2022技術(shù)預(yù)判 | 元宇宙的關(guān)鍵特征與支撐技術(shù)

自元宇宙一詞誕生至今，對(duì)其概念的理解眾說紛紜，但可以肯定的是，元宇宙絕對(duì)不僅僅是游戲或社交媒體，而應(yīng)該具有豐富的內(nèi)涵。EpyllionCo管理合伙人、鮑爾元宇宙研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合創(chuàng)始人馬修·鮑爾(Matthew Ball)稱元宇宙“是一個(gè)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)同等級(jí)別的概念”，而Facebook創(chuàng)始人馬克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)也認(rèn)為元宇宙“不僅僅是游戲，我們相信它是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的繼承者”，當(dāng)然，也有專家認(rèn)為元宇宙并不是下一代互聯(lián)網(wǎng)，而是1969年互聯(lián)網(wǎng)誕生后，不斷發(fā)展產(chǎn)生的階段性技術(shù)范式。

那究竟什么是元宇宙呢?Roblox的CEO大衛(wèi)·巴斯祖奇(David Baszucki)在Roblox的招股書中提出，Roblox平臺(tái)具備以下八大關(guān)鍵特征：身份(Identity)、朋友(Friends)、沉浸感(Immersive)、低延遲(Low Friction)、多元化(Variety)、隨地(Anywhere)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(Economy)和文明(Civility)，這八項(xiàng)關(guān)鍵特征，也被許多人認(rèn)為是評(píng)判一款產(chǎn)品是否是真正的元宇宙產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。

圖 1 元宇宙的八大關(guān)鍵特征

從該標(biāo)準(zhǔn)看，元宇宙可以看作是一個(gè)MMO游戲，但又不僅僅是一個(gè)游戲，而是結(jié)合了開放式任務(wù)、可編輯世界、XR入口、AI內(nèi)容生成、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社交系統(tǒng)、化身系統(tǒng)、身份認(rèn)證系統(tǒng)和現(xiàn)實(shí)元素等的綜合平臺(tái)，元宇宙不是單純的虛擬世界，而是虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)合。在元宇宙中，需要實(shí)現(xiàn)虛實(shí)二界的流動(dòng)交換，包括意義、價(jià)值、信息、權(quán)力、情感、關(guān)系、購(gòu)買力、注意力、傳播力等[2]。從本質(zhì)上看，元宇宙是要構(gòu)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界持久、穩(wěn)定連接的數(shù)字世界。

Beamable的創(chuàng)始人喬·拉多夫(Jon Radoff)從價(jià)值鏈的角度提出了構(gòu)造元宇宙的七個(gè)層面，從低到高依次為：基礎(chǔ)設(shè)施(Infrastructure)、人機(jī)交互(Human Interface)、去中心化(Decentralization)、空間計(jì)算(Spatial Computing)、創(chuàng)作者經(jīng)濟(jì)(Creator Economy)、發(fā)現(xiàn)(Discovery)和體驗(yàn)(Experience)。

圖 2 Jon Radoff提出的元宇宙價(jià)值鏈的七個(gè)層面

從創(chuàng)作者經(jīng)濟(jì)、發(fā)現(xiàn)和體驗(yàn)三個(gè)層次，不難發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于在普通游戲中，玩家作為內(nèi)容的消費(fèi)者，而在元宇宙中，用戶既是內(nèi)容的創(chuàng)造者，又是內(nèi)容的放大器，即內(nèi)容不僅僅是由用戶創(chuàng)造產(chǎn)生，更多的是在用戶的互動(dòng)中產(chǎn)生，內(nèi)容產(chǎn)生內(nèi)容。而元宇宙的沉浸感，也不僅僅是指3D圖像空間或故事世界的沉浸感，更多的是社交沉浸感以及基于此而激發(fā)互動(dòng)和推動(dòng)內(nèi)容的沉浸感。

空間計(jì)算、去中心化、人機(jī)接口和基礎(chǔ)設(shè)施則是構(gòu)建元宇宙的技術(shù)基礎(chǔ)，扮演了整個(gè)元宇宙生態(tài)的承載者身份，決定了元宇宙究竟是一場(chǎng)概念的炒作，還是一個(gè)可期的未來。

目前業(yè)界較為認(rèn)可的是《元宇宙通證》[4]一書提出的元宇宙BIGANT六大技術(shù)全景圖，主要包括區(qū)塊鏈技術(shù)、交互技術(shù)、電子游戲技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

圖 3 元宇宙六大支撐技術(shù)[4]

