland創(chuàng)立于2017年9月，完全去中心化的虛擬世界，為用戶提供社交、娛樂、消費等活動場景。Decentraland的價值在于虛擬土地的數(shù)字資產化用戶可通過區(qū)塊鏈平臺購買虛擬地塊(LAND，以太坊智能合約維護的NFT)，自由展開建設。

“元宇宙”的存儲技術：元宇宙一定會建設在去中心化的分布式存儲基礎設施上，不被任何一家個人或機構控制。只能處在為全民福祉的機構管理之下。

當前元宇宙要解決的首要問題是基礎設施!去中心化的分布式存儲的完善，是建設元宇宙的先決條件！去中心化的分布式存儲能夠幫助數(shù)據(jù)長期存儲、有效確權、有序流轉，以區(qū)塊鏈技術為基礎的新型數(shù)據(jù)中心、新型數(shù)據(jù)平臺,通過存儲體系的分布式和智能化,真正意義上實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的廣泛存儲。在Web3.0元宇宙時代,去中心化的分布式存儲將構建數(shù)據(jù)價值流轉的新生態(tài),讓每個人完全掌控自己的身份、資產和數(shù)據(jù)。去中心化的分布式存儲的應用絕非對傳統(tǒng)云存儲業(yè)務的簡單優(yōu)化替代,而是要構建“高維業(yè)態(tài)”,進而對傳統(tǒng)模式進行“降維打擊”。以去中心化的分布式存儲構建起新的商業(yè)生態(tài),成為Web3.0第三代互聯(lián)網(wǎng)“元宇宙”關鍵的基礎設施之一。

“元宇宙”可以讓現(xiàn)實社會變得更美好，賦能實體經(jīng)濟的下一代互聯(lián)網(wǎng)。它不僅是一個數(shù)字世界的新空間，而是讓數(shù)字世界和現(xiàn)實世界實現(xiàn)強交互、深融合，這樣才能推動社會經(jīng)濟往更高層次進步。從本質上來說，“元宇宙”實現(xiàn)了數(shù)字與現(xiàn)實的“五大融合”，即：數(shù)字世界與物理世界的融合、數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟的融合、數(shù)字生活與社會生活的融合、數(shù)字身份與現(xiàn)實身份的融合、數(shù)字資產與實物資產的融合?！霸钪妗钡囊淮笾匾卣魇蔷邆洹爸悄芙?jīng)濟”體系，區(qū)塊鏈則是這個經(jīng)濟體系的基礎設施。推動“元宇宙”中的數(shù)字化資源在確權、流轉、分配、交易等方面的效率提升，并實現(xiàn)從“萬物互聯(lián)”到“萬物互信”再到“萬物交易”的升級。

“元宇宙”將重構一個世界，實現(xiàn)一個與現(xiàn)實世界平行的虛擬世界，這兩個世界將實現(xiàn)貫通，并為我們的生活帶來更多便利?！安恢故窃谫徫镱I域，在醫(yī)療、教育、娛樂，以至于社會治理等各個方面‘元宇宙’都將產生非常巨大的變革作用?！?

解決DWE技術挑戰(zhàn)并充分實現(xiàn)DWE需要多項技術的長足進步。美國6G聯(lián)盟認為這些技術進步將要求研究機構和行業(yè)等繼續(xù)推動幾個關鍵領域的創(chuàng)新，包括支持DWE的設備、人機交互、NextG網(wǎng)絡、AI/ML以及分布式和空間計算等，分析如下。

1、支持DWE的設備

DWE設備在將DWE落地變?yōu)楝F(xiàn)實方面發(fā)揮著至關重要的作用。支持DWE的設備被認為應是舒適、經(jīng)濟且節(jié)能的。預計這些設備將配備跟蹤傳感器、攝像頭、計算器、顯示器和鏡頭。當前一些趨向于DWE的設備正在涌現(xiàn)。

預計6G通信大部分計算和傳感將從接入點和邊緣計算執(zhí)行，以使DWE設備更輕、更節(jié)能。

為了提高能源效率，DWE設備將使用自然能源或射頻信號等能量收集技術，其中包括環(huán)境反向散射通信（AmBC）、基于壓縮傳感（CS）的隨機接入技術和可重構智能表面（RIS）等。

