信创咨询 | 元宇宙核心技术创新研究报告（可下载）
编者按：元宇宙，又一次成为世界关注的焦点。互联网的尽头就是元宇宙。一万个人心中，就有一万个元宇宙。元宇宙究竟是什么？将之比作一头大象——投机者摸到这头大象的腿，游戏开发商摸到大象的耳朵，监管或许摸到了象牙。元宇宙，这个涉及几乎所有人类高新科技的项目，集齐了所有的新技术，已经成为在线性世界里，集齐了互联网和工业几乎所有要素的，真正的未来科技。公众号后台回复“下载”或点击文末左下角“阅读原文”可获取该报告电子版全文。
编辑 | 信创咨询公众号（ID：XConsultancy）
部分内容 | 参考天风证券研报、智东西、区块链之美等
2021年3月10日 Roblox DPO上市，带火元宇宙概念；7月23号，Facebook CEO马克扎克伯格宣布五年时间将Facebook打造成“元宇宙公司”。元宇宙应当是一个可以映射现实世界、又独立于现实世界的虚拟空间。
在全球互联网渗透率已达较高水平的情况下，移动互联网时代的用户红利或趋于瓶颈，元宇宙概念的出现是人们对移动互联网继承者的展望：它是互联网的下一个阶段，是新时代的流量环境。
元宇宙是基于互联网而生，与现实世界相互打通，平行存在的虚拟世界。元宇宙不是一家独大的封闭宇宙，而是由无数个虚拟世界/数字内容组成的不断碰撞并且膨胀的数字宇宙，正如同真实的宇宙一般。（也如同互联网，因为元宇宙就是基于互联网而生的）。
2021年3月10日，Roblox DPO上市，带火元宇宙概念。招股书中，Roblox列出了平台具有通向元宇宙的8个关键特征：Identity（身份）、Friends（朋友）、Immersive（沉浸感）、 Anywhere（随地）、Variety（多样性）、 Low Friction（低延迟）、 Economy（经济）、 Civility（文明）。
元宇宙的开端：从科幻走进现实，不论是Roblox UGC 3D虚拟世界的新内容呈现方式，Fortnite举办的线上演唱会，还是动物之森和Horizon带来的虚拟社交，它们都是底层科技/核心技术的迭代衍生出来的“新内容”，虚拟与现实碰撞、更沉浸、更互动。这些“新内容”与其对应的底层技术的进步打开了元宇宙的大门和人们对互联网未来的展望。
元宇宙的诞生背景：
1、 线下场景数字化趋势：过去十几年，虚拟内容不断创新，从3D虚拟世界如魔兽世界等网游，到虚拟与现实相结合如Pokémon Go AR游戏或者初音未来虚拟人线下演唱会等。20年疫情加速了整个虚拟内容端的发展，越来越多线下场景被数字化，毕业典礼、AIAC峰会，明星演唱会等；基于虚拟人、动捕、呈像、3D引擎、UGC工具、VRAR等技术的发展，线下场景数字化趋势显著，元宇宙在娱乐和社交领域展露雏形。
2、 产业和工业的数字化转型：2021上半年全中国建成5G+工业互联网项目接近1600个，覆盖20余个国民经济重要行业，在此基础上，5G+工业互联网正从航空、钢铁、矿业、港口等先导行业向制造业全行业扩展。
元宇宙的未来将分为两个阶段：第一阶段的元宇宙赋能社交+娱乐：3D虚拟世界的主流形态是游戏，沉浸式内容体验+虚拟社交。第二阶段的元宇宙为全真互联网，赋能生活+产业/工业：改变人们生活、工作、连接的方式；提效降本；经济系统数字化。
元宇宙，是不断的“连点成线”的技术创新总合。
据不完全统计，仅2021上半年全中国建成的5G+工业互联网项目就接近1600个，覆盖了20余个国民经济重要行业——以往“链接+整合”科技变革的经验，正让元宇宙“连点成线”，串起技术创新总和的演变趋势，变得愈加清晰。
在前面的文章“元宇宙六大支撑技术全景图”中描述了元宇宙的六大支撑技术，包括：物联网，区块链，电子游戏，人工智能，交互技术，网络与计算。通过这一点似乎就能够窥见，数字技术给元宇宙建立虚拟空间提供了足够的技术支持和保障。
