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在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，元宇宙主要流行于科幻小說(shuō)中，對(duì)于大多數(shù)人而言，這完全是個(gè)生僻詞。然而，這個(gè)早在 30 年前就出現(xiàn)的概念卻在2021 年受到極大關(guān)注，并掀起了一股討論元宇宙的熱潮。首先是 2021 年 3 月號(hào)稱“元宇宙第一股”的 Roblox 公司上市。隨后，英偉達(dá)等科技公司陸續(xù)宣布進(jìn)軍元宇宙。10 月全球最大的社交網(wǎng)站臉書更是將公司名改為“Meta”。11 月，韓國(guó)首爾市政府宣布，啟動(dòng)“元宇宙首爾”計(jì)劃，打造元宇宙城市。我國(guó)上海、杭州等城市也陸續(xù)提出發(fā)展元宇宙的計(jì)劃。元宇宙重新走進(jìn)大眾視野，2021 年也因此被稱為“元宇宙”元年。

在智能時(shí)代，技術(shù)進(jìn)步成為推動(dòng)元宇宙發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。當(dāng)元宇宙概念重新進(jìn)入人類視野后，我們需要“拋開現(xiàn)象看本質(zhì)”，針對(duì)元宇宙的技術(shù)體系的形成與演化進(jìn)行歸納和分析。這些原本各自發(fā)展的技術(shù)，在元宇宙的體系下進(jìn)行交叉疊加發(fā)展，演進(jìn)到當(dāng)前的階段。本文將元宇宙相關(guān)的人機(jī)交互、人工智能等多種技術(shù)歸納在一個(gè)技術(shù)體系下，對(duì)認(rèn)識(shí)元宇宙發(fā)展的歷史脈絡(luò)和未來(lái)趨勢(shì)具有重要意義。

1 元宇宙的概念

1.1 基本概念

作家尼爾·斯蒂芬森 1992 年出版的科幻小說(shuō)《雪崩》中描寫了一個(gè)命名為“元界”的世界，其平行于現(xiàn)實(shí)世界。元宇宙的最初概念就來(lái)自于“元 界”，一般理解為“超越現(xiàn)實(shí)世界之外的世界” (如圖 1 所示)。

圖 1    元宇宙的概念

元宇宙基于人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)映射到虛擬世界，構(gòu)建了一套新的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)系統(tǒng)。元宇宙作為“新的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文明形態(tài)”[2]，將徹底改變我們與時(shí)空交互的方式，形成在虛實(shí)兩個(gè)維度上的新型生活方式。現(xiàn)在，元宇宙正處于不斷演化、發(fā)展的階段，還沒有一個(gè)統(tǒng)一的表述形式。因此，不同的參與方針對(duì)宇宙存在多種表述，如表 1 所示。

表 1  元宇宙的相關(guān)定義描述

現(xiàn)實(shí)世界存在兩大關(guān)鍵要素：生產(chǎn)資料和生產(chǎn)關(guān)系。實(shí)際上，盡管存在不同的認(rèn)識(shí)和定義，元宇宙中的世界也是對(duì)生產(chǎn)資料和生產(chǎn)關(guān)系改造和重構(gòu)。因此，和現(xiàn)實(shí)世界類似，元宇宙中的發(fā)展也符合人類社會(huì)的發(fā)展規(guī)律。在元宇宙中，復(fù)雜和多樣化的人際關(guān)系也出現(xiàn)在虛擬數(shù)字人中，并能產(chǎn)生基于數(shù)字商品交換為基礎(chǔ)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

元宇宙的發(fā)展首先聚焦生產(chǎn)資料 (人、信息與技術(shù)) 的突破，然后通過(guò)生產(chǎn)關(guān)系 (人與人、信息、物品的交互) 的協(xié)作進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)展。但是，在現(xiàn)階段，元宇宙在內(nèi)容生產(chǎn)、數(shù)字貨幣、交易規(guī)則等，有待進(jìn)一步完善，真正元宇宙時(shí)代的來(lái)臨仍有待時(shí)日。

1.2 元宇宙：作為技術(shù)與想象的交互過(guò)程

在對(duì)元宇宙的理解中，不同的機(jī)構(gòu)突出了對(duì)某一種或幾種技術(shù)的重視性。如臉書公司強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí) (VR) 技術(shù)的重要性，而英偉達(dá)公司特別重視數(shù)字孿生技術(shù) (digital twins)。雖然這些技術(shù)對(duì)于元宇宙的形成和發(fā)展很重要，但是并不能孤立地看待某種技術(shù)和元宇宙之間的關(guān)系，認(rèn)為只要某個(gè)技術(shù)取得了突破，就能進(jìn)入元宇宙，顯然有失偏駁。

一方面，元宇宙的發(fā)展是一個(gè)過(guò)程，在某一時(shí)刻，構(gòu)建元宇宙所需要的技術(shù)并不是特定的。如目前 VR 被認(rèn)為是元宇宙相關(guān)技術(shù)中的重要技術(shù)，但被公認(rèn)為目前最具有元宇宙特征的 Roblox 公司的產(chǎn)品中并沒有用到 VR。另一方面，從功能的實(shí)現(xiàn)來(lái)看，元宇宙需要多種技術(shù)的交叉融合。如現(xiàn)在VR 技術(shù)發(fā)展的一大難題就是降低眩暈感，這就需要 5G 或者更好的通訊技術(shù)作為支撐。

實(shí)際上，人們的合理想象如何在元宇宙中實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行，會(huì)受到技術(shù)條件和各種物質(zhì)環(huán)境的約束。反觀，這些技術(shù)究竟會(huì)被以怎樣的方式應(yīng)用到元宇宙，同時(shí)又會(huì)怎樣促進(jìn)技術(shù)本身的發(fā)展，卻是取決于我們對(duì)元宇宙的正確“想象”。

因此，從這個(gè)角度看，元宇宙并不是一個(gè)靜止的概念，而是一個(gè)想象和技術(shù)相互反應(yīng)、相互交叉、聚合的過(guò)程。在不同的技術(shù)條件下，人們認(rèn)識(shí)到的元宇宙是不同的，如表 2 所示。

