元宇宙相关技术应用及发展前景分析

摘要：随着硬件、软件以及相关产业的迅速发展和成熟，目前元宇宙场景已经涉及了互联网生活的方方面面。从最早期的纯游戏场景，到目前包含沉浸式体验、社交、虚拟货币和线上业务场景，元宇宙更在不断地占据互联网技术中越来越重要的部分。当前人们开始越来越注重线上沉浸式场景的拓展，元宇宙必然会成为未来互联网中计算机应用技术中的重要方向之一。

关键词：元宇宙；硬件设备；沉浸式体验

一、元宇宙的发展历史

（一）元宇宙的概念

元宇宙是基于元感知的扩展现实（Meta-sensory XR： EXtended Reality）。元宇宙是一个虚拟空间，它依托现实世界的千丝万缕，根据现实世界创造出来，却又完全独立，和现实世界隔断。它利用计算机技术和网络技术创造，映射出来的是一个和现实世界存在着千丝万缕的关系的虚拟世界。在元宇宙中通过互联网技术对现实世界的场景进行数字化，对数据进行强化和集中储存，并且由此产生的一系列包含了社会、经济、文化等领域的活动集合。

根据元宇宙的特性，可以将元宇宙分成四大类型。

第一个类型是增强现实类型，即所谓将外部环境的信息加以增强和集中处理后再提供给现实的一种形态。这是互联网产品中极为常见的一种技术，即可业务场景的数字化管理和数据分析。在人们生活中随处可见将一些原本线下的业务和场景进行线上数字化，这就是元宇宙的第一个特性。

第二个类型是生命记录，即为把个人（或是事物）在现实中活动的信息和虚拟空间中融合在一起的一种技术。例如人们依托电子手环等硬件或者身体监控软件，随时将自己的生命体征和活动轨迹等数据上传至互联网的虚拟空间之内。但元宇宙会大大加强这种生命的记录和虚拟，在元宇宙中上传的不止是一组简单的数据，而是基于这项数据生成的虚拟角色。

第三个类型是景象世界，即把外部环境信息和虚拟空间结合起来实现一体化的结构。利用VR等技术，人们在许多拟感游戏中就能体验到这种技术。人会在一个特定的物理房间内，借助部分硬件设备，达到身处一个虚拟环境的体验。但人的活动和行为依旧受到外部空间以及硬件设备的限制。

第四个类型是虚拟世界，即个人（或事物）存在并生活在完全虚拟的空间中。在各种大型MMO角色扮演游戏和沙盒游戏中，这样的虚拟世界已经存在并发展了二十多年。用户在其中可以扮演一个全新的人类（或者其他事物），并在一个虚拟的世界中展开一段完全不同于现实生活，但必须遵从于那个虚拟世界规则的生活。

在当前元宇宙的发展阶段中，以上的四个分类和特性正在逐渐地模糊和归一。往往在一个成熟的元宇宙中，会同时出现增强现实、生命记录、景象世界以及虚拟世界的交叉演绎作用。借助AR和VR等硬件技术和互联网的全球化，人们早就在自己的生活中体验过了元宇宙。不管是简单的线上视频会议，还是更加复杂的大型互联网游戏，以及近年来更加火爆发展的虚拟偶像和娱乐场景，元宇宙正在越来越多地走进人们的日常生活。

（二）元宇宙的发展历史

元宇宙的发展從何而起，当人们认识到元宇宙这一概念时，其实元宇宙早已诞生。通常人们以1992年作家尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）的科幻小说《雪崩》的出版，作为元宇宙出现的标志之一。在小说中，作家构想了一个建筑与现实世界之上的虚拟空间，这个被称为“元宇宙”（部分译文翻译为“超元域”）的概念开始为人们所熟知和使用。在小说中作家预言了一个平行于现实世界的超元宇宙，人们在里面相互竞争和相互依存，这样的一个世界，被认为是后三十年互联网中元宇宙发展的预言式描述。

长久起来，大型游戏一直扮演了元宇宙进化过程中的急先锋和中坚力量。在2003年，美国互联网公司Linden Lab提出的“第二人生”（Second Life）就是以“非中心化”游戏为载体的高度智能化形态的“元宇宙”出现的标志。

随着越来越多大型游戏的发布和运营，随着计算机图形处理技术以及服务器分布负载能力的提高，目前开发出一款基于元宇宙所有特性的大型互联网虚拟游戏已不再是难以想象的事情。众多用户在完全的虚拟世界中独立于现实，创造出了众多的游戏“元宇宙”。

虚拟经济以及虚拟偶像的快速成长，2020年Travis Scott在游戏《堡垒之夜》（Fortnite）中举办了一场虚拟演唱会，全球有超过1230万玩家成了其观众。与传统演唱会不同，每个参与其中的观众都能与数字生成的虚拟偶像进行了亲密而直接的互动。这也被看成是后疫情时代对全球经济和社会文化的冲击下，元宇宙成为人们试图使用新技术和新业务场景破局的尝试。目前众多的国际大公司也开始不断使用元宇宙技术和概念来进化和改变自己一直以来的业务形态和观念。谷歌公司的跨国会议和国际地图都在疫情以及贸易战的背景下，在现实世界被增加了重重阻隔之后，人们试图利用元宇宙新技术进行破局的尝试。在未来随着元宇宙技术发展的不断进步，一个全新的，包容了过去所有元宇宙特征，并具备了现在难以想象新形态的元宇宙，将在不远的未来出现在人们眼前。