区块链能解决元宇宙的哪些关键问题？ 那就是：虚拟资产与虚拟身份。
业内专业人士认为，此前的普通虚拟世界（网游、社区等）一直以来都被当做普通的娱乐工具，而非真正的“平行世界”。用户在传统互联网平台中的虚拟资产和虚拟身份存在以下问题，这些问题阻碍了元宇宙的到来与发展。主因在于：
（1）这类虚拟世界的资产无法顺畅在现实中流通，即便玩家付出全部精力成为虚拟世界的“赢家”，大概率也无法改变其在现实中的地位；
（2）这类虚拟世界中玩家的命运不掌握在自己手中，一旦运营商关闭了“世界”，则玩家一切资产、成就清零。
（3）用户的身份信息以及衍生的相关数据被完全掌握在平台机构手中，缺乏隐私。
元宇宙是接近真实的沉浸式虚拟世界，构建对应的经济系统至关重要。区块链发展成熟的DeFi生态，能够为元宇宙提供一整套高效的金融系统。从虚拟资产的抵押借贷、证券化、保险等各个方面，为用户提供低成本、低门槛、高效率的金融服务。用户的虚拟资产如同现实资产一般，享受到金融服务，从而进一步强化了虚拟物品的资产属性。通过虚拟产权的稳定和丰富的金融生态，元宇宙经济系统将具备如现实世界中的调节功能，用户的劳动创作的虚拟价值将会由市场决定。
传统的虚拟资产难以跨平台流通，区块链可以降低虚拟资产在多个平台流动的难度。传统的游戏资产在内的虚拟资产是记录在运营机构的数据库内，虚拟资产的跨平台转移涉及需要多方数据互信，成本高且难以实现。通过NFT记录虚拟资产的归属信息，并在区块链去中心化网络中以点对点的方式进行交易NFT，本质上是因为这些项目采用了区块链平台进行资产的清结算，减少了信任风险，提高了清算效率。
区块链能通过去中心化的权益记录，保障用户的虚拟资产权益不被单一机构所掌控。这种权益记录方式使得虚拟资产近似于物理世界的真实资产，用户可以随意地处置、流通、交易，不受中心化机构的限制。NFT是区块链框架下代表数字资产的唯一加密货币令牌，未来将是元宇宙的经济基石。NFT可与实体资产一样买卖，保证了元宇宙中基础资产的有效确权。借助NFT的力量，所有虚拟世界里的数字化物品将不遭受第三方控制和调配，因为NFT技术的核心便是“数字所有权”。
NFT作为元宇宙的经济系统的底层支持
区块链技术让用户控制自己的身份数据的实现终于找到了技术突破口。W3C提出了基于区块链的分布式数字身份 DID 的概念，分布式数字身份具有以下属性：
（1）安全性：身份所有者身份信息不被无意泄露，身份可以由身份持有者持久保存，身份信息提供可符合最小披露原则；
（2）身份自主可控：用户可以自主管理身份，而非依赖可信第三方；身份所有者可以控制其身份数据的分享。
（3）身份的可移植性：身份所有者能够在任何他们需要的地方使用其身份数据，而不需依赖特定的身份服务提供商。
基于分布式数字身份，社交网络应用的作用是提供服务，而无法进行社交数据的垄断。人与人之间的网络社交链接发生在数据层面，而非应用层面，这种模式下也能够有效地促进新的社交应用的诞生，以适应元宇宙复杂多样的社交场景。
分布式数字身份四层架构
国际电子技术委员会对“身份”的定义是“一组与实体关联的属性”，分布式数字身份也不例外，W3C 的 分布式数字身份规范和可验证凭证规范分别定义了代表实体的身份标识符及与之关联的属性声明，其共同支撑了分布式数字身份基础模型——可验证凭证流转模型的有效运转。
在隐私保护方面，基于凭证的数据共享必须经过持有方授权，且可以基于数据属性有灵活的共享策略，最小信息披露，达到保护用户隐私数据的效果。
可验证凭证深度总结，请移步：可验证凭证 – 数字身份的核心
分布式数字身份基础模型——可验证凭证流转模型
就像历次时代变革一样，互联网时代变革历程也是由无数技术/应用落地的节点们组成的。