表 2  不同技術(shù)基礎(chǔ)上的元宇宙

2 “BIGCHINA”：認(rèn)識(shí)元宇宙的技術(shù)體系

元宇宙技術(shù)由多種數(shù)字技術(shù)融合構(gòu)成。在查閱與元宇宙相關(guān)的各種報(bào)道時(shí)，發(fā)現(xiàn)交互技術(shù)、人工智能、高性能計(jì)算等充滿科技感的詞匯都和元宇 宙存在交集。在相關(guān)研究基礎(chǔ)上，本文將其中的關(guān)鍵技術(shù)分為 8 類：1) 區(qū)塊鏈技術(shù) (blockchain technology)；2) 交互技術(shù) (interaction  technology)；3) 通訊技術(shù) (5G、6G，communication technology)；4) 云和邊緣計(jì)算 (cloud and edge computing)；5) 高性能計(jì)算 (high-performance computing)；6) 物聯(lián)網(wǎng) (internet  of  things,  IoT)；7)  網(wǎng)絡(luò)技術(shù) (network)；8) 人工智能技術(shù) (artificial intelligence)。

基于以上 8 類技術(shù)的首字母縮寫，本文提出了 BIGCHINA 技術(shù)體系。當(dāng)利用 Web of Science的文獻(xiàn)引用信息繪制和元宇宙相關(guān)的技術(shù)詞云時(shí)，借用中國(guó)地圖形態(tài)呈現(xiàn)該詞云。因此，也將其稱為支撐元宇宙發(fā)展的“大中國(guó)”技術(shù)體系。中國(guó)自古以來(lái)“以天下為己任”的世界觀，也符合元宇宙作為全球數(shù)字一體化背景下人類所共享的跨邊界、去中心化的開放互通平臺(tái)的特征，預(yù)示著其未來(lái)可能的一種理想形態(tài)。元宇宙集成和整合了之前很多的技術(shù)，其未來(lái)的想象空間巨大，潛力得到更全面的釋放。

圖 2    BIGCHINA 技術(shù)體系

BIGCHINA 技術(shù)體系如圖 2 所示，接下來(lái)將逐一對(duì)這 8 類技術(shù)的基本狀況進(jìn)行介紹，分析順序并不嚴(yán)格按照“BIGCHINA”的字母順序。

2.1 交互技術(shù)

從技術(shù)角度看，元宇宙是由計(jì)算機(jī)生成的，因此計(jì)算機(jī)成為進(jìn)入元宇宙的必要途徑。并且，一個(gè)人在元宇宙內(nèi)的所有行為，也都是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，當(dāng)需要找到一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界通向元宇宙的“大門”時(shí)，人機(jī)交互就是打開這個(gè)大門的“鑰匙”。

雖然計(jì)算機(jī)是人類發(fā)明的工具，但自它發(fā)明以來(lái)，卻一直處在“主體”的位置，人們要根據(jù)機(jī)器的特征去調(diào)整與它的交互方式。在這種條件下，人的創(chuàng)造性和能動(dòng)性受到束縛。因此，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的根本變革，實(shí)現(xiàn)從“機(jī)器是主體”到“人是主體”的轉(zhuǎn)變就十分重要。元宇宙把人們從過(guò)去通過(guò)文字、代碼等方式進(jìn)行人機(jī)交流的情境中解脫出來(lái)，轉(zhuǎn)而在一個(gè)虛擬環(huán)境下，用更為自然的方式來(lái)達(dá)成人機(jī)交互。而要做到這一點(diǎn)，就需要有多種技術(shù)進(jìn)行支撐。

與元宇宙相關(guān)的交互技術(shù)主要分為兩類：擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù) (extended reality, ER) 和輸入技術(shù)。前者又包括了虛擬現(xiàn)實(shí) (VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 以及混合現(xiàn)實(shí) (mixed reality, MR)。

1) 擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)：如果說(shuō) VR 是用計(jì)算機(jī)模擬出虛擬的世界，那么 AR 則是要將圖形、聲音、觸覺等要素添加到現(xiàn)實(shí)世界中，MR 是把 AR 和 VR相結(jié)合，徹底達(dá)到虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)交互。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，AR 和 MR 是有區(qū)別的：虛擬和現(xiàn)實(shí)是可分的，就是 AR。反之，如果虛擬位置的相對(duì)位置會(huì)隨著設(shè)備變動(dòng)，并且虛實(shí)之間融為一體，那么就是 MR。當(dāng)然，在實(shí)踐中人們經(jīng)?；煊眠@兩個(gè)詞，很多本應(yīng)稱為 MR 的產(chǎn)品，都被稱為 AR?？紤]到這種習(xí)慣上的混用，在后文中也不對(duì)AR和 MR 進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分，都統(tǒng)稱為 AR。

① 虛擬現(xiàn)實(shí) (VR)。人們對(duì)場(chǎng)景的感知往往是通過(guò)視覺、聽覺等感官來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此在模擬一個(gè)虛擬環(huán)境時(shí)，也必須從這些感官入手來(lái)進(jìn)行。在所有感官的刺激當(dāng)中，視覺刺激最重要，應(yīng)用也最廣泛，因此，以下主要以視覺為例進(jìn)行分析。

目前，視覺VR技術(shù)廣泛應(yīng)用，但其技術(shù)瓶頸依然存在。如很多用戶戴上 VR 頭盔會(huì)感到頭暈， 其原因是人的反應(yīng)和圖像變化之間的延遲比較嚴(yán)重。在元宇宙環(huán)境下，信息傳輸量巨大，相應(yīng)的延遲會(huì)更嚴(yán)重。此外，VR 設(shè)備的重量也是問(wèn)題，人們長(zhǎng)時(shí)間攜帶這么笨重的設(shè)備，難以在元宇宙中獲得好的體驗(yàn)感。因此，要迎接元宇宙時(shí)代的到來(lái)，VR 技術(shù)仍需進(jìn)一步突破。

② 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)。和視覺 VR 的純虛擬圖像不同，AR 實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)圖像和虛擬圖像的結(jié)合。在實(shí)踐中，一個(gè)視覺 AR 系統(tǒng)通常會(huì)先通過(guò)攝像頭或傳感器來(lái)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行采集，并將其圖像傳入后臺(tái)進(jìn)行分析，從而得出現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的相關(guān)坐標(biāo)。然后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這個(gè)坐標(biāo)，對(duì)虛擬場(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行匹配，生成虛實(shí)結(jié)合的場(chǎng)景。

在上述工作中，對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行有效的定位極為關(guān)鍵。主要的定位模式有兩種，一種是基于圖像的定位，一種是基于“即時(shí)定位與地圖構(gòu)建”(simultaneously  localization  and  mapping,  SLAM) 的定位技術(shù)。前者是先對(duì)某個(gè)具體的圖像進(jìn)行分析，確定其坐標(biāo)，然后用這些坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行定位。如用手機(jī)上的修圖應(yīng)用給一個(gè)人的正面照加上一副眼鏡特效，手機(jī)就會(huì)先對(duì)照片進(jìn)行分析定位五官，然后確認(rèn)出應(yīng)該把虛擬的眼鏡放在什么地方。而基于SLAM 的定位通過(guò)攝像頭采集周圍的信息，再把這些信息和數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，就可以給出相應(yīng)的定位，找到確切的坐標(biāo)。

