电子游戏在元宇宙环境下的技术发展定位

方橙蔚

关键词：元宇宙；电子游戏；虚拟现实；人工智能

元宇宙的兴起将推动人类社会发展迈进新的阶段，当前技术与元宇宙技术的交织融合可能衍生新技术，诞生新的技术形态。本文从大众化的娱乐手段——电子游戏人手，简述元宇宙和电子游戏之间的联系，接着阐述元宇宙环境下电子游戏市场的现状，然后以元宇宙中包含的技术来分析电子游戏的发展方向，从而给电子游戏行业的从业者带来元宇宙的技术启发。

1元宇宙与电子游戏——发展与融合

1992年，美国作家Neal Stephenson受到美国数学家和计算机专家Vernor Vinge教授的启发，在自己的作品Snow Crash中提到Metaverse（元宇宙）一词。他将Metaverse描述成人类戴上耳机和目镜能够以虚拟分身方式进入一个平行的虚拟空间．从此出现了“元宇宙”这一科幻概念。该科幻概念出现之后，就有大量的互联网公司和文学作品试图通过游戏与电影描述出这个虚拟空间的魅力，直到2021年9月13日，全国科学技术名词审定委员会将“元宇宙”定义为“人类运用了数字技术构建的，由现实世界映射或超越现实世界，可与现实世界交互的虚拟世界”。国外学者将元宇宙定义为广义的网络空间[1]，而北京科技大学的学者王文喜[2]将这一个概念扩展，定义成涵盖物理空间、社会空间、赛博空间和人类思维空间，融合了数字、网络、软硬件设备等多方面因素的虚拟世界。从技术角度来说，计算机相关产业都能在元宇宙这一技术概念下分得一杯羹。

电子游戏从诞生之初就和元宇宙有着不解之缘。电子游戏主要将硬件设备作为媒介构建一个幻想的平行时空平行世界，建立一套与现实世界不同的虚拟时空，让玩家扮演角色进行运动、冒险、战争、格斗等。这个平行时空的概念正好对应元宇宙的虚拟时空。特别是在2018年，电影《头号玩家》更是直观地将元宇宙和游戏深度结合的未来展现得淋漓尽致，很好地补充了电子游戏在元宇宙环境下的未来畅想。

2电子游戏在元宇宙环境下的发展现状

当前，电子游戏已经发展成一个融合文化、经济、娱乐的载体，在人们的生活中成为一种廉价且时髦的娱乐活动和社交方式。中国音数协工委（GPC）发布的2022年报告显示，当前游戏产业正在探索应用5G、云计算、人工智能、虚拟现实等新技术，向着更加广泛的领域发展，深入挖掘精细化市场，推动数字出版的融合工作不断前行。中国游戏市场实际销售收入如图1所示。

根据报告分析，在宣布2021年为元宇宙元年之后的2022年上半年，即使受到疫情的影响，存在经济同比下降的情况，但是游戏产业在经济上的表现仍然较乐观。据报告显示，其实际的销售收入为1477.89亿元。

不过，报告也指出，就用户数量来说，中国游戏用户数量有所减少，同比下降0.13%，当前规模约为6.66亿人，如图2所示。

将图1和图2进行分析对比可得，中国电子游戏市场在疫情暴发初期的红利已经不复存在，而在2021年进入元宇宙元年后，电子游戏市场规模略微下降，说明电子游戏用户红利的时代已经消退，现在进入了一个存量保留的市场环境状态。放眼全球，根据游戏产业分析机构Sensor Tower发布的有关移动游戏的市场调查报告显示，2022年全球元宇宙游戏下载量突破1.1亿，并且已经涌现出了比较典型的（如Roblox、模拟沙盒游戏Play Togther等）优秀受欢迎的模拟游戏，但市场中还是以模拟游戏结合元宇宙居多[4]，其他类型游戏不多。结合以上数据，我们可以发现游戏市场的一些困境-2021年后，元宇宙游戏确实在世界范围内受到了市场欢迎，但在中国，元宇宙似乎对游戏市场的影响不大。而且，从世界市场来看，元宇宙游戏的品类也远远不够。

3元宇宙游戏发展的技术需求

从当前市场情况来看，元宇宙没有在电子游戏领域出现井喷式发展，并且缺少“榜样”游戏作品来说明元宇宙在电子游戏中的应用。针对这一现象，各位专家众说纷纭。方巍等[5]的元宇宙研究综述中提出，元宇宙基于的技术比较多，涉及的技术有沉浸式互联网技术、物联网技术、人工智能技术、数字藏品/NFT（Non-Fungible Token，指非同质化通证）、5G/6G、区块链技术和数字孪生技术，甚至通过虚拟世界的交换可以影响现实世界，并且将电子游戏归为元宇宙技术的一个部分。而苟尤钊等[6]的论点将元宇宙技术划分为8个体系，即区块链技术、交互技术、通信技术、云和边缘计算、高性能计算、物联网技术、网络技术、人工智能技术，并且没有将电子游戏技术列入技术体系。但是，齐奂珲等[7]认为电子游戏技术是数字化技术和元宇宙技术的前置条件。下文从几个技术点来分析电子游戏在元宇宙环境下的发展趋势。

