浅谈元宇宙及其技术基础

2023-01-23 13:04赵丹文
中国传媒科技 2022年12期
关键词:虚拟世界虚拟现实宇宙

赵丹文

(新华通讯社通信技术局,北京 100803)

1.“元宇宙”兴起

2021年被称为元宇宙元年,在这一年10月28日,扎克伯格宣布将 Facebook更名为 Meta,表明将把企业发展重心转向以元宇宙(Metaverse)生态为主的发展领域。以此为分界点,元宇宙概念正式引发全球广泛关注,与元宇宙相关的虚拟货币、社交模式、沙盒游戏等探索形式纷纷涌现[1],众多国内外互联网科技企业也先后宣布加入元宇宙领域。“元宇宙(Metaverse)”成为2021年最热门科技话题之一,并入选“2021年度十大网络用语”。[2]

随着 5G 商用,区块链技术、AI 芯片技术、数字孪生技术、虚拟现实等技术不断迭代升级,元宇宙已成为全球科技业的下一个风口。国内外科技企业纷纷布局,抢占下一代网络先机。

元宇宙的兴起,得益于两个层面,一个是技术层面,随着芯片、算法、虚拟现实等高新技术的不断发展,使得互联网产品不断推陈出新地面向消费者;另一层面是社会层面,新冠疫情与人类的长期共存很大程度上改变了人们的生活和工作方式,网络购物、在线教育、互联网游戏、远程办公、视频会议成为人们的日常。

在经历了以移动互联网为标志的Web2.0阶段后,互联网世界的高速发展已逐渐趋于缓慢,元宇宙作为虚拟世界和现实世界进行交互融合的载体,可以给人类社交、生产、娱乐、旅游、办公、交易等场景带来巨大的变革,彻底改变这个世界的运行方式,在给未来人类的生活方式带来无尽想象的同时还带来了新的商业机遇。

2.何为元宇宙

“元宇宙”(“Metaverse”)由“Meta”和“Verse”组成,“Meta”的意思是超越,“Verse”的意思是宇宙,合起来即为“超越宇宙”。

元宇宙的概念众说纷纭,无论从技术角度还是产业角度,多位学界和业界的专家学者给出了多种说法。其中清华大学沈阳教授这样定义元宇宙:“元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态,它基于扩展现实技术提供沉浸式体验,以及数字孪生技术生成现实世界的镜像,通过区块链技术搭建经济体系,将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合,并且允许每个用户进行内容生产和编辑。[3]

事实上,元宇宙并不是单独的全新网络技术概念,它更多地预示着一种崭新的技术理念和趋势,一个新技术集大成者,预示着网络时代的下一阶段。具体来说,元宇宙可以被人们普遍地看作是一种融合了区块链技术、云计算技术、人工智能技术、虚拟现实技术、3D技术、5G乃至6G等各项尖端技术组成的超大规模虚拟现实网络世界。

3.元宇宙的应用场景

元宇宙是一种虚拟世界,但又不等同于虚拟世界,因为它更多地强调面向虚实融合的沉浸式体验,它与现实世界平行,同时又能影响现实世界,和现实世界产生交互。虚拟世界中的各种事物,包括数字化身、虚拟产品、虚拟场景等,都可以与现实世界中的真实事物相对应,你中有我,我中有你。

想象一下,人们想要逛街购物,只需要穿戴上VR设备就可以步入购物中心,在元宇宙中“亲身”体验到商品的色彩、质地、重量、材质,喜欢的衣服可以“试穿”,喜欢的书籍可以“试读”,选定的商品可以一键购买并在现实中同步快递到家。

再想象一下,你可以随意选择在自己喜欢的环境工作,把你的办公室变成“海边”,变成“花园”,工作成果还能与现实世界实时同步。在线视频会议变成了元宇宙中的“现场”会议,你可以和身处不同城市甚至国家的同事在同一个办公室里面对面交流,语言、表情、肢体动作如实呈现。

在众多应用场景中,娱乐场景的重新定义,可以成为元宇宙应用重点关注的切入点、突破口。在游戏方面,随着大型互联网游戏在更加注重实时性、开放性和高体验性这个方向发展,其思路与元宇宙天生契合。元宇宙游戏可以为用户提供一个高度沉浸式的可智能演化的游戏世界,新技术可为用户带来显著的体验提升。在影视方面,元宇宙可以打造观众具有参与感的观影体验,让观众以角色的身份参与到影视作品当中,不但使其身临其境,甚至还能推动剧情发展,演化出开放式剧本。在演出、展览方面,化身可以在元宇宙中享受沉浸式、多视角地观看体验,还能收藏或者交易NFC数字周边。