元宇宙或是工业和互联网的下一次大变革方向：每一次大革新都划分一个时代，推动整个文明发展。人们的生活、体验、价值认知均发生天翻地覆的改变。
元宇宙是互联网的下个阶段较好理解，他是新的流量生态；为什么说元宇宙也是工业的下一次变革方向？那是因为元宇宙的变革是由无数技术/应用落地的节点们组成的，而我们现在已处于元宇宙时代的早期阶段，但元宇宙仍离我们很远：就像移动互联网时代，iphone3G或被认为是时代标志性的拐点，其实本质上iphone3G的背后存在复杂的技术/应用链条环环相扣：2G，第一无线网络上商用的诞生；3G流量时代的生态如ios App Store，移动端的网页、硬件如3G芯片（英飞凌等）、无线网络服务商（AT&T等）、基础设施建设；而IOS生态的软件应用是由Java，Html，Unity等底层工具发展推动；半导体（如三星的CPU）；手机硬件等（摄像头、电池）。
我们已步入元宇宙时代科技/技术和应用的自循环中：时代的变革/或科技的迭代，是底层技术推动应用/软件的迭代，然后市场需求的提升反哺底层技术，科技持续进步迭代，这是一个循环。不是先有鸡还是先有蛋的问题，应用/或软件在一个时代发展初期就是科技进步的催化剂。
基于元宇宙的不可预测性，我们或许无法给出最精确的定义；但是科技的大致发展方向是可追寻/可预测的。通过回顾工业2.0和移动互联网时代，比起最精确的定义，探讨元宇宙的发展方向和元宇宙可能存在的误区更为重要。
元宇宙应当是一个100%渗透，24小时使用的环绕式流量生态/互联网形态。如果说移动互联网时代使得人们从只能在家里、办公室中使用PC有线网络接入互联网转变为人们随时随地使用智能设备（手机、平板等）接入互联网，那么元宇宙的发展方向应当是100%渗透，万物互联，24小时使用的互联网。
元宇宙代表着第三次生产力革命，信息革命、或者称其为元宇宙革命。算力时代下，生产力的质变是主体发生变化，机器能创造生产力价值，核心劳动力为AI所替代。而这一切的前提是，Real World AI能发展到这个智能化级别；而一个各维度拟真的虚拟世界，现实世界的平行宇宙，或将成为人工智能训练效率和成本的拐点。在算力时代，主体的改变，则需要一个打通人与人、人与机器、机器与机器的交互/沟通底层环境，而这个环境必然是打通虚拟与现实的。所以不论是人工智能迭代，还是底层的数据/信息交互的生态，都验证了元宇宙的必然性。
元宇宙的核心是底层科技/技术的迭代和进步：基于元宇宙的不可预测性，元宇宙时代的互联网具体是什么样子，将如何改变生活、社会、文明，我们或许并预测不到。但是科技的大致发展方向是可追寻/可预测的，元宇宙发展初期科技-应用的发展正循环是可以跟踪的，这才是研究元宇宙的基石。
将元宇宙的“科技-应用”发展正循环分为6层架构：底层硬科技（核心）、硬件计算平台、系统、软件、应用、以及让整个元宇宙生态运作起来的经济系统。
在元宇宙的第二阶段，它可能是一个始终在线且实时渲染的3D互联网（虚拟世界），将现实和虚拟连接在一起。那个时候互联网将对人类生活达到100%的渗透，而每日使用时长提升至24小时（全时性）。
现在世界互联网巨头纷纷加入了对元宇宙的布局， 相比海外，国内科网巨头的布局更多为底层技术如5G、云计算、AI等领域，还没看到如Facebook、Nvidia、Roblox等清晰的元宇宙路径。同时，我们认为元宇宙在国内的机会和空间仍很广阔。如爱奇艺和哔哩哔哩拥有大量视频版权内容，布局虚拟人技术/虚拟偶像，且已尝试接入VR应用；两者都具备一定的VR内容产出能力（PGC/UGC）。其余互联网巨头如阿里巴巴，在流量、生态、云技术、数字金融等领域深耕，也具备元宇宙趋势下较强的竞争力。
▲海外元宇宙布局梳理