如果價格不便宜，技術永無成功之日，因此DWE設備和運營商服務有望隨著各種價格范圍的發(fā)展而使每個人受益。

2、沉浸式人機交互

DWE合并了物理空間和網(wǎng)絡空間，將物理世界轉變?yōu)閿?shù)字世界。DWE的網(wǎng)絡物理系統(tǒng)（CPS）是一個由大量具有物理輸入和輸出的交互觸覺傳感器（觸覺和動覺）組成的網(wǎng)絡。人機交互接口（HCI）是將DWE變?yōu)楝F(xiàn)實的核心技術之一。

HCI對傳統(tǒng)的命令用戶界面（CUI）和圖形用戶界面（GUI）技術進行改造，將其轉化為更自然的用戶交互（NUI），允許用戶人性化的自然方式進行交流，例如通過語音、面部表情、運動手勢、移動身體或頭部旋轉。

隨著XR研究領域內類皮膚材料和設備的出現(xiàn)，各種觸覺傳感器正在開發(fā)中。盡管CPS將DWE轉變?yōu)閿?shù)字世界，但它產生了大量需要聯(lián)網(wǎng)的觸覺傳感器。6G通信有望支持此類新的應用程序、帶寬和數(shù)據(jù)速率要求（例如，大規(guī)模寬帶URLLC連接是滿足這些要求的類別）。因此，有廣泛的研究方向有待探索，以實現(xiàn)沉浸式HCI，包括類皮膚材料、觸覺編解碼器（例如IEEE P1918.1.1標準）、觸覺傳感器網(wǎng)絡和CPS等。

3、下一代網(wǎng)絡

DWE涉及視覺、音頻和觸覺傳感器以與數(shù)字世界進行通信。人腦只需要10毫秒來理解視覺信息，任何抖動或較長的延遲往往會導致DWE用戶出現(xiàn)模擬器病。但是，解碼音頻信號只需要100毫秒。

由于人腦對觸覺傳感器的反應緊密同步，DWE分別要求亞毫秒到1毫秒的瞬時觸覺反饋和觸覺信號。未能滿足這些延遲和抖動的減少將導致視覺和其他感官系統(tǒng)之間的沖突，從而導致DWE用戶出現(xiàn)網(wǎng)絡疾病。

預計6G網(wǎng)絡將引入新的頻譜頻率（例如，亞太赫茲頻段）并將單獨的應用分類為嚴格的延遲并減少抖動。

此外，對通感一體化的綜合支持將為新的和有趣的DWE創(chuàng)造機會。例如，以厘米級精度感知物體與用戶之間的位置和距離的能力將實現(xiàn)豐富的個性化購物體驗以及更豐富的交互XR體驗。

6G網(wǎng)絡的架構也將繼續(xù)演進，并提供DWE所需的增強網(wǎng)絡覆蓋和可靠性。這將為用戶提供更高的網(wǎng)絡覆蓋范圍、性能和可靠性，以便他們可以在日常生活中隨時享受DWE。

4、通過AI/ML賦能DWE

6G將是移動智能時代，AI/ML有望滲透到6G生態(tài)系統(tǒng)的每一層。AI/ML將成為實現(xiàn)6G愿景的關鍵技術，即實現(xiàn)完全自主的網(wǎng)絡運行和自動化，并具有極大的靈活性，以實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)絡和空口自適應。

所有這些都將是服務于更多樣化的DWE及同時顯著提高網(wǎng)絡運營效率的關鍵。更根本的是，基于人工智能的空口設計和用于分布式計算和智能的空口支持將允許端到端的原生人工智能和通信與計算的真正融合。

AI/ML還將通過允許系統(tǒng)自主學習、檢測和響應威脅，在確保網(wǎng)絡安全和可信度方面發(fā)揮關鍵作用。

所有這一切不僅意味著需要AI原生6G設計和在6G網(wǎng)絡中實施基于AI的解決方案，還意味著需要增強和研究AI/ML以開發(fā)更多量身定制的工具。

5、推進DWE的計算技術

在物理和數(shù)字維度無縫融合的世界中，為每個人促進新興應用程序的沉浸式體驗需要額外的計算增強。

空間計算是機器、人類、（物理或虛擬）對象以及它們發(fā)生的環(huán)境之間的活動和交互的虛擬化，以使能和優(yōu)化這些動作和交互。它是反映與DWE相關的技術領域的計算范例。