（三）现代元宇宙的全新概念

更包容和更新的技术应用，过去的元宇宙和游戏中，开发商和制造者更强调的是人们与群体之间的对抗和竞争，就像早期的元宇宙以及赛博朋克主题的小说《雪崩》《神经漫游者》三部曲中的描述的未来那样。但现在的大型元宇宙游戏，更倾向于给予用户更高的自由度，而不是一味地强调竞争关系，例如在2009年瑞典Mojang Studios开发的《我的世界》。同时VR设备和体感硬件的不断更新，也让用户在原先的掌机和PC平台的基础上，有了更加沉浸式体验的机会。

紧张的全球经济大环境也向传统的开发者和国际大公司提出了新的挑战，在产业与产能全球化的市场中，产能和供应链的调整，以及新消费环境和热点的产生成了人们需要广泛关注的问题。在这样的环境下，以消费为中心，创造生产和消费良性循环互动就成为人们必须思考的话题。游戏和线上娱乐在线下和传统消费的新冠疫情时代让传统大公司看到了全新的机会和市场。去中心化货币时代的到来，“比特币”的出现曾经打破了人们对传统货币已经消费信用的认知，而NFT（不可替代通行证）应用区块链技术，更是把去中心化和虚拟资产所有权的概念提升到一个全新的高度。人们发现在元宇宙时代，可能需要重新定义财富、货币，以及个人财产的问题。

当前的元宇宙发展，在不断强调更加的自由度、更宽泛的沉浸式场景，以及更基础的硬件和网络技术的基础上，在以消费为中心试图解决新的紧张的形式下的全球经济大环境的问题。同时强化的虚拟个人财产和虚拟货币，尤其是去中心化的区块链技术的产生，正在打造一个全新的，和过去概念上的旧元宇宙脱胎换骨的全新新元宇宙生态。

二、计算机技术在元宇宙中的关键应用

（一）网络和算力技术——包括空间定位算法、虚拟场景拟真、实时网络传输、GPU服务器等技术

作为平行于现实的虚拟世界，元宇宙是以数据和计算为基础的一个虚拟空间，其中网络和算力技术是最为基础的技术。在手机4G、5G技术在全球范围内覆盖和全面推广的时代，人们已经可以在大部分情况下让自己的设备和软件在不受限的情况下进行实时的互联网连接和数据交互。让大型多人实时互动的元宇宙，以及对元宇宙中实时产生的数据进行及时存储和备份成为可能。

在以全球最大的企业级公司甲骨文软件系统有限公司为例，其数据服务器业务以及Oracle的技术广泛应用于全球包括电信、电力、金融、政府部分在内的各行各业。随后云技术的产生与推广为全球范围内的数据储存和运算使用提供了更便利和更多样的选择。目前大型元宇宙所需的网络和算力技术已经准备好迎接元宇宙时代的全面到来。

（二）AI人工智能技术

人工智能通过计算机技术和智能算法，模拟人类智力和行为，实现人类智力的延伸和扩展。人工智能的模糊识别和处理技术在21世纪随着计算机和互联网的发展得到了突飞猛进的发展。构成元宇宙的基础是抽象的数字工具，通过研究确定一个对象集合的性质以及理解与解决另一个对象的集合中的复杂关系问题，寻找可能存在于他们之间的某种合剂源于对应变化的等价性，处理现实世界与虚拟世界之间存在对称和映射的关系。人工智能技术就是通过模糊搜索和数据识别，来快速处理和解决这些现实世界和虚拟世界之间的关系之和。

（三）电子游戏技术

电子游戏技术一次又一次引领和推进着互联网以及技术机应用技术的发展与变革，在图形处理，底层数据储存以及多人在线等技术上，游戏都比同期的其他软件产品提出了更高的要求。从早期的红白机到现在PC平台的大型角色扮演类游戏到沉浸式的VR游戏，电子游戏技术不断推陈出新，给广大玩家和用户带来更多不一样的游戏体验。

对图像、声音以及数据的处理需要更好的游戏引擎，全球的游戏大公司都在不断投入巨资开发和更新自己独有的游戏引擎。例如日本开发商From Software，使用自己的游戏引擎开发了包含《血源诅咒》《艾尔登法环》在内的一系列在全世界最火爆的动作类游戏，其中《艾尔登法环》在发售不到一个月的时间里全球销量就已经突破了 1200 万，向人们展示了好的游戏引擎所开发的游戏对全球广大玩家的吸引力。

