元宇宙技术方案

元宇宙技术方案目录1、 元宇宙概念 22、 元宇宙特征 22.1基本特征 22.2元宇宙多维时空的搭建 32.3元宇宙的事理 43、元宇宙核心技术 42.1区块链技术Blockchain 62.2交互技术Interactivity 62.3电子游戏技术Game 72.4网络及运算技术Network 82.5人工智能技术AI 92.6物联网技术InternetofThings 104、元宇宙应用 114.1工业 124.2文旅业 124.3教育 124.4游戏领域 134.5房地产 135、元宇宙价值与挑战 145.1元宇宙的价值 145.2元宇宙的价值来源 15元宇宙概念元宇宙（Metaverse）概念源于美国科幻小说《雪崩》，Meta(超越）＋verse（universe宇宙），即超越宇宙的概念，一个平行于现实世界运行的人造空间。Metaverse，字面意义为meta（超越）+universe（宇宙）的结合，中文翻译为元宇宙，可理解为通过技术搭建的、基于现实世界的、拥有独立完整价值体系和经济闭环的永续的虚拟世界。元宇宙（Metaverse）是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。元宇宙本质上是对现实世界的虚拟化、数字化过程，需要对内容生产、经济系统、用户体验以及实体世界内容等进行大量改造。但元宇宙的发展是循序渐进的，是在共享的基础设施、标准及协议的支撑下，由众多工具、平台不断融合、进化而最终成形。它基于扩展现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界的镜像，基于区块链技术搭建经济体系，将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑。元宇宙特征2.1基本特征Roblox列出了平台具有通向元宇宙的8个关键特征：dentity（身份）：自由创造，虚拟形象，第二人生Friends（社交）：下一代社交媒体，虚拟世界交友Immersive（沉浸感，身临其境）：VR沉浸体验，互联网具象化Anywhere（随地）：低门槛，高渗透率，多端入口Variety（多样性）：虚拟世界拥有超越现实的自由与多元性LowFriction（低延迟）：5G，云游戏/世界，性能、功能、成本改善Economy（经济）：UGC创造价值，与现实经济打通Civility（文明）：虚拟世界的社会、法度、文明、“国家”2.2元宇宙多维时空的搭建连接相互分割的若干个封闭的虚拟空间，可形成更大的虚拟社区空间。连接多个虚拟社区空间，可形成更大、更多元的虚拟社会空间。货币、属性、环境、事件等信息均可在异度空间和同度异构空间之间相互映射，从而实现信息跳转和虚拟时空的穿梭。该模型在游戏、社交、会展、教育等领域均有广泛应用场景。2.3元宇宙的事理用户能够在元宇宙中完成从生产、消费到再生产等流动转化的关联逻辑。3、元宇宙核心技术元宇宙核心六大技术支柱的英文组合成一个比较有意思的缩写BIGANT,趣称为“大蚂蚁”,你可以想象这是来自元宇宙的大蚂蚁。支撑“元宇宙”的六大技术支柱BIGANT包括：B指区块链技术(Blockchain)，I指交互技术(Interactivity)[ntrk'tvt]，G指电子游戏技术(Game)，A指人工智能技术(AI)，N指网络及运算技术(Network)，T指物联网技术(InternetofThings)。这六大技术体系,既是六座技术高塔,也是六条技术英雄们的宽广财富之路。蚂蚁是非常有意思的动物,单只蚂蚁的智商很低,但一大群蚂蚁构成的小社会具有很高的智慧:它们可以调节温度、建构出复杂的蚁穴结构、管理真菌农场、照管蚜虫牧场,它们可以组建分工复杂的军队、运用多种战略战术作战，令人吃惊的是,成员数量越多,蚂蚁的群体智慧就越高。“大蚂蚁”可以说集数字技术之大成。从图中可以看到元宇宙对于数字技术的拉动作用。2.1区块链技术Blockchain区块链是支撑元宇宙经济体系最重要的基础!元宇宙一定息去中心化的,用户的虚拟资产必须能跨越各个子元宇宙进行流转和交易,才能形成庞大的经济体系。通过NFT(非同质化通证)、DAO、智能合约、DeFi等区块链技术和应用,将激发创作者经济时代,催生海量内容创新。