3.1人机交互技术——元宇宙游戏的入口

只要一个计算机用户在使用计算机，即和计算机形成了一种交互的关系。因此，我们建立的元宇宙环境是无法脱离计算机进行的，人机交互就是打開元宇宙大门的必要条件。当前的元宇宙环境的人机交互主要分为扩展现实技术（Extended Reality，ER）和输入技术2类。

扩展现实技术主要包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）以及混合现实（Mixed Reality，MR）。这些扩展现实技术主要是为了让用户在体验输出技术时使虚拟与现实的界限更加模糊，生成一种现实与虚拟之间的结合感，更多的要求在于对现实中静态物体的定位和图形图像的构建。从当前的技术调查来说，更多的互联网公司甚至游戏厂商（如Valve）集中于开发VR设备和VR游戏，给予玩家更多的输出体验。游戏厂商将VR游戏的应用场景进行拓展，通过游戏化模式和游戏技术，在教育、医疗等领域进行深入开发。反之，游戏技术行业对于图形图像的仿真性要求较高，也推动了AR/VR交互技术的发展。

不过，输入设备才是游戏厂商当前的发展困境所在。2020年，Valve游戏公司推出了一款VR沉浸式体验射击游戏《半条命（Half-Life）》，其中的视觉体验已经让很多玩家拍案叫绝。但该游戏输入技术依然局限于手柄输入指令的徒手交互（freehandinteraction）[8]方式，玩家在游戏内的行动主要依赖手上的控制器指令，导致游戏人物行为不够贴近真实人类行为，从而影响了游戏体验。

输入方式的革新也是很多互联网公司需要考虑的。谷歌提出“雅卡尔计划”（project

Jacquard） -研发和生产数字纺织品，并通过数字纺织品将交互设备变成“服装”[9]。可以想象，未来人类可以通过穿上数字纺织品在元宇宙环境下输入交互。而“脑机接口”（Brain Computer Interface，BCI）这一概念提出了很长一段时间，通过数字设备和大脑信号之间直接进行接口交互，但当前仅仅实现了利用脑电图进行打字的简单交互行为[10]。因此，输入方式的革新仍然存在于实验室阶段，到实践阶段还有很长的路要走。

电子游戏的很大一部分体验就在于人机交互的感受上，这正是游戏的输入和输出方面需要调整的。利用各种多样的输入和输出方式，也是为了玩家在游玩日寸更像是一种强烈的角色扮演，而不是和游戏中的角色出现割裂感。这些输出和输入的方式会很大程度上改变电子游戏在元宇宙下的人机交互体验，但是也带来了更多的技术挑战。

3.2人工智能和高性能计算分析——元宇宙游戏的核心动力

在当前电子游戏发展和制作过程中，更多的制作方式还是通过人工建模进行模型创建，难免出现精度不高、模型还原度不够问题，而人工智能的数字孪生（Digital Twins） [11]通过将玩家模型复制孪生的方式，就可以解决这一问题。同样地，人工智能还能解决当前电子游戏中（或者元宇宙虚拟环境中）虚拟人NPC（Non-Player Character，NPC）的智能化和个性化发展问题。当前的游戏NPC行为设置方式往往是通过模型师建模，利用程序设计进行脚本和人物动作设计，最后通过设置好的脚本来进行NPC与玩家之间的互动，往往需要大量的人力物力进行这些虚拟世界“生命”的设计。而人工智能中深度学习（DeepLearnin） [12]和强化学习（Reinforcement Learning） [13]能让NPC更加智能化。其中，NPC能够更加智能地反馈玩家的行为，从而使玩家在元宇宙游戏世界中产生的互动社交不仅仅局限于其他玩家，也能发展到与NPC的互动。另外，当前NPC的样貌和玩家的数字化身只能在程序已有的建模中进行选择，这并不能满足元宇宙体验的个性化需求，也会降低玩家对元宇宙体验的热情。同时，人工智能中的“生成对抗网络”（Genera-Tive Adversarial Network，GAN） [14]就有了用武之地，该算法能将大量的图片和贴图进行不断的训练生成，生成个性化组合。游戏世界的人物样貌就是由各种贴图构成，通过人工智能生成的个性化贴图，也能让玩家在虚拟世界中更加具有个性化，游戏的黏性也会更高。

