元宇宙关键技术发展与市场前景分析

■ 文/郑 奕

元宇宙发展正处于从单点技术创新向技术集成式创新过渡，从单行业应用不断深入向跨行业应用实践探索的发展初期。

元宇宙是整合多种技术而形成的虚实相融的互联网应用和社会新形态，“向虚”延伸形成以消费者为中心的消费元宇宙，“向实”发展形成以生产者或实体产业为中心的产业元宇宙，前者相对注重沉浸式虚拟世界体验的不断升级，后者则相对注重由虚拟世界与现实世界的交互融合而对实体经济带来的价值赋能。目前，元宇宙发展正处于从单点技术创新向技术集成式创新过渡，从单行业应用不断深入向跨行业应用实践探索的发展初期。如何从“人工智能（AI）+”向“扩展现实（XR）+”“元宇宙+”发展，如何助力实体经济转型升级，还需要从技术创新、行业监管等方面寻求多点突破。

元宇宙市场发展前景分析

元宇宙发展空间可期。普华永道分析，预计在2030 年，全球元宇宙市场规模将达到1.5万亿美元。元宇宙作为虚拟世界与真实世界交互融合的全新形态，蕴含着办公、社交、工业等场景变革的巨大机遇，具有颠覆现有数字产业的可能。针对消费元宇宙，新冠肺炎疫情催化数字办公市场渗透率提升。全球市场洞察力（Global Market Insights）公司测算，全球智能办公市场规模有望从2020 年335 亿美元增长到2025 年596亿美元。针对产业元宇宙，集邦咨询（TrendForce）公司表示，元宇宙概念能满足远端作业、虚拟现实、模拟运作等陆续崛起的市场需求，而智能制造亦有望乘此热潮，催动相关技术加速开发，推升全球市场规模于2025 年一举 突 破5 400 亿 美 元，2021 至2025 年复合增长率达15.35%。

元宇宙关键技术五大发展趋势

围绕“如何构建元宇宙底层基础”“如何从现实世界去往元宇宙”“如何构建元宇宙新型经济体系及可扩展生态系统”“如何构建元宇宙无限贴近于真实世界的数字世界”“如何建设数字内容生态”“如何从元宇宙产业过渡到产业元宇宙”等关键要素，可将元宇宙产业架构分为基础设施、人机交互、去中心化、数字创作、内容创建、场景应用等几大核心层级。

●聚焦人机交互，XR 专用芯片发展将处于快速增长态势

XR 设备具有定位、交互、通信、感知、视觉计算等多种功能，作为“元宇宙入口”，近两年市场需求量迅速扩大。全球性行业分析公司Counterpoint最新预测，XR 头显的出货量将从2021 年的1 100 万台增长到2025 年的1.05 亿台，增长约8.5倍。随着应用场景的不断丰富以及功能拓展从消费级向行业级的不断渗透，传统手机的系统级芯片（SoC）已无法满足XR 设备的处理器性能和功耗要求，高效能需求的加速释放带动XR 专业级芯片步入快速发展阶段，更具针对性和功能性的底层硬件将为元宇宙的创新发展夯实地基。从市场表现来看，2021 年国内外元宇宙相关融资事件统计显示，XR技术、硬件、内容、应用等成为资本市场关注的热点。高通、华为海思、苹果、索尼等公司纷纷入局XR 专业级芯片研发（见表1），重点聚焦高性能计算、多感知融合、极致音视频体验、无缝连接、分布式渲染等方面，在提升用户端沉浸体验的同时，为企业端应用带来新的可能。未来，高制程、低功耗、高集成、高算力仍是XR 专业级芯片的主要攻关方向。

表1 重点关注企业发展动向

●聚焦内容创造，UGC 迎来商业模式创新发展机遇

用户行为系统、新型经济系统与用户生产内容（UGC）系统的三重叠加形成了元宇宙文化体系雏形，围绕数字货币构成虚拟世界与现实世界经济体系的双向联系，在推动元宇宙数字场景多元化建设的同时建立用户内容产出的正向激励机制，形成UGC 良性商业发展模式。在元宇宙概念催化下，UGC 有望突破传统两大发展局限：一是数字内容开发短板对XR 技术发展的制约；二是商业模式缺失对UGC 效能发挥的限制。从市场表现来看，受高技术壁垒等多重影响，UGC 平台玩家主要集中于Roblox、英伟达、百度等巨头企业，社交及游戏是目前主要呈现方式，“硬实力与软环境”建设在未来很长一段时间内仍是主流发展趋势，即透过适合的开发工具和界面来降低创作门槛，通过创作激励措施与开发者培养等多重激励举措完善UGC 开发者生态建设。集邦咨询预计，全球虚拟现实应用的内容市场规模将从2021 年的21.6 亿美元增长至2025 年的83.1 亿美元，年复合增长率为40%。与此同时，人工智能生成内容（AIGC）技术的逐步成熟与场景从游戏向工业等实体产业的不断渗透有望带动其市场规模进一步扩大。

