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华略智库7000字讲透元宇宙:背景、技术、场景和机遇

2021年元宇宙热潮被引爆,各大互联网巨头纷纷下场布局,元宇宙已然成为未来开拓新市场的必争领域。那么元宇宙究竟是什么,推动元宇宙发展的关键技术有哪些,给城市生活带来了怎样变化,元宇宙下未来社会发展应关注哪些领域?带着这些问题,让我们一同开启元宇宙下社会发展的“起承转合”。

2021年以来,全球新经济领域不知不觉间烧起了一把“火”。上至互联网巨头,下至平民百姓,无不被这把“火”点燃,诸如腾讯、阿里、百度、小红书、Soul、上汽等企业均申请了相关商标,Facebook更是改名为“Meta”。说到这里,想必大家多少已经猜到了:今天我们要来聊的这把“火”就是元宇宙。

元宇宙的概念最初来源于1992年出版的美国科幻小说《雪崩》,书中描述了一个平行于现实世界的网络世界——Metaverse,所有现实世界的人在Metaverse中都有一个替身。真实世界的人通过控制其替身,在Metaverse中进行人际交往和竞争以提升自己的地位。Metaverse由“meta”和“verse”两个词组成,meta表示超越,verse取自universe,合起来就是元宇宙。

20世纪90年代初,钱学森老先生就曾畅想过“元宇宙”是何物,只不过当时它有个小名叫“灵境”。钱老先生预见,灵境技术的产生和发展,将会显著提升人的创造能力,促进科学和文艺大发展,给人类社会带来深远影响。

Facebook创始人马克·扎克伯格认为,元宇宙是一个让使用者置身其中的沉浸式互联网——在网络中不仅仅依靠屏幕,而是将有更多的设备联动,实现虚拟世界的沉浸式体验。

在腾讯公司董事会主席马化腾看来,一个令人兴奋的机会正在到来,移动互联网经过十年发展,即将迎来下一波升级,他称之为“全真互联网”。虚拟世界和真实世界的大门已经打开,无论是从虚到实,还是由实入虚,都在致力于帮助用户实现更真实的体验。

游戏开发服务平台Beamable公司创始人乔恩·拉多夫认为,元宇宙包含七个层面:体验、发现、创作者经济、空间计算、分布式、人机互动、基础设施。

前亚马逊高管马修·鲍尔提出,元宇宙必须提供前所未有的互操作性,用户必须能够将他们的化身和商品从元宇宙中的一个地方带到另一个地方,无论是谁在运行元宇宙的特定部分。

正如一百个读者就有一百个哈姆雷特,每个人对元宇宙的解释也各不相同。综合各方看法,笔者认为,元宇宙可以看作是由包括区块链、AI、交互传感技术等新兴技术组成的一个实时在线网络,是数字虚拟世界和物理现实世界相互影响的有机统一整体。

或许有一天,现实世界也会如电影《头号玩家》描述的那样,每个人都可以在真实与虚拟世界中穿梭,我们也会有自己的“绿洲”。

要弄明白元宇宙对经济社会发展有什么影响,就得把这个问题解构清楚,弄懂元宇宙的“根”,即承载元宇宙发展关键技术有哪些。

目前,公认的元宇宙六大核心技术包括区块链(Blockchain)、交互技术(Interactivity)、游戏技术(Game)、人工智能(Artificial Intelligence)、网络及运算技术(Network)、物联网技术(Internet of Things)。这些关键技术的首字母连接起来,业界有个形象的提法,叫做“大蚂蚁”(BIGANT)。下面我们就对元宇宙中的这些技术展开聊聊。

区块链,构建元宇宙虚拟资产体系的基础。交易是社会生活的重要组成部分,一旦没有交易往来,整个社会势必会退化到自给自足的农耕社会。

同样,在虚拟世界里,交易也是必不可少的,这就是区块链技术价值所在。每个用户可以看作是元宇宙中的子元宇宙,通过NFT、DAO、智能合约、DeFi等区块链技术的应用,架起了连接各个子元宇宙流转和交易的桥梁,打造了元宇宙去中心化的结算平台和价值传递体系,实现了元宇宙的交易往来。

