何為元宇宙？

元宇宙是人類運(yùn)用數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的，由現(xiàn)實(shí)世界映射或超越現(xiàn)實(shí)世界，可與現(xiàn)實(shí)世界交互的虛擬世界 ，具備新型社會(huì)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(huì)各界對(duì)于“元宇宙”有著不同的認(rèn)識(shí)，但基本共識(shí)是，“元宇宙”將成為繼移動(dòng)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(jiǎn)單來說，元宇宙虛實(shí)融合，將數(shù)字世界和物理世界完美融合，將建設(shè)一個(gè)人類未來工作、學(xué)習(xí)、娛樂、社交的新空間，是未來生活方式的主要載體，更是每個(gè)人都會(huì)參與的數(shù)字新世界。在移動(dòng)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(shí)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(shù)支持？

“元宇宙”的交互技術(shù):

拓展現(xiàn)實(shí)包括VR(虛擬現(xiàn)實(shí))、AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))、MR(融合現(xiàn)實(shí))。

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

從早期的鼠標(biāo)、鍵盤到現(xiàn)在的VR/AR設(shè)備，游戲的操作模式不斷演變，其沉浸感也不斷提升?！额^號(hào)玩家》中玩家通過VR及可穿戴式設(shè)備進(jìn)入游戲，體驗(yàn)真實(shí)互動(dòng)。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(dòng)觸覺椅，玩家可以體驗(yàn)到游戲中的飛行墜落等體感，通過多款設(shè)備采集玩家信息并向玩家實(shí)時(shí)輸出反饋信息，玩家在虛擬空間中的映射感更真實(shí)，從而獲得身臨其境式體驗(yàn)。

構(gòu)建“元宇宙”虛擬世界的技術(shù)——人工智能：

AI為元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景提供支撐:計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理和智能語音的發(fā)展進(jìn)步為元宇宙提供了虛實(shí)結(jié)合的觀感，使元宇宙具備多元性與沉浸感。AI支撐內(nèi)容生產(chǎn)，智能生成不重復(fù)的海量?jī)?nèi)容實(shí)現(xiàn)元宇宙的自發(fā)有機(jī)生長(zhǎng)。內(nèi)容呈現(xiàn)，AI驅(qū)動(dòng)的虛擬數(shù)字人將元宇宙的內(nèi)容有組織地呈現(xiàn)給用戶。內(nèi)容審查，對(duì)元宇宙中無法以人工完成的海量?jī)?nèi)容進(jìn)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(dǎo)出并下載至虛幻引警中制作動(dòng)畫，在不犧牲質(zhì)量的前提下，將制作3D虛擬角色模型的時(shí)間從數(shù)周、數(shù)月縮短至一小時(shí)內(nèi)可完成;2020年推出的《LiveLink Face》利用蘋果智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)人臉動(dòng)作捕捉并導(dǎo)入至虛幻引擎中。我們預(yù)計(jì)隨著Al技術(shù)進(jìn)步，內(nèi)容制作門檻將不斷下降，內(nèi)容產(chǎn)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(lán)圖——數(shù)字孿生：

數(shù)字李生即在虛擬空間內(nèi)建立真實(shí)事物的動(dòng)態(tài)李生體。借由傳感器，本體的運(yùn)行狀態(tài)及外部環(huán)境數(shù)據(jù)均可實(shí)時(shí)映射到李生體上。該技術(shù)起初用于工業(yè)制造領(lǐng)域，而元宇宙需要數(shù)字李生來構(gòu)建細(xì)節(jié)極其豐富的擬真的環(huán)境，營(yíng)造出沉浸式的在場(chǎng)體驗(yàn)。