（四）AR、VR等硬件技术

虚拟沉浸体验，不断深化的感知交互在元宇宙中必不可少，元宇宙是一个平行于现实世界的虚拟空间，也可以视为对现实世界在虚拟环境中的透射。给用户带来真实的沉浸式感受这一环节必不可少，沉浸式体验能够满足线下真实场景再现，给使用者听过一个身处现实中的环境体验非常重要。

人们借助VR及其他触感硬件，可以在虚拟空间中模拟真实世界中的体验，这一技术不但在电子游戏领域大放异彩，更在全球化跨国办公，以及未来即将实现的线上旅行和购物等业务场景，牢牢地吸引用户，解决了将线下消费场景完全搬迁到线上的技术壁垒。

（五）智能合约-区块链技术

狭义上来说，区块链起源于比特币，按照时间顺序排列是其特点之一，将数据区块以顺序相连的方式组成，再利用密码算法，使其成为不可更改和造假的分布式的記录。广义上来说，区块链是通过将数据变成块链式结构，从而能够验证并存储数据，通过分布式节点共识算法，使数据能够被生成和更新，利用密码学的技术，使数据传输和访问的安全得到保证、通过自动化脚本代码组成的智能合约，来编程和操作数据，是一种全新的分布式基础架构与计算范式。去中心化和智能合约使区块链技术在元宇宙中为虚拟财产和个人数字产权提供了良好的保证，也为元宇宙中的消费和生产提供了可流通的财富基础。

三、元宇宙的未来前景

（一）对未来元宇宙发展趋势的畅想

元宇宙将扩展至全球全产业，过去的全宇宙更多的是在虚拟电子游戏中搭建和完成一个完整的大型世界，而现在正在不断推广和扩张到全产业领域。

在建筑、工程、无人驾驶、跨境贸易以及物联网产业中，元宇宙正在不断扩张自身的影响力美国人工智能计算领域的头部公司英伟达企业已经发布了自己的“全能宇宙”平台，这个平台的目标是通过写作的方式快速实现与现实世界一体的元宇宙世界。

到底谁是原来元宇宙世界中的居民和主流，用户在元宇宙中会有一个全新的独立和区别于现实生活中的虚拟身份，并且由于智能合约的存在，这一身份也有着唯一的标识性和合法性。同时随着人工智能的不断进步，出现完全的数字居民也不再是天方夜谭。那么在未来的元宇宙中，这些数字身份，甚至于纯数字化居民的出现，将会重新定义法理和人类伦理上对于人类身份的定位。

元宇宙既不是一项单独的技术，也不是一个独立的产品，而是新一代信息技术与人工智能、人机交互、区块链、物联网等众多先进技术融合的产物。

（二）元宇宙将面临的问题

元宇宙目前面临的硬件技术限制，目前不管是VR还是其他最先进的沉浸式硬件，都对人体的视神经和括约肌造成了极为沉重的负担。在尚未出现新的替代品之前，普通人对VR硬件的使用时间很难超过3个小时，在需要长时间进入元宇宙其中的用户来说，这点时间远远不够，这对元宇宙以及其硬件技术提出更高的要求

谁来制定元宇宙中的规则和价值导向？目前元宇宙更倾向于一个无序的和全自由开放式的世界。这一特点在电子游戏为主要场景的游戏中无伤大雅，但当元宇宙涉及人类生活的方方面面，尤其涉及经济、政治和社会形态的多方面时，规则和价值导向必须被确立，相关的现实世界中的法律需要被制定。在现实和元宇宙的边界中人们需要很好地找到和掌握自己的定位，在现实和虚拟重叠的部分中人们要认清自己的位置以及道德和法律的边界。

四、结束语

元宇宙是一项早已出现并广泛为人们接触，并且在不断地向前发展的领域。在发展快速的计算机应用技术中，元宇宙属于综合性和前瞻性极强的一部分。通过对元宇宙的过去、现在与未来的解读，人们能够管中窥豹，更好地理解整个互联网以及计算机技术的发展。人们日常生活中的每一个重要部分都在走向数字化。人们在互联网上工作、社交、游戏。电视、电脑、手机的出现让我们对现实世界的注意力逐渐下降。按这个趋势，我们对数字生活的注意力只有越来越高。目前无论是从各大巨头对元宇宙的布局趋势、国家的支持政策和元宇宙背后的供需关系来看，元宇宙还是很有可能发展成为互联网的未来，能影响社会及文明。在这样的元宇宙里，蕴藏着很多商机和巨大的财富。

作者单位：卞明霞 上海伊士能化科技有限公司

参  考  文  献

[1]（韩）李丞桓著.一本书读懂元宇宙.图书馆目录[F].王家义译.中译出版社，2022：04-06.

[2]于佳宁，何超著.元宇宙图书馆.目录[F].中信出版社，2021：63-67.

[3]（韩）金相允著.元宇宙时代.图书馆目录[F].刘翀译.中信出版社，2022：23-25.

[4]焜耀研究院著.元宇宙基石：Web 3.0与分布式存储.图书馆目录[F].北京电子工业出版社，2022：02-06.