基于区块链技术,将有效打造元宇宙去中心化的清结算平台和价值传递机制,保障价值归属与流转,实现元宇宙经济系统运行的稳定、高效、透明和确定性。2.2交互技术Interactivity通过AR、VR等交互技术提升游戏的沉浸感。人体交互技术是制约当前元宇宙沉浸感的最大瓶颈所在，交互技术分为输出技术和输入技术。输出技术包括头戴式显示器、触觉、痛觉、嗅觉甚至直接神经信息传输等各种电信号转换于人体感官的技术;输入技术包括微型摄像头、位置传感器、力量传感器、速度传感器等。复合的交互技术还包括各类脑机接口,这也是交互技术的终极发展方向。人眼分辨率为16K,这是没有窗纱效应的沉浸感起点。如果想要流畅平滑真实的120Hz以上刷新率,即使在色深色彩范围都相当有限的情况下,1秒的数据量就高达15GB，所以单就显示技术而言估计得3年左右才能达到这个水平,前提是其他关键模组还得跟得上。目前包括Oculus、Quest2在内的大部分产品只支持到双目4K,刷新率从90Hz往120Hz,还只是较粗糙的玩具级。未来，随着以VR、AR为代表的人机交互技术的发展，由更加拟真、高频的人机交互方式承载的虚拟开放世界游戏，其沉浸感也有望得到大幅提升，从而缩小与元宇宙成熟形态之间的差距。2.3电子游戏技术Game电游戏技术既包括游戏引擎相关的3D建模和传实时渲染,也包括数字李生相关的3D引擎和仿真技术。前者是虚拟世界大开发解放大众生产力的关键性技术,要像美图秀秀把PS的专业门槛拉低到现在普通百姓都能做一样,只有把复杂3D人物事物乃至游戏都拉低到普罗大众都能做,才能实现元宇宙创作者经济的大繁荣。后者是物理世界虚拟化数字化的关键性工具,同样需要大幅把门槛拉低到普通民众都能操作的程度,才能极大加速真实世界数字化的进程。这里面最大的技术门槛在于仿真技术,即得让数字孪生后的事物必须遵守物理定律、重力定律、电磁定律、电磁波定律,例如光、无线电波,必须遵守压力和声音的规律。电子游戏技术与交互技术的协同发展,是实现元宇宙用户规模爆发性增长的两大前提,前者解决的是内容极度丰富,后者解决的是沉浸感。2.4网络及运算技术Network元宇宙要求高同步低延时，从而用户可以获得实时、流畅的完美体验。根据独立第三方网络测试机构OpenSignal的测试数据，4GLTE的端到端时延可达98毫秒，满足视频会议、线上课堂等场景的互动需求，但远不能满足元宇宙对于低时延的严苛要求。VR设备一大难题是传输时延造成的眩晕感，其指标为转动头部到转动画面的延迟，5G带宽与传输速率的提升能有效改善时延并降低眩晕感。根据诺基亚贝尔数据，5G端到端时延可控制在10ms以内。元宇宙中需对大量数据进行迅速传输，需依赖强大的通讯基础设施。受限于基站数量，5G实际传输速率或难以达到其设计水平，而根据日韩对6G网络技术的展望，6G时延有望缩短至5G的十分之一，传输速率有望达到5G的50倍，有望真正实现元宇宙低延迟的关键特征。边缘计算常被认为是元宇宙的关键基建，通过在数据源头的附近采用开放平台，就近直接提供最近端的服务，从而帮助终端用户补足本地算力，提升处理效率，尽可能降低网络延迟和网络拥堵风险。元宇宙要求用户可使用任何设备登录，随时随地沉浸其中，要求实时监测数据并进行大量计算，单个或少数服务器难以支撑元宇宙的庞大运算量。云计算作为分布式计算的一种，其强大的计算能力有望支撑大量用户同时在线。2.5人工智能技术AI通过区块链、AI技术降低内容创作门槛，提升游戏的可延展性。人工智能技术在元宇宙的各个层面、各种应用、各个场景下无处不在。包括区块链里的智能合约、交互里的AI识别、游戏里的代码人物、物品乃至情节的自动生成、智能网络里的AI能力、物联网里的数据AI等,还包括元宇宙里虚拟人物的语音语义识别与沟通、社交关系的AI推荐、各种DAO的AI运行、各种虚拟场景的AI建设、各种分析预测推理等。在专业生产内容(PGC)方面，第一方游戏内容是建立元宇宙的基础场所，而目前3D游戏在场景和人物建模上都需要耗费大量的人力、物力和时间。为实现元宇宙与现实社会高度同步，算法、算力及AI建模技术的进步有望提升PGC的生产效率。在用户生产内容(UGC)方面，第三方自由创作的内容，以及闭环经济体的持续激励，是元宇宙延续并扩张的核心驱动力。目前游戏UGC创作领域编程门槛过高，创作的高定制化和易得性不可兼得，同时鲜有游戏具备闭环经济体。