“元宇宙”的認(rèn)證機(jī)制——區(qū)塊鏈：

元宇宙要求構(gòu)建自有獨(dú)立經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，基于去中心化網(wǎng)絡(luò)的通證，區(qū)塊鏈技術(shù)通過智能合約等，使得元宇宙中的價(jià)值歸屬、流通、變現(xiàn)和虛擬身份的認(rèn)證成為可能。具有穩(wěn)定有效、規(guī)則透明、確定等優(yōu)點(diǎn)。NFT作為一種非同質(zhì)化通證，每個(gè)NFT僅此一個(gè)、不可復(fù)制不可拆分的特性，從技術(shù)上看，NFT是基于區(qū)塊鏈發(fā)行，因此權(quán)屬清晰、轉(zhuǎn)讓留痕，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字所有權(quán)和可驗(yàn)證性。從應(yīng)用場(chǎng)景上看，NFT有望成為元宇宙中數(shù)字資產(chǎn)的價(jià)值載體，從而用戶可真正擁有虛擬物品所有權(quán)，同時(shí)NFT可實(shí)現(xiàn)各子宇宙之間的資產(chǎn)流轉(zhuǎn)互通，為多平臺(tái)互通打下基礎(chǔ)。因此可以用于記錄和交易一些數(shù)字資產(chǎn)，如游戲道具、藝術(shù)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(chǎn)的所有權(quán)。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(fèi)等活動(dòng)場(chǎng)景。Decentraland的價(jià)值在于虛擬土地的數(shù)字資產(chǎn)化用戶可通過區(qū)塊鏈平臺(tái)購(gòu)買虛擬地塊(LAND，以太坊智能合約維護(hù)的NFT)，自由展開建設(shè)。

“元宇宙”的存儲(chǔ)技術(shù)：元宇宙一定會(huì)建設(shè)在去中心化的分布式存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施上，不被任何一家個(gè)人或機(jī)構(gòu)控制。只能處在為全民福祉的機(jī)構(gòu)管理之下。

當(dāng)前元宇宙要解決的首要問題是基礎(chǔ)設(shè)施!去中心化的分布式存儲(chǔ)的完善，是建設(shè)元宇宙的先決條件！去中心化的分布式存儲(chǔ)能夠幫助數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)、有效確權(quán)、有序流轉(zhuǎn)，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的新型數(shù)據(jù)中心、新型數(shù)據(jù)平臺(tái),通過存儲(chǔ)體系的分布式和智能化,真正意義上實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的廣泛存儲(chǔ)。在Web3.0元宇宙時(shí)代,去中心化的分布式存儲(chǔ)將構(gòu)建數(shù)據(jù)價(jià)值流轉(zhuǎn)的新生態(tài),讓每個(gè)人完全掌控自己的身份、資產(chǎn)和數(shù)據(jù)。去中心化的分布式存儲(chǔ)的應(yīng)用絕非對(duì)傳統(tǒng)云存儲(chǔ)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)單優(yōu)化替代,而是要構(gòu)建“高維業(yè)態(tài)”,進(jìn)而對(duì)傳統(tǒng)模式進(jìn)行“降維打擊”。以去中心化的分布式存儲(chǔ)構(gòu)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(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施之一。

“元宇宙”可以讓現(xiàn)實(shí)社會(huì)變得更美好，賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)的下一代互聯(lián)網(wǎng)。它不僅是一個(gè)數(shù)字世界的新空間，而是讓數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界實(shí)現(xiàn)強(qiáng)交互、深融合，這樣才能推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)往更高層次進(jìn)步。從本質(zhì)上來說，“元宇宙”實(shí)現(xiàn)了數(shù)字與現(xiàn)實(shí)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(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的融合、數(shù)字生活與社會(huì)生活的融合、數(shù)字身份與現(xiàn)實(shí)身份的融合、數(shù)字資產(chǎn)與實(shí)物資產(chǎn)的融合?！霸钪妗钡囊淮笾匾卣魇蔷邆洹爸悄芙?jīng)濟(jì)”體系，區(qū)塊鏈則是這個(gè)經(jīng)濟(jì)體系的基礎(chǔ)設(shè)施。推動(dòng)“元宇宙”中的數(shù)字化資源在確權(quán)、流轉(zhuǎn)、分配、交易等方面的效率提升，并實(shí)現(xiàn)從“萬物互聯(lián)”到“萬物互信”再到“萬物交易”的升級(jí)。