资料来源：中信证券研究部绘制
1）体验：游戏是目前最靠近元宇宙的“入口”，体验将从游戏继续进化，并为用户提供更多进行娱乐、社交、消费、学习和商务工作的内容，覆盖各种生活场景。
2）曝光：解决新体验如何触达用户的问题，包括广告系统、对新体验评价和精选的过程，还包括像Steam平台、Epic Games平台、TapTap平台、Stadia云游戏等商店/渠道。
3）创造者经济：元宇宙里的体验和内容需要持续更新、不断降低创作门槛，并提供开发工具、素材商店、自动化工作流和变现手段。
4）空间计算：无缝地混合数字世界和现实世界，让两个世界可以相互感知、理解和交互，包括3D引擎、VR/AR/XR、语音与手势识别、空间映射、数字孪生技术等。
5）去中心化：元宇宙的经济蓬勃发展需要以一套共享的、广受认可的标准和协议作为基础，推动整个元宇宙体系的统一性以及虚拟经济系统的流动性。加密货币和NFT（非同质化代币）可以为元宇宙提供数字所有权和可验证性，区块链技术、边缘计算技术和人工智能技术的突破将进一步实现去中心化。
6）人机交互：随着微型化传感器、嵌入式AI技术以及低延时边缘计算系统的实现，预计未来的人机交互设备将承载元宇宙里越来越多的应用和体验。由于能提供更好的沉浸感，VR/AR头显被普遍认为是进入元宇宙空间的主要终端，此外还包括可穿戴设备、脑机接口等进一步提升沉浸度的设备。
7）基础设施：元宇宙概念的爆火，是基础设施技术边际改善的必然产物。随着5G、云计算和半导体等技术的成熟，虚拟环境中的实时通讯能力将大幅度提升，支撑大规模用户同时在线，保证较低延迟，并且实现更为沉浸的体验感。
1、VR
以VR为代表的高沉浸度交互模式，将最可能成为Metaverse虚拟世界的入口。从功能机到智能手机，再从智能手机到VR，硬件方面的显示及交互革命，将极大推动内容形式的重构。以Oculus Quest 2为代表的设备帮助用户以中档智能手机的价格体验整个VR世界，VR奇点已至。
2、虚拟社交
以Roblox为例，Roblox的用户们使用自己独特的虚拟形象，在ugc的数字场景中和朋友们拟真的互动+交互，将线下的社交活动数字化：钓鱼、赛车、逛Gucci、看视频、探险等。
Roblox是全球最大的互动社区之一及大型多人游戏创作平台：通过游戏将全世界连接在一起，让任何人都能探索全球社区开发者建立的数千万个沉浸式 3D游戏，提供一个想象、创造以及与朋友同乐的空间。核心用户年龄层：Z世代，5-24岁，约占70%DAU。单用户每日使用时长：153分钟， 社交属性：平均每日发送约61条消息 V.S WhatsApp（Facebook旗下的海外微信）平均每日约50条消息。
不止游戏，Roblox更是个青少年社交、虚拟生活平台：玩家能够在其中聊天，与现实或虚拟的朋友进行互动；疫情期间还推出了“一起玩”游戏分类，鼓励玩家进行线上游戏的同时社交；推出的“party place”功能可供玩家在虚拟世界中举办生日派对和其他聚会，举办虚拟演唱会等。
Roblox规模效应叠加用户社交纽带，社交裂变带来用户增长。与主流社交媒体不同，Roblox营销费用维持低水平：20年在3.1%营销费用水平下，DAU增速达到84.7%；Snapchat和Pinterest营销费用均超过20%。
Roblox核心逻辑：虚拟社交属性带来的双边网络效应，空间广阔。UGC内容生态+社交属性构筑正向飞轮效应：越多开发者创造游戏+玩法内容，玩家沉浸时间越长，通过社交网络吸引越多新用户；玩家基础扩张的同时，由于UGC的激励+反馈经济系统，越多玩家变成开发者，形成正向飞轮效应。
飞轮效应驱动ARPU增长：内容越“好玩”，越多人玩，越互动越社交越好玩，玩家付费意愿越强；越高的变现能力，驱动越多的开发者打造更加好玩的游戏，形成正向飞轮效应。