可以看出，這六大支撐技術(shù)基本可以覆蓋前面元宇宙價(jià)值鏈中七個(gè)層面的下四層，下面對(duì)這六大支撐技術(shù)的現(xiàn)狀及未來做簡(jiǎn)要介紹，希望借此可以讓大家對(duì)元宇宙有更理性的認(rèn)知。

首先，網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)可以說是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，也是元宇宙未來落地并走向成熟可能面臨的最主要的挑戰(zhàn)。在網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)方面，通信網(wǎng)絡(luò)(傳輸速率)的提升一直是主旋律，此外，低時(shí)延高可靠、大連接等新特性更是元宇宙繞不過去的新需求，可以說，隨著通信網(wǎng)絡(luò)和云游戲的成熟，可以進(jìn)一步夯實(shí)元宇宙網(wǎng)絡(luò)層面的基礎(chǔ)。主要包括5G/6G網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi 6/Wi-Fi 7網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等，其中最核心的是5G/6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，尤其是6G網(wǎng)絡(luò)，從最初的場(chǎng)景和需求開始，就與元宇宙的概念高度契合，如圖 4所示的ITU-T FG NET2030提出的首批應(yīng)用場(chǎng)景就考慮了包括AR/VR/全息類型的應(yīng)用，還有觸覺網(wǎng)絡(luò)、算力網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字孿生、智慧運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)等，這些應(yīng)用場(chǎng)景及其對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)需求可以看作是部分或全部的元宇宙網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算需求。

圖 4 2030網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景與需求[5]

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為元宇宙萬物互聯(lián)及虛實(shí)共生提供可靠的技術(shù)保障，其中感知層技術(shù)為元宇宙感知物理世界萬物的信號(hào)和信息來源提供技術(shù)支撐，網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)為元宇宙感知物理世界萬物的信號(hào)傳輸提供技術(shù)支撐，而應(yīng)用層技術(shù)則將萬物鏈接并有序管理，是元宇宙萬物的虛實(shí)共生的最重要支撐。在5G和6G的發(fā)展中，物聯(lián)網(wǎng)的傳輸技術(shù)都考慮在內(nèi)，除此之外，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最底層的傳感器技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等還需要進(jìn)一步發(fā)展，其中傳感器技術(shù)的主要發(fā)展方向包括：一是開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝;二是實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化與智能化。

人工智能技術(shù)為元宇宙大量的應(yīng)用場(chǎng)景提供技術(shù)支持。主要包括計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理等。從圖 5可以看出，雖然當(dāng)前處于技術(shù)萌芽期的人工智能相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新占據(jù)著很大比例，但是有一半的技術(shù)將在二到五年成為主流技術(shù)，表明當(dāng)前人工智能市場(chǎng)整體上還處于逐步發(fā)展階段，具有較好的發(fā)展前景。從推動(dòng)人工智能創(chuàng)新上看，Gartner給出的四個(gè)趨勢(shì)分別是：負(fù)責(zé)任的人工智能(Responsible AI)、小而寬數(shù)據(jù)(Small and Wide Data)、人工智能平臺(tái)的操作化(Operationalization of AI Platforms)和資源高效利用(Efficient Use of Resources)，其中影響最為深遠(yuǎn)的可能是數(shù)據(jù)變化，小而寬數(shù)據(jù)策略能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)大的分析和人工智能，減少企業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)大數(shù)據(jù)的依賴，并提供更豐富、更完整的情境感知，據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，到2025年，70%的企業(yè)機(jī)構(gòu)將被迫把重點(diǎn)從大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向小而寬數(shù)據(jù)。

圖 5 Gartner人工智能技術(shù)成熟度曲線(2021)[6]

交互技術(shù)的持續(xù)迭代升級(jí)，為元宇宙用戶提供沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)階梯，不斷深化感知交互。主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)(MR)、全息影像技術(shù)、腦機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)等。交互技術(shù)可以說是元宇宙的核心部分，是通往元宇宙的實(shí)現(xiàn)路徑，甚至很多人認(rèn)為基于高度沉浸式的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(XR)實(shí)現(xiàn)的虛擬游戲宇宙(如《頭號(hào)玩家》中的“綠洲”)是元宇宙發(fā)展的終極形態(tài)。截止到去年年底，虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)成熟度如圖 5所示，可以看出有相當(dāng)多的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展至主流所需年限在5到10年內(nèi)，甚至部分技術(shù)如智能隱形眼鏡、全息顯示等需要十年以上的發(fā)展年限。除了前述網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)外的發(fā)展外，交互技術(shù)還需在近眼顯示、渲染計(jì)算、內(nèi)容制作和感知交互等方面進(jìn)一步發(fā)展突破。

圖 6 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成熟度曲線(2020)[7]