NFT:英文全称Non-fungible Token,非同质化代币,是一种不可分割且独一无二的数字凭证,能够映射到特定资产,将该特定资产的相关权利内容、历史交易流转信息等记录在其智能合约的标示信息中,并在对应的区块链上给该特定资产生成一个无法篡改的独特编码,确保其唯一性和真实性。NFT实现了虚拟物品的资产化,从而使得数字资产拥有可交易的实体。

DAO:英文全称Decentralized Autonomous Organization,分布式自治组织,基于区块链核心思想理念(由达成同一个共识的群体自发产生的共创、共建、共治、共享的协同行为)衍生出来的一种组织形态,允许用户之间通过提案、投票等方式来决定平台事物的决策和走向。

智能合约:一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。从本质上而言,智能合约是一种以数字化、智能化的代码嵌入到软件之中,直接控制数字资产的电脑程序。例如网上购物,不想立即付款,想等卖家发货后再付款,可以创建一个合约,该合约通过查询物流数据,只有在确认购买的商品发货后智能合约才会发送汇款给卖家。

DeFi:英文全称DecentralizedFinance,去中心化金融,用来构建开放式金融系统的去中心化协议。基于区块链的金融服务体系,用户可以完全控制自己的资产,并且能够获得相关的金融服务。和现在的金融体系不同,用户的资金不会存放在第三方的金融机构中,而是通过各种智能合约去实现协议和信任,如此可以最大程度地减少风险。因为没有了中介机构的参与,整体的金融服务成本也会相对降低,从而打造更加高效的金融体系。

交互技术,为元宇宙用户提供沉浸式虚拟现实体验的阶梯。交互技术所要实现的是虚拟世界与现实世界的连接,正如影视作品中看到的那样,现实世界人的一举一动会影响到虚拟世界,虚拟世界的感官感触也会带到现实世界中来。

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。

游戏技术,元宇宙社会形态最成熟的呈现方式。游戏技术包含两方面内容:一是游戏引擎相关的3D建模和实时渲染,二是数字孪生相关的3D引擎和仿真技术。前者所要实现的是元宇宙中所展示的事物外观与现实世界无异,后者所要考虑的是如何将现实世界虚拟化数字化,将现实世界的客观规律带到元宇宙中去。

人工智能,元宇宙中生产力与自主运行最重要的支撑。NPC(非玩家角色)是网络游戏运行中绝对无法分割的组成部分,在游戏中起到引导、协助等功能,完成与玩家的互动交流,其本质为简单的人工智能。

人工智能可以为元宇宙的大量应用场景提供技术支撑,其应用主要集中在智能语音、NLP自然语言处理、机器学习和计算机视觉四个方面,为元宇宙中用户与用户、用户与系统、不同系统之间的沟通与交流提供技术支持和桥梁。

智能语音:智能语音技术,是实现人机语言的通信,包括语音识别技术(ASR)和语音合成技术(TTS)。

NLP自然语言处理:研究人与计算机交互的语言问题的一门学科,是在机器语言和人类语言之间沟通的桥梁,以实现人机交流的目的。

机器学习:研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。

计算机视觉:研究如何使机器“看”的科学,更进一步的说,就是是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉,并进一步做图形处理,使电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。

网络及运算技术,元宇宙在现实世界中的承载者。从承载而言,元宇宙可以看作是网络游戏近乎无穷倍的放大。一款网络游戏的运行,依靠互联网作为信息传输工具,来完成设计者编制的运算程序。而元宇宙也需要网络及运算,但这种“网络”不仅局限于传统的宽带联网和高速通信网,还包含AI、边缘计算、分布式计算等在内的综合智能网技术,称之为“云化综合智能网络”。

边缘计算:指在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。

分布式计算:研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分,然后把这些部分分配给多个计算机进行处理,最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。

物联网技术,元宇宙与现实空间融合的媒介。物联网技术承担了现实世界数字化采集与处理职能,为数字孪生的虚拟世界提供了实时、精准、持续的数据供给,使元宇宙虚拟世界里的人可以实时掌握现实世界的变化,乃至管理现实世界。