“元宇宙”將重構(gòu)一個(gè)世界，實(shí)現(xiàn)一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界平行的虛擬世界，這兩個(gè)世界將實(shí)現(xiàn)貫通，并為我們的生活帶來更多便利?！安恢故窃谫?gòu)物領(lǐng)域，在醫(yī)療、教育、娛樂，以至于社會(huì)治理等各個(gè)方面‘元宇宙’都將產(chǎn)生非常巨大的變革作用。”

解決DWE技術(shù)挑戰(zhàn)并充分實(shí)現(xiàn)DWE需要多項(xiàng)技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步。美國(guó)6G聯(lián)盟認(rèn)為這些技術(shù)進(jìn)步將要求研究機(jī)構(gòu)和行業(yè)等繼續(xù)推動(dòng)幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的創(chuàng)新，包括支持DWE的設(shè)備、人機(jī)交互、NextG網(wǎng)絡(luò)、AI/ML以及分布式和空間計(jì)算等，分析如下。

1、支持DWE的設(shè)備

DWE設(shè)備在將DWE落地變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。支持DWE的設(shè)備被認(rèn)為應(yīng)是舒適、經(jīng)濟(jì)且節(jié)能的。預(yù)計(jì)這些設(shè)備將配備跟蹤傳感器、攝像頭、計(jì)算器、顯示器和鏡頭。當(dāng)前一些趨向于DWE的設(shè)備正在涌現(xiàn)。

預(yù)計(jì)6G通信大部分計(jì)算和傳感將從接入點(diǎn)和邊緣計(jì)算執(zhí)行，以使DWE設(shè)備更輕、更節(jié)能。

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

如果價(jià)格不便宜，技術(shù)永無成功之日，因此DWE設(shè)備和運(yùn)營(yíng)商服務(wù)有望隨著各種價(jià)格范圍的發(fā)展而使每個(gè)人受益。

2、沉浸式人機(jī)交互

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

HCI對(duì)傳統(tǒng)的命令用戶界面（CUI）和圖形用戶界面（GUI）技術(shù)進(jìn)行改造，將其轉(zhuǎn)化為更自然的用戶交互（NUI），允許用戶人性化的自然方式進(jìn)行交流，例如通過語音、面部表情、運(yùn)動(dòng)手勢(shì)、移動(dòng)身體或頭部旋轉(zhuǎn)。

隨著XR研究領(lǐng)域內(nèi)類皮膚材料和設(shè)備的出現(xiàn)，各種觸覺傳感器正在開發(fā)中。盡管CPS將DWE轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字世界，但它產(chǎn)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(yīng)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)）、觸覺傳感器網(wǎng)絡(luò)和CPS等。

3、下一代網(wǎng)絡(luò)

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

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

預(yù)計(jì)6G網(wǎng)絡(luò)將引入新的頻譜頻率（例如，亞太赫茲頻段）并將單獨(dú)的應(yīng)用分類為嚴(yán)格的延遲并減少抖動(dòng)。

此外，對(duì)通感一體化的綜合支持將為新的和有趣的DWE創(chuàng)造機(jī)會(huì)。例如，以厘米級(jí)精度感知物體與用戶之間的位置和距離的能力將實(shí)現(xiàn)豐富的個(gè)性化購(gòu)物體驗(yàn)以及更豐富的交互XR體驗(yàn)。

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

4、通過AI/ML賦能DWE

6G將是移動(dòng)智能時(shí)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(shí)現(xiàn)6G愿景的關(guān)鍵技術(shù)，即實(shí)現(xiàn)完全自主的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和自動(dòng)化，并具有極大的靈活性，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)和空口自適應(yīng)。

所有這些都將是服務(wù)于更多樣化的DWE及同時(shí)顯著提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率的關(guān)鍵。更根本的是，基于人工智能的空口設(shè)計(jì)和用于分布式計(jì)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(jì)算的真正融合。

AI/ML還將通過允許系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)、檢測(cè)和響應(yīng)威脅，在確保網(wǎng)絡(luò)安全和可信度方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

所有這一切不僅意味著需要AI原生6G設(shè)計(jì)和在6G網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施基于AI的解決方案，還意味著需要增強(qiáng)和研究AI/ML以開發(fā)更多量身定制的工具。

