浅谈元宇宙

引言

我国《“十四五”数字经济发展规划》提出，要大力推进产业数字化转型和加快推动数字产业化。元宇宙是数字化转型的新赛道，加快推动元宇宙布局是夯实数字基础设施、打造数字经济新引擎的必然选择。

1．元宇宙发展的背景

当今世界正经历百年未有之大变局，以新一代信息技术和数据作为关键要素的数字经济，已成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。新一代信息技术与实体经济在更大范围、更宽领域、更深层次融合，催生新生产方式、新产业形态、新商业模式，推动实体经济转型升级。新冠疫情爆发以来，在线办公、教育、医疗、消费以及产业升级、社区服务、城市治理等的数字化已成为常态，全方位的“虚实融合”的元宇宙正在形成。发达国家和地区纷纷实施前瞻性战略，加强新一代信息技术和产业优先布局，抢占元宇宙发展先机。

我国《“十四五”数字经济发展规划》提出，要大力推进产业数字化转型和加快推动数字产业化。“十四五”时期，我国数字经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段。展望2035年，数字经济将迈向繁荣成熟期，力争形成统一公平、竞争有序、成熟完备的数字经济现代市场体系，数字经济发展基础、产业体系发展水平位居世界前列。数字经济的发展，将推动新一代信息技术的融合发展，催生出社交、购物、娱乐、展览等领域的新模式新业态，加快推动数字产业化、推进产业数字化转型。

2．元宇宙发展的意义

国家战略不仅明确了数字经济的发展目标，也指出了数字经济的发展方向，并给出了数字产业化和产业数字化的发展路径。元宇宙具有大规模协作、沉浸式、自组织、多样性、用户创造生态等特点，容纳工业制造、社交娱乐、文化旅游、社会治理、金融服务等众多场景，汇聚内容管理、身份认证、支付交易、资产管理、模拟仿真等多种服务。元宇宙的出现为产业数字化带来新的消费场景和模式，将汇聚社交、娱乐、金融、教育等更多产业资源，加快培育数据要素市场、价值体系、市场规则和配置作用、完善数字经济治理体系，形成跨多领域、地域的价值链和产业链，催生新的信息消费模式和习惯，拉动信息消费快速增长，加速各行业产业数字化进程，加速推动数字经济演进，形成数字经济新优势。

3．元宇宙概念特征

3.1元宇宙的概念

当前业界对于元宇宙定义尚不统一，产学研各界具有代表性的观点如下表所示。 

我们认为，对于元宇宙的定义主要包括两个方面：一方面强调面向用户入口的前端技术应用，以提升用户体验为基础，强调扩展现实（XR）等技术的应用，通信网络演进路线决定了其发展水平，随着网络从固定宽带、移动互联网到5G、6G等高速移动通信技术的发展，用户侧能够实现的前端沉浸式交互应用愈发丰富；另一方面强调面向组织架构的后端技术体系，以分布式架构为基础，强调区块链等技术的应用，用户对身份、数据及算法拥有更多自主权的新体系，区块链技术能够使用户对于自己的身份及财富等拥有更为自主的控制。

3.2元宇宙的特点

元宇宙具有沉浸式体验、交互式操作、唯一的虚拟身份、完整的经济机制、自主创造性等特性。

1) 沉浸式体验

元宇宙一方面利用数字孪生技术在虚体空间中创建数字化的虚拟物体，另一方面把互联网的2D平面式体验提升至3D、4D甚至更高的层级上。元宇宙是一个能够完整运行的、跨越现实和虚拟世界、始终实时在线的世界，无穷无尽的人们可以同时参与其中，并且能够连接互通，增强沉浸感。在元宇宙中，玩家对虚拟世界角色的控制以及这种代入感成为影响元宇宙环境的重要因素。

2) 交互式操作

元宇宙应用以更深的互动程度、更人性化的互动体验为目的不断进行升级。未来的元宇宙不会单一地仅仅追求某方面的极致体验，而是一种采纳了各方优秀技术的综合成果。在持续地发展过程中，它会以进化方式逐步实现互动的便捷性，从鼠标、手柄、型态捕捉、手势雷达、智能音控到脑机接口的稳定应用，配合区块链的“去中心化”机制，以达到用户的最佳体验。

