2023都到了，元宇宙技术还不懂？

何为元宇宙？

元宇宙是人类运用数字技术构建的，由现实世界映射或超越现实世界，可与现实世界交互的虚拟世界 ，具备新型社会体系的数字生活空间。

近期的元宇宙概念热度非常的高，目前，社会各界对于“元宇宙”有着不同的认识，但基本共识是，“元宇宙”将成为继移动互联网之后的又一种全新的互联网形态。Web3.0第三代互联网。简单来说，元宇宙虚实融合，将数字世界和物理世界完美融合，将建设一个人类未来工作、学习、娱乐、社交的新空间，是未来生活方式的主要载体，更是每个人都会参与的数字新世界。在移动互联网用户红利已经见顶的大环境下，“元宇宙”概念的出现让人们看到了“下一代互联网”的曙光，其可能是新时代的流量环境，也可能是未来的交互形式。

元宇宙有需要哪些技术支持？

“元宇宙”的交互技术:

拓展现实包括VR(虚拟现实)、AR(增强现实)、MR(融合现实)。

VR提供沉浸式体验，通过全面接管人类的视觉、听觉、触觉以及动作捕捉来实现元宇宙中的信息输入输出。AR则在保留现实世界的基础上鲁加一层虚拟信息。MR通过向视网膜投射光场，可以实现虚拟与真实之间部分保留与自由切换。脑机接口技术，实现嗅觉、味觉等感知体验，机器人通过实体仿真肉身，成为连通元宇宙的另一种渠道，同时与虚拟世界自由交互，提升真体验与沉浸感。

从早期的鼠标、键盘到现在的VR/AR设备，游戏的操作模式不断演变，其沉浸感也不断提升。《头号玩家》中玩家通过VR及可穿戴式设备进入游戏，体验真实互动。通过体感衣，玩家可以感受到身体所受攻击的痛感;通过全自动触觉椅，玩家可以体验到游戏中的飞行坠落等体感，通过多款设备采集玩家信息并向玩家实时输出反馈信息，玩家在虚拟空间中的映射感更真实，从而获得身临其境式体验。

构建“元宇宙”虚拟世界的技术——人工智能：

AI为元宇宙应用场景提供支撑:计算机视觉、机器学习、自然语言处理和智能语音的发展进步为元宇宙提供了虚实结合的观感，使元宇宙具备多元性与沉浸感。AI支撑内容生产，智能生成不重复的海量内容实现元宇宙的自发有机生长。内容呈现，AI驱动的虚拟数字人将元宇宙的内容有组织地呈现给用户。内容审查，对元宇宙中无法以人工完成的海量内容进行审查，保证元宇宙的安全与合法。2021年推出的MetahumanCreator工具可制作高度逼真人脸 用户可基于近傻瓜式的交互方式。以极大自由度高速创建高保真数字人类，然后导出并下载至虚幻引警中制作动画，在不牺牲质量的前提下，将制作3D虚拟角色模型的时间从数周、数月缩短至一小时内可完成;2020年推出的《LiveLink Face》利用苹果智能手机实现人脸动作捕捉并导入至虚幻引擎中。我们预计随着Al技术进步，内容制作门槛将不断下降，内容产出效率将不断提升，为元宇宙注入源源不断的活力。

“元宇宙”的世界蓝图——数字孪生：

数字李生即在虚拟空间内建立真实事物的动态李生体。借由传感器，本体的运行状态及外部环境数据均可实时映射到李生体上。该技术起初用于工业制造领域，而元宇宙需要数字李生来构建细节极其丰富的拟真的环境，营造出沉浸式的在场体验。

“元宇宙”的认证机制——区块链：

元宇宙要求构建自有独立经济系统，基于去中心化网络的通证，区块链技术通过智能合约等，使得元宇宙中的价值归属、流通、变现和虚拟身份的认证成为可能。具有稳定有效、规则透明、确定等优点。NFT作为一种非同质化通证，每个NFT仅此一个、不可复制不可拆分的特性，从技术上看，NFT是基于区块链发行，因此权属清晰、转让留痕，实现了数字所有权和可验证性。从应用场景上看，NFT有望成为元宇宙中数字资产的价值载体，从而用户可真正拥有虚拟物品所有权，同时NFT可实现各子宇宙之间的资产流转互通，为多平台互通打下基础。因此可以用于记录和交易一些数字资产，如游戏道具、艺术品等。

案例：Decentraland:基于以太坊区块链的虚拟世界，玩家真正拥有数字资产的所有权。Decentraland创立于2017年9月，完全去中心化的虚拟世界，为用户提供社交、娱乐、消费等活动场景。Decentraland的价值在于虚拟土地的数字资产化用户可通过区块链平台购买虚拟地块(LAND，以太坊智能合约维护的NFT)，自由展开建设。