有了大量的人工智能算法，必定要搭配高性能的计算能力去承载这个虚拟世界的运行。但是，在当前的电子游戏产业上，这种高性能要求还是很难满足。例如，MMORPG（多人在线角色扮演游戏）的《魔兽世界》同时在线人数峰值为1230万人，但是这只是在大量的服务器下的百人游戏。从硬件角度来说，超过百人的同屏游戏已经达到了硬件设备成像的分析极限。从程序设计软件上来说，网络游戏中存在的“相位技术”——实现大量玩家同屏技术并不是一个普及技术。在元宇宙时代，有些大型互联网企业提出利用云计算和边缘计算的结合，对于高算力低延迟的解决或许是一种新的途径和方式，在未来，也许玩家不需要购买价格高昂的硬件设备，只需要登录云端就能获得体验流畅的元宇宙游戏的乐趣。

3.3通信与网络技术——元宇宙游戏的数据纽带

元宇宙的钥匙是人机交互技术，核心是人工智能和高性能处理，链接这些的就是通信与网络技术。当前通信网络环境下，我们使用的是5G，但是这对于元宇宙环境来说还远远不够。有学者预计元宇宙所需带宽将超过5G的可用带宽[15]，当前网络基础可能还无法满足元宇宙需求。一些研究表明，云端游戏在线延迟低至23ms时，用户的游玩兴趣就会下降[16]。所以，若用户在沉浸于元宇宙世界的过程中感受到噪声和延迟带来的画面滞后感，则体验将非常糟糕。人类大脑对触觉的反应只有1ms，而最低的5G延迟在10ms左右，因此，在网络拥堵时会出现体验不佳的情况。另外，元宇宙的游戏需求真正被激活时，传输并发倍增，作为游戏用户，游戏如果发生网络丢包则会大大影响感官体验。因此，需要有一个合理的网络带宽分配方式和设计方案，能让每一个使用游戏产品的用户都有一个良好的体验环境。

3.4物联网技术——元宇宙游戏与现实的交点

模拟型游戏的存在正好能够和物联网技术联系起来。当前新兴的MR（混合现实）技术以工作空间为接口，通过机器人进行模拟朋友、家庭成员等，人类可以和机器人进行交互和互动。不难想象，当玩家在将来体验元宇宙游戏时，与之互动的不单单是其他玩家，也可能是模拟的机器人在和玩家交流互动，这个游戏世界将变得无比的丰富多彩。

3.5区块链技术——元宇宙游戏时代的财产守护者

区块链技术最大的特性就是不可篡改。这就可以为物品加上唯一性认证，任何有价值的东西都可以在区块链网络上进行跟踪和交易，从而降低风险和成本。在元宇宙时代中，在早期的元宇宙游戏项目《第二人生》中玩家可以在其中生活并拥有财产，但玩家的虚拟物品和财产其实不属于玩家。当游戏关服后，玩家也将一无所有，并且游戏的发行商拥有最终解释权，玩家的一切也都可以被游戏公司收回。而区块链技术就可以避免這样的问题，近年来，区块链技术在元宇宙下衍生了非同质化通证（Non-Fungible Token，NFT），这是一种去除了中心化的架构方式，其基于区块链的基本特性，将用户的虚拟财产打上认证，让用户具有完全的白主权。比如，游戏玩家在元宇宙游戏中获得的珍稀装备、卡片或者其他收集品，就可以通过NFT方式永久持有，并具有处理权，也可以在游戏外进行交易。

从区块链的功能上来说，它不依赖中心化的协调者，可以直接实现人和人之间的交互，让人们在不熟悉对方的情况下进行放心交易，又非常契合元宇宙中人和人之间自由化联合的理念。在电子游戏流行的情况下，稀有的游戏收集品经常能卖出天价，但是又往往由于网络交易的不透明性而衍生出很多交易纠纷和风险，NFT这种元宇宙游戏下的物品财产保管方式保证了游戏玩家的虚拟财产不受侵犯。

4结束语

本文阐述了元宇宙技术的技术要点，将人机交互输入／输出技术、人工智能技术、通信网络技术、物联网技术和区块链技术作为元宇宙和电子游戏的结合点，讨论并分析了电子游戏在元宇宙环境下的发展定位和未来的发展可能性。这给电子游戏产业提供了一个发展目标。不过，技术的发展也会带来社会伦理的矛盾，这也是人类在发展技术的过程中需要考虑和注意的。技术需要良性的引导，这样电子游戏在元宇宙环境下才会有更加广阔的前景，从而保证虚拟与现实之间的环境实现互动和结合，并推动人类社会不断发展。