通信行业元宇宙：元宇宙是“方块”搭成的？

行业信息观察 2022-04-24

引言

元宇宙将是三维立体，可以穿梭其中的互联网新时代。元宇宙是一个由Blockchain、game、network、display 四大重要元素支撑的全感官、人机交互的全真互联网体系。这一阶段的互联网将会是三维立体的，人们不再是透过显示屏浏览互联网而是穿梭在互联网宇宙中。元宇宙的核心不仅是要在视觉上无限接近现实，更重要的是在法则上接近真实的宇宙。真实的宇宙中，生命体和非生命体均会随着时间的推移而改变，他们看似是一个个单独的整体，其本质是由一个个更小的单位组成的，因此作为底层设施的建模手段需要考虑到能否满足需求。目前的建模手段主要有三维建模和体素建模。

报告内容

1.特立独行，方块构建游戏世界

随着今年初 Roblox 的上市，“元宇宙”这个概念开始进入人们的视野，多数人对于“元宇宙”的认知停留在游戏的层面，认为其是一个开放的游戏社区，拥有与现实互通的经济体系，用户可以在其中进行游戏创作。自 2020 年起，Roblox 的日活用户数（DAU）和用户使用时长增长迅速。根据 Sensor Tower 今年 6 月的数据，App Store 端营收 Roblox已成功登上第三位，仅次于常年稳居前二的“王者荣耀”和“吃鸡”。不同于榜上的其他游戏，Roblox 采用了体素建模的方式，即利用一个个小方块构建了游戏世界。同样颇受欢迎的 Minecraft 也采用了体素建模的方式，其开放的创作方式接近于元宇宙。

主流三维游戏以三维建模为主。大部分手游和端游是由三维三角形网格建模构建，如大受欢迎的“王者荣耀”和“GTA 5”，给到用户一种精美、逼真的视觉体验。尤其是“GTA 5”除常用三维网格建模工具以外，还利用了无人机扫描和激光三维重建等技术来复刻洛杉矶。

在当前追求画面逼真度的主流趋势下，Roblox 和 Minecraft 却一反常态，牺牲视觉效果，坚持用方块来构建游戏世界。这种设计看起来偏低龄，且无法满足成年人的审美需要。而我们看到，部分 Minecraft 的用户已经是 95 后，但并未离开游戏，这些“方块”的乐趣何在？我们从底层游戏建模技术说起。

2.三维建模与体素建模的区别
2.1 三维建模
三维建模是指使用软件来创建三维对象或形状的数学表示形式的过程，简单总结有以下几个步骤：雕刻出基本的形状；通过拓扑工具将网格覆盖在模型上；对于模型进行光影渲染、上色和其他细节刻画。创建的对象称为三维模型，这些三维模型可用于各种行业。影视、视频游戏、建筑、施工、产品开发、科学和医疗行业均在使用三维模型进行可视化、仿真和渲染图形设计。作为主流建模方式，其拥有成熟的建模工具，如：3D Max，Maya，Zbrush 等。

三维建模具备以下特点：
1. 有成熟的创作工具，可以自由地进行创作，并且通过一些高科技技术，如激光三维建模，在虚拟世界中高度复刻现实；
2. 建模成本高且不易修改；
3. 需要专业培训和一定美术基础。
2.2 体素建模
体素可以被理解为像素的三维版本，是数字数据于三维空间分割上的最小单位。体素建模是指用固定大小的立方块作为最小单位来表示三维物体。

体素建模具备以下特点：
1. 单个立方体可以被赋予元素特性，如：钢、木、水等；
2. 操作门槛降低且易于修改；
3. 和像素一样，人们可以通过提升体素的分辨率来实现细致的表现。
3.体素建模——元宇宙基石，FT 与 NFT 的对立统一
元宇宙当下才初具雏形，选择何种建模方式取决于是否能够满足人们对于元宇宙未来发展的遐想。
3.1 元宇宙将是三维立体，可以穿梭其中的互联网新时代
特网的能否成功的疑虑，互联网不再是仅停留在实验阶段的一个概念。一个大时代开始，互联网倾入各行各业，到 2008 年这一阶段可以被称之为 pc 互联网时代。第二次是 2008年，伴随着智能手机的飞速发展，互联网飞速融合了无线设备并经历了服务和内容方面的发展，打败了传统的纸媒和电视、代替了电话和短信。互联网不仅自身进行了重新定义，同时改变了人类长久习惯的生活方式，这一阶段可以被成为移动互联网时代。
目前，互联网的第三次变革雏形初现，即“元宇宙”。“元宇宙”是一个由 Blockchain、game、network、display 四大重要元素支撑的全感官、人机交互的全真互联网体系。这一阶段的互联网将会是三维立体的，人们不再是透过显示屏浏览互联网而是穿梭在互联网宇宙中。