“元宇宙”的存储技术：元宇宙一定会建设在去中心化的分布式存储基础设施上，不被任何一家个人或机构控制。只能处在为全民福祉的机构管理之下。

当前元宇宙要解决的首要问题是基础设施!去中心化的分布式存储的完善，是建设元宇宙的先决条件！去中心化的分布式存储能够帮助数据长期存储、有效确权、有序流转，以区块链技术为基础的新型数据中心、新型数据平台,通过存储体系的分布式和智能化,真正意义上实现信息和数据的广泛存储。在Web3.0元宇宙时代,去中心化的分布式存储将构建数据价值流转的新生态,让每个人完全掌控自己的身份、资产和数据。去中心化的分布式存储的应用绝非对传统云存储业务的简单优化替代,而是要构建“高维业态”,进而对传统模式进行“降维打击”。以去中心化的分布式存储构建起新的商业生态,成为Web3.0第三代互联网“元宇宙”关键的基础设施之一。

“元宇宙”可以让现实社会变得更美好，赋能实体经济的下一代互联网。它不仅是一个数字世界的新空间，而是让数字世界和现实世界实现强交互、深融合，这样才能推动社会经济往更高层次进步。从本质上来说，“元宇宙”实现了数字与现实的“五大融合”，即：数字世界与物理世界的融合、数字经济与实体经济的融合、数字生活与社会生活的融合、数字身份与现实身份的融合、数字资产与实物资产的融合。“元宇宙”的一大重要特征是具备“智能经济”体系，区块链则是这个经济体系的基础设施。推动“元宇宙”中的数字化资源在确权、流转、分配、交易等方面的效率提升，并实现从“万物互联”到“万物互信”再到“万物交易”的升级。

“元宇宙”将重构一个世界，实现一个与现实世界平行的虚拟世界，这两个世界将实现贯通，并为我们的生活带来更多便利。“不止是在购物领域，在医疗、教育、娱乐，以至于社会治理等各个方面‘元宇宙’都将产生非常巨大的变革作用。”

解决DWE技术挑战并充分实现DWE需要多项技术的长足进步。美国6G联盟认为这些技术进步将要求研究机构和行业等继续推动几个关键领域的创新，包括支持DWE的设备、人机交互、NextG网络、AI/ML以及分布式和空间计算等，分析如下。

1、支持DWE的设备

DWE设备在将DWE落地变为现实方面发挥着至关重要的作用。支持DWE的设备被认为应是舒适、经济且节能的。预计这些设备将配备跟踪传感器、摄像头、计算器、显示器和镜头。当前一些趋向于DWE的设备正在涌现。

预计6G通信大部分计算和传感将从接入点和边缘计算执行，以使DWE设备更轻、更节能。

为了提高能源效率，DWE设备将使用自然能源或射频信号等能量收集技术，其中包括环境反向散射通信（AmBC）、基于压缩传感（CS）的随机接入技术和可重构智能表面（RIS）等。

如果价格不便宜，技术永无成功之日，因此DWE设备和运营商服务有望随着各种价格范围的发展而使每个人受益。

2、沉浸式人机交互

DWE合并了物理空间和网络空间，将物理世界转变为数字世界。DWE的网络物理系统（CPS）是一个由大量具有物理输入和输出的交互触觉传感器（触觉和动觉）组成的网络。人机交互接口（HCI）是将DWE变为现实的核心技术之一。

HCI对传统的命令用户界面（CUI）和图形用户界面（GUI）技术进行改造，将其转化为更自然的用户交互（NUI），允许用户人性化的自然方式进行交流，例如通过语音、面部表情、运动手势、移动身体或头部旋转。

随着XR研究领域内类皮肤材料和设备的出现，各种触觉传感器正在开发中。尽管CPS将DWE转变为数字世界，但它产生了大量需要联网的触觉传感器。6G通信有望支持此类新的应用程序、带宽和数据速率要求（例如，大规模宽带URLLC连接是满足这些要求的类别）。因此，有广泛的研究方向有待探索，以实现沉浸式HCI，包括类皮肤材料、触觉编解码器（例如IEEE P1918.1.1标准）、触觉传感器网络和CPS等。

3、下一代网络

DWE涉及视觉、音频和触觉传感器以与数字世界进行通信。人脑只需要10毫秒来理解视觉信息，任何抖动或较长的延迟往往会导致DWE用户出现模拟器病。但是，解码音频信号只需要100毫秒。

由于人脑对触觉传感器的反应紧密同步，DWE分别要求亚毫秒到1毫秒的瞬时触觉反馈和触觉信号。未能满足这些延迟和抖动的减少将导致视觉和其他感官系统之间的冲突，从而导致DWE用户出现网络疾病。