此外，在沉浸式設(shè)備的技術(shù)性能上，用戶沉浸感受到視野的限制。頭盔設(shè)備有限的視場(chǎng)遠(yuǎn)小于人類視覺。如在谷歌眼鏡等低規(guī)格頭盔設(shè)備上，視場(chǎng)可以相當(dāng)于離用戶視線 240 cm 的 25 英寸顯示屏。隨著顯示技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)視野受限的問(wèn)題會(huì)得到解決。

元宇宙的虛擬顯示方式是另一個(gè)重要課題。一個(gè)常用的設(shè)計(jì)策略是利用用戶的周邊視野，該方案最初旨在識(shí)別障礙物，避免危險(xiǎn)事故，并在廣泛的活動(dòng)中測(cè)量腳的位置，如行走、駕駛等活動(dòng)。用戶可以專注于物理世界中的其他任務(wù)，而不受到來(lái)自元宇宙中的虛擬實(shí)體的干擾。當(dāng)在用戶的視野中呈現(xiàn)虛擬覆蓋時(shí)，顏色、內(nèi)容的合法性、可讀性、視覺疲勞、運(yùn)動(dòng)抖動(dòng)等因素也需一并考慮。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)綜合多學(xué)科的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一門新技術(shù)，涉及航天、軍事、通信、醫(yī)療、商業(yè)等研究和應(yīng)用領(lǐng)域。目前在傳感和感知機(jī)理、幾何與物理建模、高速圖形圖像處理等方面均存在技術(shù)難點(diǎn)。因此，進(jìn)一步提升現(xiàn)有 VR 系統(tǒng)的交互性和沉浸感仍存挑戰(zhàn)。

2) 輸入技術(shù)：無(wú)論是 VR 還是 AR，如果沒有解決人機(jī)交互過(guò)程中的輸入問(wèn)題，就無(wú)法讓用戶在元宇宙當(dāng)中自由遨游。在傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標(biāo)、麥克風(fēng)等輸入設(shè)備基礎(chǔ)上，新的更加自然的輸入方式被引入。關(guān)于元宇宙中的輸入問(wèn)題存在不同的解決方案。

① 徒手交互 (freehand interaction)。如短視頻就使用了這種交互方式。這種交互非常直觀，但它的局限也較為明顯。當(dāng)面對(duì)更為復(fù)雜的情況時(shí)，徒手交互無(wú)法僅依賴屏幕實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的交互手勢(shì)，因此必須引入計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。此外，包括光學(xué)、熱釋電紅外等方式被引入以支持更復(fù)雜的用戶交互。

② 采用“身體交互”(on-body user interaction)，通過(guò)附著在用戶前臂上的傳感器，可以將用戶的身體變成輸入載體。這樣，用戶可以像電影中的“蜘蛛俠”一樣，通過(guò)在身體上輕擊，實(shí)現(xiàn)與各種數(shù)字實(shí)體的通信。最新的身體交互技術(shù)具有設(shè)備小型化趨勢(shì)，從手掌區(qū)域到指尖。

③ “數(shù)字紡織品”。該技術(shù)在普通織物中集成新型材料和導(dǎo)線的交互設(shè)備，支持用戶與 2D、3D界面的交互。谷歌推出的“雅卡爾計(jì)劃”(project Jacquard)，專門從事低成本的數(shù)字紡織品的研發(fā)和生產(chǎn)?？梢韵胂?，不久的將來(lái)，融合了智能編織技術(shù)的服裝將會(huì)成為人類暢游元宇宙時(shí)最重要的輸入設(shè)備之一。

④ “ 腦機(jī)接口 ” (brain  computer  interface,BCI)。人或動(dòng)物的大腦信號(hào)與外部數(shù)字設(shè)備之間創(chuàng)建連接通道，從而實(shí)現(xiàn)大腦信號(hào)與外部信息的交換?，F(xiàn)階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了使用“意念”即腦電圖(electroencephalogram, EEG)，通過(guò)腦機(jī)接口打字等人機(jī)交互行為。

2.2 人工智能

如果說(shuō)交互技術(shù)是人們進(jìn)入元宇宙的門戶，那么人工智能就是讓虛擬世界運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)。人工智能是指讓機(jī)器能夠從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)并執(zhí)行各種任務(wù)的理論和技術(shù)。近年來(lái)，它在各種應(yīng)用場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用，包括自然語(yǔ)言處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)和自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等?，F(xiàn)階段，人工智能在元宇宙的應(yīng)用主要體現(xiàn)在 3 個(gè)方面：數(shù)字克隆體制造、虛擬人的智能化以及數(shù)字化身的個(gè)性化。

1) 實(shí)時(shí)場(chǎng)景和數(shù)字孿生體制造。在元宇宙中，用戶的位置隨時(shí)變換。與之對(duì)應(yīng)，虛擬場(chǎng)景也要隨之變換，以保證其與用戶的互動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，大量的圖形、陰影變化，都需要人工智能實(shí)時(shí)作出判斷。

數(shù)字孿生 (digital twins) 的概念是創(chuàng)建數(shù)字克隆體，并保持與物理世界的相互作用。因此，在工業(yè)領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)正在助力產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試等關(guān)鍵過(guò)程。在元宇宙中，如何讓數(shù)字克隆體與現(xiàn)實(shí)世界的物體保持一直，并實(shí)時(shí)交互？深度學(xué)習(xí)技術(shù) (deep learning) 發(fā)揮了重要作用。數(shù)據(jù)的異構(gòu)性使得深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生必不可少。航空航天以及軍工技術(shù)等離不開數(shù)字孿生的支持。發(fā)達(dá)國(guó)家目前一直在關(guān)注與利用數(shù)字孿生技術(shù)來(lái)構(gòu)建未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)，不僅是利用數(shù)字孿生技術(shù)來(lái)幫助技術(shù)的研發(fā)，而是借助于數(shù)字孿生技術(shù)來(lái)構(gòu)建與開展戰(zhàn)場(chǎng)的訓(xùn)練與管理。