3.2 体素建模能塑造接近真实宇宙法则的元宇宙世界
元宇宙的核心不仅是要在视觉上无限接近现实，更重要的是在法则上接近真实的宇宙。这使得选择何种建模手段去实现这一特质变得很关键。真实的宇宙中，生命体和非生命体均会随着时间的推移而改变。人会慢慢变老，长出皱纹；建筑会随着时间损坏、风化。同时，物体和生物看似是一个个单独的整体，其本质是由一个个更小的单位组成的，如：细胞、砖块等。
现阶段被广泛使用的三维（网格）建模难以满足元宇宙世界的需求。目前的三维建模技术虽已经能够复刻出逼真的视觉画面，但其建造的方式和过程决定了三维建模技术难以复刻真实宇宙法则。主要有以下几点原因：
1. 三维建模技术通过三角形或多边形组成的网格来模拟复杂物体的表面，再进行上色、渲染等步骤使得视觉上所建造的模型是三维立体的，但这仅仅是视觉上的假象。

2. 三维建模技术所建造的模型是一个整体，无法分割。这决定了完成的模型无法模仿真实宇宙法则随着时间推移进行细微的改变。
3. 需要昂贵的软件和专业的培训才能进行模型搭建，对于普通用户来说难以参与创作。初期，元宇宙概念主要围绕着 game，打造一个用户可以自由创作且从中获益的游戏平台能够形成游戏内容的良好创作生态。这使得简单易上手的建模方式称为必须。
体素建模的特质决定了其被用于构建元宇宙世界。
3.2.1 方块作为最小单位搭建模型
在区块链概念中，被赋予不同属性的同质化代币（FT——fungibletoken）结合在一起，组成了非同质化代币（NFT——non-fungible token），一层层嵌套。这样的方式模拟了上文中所提到了不同的物体或生物看似是一个个独立整体，本质确是由许多同质化的元素组成的。如：建筑物均是由砖头、木头、钢铁、玻璃等元素建造成功的，不同的排列组合构建出了不同的建筑。同理，生物均是由细胞组成的，细菌等绝大部分微生物以及原生动物为单细胞生物，高等植物与高等动物则是多细胞生物。
此前在区块链世界中，人们认识到同质化代币与股票类似的交易属性，而非同质化代币则更多与现实数字资产相结合，毕竟音乐版权、艺术品等都有个体差异。但在元宇宙中，两者将构成对立统一的主体，从而更逼真地映射现实世界。体素建模中，相同属性的方块可以被看做 FT，不同数量、属性的 FT 经过不同排列方式组成 NFT，且可以再互相嵌套生成全新的 NFT。这一特性使得体素建模能够模拟出一些真实的宇宙法则。

1. 体素建模构建的世界以方块为最小单位，意味着每一个方块可以单独改变。这一原则能够帮助实现我们所需要的，在元宇宙世界里，随着时间、突发事件等，物体会作出相对应的改变。

可以展现真实的摧毁和损坏。三维建模构建的模型是一个整体，摧毁一个物体只是代码上的一个删除，被摧毁的物体将不留痕迹消失。即使我们能够看到摧毁的过程也只是电脑代码制作出的假象。而体素建模的模型被摧毁或损坏后，切实存在一个NFT 被打碎成一堆 FT 或小的 NFT。
2. 每一个方块可以被赋予不同的属性并表现出这一属性特有的硬度、弹性等，且可被标记。这种方式，可以实现不同的模型的特性是不同的。如：木头属性方块构建的物体可以轻易被钢属性构建的工具损坏。而三维建模构建的物体属性上是一致的。除此之外，在塑造人物形象时，可以通过这一特点从内而外表达出人物形象的特点（类似现实生活中的 DNA）。
3.2.2 通过提升方块的分辨率可以实现更逼真立体的视觉效果
目前我们随看到的大多数体素建模游戏的画质都比较粗糙，但在视觉效果方面其实有较大的空间，没有普及的主要原因是对于存储、算力等基础建设要求严格。
体素就是三维版本的像素，可以通过提升体素数据的分辨率，例如从每立方米一个体素提升至每立方厘米一个体素来增强画面的精致度。分辨率的提升意味着表达同一个模型所需的方块数量几何倍增长，对于存储空间要求很高，且在加载的过程中对于电脑的硬件要求高。
除提升分辨率以外，光线追踪等技术的渲染可以带来近乎真实的真正电影级图形和光影物理效果。光线追踪是指通过追踪光线与物体表面发生的交互作用，得到光线经过路径的模型。实时光线追踪渲染对于 GPU 的要求极高。

3.2.3 体素建模构建的世界是真实三维立体的
不同于三维建模仅是在视觉上做出三维立体的感受，体素建模所搭建的世界是真实三维立体的。方块堆叠的搭建方式和真实世界中一砖一瓦搭建类似。这使得用户可以真实穿梭在元宇宙世界中。这一特质使用户能够在元宇宙世界中“搬砖”创造物体。

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