预计6G网络将引入新的频谱频率（例如，亚太赫兹频段）并将单独的应用分类为严格的延迟并减少抖动。

此外，对通感一体化的综合支持将为新的和有趣的DWE创造机会。例如，以厘米级精度感知物体与用户之间的位置和距离的能力将实现丰富的个性化购物体验以及更丰富的交互XR体验。

6G网络的架构也将继续演进，并提供DWE所需的增强网络覆盖和可靠性。这将为用户提供更高的网络覆盖范围、性能和可靠性，以便他们可以在日常生活中随时享受DWE。

4、通过AI/ML赋能DWE

6G将是移动智能时代，AI/ML有望渗透到6G生态系统的每一层。AI/ML将成为实现6G愿景的关键技术，即实现完全自主的网络运行和自动化，并具有极大的灵活性，以实现动态网络和空口自适应。

所有这些都将是服务于更多样化的DWE及同时显著提高网络运营效率的关键。更根本的是，基于人工智能的空口设计和用于分布式计算和智能的空口支持将允许端到端的原生人工智能和通信与计算的真正融合。

AI/ML还将通过允许系统自主学习、检测和响应威胁，在确保网络安全和可信度方面发挥关键作用。

所有这一切不仅意味着需要AI原生6G设计和在6G网络中实施基于AI的解决方案，还意味着需要增强和研究AI/ML以开发更多量身定制的工具。

5、推进DWE的计算技术

在物理和数字维度无缝融合的世界中，为每个人促进新兴应用程序的沉浸式体验需要额外的计算增强。

空间计算是机器、人类、（物理或虚拟）对象以及它们发生的环境之间的活动和交互的虚拟化，以使能和优化这些动作和交互。它是反映与DWE相关的技术领域的计算范例。

另一种相关的计算技术是分布式计算。解决方案将无缝协调来自多个计算设备/实体的共享计算资源和功能，帮助它们相互通信以实现各自的任务并保证DWE应用程序的服务需求。

这在高度动态的环境（例如数字世界）中尤其具有挑战性，因为在数字世界中，系统的基数、拓扑和整体结构事先未知并且可能会发生变化。

分布式计算在可扩展性方面具有优势：(i) 通过“横向扩展架构”，(ii) 通过并行性实现性能，(iii) 通过冗余实现弹性，以及 (iv) 使用低成本商品硬件实现成本效益。

6、安全/可信

要使能DWE，6G网络的安全性和可信度将至关重要。上层安全增强与潜在的新PHY/MAC安全机制相结合，有望保护用户安全和隐私，以及整体网络安全（通过保护用于网络端训练的用户数据）。

分散式身份管理和/或数据来源技术可能会使能新类别的用户设备，例如低功耗物联网设备，以进一步扩展6G蜂窝网络系统的功能。

量子/后量子安全是一个前瞻性的技术方向，以确保在未来几十年内免受破坏性量子计算技术和对手计算能力的影响。

7、数字孪生

物理世界对象在数字世界中的虚拟表示被称为数字孪生。对象可以是物理世界实体的任何副本，例如人类、动物、树木、桌子、椅子等。数字孪生在安全性、质量、真实性、合规性和可追溯性方面面临挑战。数字孪生可以与区块链和空间计算等新兴技术相结合。

此外，还有正在进行的研究领域来应对这些挑战，例如数字孪生及其相关物理对象的数学表示，以及空间数据映射——其多维数据存储技术是未来有前途的研究方向。

数字孪生可用于广泛的应用，例如非实时设计和教育，或实时监控、控制、管理和预测。城市中的交通控制、人群安全和机动性，或简化机器人和车辆的生产力，以及矿山中的事故预防，都是后者的例子。

8、分布式区块链

现在我们有了支持DWE和数字孪生的设备，DWE的另一个重要方面是安全性。我们如何在DWE中保护数字孪生？

在加密货币取得巨大成功后，区块链被视为数字孪生安全。区块链基于分类帐，分布在所有参与者之间。区块链起源于创世块，每个新块都使用从父块派生的哈希值附加到该区块链。区块链中的每个区块都有一个区块头和交易数据。随着区块链用户执行交易，这条链不断增长。区块中的交易由矿工打包——矿工通过解决工作量证明（PoW）将一批交易记录并打包到区块中。这个新开采的区块被广播到整个区块链，所有节点对其进行验证并对其可信度达成共识。区块链是不可变的、去中心化的和透明的。

9、通用DWE生态系统

DWE宇宙由游戏、教育、购物、娱乐俱乐部等多个虚拟世界组成，每个虚拟世界都需要服务和特征，如声誉、历史经验的持久化、购买神器、皮肤、历史经验等。DWE宇宙包含许多虚拟世界，并提供跨越这些世界的服务，以将货币、人工制品和体验从一个世界转换到另一个世界。

总结：本期和大家一起讨论了关于元宇宙的相关技术，可以帮助大家了解相关的技术。