2) 虛擬人的智能化。如果物理世界的人類以國(guó)家、種族、皮膚顏色來(lái)劃分，那元宇宙中的數(shù)字人的劃分又是另外一種形式，如有身份的虛擬人——虛擬化身和虛擬 IP，沒有身份的虛擬人——各式各樣、承擔(dān)不同角色和功能的“NPC”虛擬人 (nonplayer character, NPC)。在不同的游戲中每個(gè)人擁有不同的虛擬化身，還能根據(jù)個(gè)性特點(diǎn)購(gòu)買相應(yīng)的服裝 (皮膚) 和道具。慢慢地，虛擬化身從游戲逐 漸滲透到別的領(lǐng)域。除了游戲領(lǐng)域外，對(duì)虛擬化身這個(gè)物種最敏感的是手機(jī)廠商，還有一些大家熟悉的社交軟件。自蘋果手機(jī)后，目前虛擬化身的能力對(duì)手機(jī)廠商來(lái)說(shuō)已經(jīng)是標(biāo)配，社交軟件也在逐步疊加虛擬化身的功能，慢慢也會(huì)成為社交標(biāo)配型產(chǎn)品。

在元宇宙中，不管是實(shí)現(xiàn)人的數(shù)字化身，還是作為“氣氛組”存在的虛擬人 (NPC) 的智能化，都需要人工智能。為了大幅提升虛擬人 NPC 的訓(xùn)練效果，經(jīng)常會(huì)用到強(qiáng)化學(xué)習(xí) (reinforcement learning)。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)過(guò)程其實(shí)是算法 (智能體) 在環(huán)境中進(jìn)行不斷嘗試和試錯(cuò)的過(guò)程，智能體根據(jù)試錯(cuò)過(guò)程中得到環(huán)境反饋的“獎(jiǎng)勵(lì)”或者“懲罰”信號(hào)，不斷優(yōu)化策略，從而在短時(shí)間內(nèi)提升智能決策能力。

3) 數(shù)字化身的個(gè)性化。目前，雖然元宇宙中的玩家數(shù)字化身是個(gè)性化的，但是只能提供發(fā)型、眼睛、眉毛、鼻子等少數(shù)特征模型供玩家選擇。這導(dǎo)致了很多玩家的形象區(qū)別性不明顯，從而一定程度上降低了玩家在元宇宙中沉浸體驗(yàn)的樂趣。針對(duì)該問(wèn)題，如果僅僅通過(guò)從人體特征庫(kù)中隨機(jī)抽取并組合一個(gè)數(shù)字化身，很有可能會(huì)組合出一張審美完全不符合玩家預(yù)期的數(shù)字化身形象。

為了克服以上缺陷，“生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)”(generative adversarial network, GAN)派上了用場(chǎng)。生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)是一種先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)模型，用于學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本的分布，并生成遵循相同分布的數(shù)據(jù)。其核心思想是生成器網(wǎng)絡(luò)和鑒別器網(wǎng)絡(luò)之間的較量。

具體來(lái)說(shuō)，生成器網(wǎng)絡(luò)輸出具有學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分布的“偽圖像”(fake images)，而鑒別器則輸入“偽圖像”并判斷其真實(shí)性。以服裝設(shè)計(jì)圖片生成為例，生成器會(huì)在概率密度分布函數(shù)下，生成一張服裝圖片，然后把這張圖片交給鑒別器，讓其判斷是不是一張服裝圖片。起初，鑒別器有一定的服裝圖片鑒別能力。因此，生成器會(huì)在鑒別器的“指導(dǎo)”下不斷訓(xùn)練，一直到生成器生成的圖片被鑒別器網(wǎng)絡(luò)鑒別為真后，對(duì)鑒別器進(jìn)行訓(xùn)練，進(jìn)一步提高其鑒別能力。這樣，生成器和鑒別器的交替訓(xùn)練，最后形成一個(gè)具有較強(qiáng)服裝設(shè)計(jì)能力的生成器。目前，包括英偉達(dá)在內(nèi)的一些企業(yè)已經(jīng)開始提供基于GAN 的數(shù)字化身生成。

2.3 高性能計(jì)算

游戲《堡壘之夜》玩家同時(shí)在線的峰值有1 070 萬(wàn)，但這只是 100 000 個(gè)不同的一百人游戲。最終能否將它們?nèi)糠旁谝粋€(gè)共享的世界中？那將會(huì)是什么樣的體驗(yàn)？要實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿景，高性能計(jì)算必不可少。提到高性能計(jì)算，哪怕是初次接觸這個(gè)領(lǐng)域的讀者可能也能想到廣為人知的超級(jí)計(jì)算機(jī)。這些超級(jí)計(jì)算機(jī)由于擁有極強(qiáng)的計(jì)算能力，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域的復(fù)雜計(jì)算中。

元宇宙可能是繼互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后的下一個(gè)計(jì)算平臺(tái)。然而，今天的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施還不足以實(shí)現(xiàn)這一愿景。想要真正擁抱元宇宙，就必須努力突破這一瓶頸。從目前看，突破算力瓶頸存在多種可能的技術(shù)路徑。

高性能計(jì)算：使用多處理器或多個(gè)設(shè)備來(lái)完成大規(guī)模密集型數(shù)據(jù)的計(jì)算。其中，最為關(guān)鍵的核心技術(shù)是并行計(jì)算 (parallel computing)。與串行計(jì)算相比，在并行計(jì)算中，任務(wù)被分解并交給多個(gè)計(jì)算資源進(jìn)行處理。而前者不會(huì)對(duì)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行拆分，一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行會(huì)固定占有一塊計(jì)算資源。串行計(jì)算和并行計(jì)算的對(duì)比如圖 3 所示。

圖 3    串行計(jì)算和并行計(jì)算

在元宇宙領(lǐng)域，很多大型企業(yè)給出的計(jì)算解決方案的優(yōu)勢(shì)都是基于異構(gòu)并行。英偉達(dá)在很早的時(shí)候就開始探索圖形處理單元 (graphics processing unit,  GPU) 和 中 央 處 理 器 (central  processing  unit,CPU) 之間的協(xié)同，并取得了很好的效果。

完全沉浸式的虛擬環(huán)境需要高性能計(jì)算作為底層基礎(chǔ)設(shè)施支撐，在元宇宙需求的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心作為計(jì)算和存儲(chǔ)的重要硬件設(shè)施將有望保持10% 以上增速。如果想要參與構(gòu)建元宇宙，在規(guī)?；捏w系下必須要有兩大基礎(chǔ)資源支撐：計(jì)算和存儲(chǔ)。

Meta(前身為 Facebook) 正在建造新的超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)訓(xùn)練龐大的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。雖然只是部分完成，但人工智能研究超集群 (research supercluster,RSC) 已經(jīng)躋身全球最強(qiáng)大的機(jī)器之一。Meta 希望RSC 可以通過(guò)訓(xùn)練更好的算法來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品。進(jìn)一步來(lái)講，這些算法可以在數(shù)以萬(wàn)計(jì)的在線用戶之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)言翻譯，可以從不同的輸入 (包括文本、圖像和視頻) 中學(xué)習(xí)和泛化。在元宇宙中，用戶要獲得 3D 多感官體驗(yàn)，就需要在環(huán)境中創(chuàng)建與個(gè)人相關(guān)的人工智能代理。