3) 唯一的虚拟身份

每个人在元宇宙中都能有一个或者多个数字身份，并且每个数字身份都是独一无二的，身份是构建起完整生态的基础。在元宇宙中，通过体系化的编码，实现对于用户身份的唯一表示，同时利用引入密码学要素，不但解决了唯一标识的问题，还通过引入私钥和公钥等的方式，将用户信息数据的使用权与所有权分离，从而将用户数字身份完全交由自己进行控制和管理。

4) 完整的经济机制

元宇宙经济要素包括数字创造、数字资产、数字市场、数字货币、数字消费，有自己的经济系统和类似现实世界的货币交易系统。数字内容需转化为数字商品才能进行交换，在这个过程需要破解数字内容权属划分、会计计量和交易定价等多个问题，而当前行业内主要通过NFT尝试解决权属划分问题。任何物品、内容都可转化为NFT记录在区块链上，从而实现了物品与权属的链上打通，再通过数字货币的方式实现元宇宙中价值的流通，从而构造了一套完整的经济体系。

5) 自主创造性

在元宇宙中人人皆可创造，创造的皆有价值。为确保元宇宙更加多元，元宇宙中的内容可以被任何个人或组织来创造。在元宇宙中，人们拥有更多自主创造性，来制造不同的数字内容，包括角色、物品、场景等。有的元宇宙应用打造了创意经济共享平台，以创作激励机制吸引用户。现实世界的人能在任何时间、任何地点进入元宇宙中，进入后可自由与世界互动。

3.3元宇宙关键要素

数字人、NFT、分布式自治组织是元宇宙关键要素。

1) 数字人

数字人是指利用计算机图形学、动作捕捉、机器学习、色彩渲染、语言合成等信息技术创造出的，存在于非物理世界中的个体，其具有外形外貌、语言能力、交互能力等多重人类特征。虚拟数字人将完成“形神合一”的蜕变，建立在知识图谱之上，活化的智能数字人IP角色，可以实现形象CG与神态AI的高度统一，其“多模态富媒体”属性将广泛应用于文娱、电商、社交等数字经济领域。

2) NFT

元宇宙是面向数字内容的，在元宇宙中需要完成数字资产确权、估值、流通等全流程，需要技术创新与金融基础设施的变革，NFT正是其中的关键基础组件。NFT在映射物理资产的同时，催生了大量原生数字资产，进一步丰富了元宇宙数字生态中资产的表现形式，扩大了数字经济的资产规模和想象空间。

3) 分布式自治组织（DAO）

DAO是Decentralized Autonomous Organization的简称，是由其成员拥有并运行在区块链技术上的分布式自治组织。DAO受控于社区中的股东，并不受中央机构影响。其次，DAO使用智能合约，即建立团体规则并自动执行决策的代码片段。并且，分布式自治组织的金融交易记录和程序规则是保存在区块链中的。

DAO是适应元宇宙的组织方式。生产环境的变革催生着新的组织方式，从大航海时代到元宇宙，组织形式将不断变化演进。Web2.0时代，巨头对数据的垄断已被社会关注，而元宇宙DAO的组织规则由程序监督运行，组织规则最终的保障是代码。代码的事前约束使得DAO能在更低信任的模式下形成组织，用户在数字世界可更广泛参与全球协作。区块链技术保障了“Code is Law”，而DAO保障了规则有序制定、执行，两者是元宇宙制度基石。

4．元宇宙主要技术

支撑“元宇宙”的六大技术支柱包括：区块链技术（Blockchain)、交互技术(Interactivity)、电子游戏技术(Game)、人工智能技术(AI)、智能网络技术(Network)、物联网技术（Internet of Things）。

1) 区块链技术

区块链是支撑元宇宙经济体系最重要的基础。在元宇宙中，用户的虚拟资产必须能跨越各个子元宇宙进行流转和交易，才能形成庞大的经济体系。通过NFT、DAO、智能合约、DeFi等区块链技术和应用，将激发创作者经济时代，催生海量内容创新。基于区块链技术，将有效打造元宇宙去中心化的清结算平台和价值传递机制，保障价值归属与流转，实现元宇宙经济系统运行的稳定、高效，透明和确定性。