游戲是元宇宙的呈現(xiàn)方式，它的交互靈活、信息豐富，為元宇宙提供創(chuàng)作平臺(tái)、交互內(nèi)容和社交場(chǎng)景并實(shí)現(xiàn)流量聚合。主要的游戲技術(shù)包括游戲引擎(如Unity、Epic等)、3D建模(如Autodesk、Maya等)、實(shí)時(shí)渲染(如ARC等)。游戲是元宇宙的最佳載體，更深的沉浸感和更的高自由度是提升用戶體驗(yàn)滿意度的重要指標(biāo)，也一直是游戲技術(shù)突破的主要方向。當(dāng)前主流的3D游戲仍然智能通過垂直屏幕展示游戲畫面，玩家的交互也受制于鍵盤、鼠標(biāo)和手柄等硬件設(shè)備，從沉浸感上遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到元宇宙的要求。除了網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)、交互技術(shù)等方面的發(fā)展，游戲相關(guān)技術(shù)也需要進(jìn)一步增強(qiáng)，尤其是作為游戲開發(fā)的基礎(chǔ)支撐技術(shù)的游戲引擎的發(fā)展至關(guān)重要，尤其是針對(duì)未來差異較大的終端類型，需要保證一款游戲在多種平臺(tái)上快速移植同時(shí)保證游戲運(yùn)行流程和高質(zhì)量的畫面感，引擎跨平臺(tái)研發(fā)技術(shù)將越來越重要。

區(qū)塊鏈技術(shù)是支撐經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)最重要的技術(shù)，主要包括非同質(zhì)代幣(NFT)、去中心化金融(DeFi)、公鏈速率、智能合約、去中心化自治組織(DAO)社交體系、去中心化交易所、分布式存儲(chǔ)等。區(qū)塊鏈可以在元宇宙中創(chuàng)造一個(gè)完整運(yùn)轉(zhuǎn)且鏈接現(xiàn)實(shí)世界的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，玩家的資產(chǎn)可以順利和現(xiàn)實(shí)打通，且區(qū)塊鏈的完全去中心化，不受單一方控制，使得玩家可以持續(xù)地投入資源而不用擔(dān)心某一家公司的退出導(dǎo)致的資產(chǎn)縮水或清零。在區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)中，NFT作為區(qū)塊鏈框架下代表數(shù)字資產(chǎn)的唯一加密貨幣令牌，未來將是元宇宙的經(jīng)濟(jì)基石。NFT目前在結(jié)算層、協(xié)議層和應(yīng)用層上已經(jīng)發(fā)展得比較完善并開辟了包括收藏品、游戲、虛擬世界等多個(gè)市場(chǎng)，未來可能更多的政策和法律法規(guī)問題。

總體來說，元宇宙的概念雖然由來已久，未來也可能擁有廣闊的空間和無限可能，甚至成為5G乃至6G時(shí)代的殺手級(jí)應(yīng)用，但在目前無論是各個(gè)支撐技術(shù)本身，還是多項(xiàng)技術(shù)融合上，對(duì)于實(shí)現(xiàn)真正的元宇宙，還存在許多不足。此外，元宇宙的發(fā)展是需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，構(gòu)建一個(gè)虛擬與現(xiàn)實(shí)深度融合、互相賦能的數(shù)字世界生態(tài)。

紫光展銳作為我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的龍頭企業(yè)，要做數(shù)字世界生態(tài)的承載者，以生態(tài)為核心戰(zhàn)略，高舉5G和AI兩面技術(shù)旗幟，以價(jià)值、未來、服務(wù)為三個(gè)指向，為個(gè)人和社會(huì)的智能化服務(wù)。

紫光展銳的主要產(chǎn)品包括移動(dòng)通信中央處理器、基帶芯片、AI芯片、射頻前端芯片、射頻芯片等各類通信、計(jì)算及控制芯片，為搭建數(shù)字世界和元宇宙的各項(xiàng)支撐技術(shù)賦能，抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)!

參考文獻(xiàn)：

[2]. 清華大學(xué)新媒體研究中心，2020-2021年元宇宙發(fā)展研究報(bào)告

[4]. 邢杰、趙國(guó)棟、徐遠(yuǎn)重、易歡歡、余晨，中譯出版社，《元宇宙通證——通向未來的護(hù)照》

[5]. Summary report on “representative use cases and key network requirements for Network 2030”， NET2030-O-035

[6]. Hype Cycle for Artificial Intelligence, 2021，Gartner，2021年7月

[7]. 虛擬(增強(qiáng))現(xiàn)實(shí)白皮書，中國(guó)信通院，2021年3月