上面聊了那么多元宇宙相关的技术,想必大家对这些“玄乎”的技术多少有了些概念。下面我们就聊点实际的:元宇宙技术的应用场景究竟给我们的生活带来了哪些新转变。

交互技术助力沉浸式办公,提升工作效率和沟通效果。新冠疫情在全球肆虐,使得居家办公越来越普遍化,随之而来的是远程工作和在线交流。但由于无法看到彼此肢体及表情,往往很多时候信息不能百分百传达,况且所处环境千差万别,工作时的临场感、沉浸感也大打折扣。

通过VR/AR等交互技术打造的元宇宙办公产品,将很大程度上解决这些问题,通过音频提示、手势追踪等方式营造身临其境的沟通体验。

例如微软的Mesh for Teams产品,当演讲者说话时,采用音频提示使得脸部表情生动起来,让替身拥有更具表现力的动画效果,营造临场感。而Facebook的Workrooms支持头部和手势跟踪,现实生活中用手所做的任何事情都将在虚拟世界中被跟踪和再现。

AR技术为智慧电力行业提供解决方案,提高作业效率。增强现实技术(AR)实现了虚拟事物在现实世界的展示。例如在电力行业日常巡检中,员工佩戴好AR眼镜,即可收到后台发出的巡检指令,作业人员只需要按照屏幕指示步骤,即可一步步完成作业,大大提高了运维效率。

当遇到仪表读数时,眼镜可直接通过OCR算法识别读数自动记录。同时,AR眼镜搭配外设红外测温功能,可直接无接触测量变压器等设备温度。遇到故障需要紧急排除时,作业人员可直接语音唤醒远程专家系统,呼叫总部专家予以支持,大大缩短了处理周期,提升了运维品质。

AI提供人脸识别、实时翻译等功能,助力观光旅游。百度公司与上海新高度旅游公司合作推出的全球首批AI双层观光车,搭载了百度的人脸识别技术,自动对游客身份进行核验,游客只需刷脸就可以上下车,从而免去了多次验票的繁琐。

这款观光车还搭载了百度共享WIFI翻译机,该翻译机包含智能语音翻译、智能问答、语音导览等功能,可轻松解决外地游客、外国游客游览时语言不通的问题;而智能问答可以帮助乘客及时解决各类实用问题;语音导览功能则可以帮助乘客更好地了解风土人情。

游戏仿真技术构建虚拟世界,初具元宇宙雏形。目前元宇宙离我们还非常遥远,但游戏仿真技术构建的虚拟世界却能让我们管中窥豹。Roblox沙盒游戏平台是游戏领域元宇宙引领者,主要面向儿童和青少年,允许孩子们创建3D世界和游戏。

该平台的核心是其仿真引擎——能够展示一个类似乐高的虚拟世界,以玩家创作为主导,带来沉浸式体验和社交场景。随着元宇宙技术不断发展,Roblox的虚拟世界也将越来越接近现实世界。

聊完元宇宙的来龙去脉,大家是不是也想知道,随着元宇宙时代的到来,我们应该怎样及时把握元宇宙的发展机遇呢?

先看看各地政府怎么说。上海在元宇宙发展方面起步较早,2021年12月,上海市经信委印发《上海市电子信息产业发展“十四五”规划》提出,加强元宇宙底层核心技术基础能力的前瞻研发,推进深化感知交互的新型终端研制和系统化的虚拟内容建设,探索行业应用。这也是元宇宙首次被纳入地方“十四五”规划。

2022年伊始,合肥、武汉等城市纷纷将元宇宙写入政府工作报告,杭州、无锡、北京、成都等城市也相继提出以产业园区和产业联盟等方式切入赛道,布局元宇宙。

根据元宇宙技术应用方向,我们选取智慧城市、经济金融、智能制造、生命科学、乡村振兴五个热点领域进行畅想,希望能够为读者提供有益参考。

智慧城市。利用数字孪生构建“孪生城市”模型,有效推动城市治理水平进步。“孪生城市”模型是现实世界在虚拟世界中的还原,利用数字孪生技术,将现实世界所有要素的状态实时获取并映射到城市模型中,实现全过程、全要素数字化,使数字城市与现实城市同步规划、同步建设。