2) 交互技术

通过AR、VR 等交互技术提升游戏的沉浸感。人体交互技术是制约当前元宇宙沉浸感的最大瓶颈所在，交互技术分为输出技术和输入技术。输出技术包括头戴式显示器、触觉、痛觉、嗅觉甚至直接神经信息传输等各种电信号转换于人体感官的技术;输入技术包括微型摄像头、位置传感器、力量传感器、速度传感器等。复合的交互技术还包括各类脑机接口,这也是交互技术的终极发展方向。

3) 电子游戏技术

电子游戏技术既包括游戏引擎相关的3D建模和传实时渲染,也包括数字李生相关的3D引擎和仿真技术。前者是虚拟世界大开发解放大众生产力的关键性技术,要像美图秀秀把 PS 的专业门槛拉低到现在普通百姓都能做一样,只有把复杂3D人物事物乃至游戏都拉低到普罗大众都能做,才能实现元宇宙创作者经济的大繁荣。后者是物理世界虚拟化数字化的关键性工具,同样需要大幅把门槛拉低到普通民众都能操作的程度,才能极大加速真实世界数字化的进程。其中最大的技术门槛在于仿真技术,即得让数字孪生后的事物必须遵守物理定律、重力定律、电磁定律、电磁波定律,例如光、无线电波,必须遵守压力和声音的规律。

4) 网络及运算技术

元宇宙要求高同步低延时，使得用户获得实时、流畅的完美体验，这离不开网络及运算相关技术。VR设备一大难题是传输时延造成的眩晕感，其指标为转动头部到转动画面的延迟，5G带宽与传输速率的提升能有效改善时延并降低眩晕感。此外，边缘计算常被认为是元宇宙的关键基建，通过在数据源头的附近采用开放平台，就近直接提供最近端的服务，从而帮助终端用户补足本地算力，提升处理效率，尽可能降低网络延迟和网络拥堵风险。云计算作为分布式计算的一种，其强大的计算能力有望支撑大量用户同时在线。

5) 人工智能技术

人工智能技术在元宇宙的各个层面、各种应用、各个场景下无处不在。包括区块链里的智能合约、交互里的AI识别、游戏里的代码人物物品乃至情节的自动生成、智能网络里的AI能力、物联网里的数据AI等，还包括元宇宙里虚拟人物的语音语义识别与沟通、社交关系的AI推荐、各种DAO的AI运行、各种虚拟场景的AI建设、各种分析预测推理等。

6) 物联网技术

物联网技术既承担了物理世界数字化的前端采集与处理职能，同时也承担了元宇宙虚实共生的虚拟世界去渗透乃至管理物理世界的职能。只有真正实现万物互联，元宇宙实现虚生共生才真正有可能。物理网技术的发展，为数字孪生后的虚拟世界提供了实时精准持续的鲜活数据供给，使元宇宙虚拟世界里的人们足不出网就可以明察物理世界的秋毫。

5．元宇宙相关政策

5.1国外主要政策动向

5.2国内主要政策布局

6．元宇宙应用场景

6.1元宇宙游戏

元宇宙类游戏从内容、交互和玩法这三个方面对传统游戏进行了全面革新。内容上，用户创作内容甚至AI创作内容将替代传统游戏内容；交互上，多元化3D场景及XR的使用会进一步提升沉浸感；玩法上，元宇宙正努力构建融合游戏、社交、文化、购物等多个场景的多元娱乐体验。

6.2元宇宙社交

元宇宙社交为用户带来全新的社交感受，社交场景将更加丰富、社交入口也将更多元化。用户能够依据自身需求，定制虚拟与实体形象，情感和行为体验更为丰富，获得数字归属感；用户可以选择进入不同的元宇宙场景，体验不同的人生，与古今中外不同领域的人社交。真假难辨的沉浸式体验是元宇宙最核心的特征，人们能够在真实世界和虚拟世界中交替穿梭；社交元宇宙由游戏、影音、办公会议等元素组成，甚至包括虚拟房地产和各类数字经济要素。