雖然 Meta 沒有給出 RSC 當(dāng)前最高速度的數(shù)據(jù)，但就原始處理能力而言，它似乎與世界排名第五的 Perlmutter 超級(jí)計(jì)算機(jī)相當(dāng)。目前，RSC 運(yùn)行在6 800 個(gè)英偉達(dá) A100 GPU 上，處理計(jì)算機(jī)視覺工作流程的速度已提高 20 倍，大型語(yǔ)言模型 (如GPT-3) 的處理速度提高了 3 倍。

除了純粹的速度，RSC 還將賦予 Meta 在其海量用戶數(shù)據(jù)上訓(xùn)練算法的能力。因此，RSC 將使用來(lái)自Meta生產(chǎn)服務(wù)器的真實(shí)世界的用戶數(shù)據(jù)。

為了容納Meta龐大的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集并進(jìn)一步提高訓(xùn)練速度 ， 不久的將來(lái)，RSC將擴(kuò)容到包括16000個(gè)GPU和 1 EB(109) 的存儲(chǔ)空間，RSC將以16 TB/s 的速度提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并以 5×1018 次/s 浮點(diǎn)計(jì)算最高速度運(yùn)行。

2.4 云計(jì)算和邊緣計(jì)算

迄今為止，應(yīng)用最廣泛的元宇宙應(yīng)用是移動(dòng)和可穿戴設(shè)備，如 AR 眼鏡和智能手機(jī)。然而，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，元宇宙所需的密集計(jì)算通常過(guò)于繁重。因此，為了保證及時(shí)提升用戶體驗(yàn)性，減少延遲性，特別是在需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)景中，保證用戶身臨其境的體驗(yàn)至關(guān)重要。

1) 云計(jì)算。如果高性能計(jì)算和量子計(jì)算都不能完全解決元宇宙帶來(lái)的算力挑戰(zhàn)，那么還有一種解決思路就是應(yīng)用云計(jì)算?？梢杂靡粋€(gè)通俗的比喻來(lái)對(duì)其進(jìn)行理解。傳統(tǒng)上，用戶主要是通過(guò)調(diào)用自有的單一信息技術(shù) (information technology, IT) 資源，這就好比每家每戶自己發(fā)電供自己用；而云計(jì)算則是建了一個(gè)大型的發(fā)電站，然后將“電力”(IT 資源) 輸出給所有的用戶。換一種直觀的表述方式，如果進(jìn)行 IT 領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)工作，自己無(wú)需購(gòu)買物理的服務(wù)器設(shè)備和機(jī)房設(shè)施，云計(jì)算服務(wù)商都會(huì)提供在線服務(wù)，只需要關(guān)注如何設(shè)計(jì)好程序。

2) 邊緣計(jì)算。從理論上看，盡管云計(jì)算可以很好地滿足元宇宙產(chǎn)生的巨大運(yùn)算和存儲(chǔ)需求，但是其缺陷也很明顯。比較重要的一點(diǎn)是，在執(zhí)行云計(jì)算時(shí)，有大量的數(shù)據(jù)要在本地和云端之間進(jìn)行交換，這可能會(huì)造成明顯的延遲。對(duì)于元宇宙的用戶來(lái)說(shuō)，這會(huì)對(duì)其使用體驗(yàn)產(chǎn)生負(fù)面效果。

“邊緣計(jì)算”(edge computing) 是一種在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣提供智能服務(wù)的新型計(jì)算模型，它能夠節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量、提高響應(yīng)速度和保護(hù)用戶隱私，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中顯示出了優(yōu)于云計(jì)算的性能，受到工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注和認(rèn)可。邊緣計(jì)算是元宇宙中補(bǔ)充當(dāng)前云解決方案的一個(gè)有希望的技術(shù)路徑，與云計(jì)算相比，它可以有效減少用戶體驗(yàn)的延遲。由于邊緣平臺(tái)靠近用戶，因而其與用戶的數(shù)據(jù)交換更加及時(shí)，延遲問(wèn)題可以得到較好解決?？梢园言?jì)算和邊緣計(jì)算類比為大腦和神經(jīng)元的關(guān)系。研究表明，借助邊緣計(jì)算，延遲可以降低 60% 以上。利用邊緣計(jì)算的延時(shí)優(yōu)勢(shì)，研究人員提出了一些解決方案來(lái)提高邊緣計(jì)算的效率。如邊緣計(jì)算技術(shù) EdgeXAR 針對(duì) AR 服務(wù)提供了一個(gè)移動(dòng) AR 框架，利用邊緣卸載的優(yōu)點(diǎn)提供輕量級(jí)跟蹤，并對(duì)用戶的感知隱藏了卸載延遲。

2.5 通訊技術(shù)

元宇宙基于人機(jī)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)互動(dòng)體驗(yàn)，將數(shù)據(jù)傳輸至云端、邊緣端計(jì)算再反饋至設(shè)備。然而，如今的技術(shù)難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)低延遲的連接，這對(duì)通訊技術(shù)提出了更高的要求。可以將通訊技術(shù)視為元宇宙的數(shù)字“高速公路”，如圖 4 所示。

圖 4    5G 通訊技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景

在元宇宙中，多媒體應(yīng)用的吞吐量需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。5G 的增強(qiáng)能力將為依賴于大量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸 (AR、VR) 的應(yīng)用打開大門。元宇宙不僅需要大量的可用帶寬，而且可能與其他應(yīng)用程序產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。因此，有學(xué)者預(yù)計(jì)元宇宙所需求的帶寬將超過(guò) 5G 的可用帶寬。在高度交互的應(yīng)用程序中，如在線云游戲，130 ms 通常被認(rèn)為是較高的閾值，而一些研究顯示，當(dāng)延遲低至 23 ms 時(shí)，用戶性能會(huì)下降。

此外，元宇宙強(qiáng)調(diào)以用戶為中心。因此，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面，需要采取多種形式，從將用戶體驗(yàn)置于流量管理的核心，到支持以用戶為中心的感知和通信。5G 使許多以用戶為中心的應(yīng)用搬到了云端，如云游戲、實(shí)時(shí)視頻流。這些應(yīng)用廣泛依賴于視頻流的實(shí)時(shí)傳輸。