在社交领域,目前以移动终端和5G网络为载体的社交方式主要依靠文字、图文和短视频。而元宇宙的出现,可以利用虚拟现实技术,搭建出以假乱真的社交平台。人们通过化身,能够突破现实的时空屏障,约友人一起逛商场购物,进酒吧小酌,去KTV唱歌,还能一起旅游露营,你甚至可以定制天气、温度和季节。相比于当前的移动社交,元宇宙社交将进一步模糊虚实边界,带来“随时、随地”的可定制的沉浸式社交体验。

元宇宙还能广泛适用于远程办公场景。受到疫情影响,远程办公和视频会议已变成家常便饭,而元宇宙的“虚拟会议”则可通过全息影像的方式打造身临其境的参会感。和现在的远程办公手段相比,在交互体验上元宇宙中的办公场所更加接近真实。通过数字化身,用户能够做到“面对面”交流,可以观察到彼此的表情、动作和肢体语言。[4]除远程办公和虚拟会议外,全息技术还能被广泛运用于数字孪生的多场景中,例如工厂、实验室、手术室的远程操作指导等。

除了上述这些,金融、医疗、制造、教育培训等场景,也可广泛应用于元宇宙中。在元宇宙中,存在着无限可能,人类的活动可以不断突破想象,人们能够以新的形态进行社交、休闲、交易、办公、生产、工作,还能实时地和真实世界实体交互,获得虚实结合、沉浸互动的体验。元宇宙可以成为比现实世界更加丰富多彩的全新世界。

4.元宇宙的核心属性

元宇宙的三个核心属性,一是包括了虚拟人、自然人、机器人的人机交互属性,即所谓数字化身份;二是包括了时间和空间上的时空延展性,如虚拟场景等;三是通过区块链技术发展而形成的经济增长性,即生产属性。[5]

人机交互性,首先要创建数字化身份。化身是用户在元宇宙中创建的“账号”,使用者通过穿戴虚拟化设备,进入虚拟化世界界面,为自己制作一个数字化身。这种“化身”通过虚拟化技术可以展现真人的体貌特征,让人能一眼认出你。人们通过这个虚拟的数字化身,在元宇宙中和其他自然人的化身进行互动、社交。随着元宇宙自身的不断发展演化,以及化身在元宇宙中不断地深入参与,这个化身及其所包含的用户信息也在元宇宙的社会活动中不断地被赋予新的价值和意义。

所谓时空延展性,即把现实中的场景搬到虚拟世界中,例如在虚拟游戏中开办商店,生产并销售虚拟商品,并在线下交付真实的商品。玩家可以与现实中的品牌合作,也可以打造属于自己的品牌,甚至以NFT数字藏品的方式,获得商业收益。

经济增值性,即元宇宙可创造现实中的商业价值。例如,广州首个大型AR实景应用“AR Show冰雪奇境”在悦汇城开业一周年之际正式上线,为到场消费者提供了一个真实和虚幻互相交织的“元宇宙”式购物感受,并助力悦汇城全场销售量同比增长196%,客流增幅远超开业同期。[6]

5.元宇宙需要的基础技术

从技术层面出发,可以看到元宇宙的创建融合了当前各种先进的互联网技术,其核心基础技术主要包括:网络通信技术、虚拟现实技术、云计算技术、新一代人工智能技术和区块链技术。

元宇宙的建立离不开网络,网络化社交是元宇宙存在的基础,能够满足元宇宙海量数据交互的移动网络,则依赖于通信技术的快速发展。VR 、AR设备使用者需要高分辨率和高刷新率来提升沉浸式体验感,无处不在、无时不在的低延时交互需要高速传输天量的实时数据;数以亿计的交互用户量级需要高度可靠的网络传输,这些都依赖于新一代网络通信技术。随着5G、6G的高速发展,新的通信技术可在元宇宙中的方方面面发挥作用,包括支持虚拟现实和增强现实技术提升用户体验,满足设备使用者对高刷新率的需求,支持海量元宇宙的生成和渲染,支持脑机接口在元宇宙中的用户交互等等。有了更优秀的通信技术支持,虚拟现实就会拥有更为流畅的交互体验,元宇宙距离真实就更近了一步。