3、 引擎/开发平台
包括Unity、Epic、Nvidia(Omniverse)在内，各大引擎/开发平台均在部署3D建模、虚拟世界的非游戏业务。
Omniverse 2020年10月首次开放测试，是一个多GPU实时模拟的虚拟世界整合平台。它使用统一的3D文件格式USD，通过社区及云端实现实时文件多设备分享。内置完整Nvidia AI用于机器人+虚拟人开发，同时整合图像、材料渲染、光线追踪技术、物理引擎在Omniverse中，使创造的虚拟世界更真实。Omniverse平台主要由五个部分（connect，nucleus，kit，simulation，RTX render）构成。
4、虚拟人
虚拟身份是元宇宙最基础的维度，具备多元化应用场景/商业化路径。虚拟人有三大发展趋势：1、 高保真， 在视觉表现层面，做出从外形、表情到动作都1：1还原真实人的高保真虚拟人；2、 智能化， 运用语音识别、自然语言处理、语音合成等技术赋予虚拟人智能和情感表达；3、 工具化， 开发更轻量、便捷的工具，让艺术家和普通用户都能快速生产高品质美术资产。
根据腾讯CEO马化腾在《三观》序言中所述，目前从实时通信到音视频等一系列技术已经准备好，计算能力快速提升，推动信息接触、人机交互的模式发生更加丰富的变化，VR等新技术、新的硬件和软件在不同场景下的推动，即将迎来下一波全真互联网的升级。我们认为，当前技术条件仍然是步入元宇宙时代的门槛，未来在通讯和算力、交互方式、内容生产、经济系统和标准协议等领域的突破将陆续拉近与元宇宙时代的距离。
技术演变：从PC网络到应用生态在到元宇宙
资料来源：百度云，中信证券研究部绘制
交互方式：VR/AR即将进入加速阶段。
从2019年起，随着光学技术的迭代、网络环境升级、产品体验升级同时性价比提升以及热门VR内容的推出，驱动VR/AR行业重回增长快车道。
VR/AR的成长路径
资料来源：腾讯研究院（含预测），中信证券研究部
通信和算力：仍待5G建设持续快速推进。
我们认为，随着5G渗透率的不断提升，网络传输速率和质量有望得到进一步提升，更多企业级和消费级次世代应用创新将有望落地，其中云游戏将作为5G时代的杀手级应用率先大范围落地。随着通信和算力技术的不断提升，元宇宙的技术门槛将不断得到降低，同时实现更大范围的渗透有望成为可能，并且进一步提升用户的沉浸式使用体验。
云计算更加契合元宇宙需求
资料来源：腾讯公开课（腾讯研究院，杨彦哲），中信证券研究部
5G十大应用场景
资料来源：华为
数字孪生：现实和虚拟的交互闭环。
数字孪生技术两大关键点：物理实体和虚拟模型之间的双向连接；连接基于实时数据。
数字孪生六大关键技术已经成熟
资料来源：信通院，中信证券研究部
标准协议和经济系统：将无数子宇宙聚沙成塔的关键要素。
类比PC互联网和移动互联网时代的TCP/IP协议和TD-LTE标准，元宇宙的形成需要一套完整的标准协议，其中包括用户身份、数字资产、社交关系、应用API等方面的一系列通用标准和协议。
标准协议和经济系统示意图
资料来源：中信证券研究部绘制 注：logo来自各公司官网
内容生产：等待人工智能技术成熟，降低内容创作门框。
对于元宇宙这样庞大的体系来说，内容的丰富度将会远超想象，并且内容将会是以实时生成、实时体验、实时反馈的方式提供给用户，对于供给效率的要求将远超人力所及，需要更加成熟的人工智能技术的赋能内容生产，实现所想即所得，降低用户内容创作门槛。
通过深度/强化学习，人工智能在模拟人类思维领域已经取得突破。根据MIT Technology Review对于2021年度突破性技术的评价，我们认为其中2种人工智能领域的突破性应用将有望解决元宇宙领域发展的痛点，并推动元宇宙的发展。
