元宇宙的技术框架概述-张铸博士

2022-05-22

摘要:元宇宙是指以人工智能、扩展现实、区块链三大技术为核心,由诸多共享基础设施、标准和协议打造的数字化宇宙,它构建出一个与现实物理世界相平行的虚拟数字世界,且与现实世界相互融通。本文介绍了元宇宙的概念、架构和核心技术,并展望其未来发展路线。

关键词:元宇宙;人工智能;区块链;5G XR


1、引言

元宇宙英文是Metaverse,意思是包涵万物无所不联,这个词在希腊语的意思是“超越”。元宇宙在几十年前诞生于科幻作品中,即创作出一个与现实世界平行的数字世界,用户通过用虚拟现实头盔,进入到一个虚拟环境中玩游戏、工作和交流的数字世界,好莱坞的多部作品对此都有所形象的表达。 


2、元宇宙技术简介

2.1 元宇宙概念

元宇宙(Metaverse)由“Meta(超越)”和“Verse(宇宙,Universe)”组成,直译为“超越宇宙”,代表了平行于现实世界运行的虚拟空间。由于虚拟世界涉及的内容过于庞大且具有极强的前瞻性,因此元宇宙还没有完备的定义,现在学者们通常把元宇宙凝练为八大特征:身份、社交、沉浸感、低延迟、多元化、随时随地、经济系统和文明。元宇宙是一个浩大的系统工程,涉及通信、金融、硬件、软件、计算视觉、光学等诸多领域。在元宇宙中,用户拥有一个或多个虚拟身份形象,利用该身份不仅可以在虚拟世界里与真人社交,还可以与人工智能生成的虚拟人物交流。

发展初期,元宇宙将会是新时代互联网的呈现方式,元宇宙的场景以真实世界为基础,与已有的媒体内容结合进行设计打造,将互联网的信息立体多维呈现并使场景更具真实性与沉浸感,使用户减少甚至消除虚拟和现实边界感知。随着技术不断升级,人们对于虚拟世界的接受程度愈发提升,发展后期,元宇宙将支持从任何地方、通过多种便携终端设备低时延链接登陆。元宇宙中的媒体内容通过深度学习、强化学习等技术自动生成,并保持持续迭代更新;虚拟世界的场景由真实世界数字化映射,向以人的主观认知为出发点的多种风格画面、多元空间想象扩展。

2.2 元宇宙架构

元宇宙以游戏为基础进行布局,通过打造原生的虚拟世界,让用户从物理世界无缝链接至数字化世界,它在游戏、社交媒体、电子商务领域已构建出虚拟共享空间,未来需要补足去中心化、分布式和远程协作等技术。如图 1 所示,元宇宙的虚拟架构、交互机制和支撑技术三大核心架构使用户能够保持对现实世界的感知和体验。

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图1 元宇宙层级架构图


虚拟架构是构成元宇宙所需的各类基础设施,包括现实世界中事物的数字化映射及通过技术手段创造出的虚拟场景等;交互机制既包含虚拟与真实世界的交互界面及交互设备(如智能眼镜、可穿戴设备等),也包含虚拟世界中社交、购物等体验及人的触觉、姿势、声音等感官反馈;支撑技术包括人工智能(AI)、扩展现实(XR)、区块链、电子通信、数字孪生、边缘计算等构筑和支撑元宇宙运行的各类技术,如图 2 所示,前三项为元宇宙三大核心技术。

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图2 元宇宙三大核心技术


2.3 元宇宙核心技术

(1)交互方式多维发展,支撑元宇宙全息呈现

VR/AR/MR 是承载“未来媒体”的新型硬件计算平台, XR 技术让虚拟世界真实再现。随着技术演进,可穿戴设备便携度、透明性提升,XR 技术创建的数字流和可穿戴设备结合打造的真实与虚拟立体交织、可人机交互的沉浸式环境,不仅可以还原呈现在不同类型介质上,还可以从军事、艺术、媒体逐步渗透至大众娱乐消费等领域,包罗万象。

(2)内容生产门槛降低,实现媒体内容全员触达

用户内容创作门槛降低,参与度提升,广域覆盖面扩展。随着 AI 算法不断优化,更加成熟的技术将赋能内容生产,媒体内容能够大规模、永续性、自生长;算法可自动生成代码,许多重要应用都会由算法驱动,媒体制作能够实现所想即所得,每个人都可通过自动化、个性化、定制化方式便捷制作视听内容,从而满足不断扩张的媒体内容需求。

(3)实时生成可信记录,助力元宇宙全程构建

未来,元宇宙上内容的丰富度会远超想象,并且将会以实时生成、实时体验、实时反馈的方式提供给用户。区块链技术锚定元宇宙新的生产力关系,所有媒体数据储存在分布式账本上,在数字稀缺性、唯一性、数字产权、跨虚拟环境的大规模协调方面,解决媒体生产、存储、分配、交换及消费等问题。


3 对元宇宙的展望

目前,游戏与 NFT 已经成为元宇宙的入口,意味着网络正在走向更虚拟的世界,通过虚拟现实、区块链技术、数字货币等构建一个个体系化的世界,加速网络世界的“脱实向虚”。元宇宙涉及 VR、AR、5G、云计算等技术与基础设施,作为可以拥有庞大用户基数的应用平台,元宇宙可以推动 VR、AR 等技术突破与更多的商业模式创新,有助于完善新型基础设施,起到引领和推动数字经济的作用。

据预测,未来 5 年,各大互联网巨头公司和一些专注于游戏、社交的头部公司将发展出一系列独立的虚拟平台,提供游戏 + 社交 + 内容的业务模式。2030 年前后,元宇宙将向其他行业延伸拓展,届时,媒体传播及部分消费、教育、会议、工作等行为将转移至虚拟世界,同时,随着数字人民币等数字货币和基于 NFT 的数字信息资产化,经济系统开始建立,带动部分虚拟平台间实现媒体交易、资产交易等交互。2030 年后预计各个虚拟平台间将会逐渐形成一套完整的标准协议,各子宇宙聚合进而形成真正意义上的元宇宙,各行各业涌入元宇宙赛道,共同打通虚拟和现实的边界。




参考文献:

[1]薛静宜.元宇宙在广电行业的探索与应用[J].广播电视网络,2021,28(10):102-103+107.

[2]韩民青.宇宙的结构,演化与人类的作用新探--元宇宙,本宇宙,超宇宙与人类[J].东岳论丛. 2002

[3]李云川.虚拟现实技术与计算机技术应用的发展分析[J].海外文摘.2021