5、推進(jìn)DWE的計(jì)算技術(shù)

在物理和數(shù)字維度無縫融合的世界中，為每個(gè)人促進(jìn)新興應(yīng)用程序的沉浸式體驗(yàn)需要額外的計(jì)算增強(qiáng)。

空間計(jì)算是機(jī)器、人類、（物理或虛擬）對(duì)象以及它們發(fā)生的環(huán)境之間的活動(dòng)和交互的虛擬化，以使能和優(yōu)化這些動(dòng)作和交互。它是反映與DWE相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域的計(jì)算范例。

另一種相關(guān)的計(jì)算技術(shù)是分布式計(jì)算。解決方案將無縫協(xié)調(diào)來自多個(gè)計(jì)算設(shè)備/實(shí)體的共享計(jì)算資源和功能，幫助它們相互通信以實(shí)現(xiàn)各自的任務(wù)并保證DWE應(yīng)用程序的服務(wù)需求。

這在高度動(dòng)態(tài)的環(huán)境（例如數(shù)字世界）中尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵跀?shù)字世界中，系統(tǒng)的基數(shù)、拓?fù)浜驼w結(jié)構(gòu)事先未知并且可能會(huì)發(fā)生變化。

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

6、安全/可信

要使能DWE，6G網(wǎng)絡(luò)的安全性和可信度將至關(guān)重要。上層安全增強(qiáng)與潛在的新PHY/MAC安全機(jī)制相結(jié)合，有望保護(hù)用戶安全和隱私，以及整體網(wǎng)絡(luò)安全（通過保護(hù)用于網(wǎng)絡(luò)端訓(xùn)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(shù)可能會(huì)使能新類別的用戶設(shè)備，例如低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以進(jìn)一步擴(kuò)展6G蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能。

量子/后量子安全是一個(gè)前瞻性的技術(shù)方向，以確保在未來幾十年內(nèi)免受破壞性量子計(jì)算技術(shù)和對(duì)手計(jì)算能力的影響。

7、數(shù)字孿生

物理世界對(duì)象在數(shù)字世界中的虛擬表示被稱為數(shù)字孿生。對(duì)象可以是物理世界實(shí)體的任何副本，例如人類、動(dòng)物、樹木、桌子、椅子等。數(shù)字孿生在安全性、質(zhì)量、真實(shí)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(jì)算等新興技術(shù)相結(jié)合。

此外，還有正在進(jìn)行的研究領(lǐng)域來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，例如數(shù)字孿生及其相關(guān)物理對(duì)象的數(shù)學(xué)表示，以及空間數(shù)據(jù)映射——其多維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是未來有前途的研究方向。

數(shù)字孿生可用于廣泛的應(yīng)用，例如非實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)和教育，或?qū)崟r(shí)監(jiān)控、控制、管理和預(yù)測(cè)。城市中的交通控制、人群安全和機(jī)動(dòng)性，或簡(jiǎn)化機(jī)器人和車輛的生產(chǎn)力，以及礦山中的事故預(yù)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(shè)備，DWE的另一個(gè)重要方面是安全性。我們?nèi)绾卧贒WE中保護(hù)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(gè)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(gè)區(qū)塊都有一個(gè)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(zhǎng)。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(gè)新開采的區(qū)塊被廣播到整個(gè)區(qū)塊鏈，所有節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證并對(duì)其可信度達(dá)成共識(shí)。區(qū)塊鏈?zhǔn)遣豢勺兊?、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(gòu)物、娛樂俱樂部等多個(gè)虛擬世界組成，每個(gè)虛擬世界都需要服務(wù)和特征，如聲譽(yù)、歷史經(jīng)驗(yàn)的持久化、購(gòu)買神器、皮膚、歷史經(jīng)驗(yàn)等。DWE宇宙包含許多虛擬世界，并提供跨越這些世界的服務(wù)，以將貨幣、人工制品和體驗(yàn)從一個(gè)世界轉(zhuǎn)換到另一個(gè)世界。

總結(jié)：本期和大家一起討論了關(guān)于元宇宙的相關(guān)技術(shù)，可以幫助大家了解相關(guān)的技術(shù)。