●聚焦数字创作，数字孪生加速起航

数字孪生是构建现实物理世界虚拟化的核心技术，是产业元宇宙的底层基础。从产业链构成来看，元宇宙底层架构的逐步夯实有望带动数字孪生基础支撑层、数据互动层、模型构建层、仿真分析层关键技术的迭代升级。从发展成熟度来看，高德纳（Gartner）公司的技术成熟度曲线显示，数字孪生正进入大浪淘沙的领先应用期，由龙头企业引领的产业元宇宙独立散点式创新有望带动数字孪生技术进入稳步爬升期，驱动企业加速入局的同时推动场景应用在元宇宙环境下实现系统级向体系级扩展。从市场表现来看，国际数据公司（IDC）的数据显示，全球数字孪生市场规模有望从2020 年的52.2 亿美元增至2024 年 的212.8 亿 美 元，年复合增长率高达42.09%。在产业元宇宙发展萌芽期，市场仍由头部企业唱主角，聚焦公共技术服务平台的重点环节突破，以及未来UGC 平台建设面向芯片、数据平台、算法模型优化、应用开发的全技术链贯通，有望吸引大批腰部企业加速布局，带动市场增量空间被进一步打开。其中，英伟达公司推出全球首个虚拟协作平台Omniverse，从3D 图形设计和仿真切入数字孪生领域，通过工业元宇宙带动宝马的生产规划效率提高30%，值得重点关注。未来，数字孪生、数字共生、数字原生的不断升级将推动数字智慧对各行各业的赋能发展。

数字孪生正进入大浪淘沙的领先应用期，由龙头企业引领的产业元宇宙独立散点式创新有望带动数字孪生技术进入稳步爬升期，驱动企业加速入局的同时推动场景应用在元宇宙环境下实现系统级向体系级扩展。

●聚焦场景应用，虚拟数字人成元宇宙新风口

随着技术、制作门槛及应用需求的多重共振，虚拟数字人市场商业化进程不断深入，影视、游戏、金融、办公、医疗、教育领域的布局逐渐成形，带动“元宇宙+”行业赋能加速。从虚拟数字人视觉呈现效果和应用功能发挥视角来看，动态光场重建技术、光学动作捕捉技术及离线渲染技术等是拓宽虚拟数字人未来赛道的关键壁垒。集内容创作、加工、运营、推荐、审核为一体的生产平台是未来虚拟数字人发展的主要趋势之一，优质技术仍待普及，亟待结合场景内容拓展，通过新模态建设扩大实际效能发挥。从市场表现来看，2030 年我国虚拟数字人整体市场规模将达到2 700 亿元。其中：身份型虚拟数字人预计将占据主导地位，约占1 750 亿元的市场份额；服务型虚拟数字人市场规模将超过950 亿元。虚拟数字人聚焦细分赛道发展，具体而言：在人工智能技术应用方面，科大讯飞、捷成股份、小冰、Soul Machine、ObEn 等国内外代表性企业值得重点关注；在建模渲染方面，亿真科技、叠镜数字、EpicGames、Unity 等国内外代表性企业值得重点关注；在动作捕捉方面，云舶科技、Vicon 等国内外代表性企业值得重点关注。未来，随着虚拟数字人场景应用的不断拓展，技术与内容的双轮驱动将牵引虚拟数字人应用走向产业纵深。其中，面向医疗应用的“全息数字人”赛道值得长期跟踪。

●聚焦底层支撑，AI 助力多层级赋能

从人工智能技术体系来看，除为基础设施和设备提供算力、算法支撑外，AI 还有望从多语言可访问性处理、虚拟世界数字创造和虚拟身份创建、人机交互辅助等切口提升元宇宙内容开发及应用和生态建设层级，通过感知、自然语言处理、机器视觉、语音识别等功能运用，将基础信息转化为有效知识和内容，并通过场景化推荐实现智能反馈，构成“数据—信息—知识—智慧”的价值生产链条。人工智能技术成熟度曲线如图1所示。从市场表现来看，艾瑞咨询公司分析指出，2026 年中国人工智能核心产业规模预计超过6 000 亿元，将带动相关产业规模突破2.1 万亿元。通过人工智能技术在元宇宙各产业层级中的融合应用，随着数字场景的横向延伸与创造者经济价值的纵向释放，元宇宙虚拟业态的发展将带动更多数字经济新业态新模式创新，并持续增加产业元宇宙与消费元宇宙的融合程度。其中，微软、商汤、云从科技等从AI 技术研发延伸出的元宇宙企业值得长期关注。

图1 人工智能技术成熟度曲线

2021 年是元宇宙发展的元年。回顾元宇宙的发展历程，在技术加速迭代、市场不断扩容、应用需求持续放量的发展机遇下，各地超前布局，抢抓元宇宙发展关键要素，以重大应用、重点项目、品牌园区、联合攻关创新为牵引，打造行业标杆，推动区域数字经济产业发展。基于人工智能及XR 技术的数字内容创新、基于人机交互硬件设备的技术革新与体验升级，以及元宇宙与智能计算平台的交互融合，有望成为未来一段时间内的市场热点。随着经济风险、沉迷风险、隐私风险、产权风险等元宇宙发展挑战的规范性制约，以及制度和政策的不断完善，新技术、新产品、新模式、新业态将在元宇宙概念下从传统产业中不断滋长，现实世界的难题有望在虚拟世界中寻求“最优解”，虚拟世界的成本价值有望在现实世界中得到指数级放大，“技术创新+ 安全保障+ 应用探索+ 风险防范”仍是未来很长一段时间内的发展焦点，“AI+5G+XR”的新型应用和数字内容生态建设有望迎来新一轮的发展高潮。