虚拟现实技术,包含VR(Virtual Reality,虚拟现实)、AR(Augmented Reality,增强现实)、MR(Mixed Reality,融合现实)、XR (Extended Reality,扩展现实)等一系列技术在内,可以建立连接现实世界与虚拟世界的通道,帮助用户在两个世界中随意切换。VR,指通过生成一种模拟环境,强调用户与虚拟世界的实时交互,带来封闭式、沉浸式的虚拟世界体验。VR技术提供视觉、听觉、触觉甚至嗅觉的感官体验,给玩家以身临其境的感受。AR,是指利用计算机图形技术和可视化技术,产生真实世界中不存在的虚拟对象,实现真实环境和虚拟物体之间的重叠。AR技术将虚拟影像叠加在真实世界之上,可以基于现实世界创造出全新的图景。MR,是融合了VR和AR技术,在现实场景呈现虚拟场景信息,并在现实世界、虚拟世界和用户之间搭建起一个交互反馈的信息回路。MR技术可通过对现实扫描,把现实场景以3D 的形式虚拟化并复制在虚拟世界中。XR技术更像是AR及VR技术的集成体,它可以被认为是包含虚拟和现实世界的集成系统。当前,游戏玩家的操作受到键盘、鼠标、手柄等硬件外设的限制,在沉浸式体验感上还达不到元宇宙的要求。未来,随着虚拟现实技术的发展,在音频、气味、温度、触感等虚拟感官技术的支持下,更加逼真、便捷的人机交互方式可以大幅提升玩家的沉浸式体验感,虚拟现实技术将成为打造元宇宙的一根技术支柱。

云计算,是一种分布式计算,依靠网络“云”将巨大的数据处理程序分解为无数小程序,并利用分散在网络中的服务器处理和分析这些小程序数据。[7]云计算的分布式特性,使其能够为元宇宙提供海量的低成本基础资源,它对数据的高速吞吐量,让元宇宙中来自世界各地的用户能够流畅地进行交互。另外,云计算还能有效避免由于本地计算而出现的机器故障、宕机等现象,利用远端的数据处理能力,实现元宇宙全天候稳定运行。目前在元宇宙中,云计算技术主要集中在算力、储存和渲染这三个方面来发展。在算力方面,元宇宙的数据量爆发,高沉浸感、低延时的技术要求,导致算力需求激增,依赖于高性能云计算能力;在存储方面,基于云的分布式计算集群更适合区块链的去中心化特性,同时分布式地存储可有效保护数据完整性和一致性,提高数据丢失容错率和数据恢复操作空间;在渲染方面,云渲染可动态分配算力,实现用户终端和计算端相分离,在云端完成画面渲染并以低延迟推送画面到用户终端,这是未来云计算在元宇宙的技术发展方向。[8]

人工智能,无论是对元宇宙来说还是对现实世界来说,都是未来的一个发展趋势,更是元宇宙自主运行的重要技术基础。通过大数据分析和数据挖掘和通过基于深度学习的机器算法,对虚拟世界的构造,虚拟场景的演化会变得更加智能。而随着芯片算力的跃升,算法的不断优化,人工智能技术也会在虚拟世界中得到更加广泛的应用。在内容制作方面,人工智能可以产生大量不重复的内容,有利于实现超宇宙的自发有机成长,将成为海量内容创作的主要解决方案。在内容呈现方面,由人工智能驱动的数字化身将元宇宙的内容以有组织的方式呈现给用户。在内容审查方面,对元宇宙中人工无法完成的大量内容进行审查,以确保元宇宙的安全性和合法性。[9]

元宇宙是数字虚拟世界,在这个世界里,现实世界中基于“实体”和“信用”的认证体系无法适用。元宇宙需要一个完备的闭环经济体系和虚拟货币才能体现其经济增值性,虚拟货币的背后,就是去中心化的区块链技术。区块链技术为元宇宙提供了可信虚拟货币,并能保证资产和交易的安全,可以有效地解决元宇宙中资产归属、资产流通、资产变现和虚拟身份认证等问题。元宇宙是一个开放的世界,通过区块链技术,还可实现内容发布、版权众筹、IP交易等各类活动。在元宇宙的世界里,NFT(非同质化代币)技术可以对所有数字资产打上具有唯一性的标签,无法篡改。同时通过区块链跨链技术还可以实现不同宇宙之间数字资产的交易流通。通过NFT技术还能把现实世界中的资产,登记在元宇宙中,同时现实世界中购买的NFT藏品,也可以在元宇宙中使用。[10]虚拟货币市场的繁荣,以及NFT藏品交易市场的火热,推动了区块链技术在创造价值这一更高层面的进化,使未来元宇宙闭环经济体系的构建成为可能。

除以上各项基础技术外,脑机接口技术、电子游戏技术、数字孪生技术、物联网技术等也是创造元宇宙的重要技术。元宇宙的创建,目前还存在太多风险和不确定性,但是随着众多相关技术的高速发展,相信在不远的将来,人类终将迎来真正元宇宙的诞生。

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