現(xiàn)在，5G 技術(shù)已經(jīng)逐漸開始普及。應(yīng)該說(shuō)，相對(duì)于 4G 或者更早的無(wú)線通訊技術(shù)，其傳輸速度高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，要滿足現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸可以說(shuō)是綽綽有余。即便如此，5G的傳輸速度依然難以和有線傳輸相比肩。如果與前面說(shuō)到的有線傳輸極限速度相比，5G 的傳輸速度大致上只有其 1/16 000。不僅如此，由于 5G 需要建立大量的基站，其成本將十分高昂。

隨著技術(shù)水平的更新，未來(lái)內(nèi)容的沉浸式體驗(yàn)有望進(jìn)一步升級(jí)，但是如何在這些沉浸式設(shè)備大規(guī)模接入的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高同步低延遲的通信將是元宇宙發(fā)展的基本問(wèn)題。設(shè)想一下，你正在元宇宙中欣賞瑰麗壯美的風(fēng)景，當(dāng)你轉(zhuǎn)頭時(shí)，由于噪聲和延遲導(dǎo)致畫面瞬間變模糊，并在幾秒之后才逐漸將清晰的畫面刷新出來(lái)。過(guò)高的網(wǎng)絡(luò)延遲會(huì)導(dǎo)致虛擬物體滯后于預(yù)期的位置，造成眩暈感，這些顯然是極度糟糕的體驗(yàn)。通感互聯(lián)也對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延提出了極高的要求，例如人類大腦對(duì)觸覺的反應(yīng)時(shí)間約為 1 ms，而現(xiàn)有的 5G 端到端時(shí)延大概在 10 ms 左右，還有不小的提升空間。網(wǎng)絡(luò)延遲的程度將直接影響元宇宙用戶的全方位體驗(yàn)，低延遲穩(wěn)定的高速通信網(wǎng)絡(luò)將成為元宇宙的必需品。

2.6 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

現(xiàn)實(shí)世界和元宇宙，需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行溝通。除了通訊技術(shù)之外，元宇宙對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)也提出了很多新的要求。在元宇宙中，內(nèi)容傳輸量會(huì)比現(xiàn)在暴漲幾十甚至上百倍，但對(duì)于延遲的忍耐力卻更低。如何才能滿足這種高吞吐、低延時(shí)的挑戰(zhàn)？

以城市貨運(yùn)的場(chǎng)景為例。為了滿足貨運(yùn)增加的需要，第一反應(yīng)就是增加數(shù)量更多、速度更快的車。這就好像在考慮傳輸時(shí)，會(huì)先從通訊技術(shù)層面找突破一樣。但是，對(duì)于貨運(yùn)來(lái)講，只增加車的數(shù)量顯然是不夠的。如果不對(duì)道路進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃、管制和改建，那么這些飛奔的貨車就會(huì)撞在一起，造成一片混亂。同樣的，如果不對(duì)網(wǎng)絡(luò)加以相應(yīng)的設(shè)計(jì)，那么僅靠通訊能力的提升也無(wú)法很好適應(yīng)元宇宙的挑戰(zhàn)。

面對(duì)擁堵的交通局面，一般來(lái)說(shuō)，會(huì)采用宏微觀兩個(gè)層面的方法來(lái)對(duì)交通進(jìn)行疏導(dǎo)。在宏觀層面，把道路進(jìn)行分類，讓不同的車走不同的道。在微觀層面，在各個(gè)路口安排交警進(jìn)行協(xié)調(diào)。交警就會(huì)讓有特殊情況的車輛先行通過(guò)，而對(duì)于其他的司機(jī)，則需要進(jìn)行更多等待。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上，類似的思路依然適用。

交通上的分道行駛，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上被稱為“網(wǎng)絡(luò)切片”。網(wǎng)絡(luò)切片為元宇宙中的應(yīng)用程序提供吞吐量、抖動(dòng)和延遲保證。簡(jiǎn)而言之，它就是把一個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)切分成幾個(gè)層，讓不同的應(yīng)用在不同的層次進(jìn)行傳輸。這樣，就可以在總傳輸能力有限的情況下，優(yōu)先保證那些對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求較高的需求。

可以想見，當(dāng)元宇宙的需求被真正激活后，傳輸總量、傳輸種類會(huì)出現(xiàn)暴增。在這種情況下，要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源進(jìn)行更好的宏觀配置，勢(shì)必要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更為科學(xué)、精細(xì)的切片。交警對(duì)于道路的微觀疏導(dǎo)對(duì)應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，可以類比為服務(wù)質(zhì)量管理(quality of service, QoS)。當(dāng)?shù)缆吠ㄟ^(guò)量有限時(shí)，就必須決定誰(shuí)先行、誰(shuí)等待。類似的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸擁堵時(shí)，就必定會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)包的丟失。這時(shí)到底丟棄誰(shuí)的數(shù)據(jù)包就成為一個(gè)問(wèn)題。QoS 管理的邏輯就是按照服務(wù)對(duì)傳輸質(zhì)量的要求來(lái)決定優(yōu)先級(jí)，先丟棄那些對(duì)于傳輸要求不高的服務(wù)數(shù)據(jù)，以盡可能保住那些對(duì)傳輸要求高的服務(wù)數(shù)據(jù)。而究竟哪些服務(wù)對(duì)于傳輸?shù)囊蟾?，依靠的主要是一套技術(shù)上的客觀標(biāo)準(zhǔn)。

這個(gè)邏輯本身沒有問(wèn)題。但是，在元宇宙條件下，人的主觀體驗(yàn)可能會(huì)越來(lái)越重要，用體驗(yàn)質(zhì)量管理 (quality of experience, QoE) 取代 QoS 管理的訴求也變得越來(lái)越強(qiáng)。舉例來(lái)說(shuō)，如果從純技術(shù)的角度看，對(duì)一個(gè)機(jī)器指令的傳輸可能要比一個(gè)游戲信號(hào)的傳輸更為重要，因此基于 QoS 的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該先讓對(duì)機(jī)器的指令通過(guò)。但對(duì)于用戶來(lái)講，這可能并不正確。事實(shí)上，對(duì)于很多人來(lái)講，一個(gè)機(jī)器早執(zhí)行、晚執(zhí)行一個(gè)任務(wù)幾分鐘并沒有什么問(wèn)題，而如果一個(gè)游戲的信號(hào)晚了幾毫秒，他的體驗(yàn)就會(huì)大幅下降。因此，基于 QoE 的思路應(yīng)該先讓游戲信號(hào)通過(guò)。

當(dāng)然，元宇宙的應(yīng)用場(chǎng)景很多，QoS 和 QoE管理都有其市場(chǎng)。至于如何根據(jù)場(chǎng)景的變化，隨時(shí)切換兩種管理模式，這或許會(huì)成為元宇宙條件下網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。