MIT 2021年年度突破性技术中人工智能相关技术
资料来源：MIT Technology Review，中信证券研究部
云数据中心：元宇宙带来广泛数据需求。
元宇宙有望带来数据流量的下一次爆发。
元宇宙带来广泛的数据需求
如何展望元宇宙的格局演进？
我们将元宇宙的发展格局演进分为三个阶段：
未来5-8年，随着技术端的不断发展，我们预计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。
预计2030年前后，随着泛娱乐沉浸式体验平台已经实现长足发展，元宇宙将基于泛娱乐沉浸式体验平台的基础向更多的体验拓展，我们预计部分消费、教育、会议、工作等行为将转移至虚拟世界，同时随着虚拟世界消费行为不断升温，并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，随之带动部分虚拟平台间实现交易、社交等交互。
预计2030年后，各个虚拟平台将作为子宇宙，逐渐形成一套完整的标准协议，实现各子宇宙的聚合并形成真正意义上的元宇宙；这些子宇宙依然保持独立性，只是通过标准协议将交互、经济等接口统一标准化实现互联互通，元宇宙由此进入千行百业的数字化的全真互联网阶段。
元宇宙发展方式展望
资料来源：中信证券研究部绘制
现阶段投资机遇在哪里？
尽管面临诸多挑战和不确定性，我们依然判断人类的数字化生存是一条不可逆的单行线，游戏和社交可能是数字化生存的起点，但绝非终点。未来，人的娱乐、生活、工作持续数字化，千行百业的企业级数字化亦刚刚拉开帷幕。元宇宙很可能是即互联网之后，下一个在中长期改变人类生活的聚合创新，带来以十年为单位的投资机遇。当前时间点，我们很难给出元宇宙的短期受益投资标的，但中长期，我们看好由此带来的相关领域投资机会，如：英伟达、Epic、Unity、特斯拉、腾讯、字节跳动、米哈游、Facebook、苹果、微软、亚马逊、谷歌、阿里巴巴、Roblox、百度、小米等公司。同时，我们也注意到，在一级市场上，还有更多年轻公司在相关领域进行创新和尝试，这些公司亦可能在未来登陆资本市场，带来投资机会。
元宇宙产业重点关注方向
资料来源：中信证券研究部绘制
信创咨询认为，随着Facebook等各大互联网巨头抢滩布局元宇宙及其相关领域，资本市场元宇宙概念横空出世，掀起元宇宙投资热潮。宇宙开始起源于游戏，现在具备了社交属性，这也推动着元宇宙从艺术开始变成现实，离我们不再遥远。物理世界因为资源的缺乏，内卷然、贫富差距以及各种压力是天然的，但是映射出来的虚拟空间所带来的更大的影响和经济体系，这是我们未来可以期待的。未来，元宇宙可能会成为现实生活中的映射，拥有一套独立的经济体系，每个人都是创作者和消费者，覆盖整个行为，提供更高的精神世界的需求。
同时，信创咨询认为在通往元宇宙终极极图景的路上，会有很多层出不穷的商业化探索和尝试，受当时技术进展的约束，元宇宙初期雏形产品往往争议较大，商业化效果具有较强不确定性；另一方面，基于区块链、NFT等数字资产和经济体系的建立，当前仍与数字货币价格相关，可能面对币值波动和各国监管的风险；AI、图形引擎、高速无线充电乃至电池等技术都有可能影响元宇宙发展进程，相关技术进程亦具有不确定性；从互联网公司主导的PGC封闭世界，到消费者大量参与的PUGC数字开发，互联网平台亦有可能面临更迭和挑战；元宇宙和数字世界对于电力能源的消耗，需要更多可持续能源和储能基础设施，亦给未来能源结构带来挑战；元宇宙可能产生垄断现象，以及涉及数字货币等相关制度、法律尚不完善的领域，存在政策或监管风险；行业竞争加剧风险等。
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