另一種相關的計算技術是分布式計算。解決方案將無縫協(xié)調來自多個計算設備/實體的共享計算資源和功能，幫助它們相互通信以實現(xiàn)各自的任務并保證DWE應用程序的服務需求。

這在高度動態(tài)的環(huán)境（例如數(shù)字世界）中尤其具有挑戰(zhàn)性，因為在數(shù)字世界中，系統(tǒng)的基數(shù)、拓撲和整體結構事先未知并且可能會發(fā)生變化。

分布式計算在可擴展性方面具有優(yōu)勢：(i) 通過“橫向擴展架構”，(ii) 通過并行性實現(xiàn)性能，(iii) 通過冗余實現(xiàn)彈性，以及 (iv) 使用低成本商品硬件實現(xiàn)成本效益。

6、安全/可信

要使能DWE，6G網(wǎng)絡的安全性和可信度將至關重要。上層安全增強與潛在的新PHY/MAC安全機制相結合，有望保護用戶安全和隱私，以及整體網(wǎng)絡安全（通過保護用于網(wǎng)絡端訓練的用戶數(shù)據(jù)）。

分散式身份管理和/或數(shù)據(jù)來源技術可能會使能新類別的用戶設備，例如低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備，以進一步擴展6G蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能。

量子/后量子安全是一個前瞻性的技術方向，以確保在未來幾十年內免受破壞性量子計算技術和對手計算能力的影響。

7、數(shù)字孿生

物理世界對象在數(shù)字世界中的虛擬表示被稱為數(shù)字孿生。對象可以是物理世界實體的任何副本，例如人類、動物、樹木、桌子、椅子等。數(shù)字孿生在安全性、質量、真實性、合規(guī)性和可追溯性方面面臨挑戰(zhàn)。數(shù)字孿生可以與區(qū)塊鏈和空間計算等新興技術相結合。

此外，還有正在進行的研究領域來應對這些挑戰(zhàn)，例如數(shù)字孿生及其相關物理對象的數(shù)學表示，以及空間數(shù)據(jù)映射——其多維數(shù)據(jù)存儲技術是未來有前途的研究方向。

數(shù)字孿生可用于廣泛的應用，例如非實時設計和教育，或實時監(jiān)控、控制、管理和預測。城市中的交通控制、人群安全和機動性，或簡化機器人和車輛的生產力，以及礦山中的事故預防，都是后者的例子。

8、分布式區(qū)塊鏈

現(xiàn)在我們有了支持DWE和數(shù)字孿生的設備，DWE的另一個重要方面是安全性。我們如何在DWE中保護數(shù)字孿生？

在加密貨幣取得巨大成功后，區(qū)塊鏈被視為數(shù)字孿生安全。區(qū)塊鏈基于分類帳，分布在所有參與者之間。區(qū)塊鏈起源于創(chuàng)世塊，每個新塊都使用從父塊派生的哈希值附加到該區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈中的每個區(qū)塊都有一個區(qū)塊頭和交易數(shù)據(jù)。隨著區(qū)塊鏈用戶執(zhí)行交易，這條鏈不斷增長。區(qū)塊中的交易由礦工打包——礦工通過解決工作量證明（PoW）將一批交易記錄并打包到區(qū)塊中。這個新開采的區(qū)塊被廣播到整個區(qū)塊鏈，所有節(jié)點對其進行驗證并對其可信度達成共識。區(qū)塊鏈是不可變的、去中心化的和透明的。

9、通用DWE生態(tài)系統(tǒng)

DWE宇宙由游戲、教育、購物、娛樂俱樂部等多個虛擬世界組成，每個虛擬世界都需要服務和特征，如聲譽、歷史經(jīng)驗的持久化、購買神器、皮膚、歷史經(jīng)驗等。DWE宇宙包含許多虛擬世界，并提供跨越這些世界的服務，以將貨幣、人工制品和體驗從一個世界轉換到另一個世界。

總結：本期和大家一起討論了關于元宇宙的相關技術，可以幫助大家了解相關的技術。