6.3元宇宙办公

在办公场景中，通过多种设备加入共享式和协作式全息体验，实现所有需要“在场感”的协作场景，以虚拟化身的方式进行沉浸式办公。不仅可以实现足不出户就能通过增强现实技术进行远程工作，还可以以虚拟身份与在线空间的同事共享办公，将现实空间中人物的动作、神情和语气准确传达给同事，获得更加真实的沉浸式办公体验。

6.4元宇宙文旅

利用AR、VR、数字孪生等技术手段能够对文化进行再创新，实现传统文化、时代精神、新兴技术的三结合。文旅场景不再是单一的观览过程，实景沉浸式文旅项目才能满足人们的新需求。通过打造多维的感官体验，能够给游客带来更好的实景体验、拓展游客社交空间，在重塑的文化场景中增强互动性，提升旅行体验，带来丰富的文化之旅。

6.5元宇宙教育

在教育类场景中，通过虚拟演示、虚拟分身、虚拟课堂，甚至是虚拟校园，能够让学生对所学的知识有身临其境的体验，实现跨地区的教育资源共享、增添教育层面的互动性、提高学习的有效性。传统教学场景的核心架构是教师、学生、学习环境组成，而在元宇宙教育场景中却是不固定组合，学习环境也会从一排排桌椅和黑板根据学科变成一个虚拟重现、虚实融合的教育场景。未来的学习方式不再是单一的听课读书，而是教学环境、教学资源与学生们的互动，还可以根据虚拟化身的形式，开展感官同步的线上教学。

6.6元宇宙制造

工业元宇宙覆盖工业制造生产全链条环节，联通产业链多环节。在研发阶段，通过数字孪生构建仿真虚拟环境，物联网实现虚拟环境与物质世界数据的实时通讯，提升仿真结果的可靠性、实现实时迭代和优化，设计者可以通过VR或AR眼镜，沉浸式的感受设计效果，完成各种人机工程的设计及优化，极大提高了工业设计效率。在生产制造阶段，通过数字孪生与信息物理系统，对生产线进行远程监控和实时监督管理，及时识别设备的运行状态及问题，使得制造流程可视可控。在消费端阶段，通过VR、AR设备，使用者能够实时看到操作流程和要求，只需根据操作指导画面即可完成相关作业，节约了培训成本与减少操作失误率。

6.7元宇宙城市

智慧城市类应用，打造数字孪生城市，推动城市数字治理。数字孪生城市是新一代信息技术在城市的综合集成应用，是实现数字化治理和发展数字经济的重要载体，是持续迭代更新的城市级创新平台。对于城市监控，利用元宇宙提供的实时、沉浸、低延时特性，可以让城市管理者置身于城市中，以上帝视角感知城市状态，全面获取城市信息；对于城市治理，通过在元宇宙中观察事件的动态，提前发现态势的变化，模拟城市问题处置，为现实世界提供预处置；对于应急事件，通过在智慧城市中模拟水灾、火灾等应急事件，各部门提前指挥演练，提高全员的应急能力；对于城市规划，管理部门能够更好的进行全局统筹，及早发现规划可能存在的问题，并结合人工智能分析，提供更新、更有效的规划建议。

6.8元宇宙医疗

元宇宙医疗能有效支持医生开展远程会诊、远程手术等服务，突破时空的限制，发挥最优质医疗资源的作用，实现线上线下的融合发展，让医疗信息和资源“一键可及”。 通过影像的整合，医生所能“看见”的范围超越了手术本身的真实细节，可以从解剖空间的多个角度，“看清”神经、血管的结构。现代医疗体系电子化对基础建设提出了全方位的要求，而元宇宙为打造现代医疗乃至未来医疗提供了可行的基建平台。

作者简介：

刘婷婷，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所区块链工程师，主要负责区块链行业研究、区块链系统评测、标准研制、白皮书撰写以及前沿热点数字藏品、元宇宙研究等工作。

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