站在網(wǎng)絡(luò)空間基礎(chǔ)設(shè)施的視角，個(gè)人電腦、智能手機(jī)和 VR/AR 眼鏡都可歸為一大類接入終端，即“通信型”終端。這些終端本質(zhì)上解決的是人的通信需求。除了“通信型”終端，在網(wǎng)絡(luò)空間還有兩大類接入終端，分別為計(jì)算型終端和功能型終端。計(jì)算型終端指的是一直在執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的終端，主要是各類服務(wù)器或者參與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的節(jié)點(diǎn)，它們與人的通信需求無(wú)關(guān)，主要工作是完成各類分布式計(jì)算任務(wù)。通信型和計(jì)算型終端一樣，如果不需要執(zhí)行計(jì)算或通信操作時(shí)，就進(jìn)入休眠狀態(tài)。功能型終端則與以上兩種終端不同，它們本身就具備特殊功能，最典型的就是智能汽車、工控終端、物聯(lián)網(wǎng)終端等。智能汽車本質(zhì)上是一個(gè)高速移動(dòng)的高質(zhì)量運(yùn)載體，同時(shí)工控終端本身的功能是生成制造，當(dāng)這兩種終端大規(guī)模接入互聯(lián)網(wǎng)之后，也會(huì)產(chǎn)生許多新的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，也就是常說(shuō)的“車聯(lián)網(wǎng)”和“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”。

綜上所述，站在網(wǎng)絡(luò)接入終端的角度理解元宇宙，它是通信型終端發(fā)展的下一個(gè)里程碑，是從以個(gè)人電腦和手機(jī)為基礎(chǔ)的二維顯示和交互發(fā)展到以 VR/AR 為基礎(chǔ)的三維顯示和交互之后產(chǎn)生的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用新形態(tài)。

2.7 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)在討論元宇宙，大多將其視為一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)的虛擬世界。無(wú)論是虛擬現(xiàn)實(shí)，還是人工智能，都圍繞著這個(gè)虛擬世界在討論。然而，這種虛實(shí)之間的分離敘事顯然難以令人滿意。這時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人等技術(shù)就顯示出重要作用。伴隨著新技術(shù)的發(fā)展，虛實(shí)之間的互動(dòng)變得更加容易。

物聯(lián)網(wǎng)，就是通過(guò)各種信息傳感器、射頻識(shí)別等裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集關(guān)于物體的各種信息，并通過(guò)各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，達(dá)成物與物、人與物的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以嵌入到受控物體的內(nèi)部，讓物品在接收相關(guān)指令之后，采取對(duì)應(yīng)的行動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，再加上通信網(wǎng)絡(luò)、云等基礎(chǔ)設(shè)施，就可以在人與人互聯(lián)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。人們與互聯(lián)網(wǎng)交互的方式將不局限于移動(dòng)手機(jī)和電腦，各種穿戴設(shè)備、汽車、家居等都將接入網(wǎng)絡(luò)中，滿足以多元化方式接入元宇宙的需求。

如果物聯(lián)網(wǎng)得到充分的普及，那么當(dāng)人們?cè)谠钪胬锟吹搅讼氤缘拿朗持螅涂梢酝ㄟ^(guò)物聯(lián)網(wǎng)將烹調(diào)美食的指令發(fā)送到附近的機(jī)器人。機(jī)器人可以根據(jù)程序，制作出對(duì)應(yīng)的美食再送到我們的身邊。如果能夠達(dá)成這樣的虛實(shí)互動(dòng)，那么元宇宙對(duì)人們來(lái)講就不再是一個(gè)虛擬世界，而將成為生活世界的一部分。

AR、VR 等虛擬環(huán)境以其突出的內(nèi)容可視化的特點(diǎn)，成為打通機(jī)器人與虛擬環(huán)境之間溝通渠道的解決方案。集成了虛擬環(huán)境的工業(yè)實(shí)例也使人類用戶能夠理解機(jī)器人的操作，如任務(wù)場(chǎng)景分析等。因此，人類用戶與機(jī)器人建立信任，促進(jìn)了人類—機(jī)器人協(xié)作的范式轉(zhuǎn)變。目前的研究主要集中于機(jī)器人的感知以及虛擬環(huán)境中的界面設(shè)計(jì)方面。

目前，新興的 MR 技術(shù)以工作空間作為通信接口，機(jī)器人可以充當(dāng)我們的朋友、家庭守護(hù)者等，人類可以與機(jī)器人和無(wú)人機(jī)進(jìn)行自然交互。不難想象，未來(lái)機(jī)器人將積極主動(dòng)地為社會(huì)服務(wù)，并自發(fā)地參與各種各樣的應(yīng)用和服務(wù)。通過(guò)物理和虛擬世界中無(wú)所不在的接口，元宇宙包含了現(xiàn)實(shí)—虛擬連續(xù)體，并允許用戶在兩者之間無(wú)縫體驗(yàn)。其中，Meta 公司開發(fā)了一種超薄的且可更換的機(jī)器人皮膚，可以讓機(jī)器人通過(guò)感受物體和環(huán)境在現(xiàn)實(shí)與元宇宙之間進(jìn)行互動(dòng)。這個(gè)機(jī)器人的皮膚是橡膠 (不到 3 mm 厚) 和磁性粒子的組合，并與人工智能技術(shù)相結(jié)合，幫助機(jī)器人通過(guò)觸覺來(lái)感受。在機(jī)器人皮膚接觸任何表面后，就會(huì)產(chǎn)生變形并改變磁場(chǎng)。

2.8 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)共享的、不可篡改的賬本，旨在促進(jìn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的交易記錄和資產(chǎn)跟蹤流程。幾乎任何有價(jià)值的東西都可以在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行跟蹤和交易，從而降低各方面的風(fēng)險(xiǎn)和成本。在元宇宙中，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N重要的技術(shù)。包括 Sandbox 等在內(nèi)的眾多元宇宙公司均采用區(qū)塊鏈來(lái)作為它們的經(jīng)濟(jì)和治理系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

嚴(yán)格地說(shuō)，區(qū)塊鏈并不是一種單一的技術(shù)，而是由多種技術(shù)組成的集合體，它的思想可以追溯到中本聰 (Satoshi Nakamoto) 于 2008 年發(fā)表的奠基性論文?，F(xiàn)在，區(qū)塊鏈通常被用來(lái)指一種去中心化的基礎(chǔ)架構(gòu)和計(jì)算范式。它利用加密鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來(lái)生成和更新數(shù)據(jù)、利用智能合約來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編程和操作。