因此，为达到元宇宙所需的可延展性，需要区块链经济、AI、综合内容平台等产业的技术突破2.6物联网技术InternetofThings通过5G、云计算技术支撑大规模用户同时在线，提升游戏的可进入。元宇宙是大规模的参与式媒介，交互用户数量将达到亿级。目前大型在线游戏均使用客户端软件，以游戏运营商服务器和用户计算机为处理终端运行。该模式下，对计算机终端的性能要求形成了用户使用门槛，进而限制了用户触达;同时，终端服务器承载能力有限，难以支撑大规模用户同时在线。而5G和云计算等底层技术的进步和普及，是未来突破游戏可进入性限制的关键。物联网技术既承担了物理世界数字化的前端采集与处理职能,同时也承担了元宇宙虚实共生的虚拟世界去渗透乃至管理物理世界的职能。只有真正实现了万物互联,元宇宙实现虚实共生才真正有了可能。物理网技术的发展,为数字孪生后的虚拟世界提供了实时精准持续的鲜活数据供给,使元宇宙虚拟世界里的人们足不出网就可以明察物理世界的秋毫。5G网络的普及为物联网的爆发提供了网络基础,但电池技术、传感性技术和AI边缘计算等方面的瓶颈依然制约了物联网的大规模发展,可望5年左右会有质的改善。元宇宙应用相关学者将元宇宙的应用场景分为5个方面：①物理层面：元宇宙能够远程传递物理信息，例如用户可以在元宇宙当中打牌下棋，甚至拥抱和牵手等；②地理层面：用户可以在元宇宙世界当中购买和租赁土地，甚至改变地理的地形；③心理层面：用户进入元宇宙世界之后，通过分配和互动，获取一定的公平感以及身份的认同；④事理层面：用户能够在元宇宙中完成从生产、消费到再生产等流动转化的关联逻辑；⑤伦理层面：元宇宙会带来一系列伦理层面的挑战，比如机器人、虚拟人和自然人之间的伦理问题。4.1工业制造业长期以来一直拥有物理设施“数字孪生”的概念。制造是一个极其复杂的过程，通过虚拟空间来运行工厂生产过程的模拟，公司经理可以识别和分析如何更高效、更安全地完成工作，而无需对更改进行物理测试。有了工业元宇宙，工程师可以非常方便地进入工业虚拟元件的内部观察。工业机器人也可以在设计生命阶段进入多的特性。例如在逼真的真实环境中的“宇宙”虚拟元场景中试车。4.2文旅业文旅元宇宙拓展了时空，我们可以在本地虚实相融的空间中，看到远方，获得趣味性和沉浸感。将允许人们使用VR设备在不离开家的情况下“环游”世界。4.3教育通过教育元宇宙，我们可以直接把太阳虚拟化在我们的元宇宙上，学生可以直接看到太阳的情况。同时允许学生调整观察太阳的距离，以获得太阳视觉效果的变化。互联网元宇宙就好比是一个具身性的互联网，在元宇宙你不是简单地再去浏览内容，而是身处在内容之中。从互联网1.0、2.0再到移动互联网，元宇宙可能是接替移动互联网的下一个新的互联网时代。百度依托包括智能视觉、智能语音、自然语言处理、知识图谱等在内的一系列领先的人工智能技术能力，借助百度推出的虚拟现实内容平台、虚拟现实交互平台，元宇宙世界内容的制作成本将迎来大幅的降低，并推动硬件消费体验的升级和内容生产效率的提升。4.4游戏领域由于在游戏领域的应用，有一部分人认为元宇宙就等同于电子游戏和虚拟世界。对此有专家表达出不同的看法，元宇宙不能简单等同于电子游戏，也不能等同于虚拟世界。它是创造性游玩、开放式探索、与现实连通。开发商主要元宇宙开发商包括Decentraland、TheSandbox（获新鸿基9300万美元投资）、Cryptovoxels、SomniumSpace、天下秀等。与元宇宙产业有密切联系的公司有MetaverseGroup（虚拟地产公司），Token.Com（虚拟货币及元宇宙地产公司）等。4.5房地产在元宇宙中，每一块地都被赋予了其独一无二且不可复制的NFT（非同质化代币）并以此来区分每个地块和每笔交易。开发商和用户可以在平台上的一级/二级市场进行购买/出售。在元宇宙中，玩家可利用土地、房屋等虚拟空间进行创造、社交、游戏等行为。因此，要想在其中占据一席之地，用户便需要拥有虚拟土地或房屋。当然，这些虚拟土地或房屋无法在现实世界使用。以Decentraland为例，用户可以在其虚拟土地上按照自己的想法进行个性化建设。对于这些虚拟建筑，用户可以自己收藏或者对外进行二次销售，还可以举办艺术展、音乐节、游戏竞赛、发布会等诸多活动。该平台明确向用户强调虚拟土地的稀缺性，虚拟土地以拍卖的方式提供给用户，用户则以NFT(非同质化代币