通过数字建模,在“孪生城市”中可以实现全信息全域监测、模拟预测城市治理决策效能、模拟提高应急响应处置、全局统筹城市规划建设等,提高城市治理精度。

经济金融。经济金融融入元宇宙第一步就是数字化,在这一过程中,纸币逐渐被淘汰,数字货币将大规模使用。

NFT技术能有效优化金融业务,实现金融机构的金融资产数字化呈现,为金融资产刻印独一无二的数字“指纹”,从而实现对虚拟资产的盘点清算、分类筛选、信用评价、价值估算等工作,也能服务于虚拟世界的创作经济,实现虚拟世界的货物交换。

此外,通过AI虚拟人技术和批量短视频生产技术,金融机构可以在几分钟内生产覆盖万条级别的虚拟人短视频,视频内容包括基金介绍、股票介绍、金融资讯介绍等,极大满足市场对金融信息的需求,扩大虚拟金融的规模。

智能制造。过去工程师更多是凭借经验来实现设备使用、维修并完成对应培训、进行产线管理等技术工作,而管理人员需要辗转生产线、生产车间、库房,在各种系统、表单中完成管理工作。

在元宇宙中,设备的使用、维修不再过于依赖工程师的设备使用经验,管理人员也可以更便捷高效地完成管理工作。相对应的,从业者能力要求也将发生迁移,更加侧重于服务产品研发、工艺改进、市场需求、生态合作、IP打造等非标准化工作。

元宇宙重塑工业制造场景,通过物理场景数据采集、实时同步,可实现对工业制造全面还原,构建与物理工厂同步的虚拟工厂以及超越物理规律的虚拟场景,为工业制造赋能,整体性解决制造本身研发、生产、管理等一系列问题。

一是借助脑机接口,通过仿生神经肌肉控制通路,实现使用者大脑与各躯干间的直接联系。比如,残疾人可借助该技术链接仿生器官,从而恢复甚至超越之前能力;同时,也可将该技术应用于神经康复、睡眠、教育等脑神经发挥关键作用的领域。

二是可通过脑机接口、NFT以及人工智能识别等技术,与外部传感器感应,实现对人身体健康状况的实时化、数字化呈现,及时发现身体存在问题,延长人类寿命。

乡村振兴。乡村振兴历来是政府工作的重中之重,元宇宙技术的发展能有力提升农业产值,促进农民增收,助力乡村振兴。

一是元宇宙可实现对农业场景的高度模拟,加速农业科研。数字孪生技术能在虚拟环境中模拟植物整个生长过程,大幅缩短农作物生长周期和成本,在短时间内收集到大量的植物生长数据,为全面提升农业生产效率、加快农业创新提供帮助。

二是利用区块链应用实时同步全流程场景,实现溯源保障食品安全。区块链技术实现了为每一个商品发放一张独一无二的“身份证”,商品从生产到销售,每一个环节的主体都以自己的身份(私钥)将信息签名写入区块链,信息不可篡改,身份不可抵赖。一旦出现纠纷,可以很快定位出问题环节,从而进行举证和追责。

三是利用交互技术,打造真人与虚拟人的互动场景。交互技术与人工智能相结合,可构建虚拟农业“管家”,通过接收装置感应温度、湿度、土壤等信息,指导农民精准完成播种、浇水、施肥等操作,大大提高农业生产效率;此外交互技术也可打造虚拟农场,让大众看到农场的各种业态展现,从开垦到播种再到收获,可以在一个虚拟的农场中操控无人设备体验种地乐趣。

随着元宇宙技术的不断成熟,数字虚拟世界和物理现实世界相互交织、彼此融入、紧密互动,元宇宙将会深刻改变我们的城市、商业、社会和生活。但我们也要清醒看到,元宇宙是一个极致开放、复杂、巨大的系统,未来发展的路上必然会遇到技术瓶颈、舆论泡沫、概念诈骗、隐私风险、知识产权等成长的烦恼,要从概念走向现实,也需要从技术、标准、法律等多个方面做好布局。

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