元宇宙產(chǎn)生了難以估量的海量數(shù)據(jù)，有限的網(wǎng)絡(luò)資源無(wú)法將如此龐大的數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器。區(qū)塊鏈技術(shù)的迅速發(fā)展使人們看到，將區(qū)塊鏈應(yīng)用到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中可以保證元宇宙服務(wù)器的去中心化和安全性。區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢幌盗袇^(qū)塊串接而成的鏈。這些區(qū)塊按照生成時(shí)間為順序排列，每一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊由包含元數(shù)據(jù)的區(qū)塊頭 (header) 和區(qū)塊體(body) 組成。其中，區(qū)塊頭保存的是各種時(shí)間戳的信息；而區(qū)塊體保存的則是主要的交易和連接上一區(qū)塊的信息、各種用來(lái)驗(yàn)證區(qū)塊信息的信息。換言之，區(qū)塊頭是用來(lái)對(duì)“鏈”進(jìn)行串接的，而區(qū)塊體則是保存信息的主要載體。

在早期的元宇宙項(xiàng)目中，經(jīng)濟(jì)和治理系統(tǒng)通常是基于中心化的體系來(lái)構(gòu)建的。以著名的早期元宇宙產(chǎn)品《第二人生》為例，經(jīng)濟(jì)和治理系統(tǒng)都是由其運(yùn)營(yíng)商林登實(shí)驗(yàn)室來(lái)構(gòu)建的。如在整個(gè)虛擬世界中究竟有多少貨幣流通、每個(gè)道具值多少錢、用戶違規(guī)會(huì)被怎樣處理等問(wèn)題，都由林登實(shí)驗(yàn)室掌握最終的解釋權(quán)。不僅如此，從根本上看，用戶在《第二人生》創(chuàng)造的虛擬世界中擁有的所有物品 (包括他們自己創(chuàng)造的內(nèi)容) 的所有權(quán)最終都掌握在林登實(shí)驗(yàn)室手中。如果林登實(shí)驗(yàn)室愿意，就可以隨時(shí)剝奪任何一個(gè)用戶在虛擬世界當(dāng)中的一切。

顯然，對(duì)于更為強(qiáng)調(diào)自主性的用戶而言，這種霸道的中心化經(jīng)濟(jì)和治理系統(tǒng)是很難接受的。因而，為了吸引更多用戶，新近的各種元宇宙項(xiàng)目通常都采用了區(qū)塊鏈來(lái)作為底層架構(gòu)。這樣，用戶就可以基于區(qū)塊鏈對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行自治化的管理，自己決定這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)如何運(yùn)作、治理如何運(yùn)行。與此同時(shí)，元宇宙中的各種數(shù)字資產(chǎn)還可以被制成非同質(zhì)化通證 (non-fungible Token, NFT)，用戶可以通過(guò)持有 NFT 來(lái)?yè)碛兴鼈?，?duì)它們主張權(quán)益， 還可以在項(xiàng)目?jī)?nèi)外自由地交易它們。

從性質(zhì)上看，區(qū)塊鏈的運(yùn)作并不依賴于一個(gè)中心化的協(xié)調(diào)者，可以實(shí)現(xiàn)人與人之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交互，可以在人們互不相熟的條件下保證交互的安全，盡可能保證用戶的隱私。所有這些性質(zhì)，都使得它非常適合元宇宙中“人與人的自由聯(lián)合”的組織方式。因此，現(xiàn)在很多元宇宙項(xiàng)目都開始使用區(qū)塊鏈作為其經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和治理系統(tǒng)的底層架構(gòu)。如Decentraland 就是基于以太坊區(qū)塊鏈的完全去中心化的虛擬世界，它最大的價(jià)值在于虛擬土地的數(shù)字資產(chǎn)化，玩家可通過(guò)區(qū)塊鏈平臺(tái)購(gòu)買虛擬地塊(LAND，以太坊智能合約維護(hù)的 NFT) 自由展開建設(shè)，真正擁有數(shù)字資產(chǎn)的所有權(quán)。

3 展望

在元宇宙中，人們匯聚在一起，彼此交流、彼此協(xié)作，形成各種新的組織。作為與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)應(yīng) 的虛擬世界，一個(gè)完整的元宇宙也必然會(huì)像現(xiàn)實(shí)世界一樣擁有自己的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，而這個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)未來(lái) 也將會(huì)對(duì)元宇宙的發(fā)展起到重要作用。

元宇宙是虛擬的世界，因此其價(jià)值也主要體現(xiàn)在虛擬而非現(xiàn)實(shí)的層面。但事實(shí)上，元宇宙雖然源于虛擬，但其對(duì)現(xiàn)實(shí)世界卻能產(chǎn)生重要影響。作為虛擬世界，元宇宙并不完全與真實(shí)世界隔離，技術(shù)的演進(jìn)使得兩個(gè)世界之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系呈現(xiàn)出逐漸強(qiáng)化的態(tài)勢(shì)。

這種推動(dòng)表現(xiàn)在很多方面。在人類交往方面， 元宇宙降低了人與人、人與信息的交互成本，越來(lái)越多的工作開始“在線完成”；在工業(yè)生產(chǎn)方面，對(duì)于機(jī)器的操作，可以借由“數(shù)字孿生”技術(shù)來(lái)保持元宇宙和現(xiàn)實(shí)世界的同步；在娛樂方面，不少明星在元宇宙里舉行演唱會(huì)，這種高自由度的設(shè)定很 大程度上復(fù)刻了線下音樂會(huì)的沉浸性和互動(dòng)性，讓觀看效果大幅提升。

未來(lái)幾年，元宇宙將進(jìn)入成長(zhǎng)期，各類應(yīng)用和 場(chǎng)景創(chuàng)新將層出不窮。這意味著，要洞悉元宇宙未來(lái)可能發(fā)展的方向，就必須進(jìn)一步對(duì)有關(guān)的技術(shù)有深刻的認(rèn)識(shí)。元宇宙作為想象與技術(shù)之間的耦合， 在不同的技術(shù)條件下，其未來(lái)形態(tài)和實(shí)現(xiàn)方式將呈現(xiàn)百花齊放的局面。

當(dāng)然，本文總結(jié)的技術(shù)發(fā)展還只是其中的很小 一部分。隨著技術(shù)自身的演進(jìn)以及社會(huì)發(fā)展的帶動(dòng) 效應(yīng)，更多的新技術(shù)、新應(yīng)用、新場(chǎng)景將會(huì)出現(xiàn)在 我們身邊，而在不同的虛擬場(chǎng)景和真實(shí)場(chǎng)景之間的 穿梭也會(huì)徹底改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活。