未來元宇宙技術(shù)應(yīng)如何發(fā)展？三大趨勢(shì)

    元宇宙是人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、云邊計(jì)算等數(shù)字技術(shù)的融合應(yīng)用生態(tài)。隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、云邊計(jì)算等數(shù)字技術(shù)的迭代創(chuàng)新，元宇宙技術(shù)體系正加速走向成熟并向創(chuàng)新與個(gè)性化方向演進(jìn)，推動(dòng)新服務(wù)、新業(yè)態(tài)發(fā)展，滿足眾多行業(yè)及個(gè)人用戶的定制化需求。那么，隨著元宇宙應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，未來元宇宙技術(shù)應(yīng)如何發(fā)展？主要發(fā)展方向是什么？

    支撐元宇宙的技術(shù)架構(gòu)

    元宇宙不是單一的數(shù)字技術(shù)，而是多種數(shù)字技術(shù)的融合應(yīng)用形成的面向未來的智能化數(shù)字空間。元宇宙的技術(shù)架構(gòu)可大致分為支撐層、應(yīng)用層、交互層三部分（如圖表所示）。

    支撐層技術(shù)構(gòu)建了元宇宙的運(yùn)行環(huán)境，包括固定通信、移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等基礎(chǔ)支撐技術(shù)，以及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、城市信息模型（CIM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等計(jì)算與建模技術(shù)。固定和移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為元宇宙中的人、物間自由交互提供信息采集、傳輸、控制等功能支持；區(qū)塊鏈技術(shù)保證元宇宙數(shù)據(jù)中的可追溯性和保密性，支撐元宇宙經(jīng)濟(jì)體系運(yùn)轉(zhuǎn)；云邊計(jì)算與大數(shù)據(jù)相結(jié)合，存儲(chǔ)元宇宙龐大的運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供處理模型間交互所需的計(jì)算服務(wù)；城市信息模型（CIM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）負(fù)責(zé)人、物所處環(huán)境的精細(xì)數(shù)字模型的生成和管理。

    應(yīng)用層技術(shù)是以各領(lǐng)域應(yīng)用為牽引，實(shí)現(xiàn)元宇宙內(nèi)容生產(chǎn)和應(yīng)用的技術(shù)或技術(shù)集合，代表性技術(shù)包括數(shù)字孿生、人工智能等。數(shù)字孿生是虛實(shí)交互的使能技術(shù)，可將物理世界中的實(shí)體同步到元宇宙中，支撐元宇宙內(nèi)容生產(chǎn)，同時(shí)用戶可在元宇宙中感知和操控真實(shí)世界中的物理實(shí)體，提高交互真實(shí)感。人工智能則可將元宇宙中建模等內(nèi)容生產(chǎn)過程、交互等價(jià)值創(chuàng)造過程部分或全部自動(dòng)化、智能化。隨著元宇宙應(yīng)用需求不斷拓展和深入挖掘，應(yīng)用層技術(shù)將成為技術(shù)架構(gòu)中變化較快、種類豐富的技術(shù)類別。我國巨大的市場(chǎng)需求和豐富的應(yīng)用場(chǎng)景將為未來元宇宙應(yīng)用層技術(shù)發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間。

    交互層技術(shù)是通過各類（交互式或非交互式）信息輸入輸出設(shè)備，以仿真、高效的方式實(shí)現(xiàn)物理世界與元宇宙虛擬世界信息交換的技術(shù)，是物理世界和虛擬世界的“接口”，包括虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、混合現(xiàn)實(shí)（MR）、腦機(jī)接口等。交互層技術(shù)作為用戶與元宇宙互動(dòng)的接口，需要為用戶提供多元的連接方式、擬真的使用體驗(yàn)與高效的互動(dòng)方式，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、全息顯示等為用戶提供多種參與元宇宙的方式，通過為用戶提供沉浸式體驗(yàn)，打破物理世界和現(xiàn)實(shí)世界間的“壁壘”，幫助用戶深度參與到元宇宙交互中；腦機(jī)接口為用戶提供易學(xué)、高效的元宇宙交互方式。

    元宇宙技術(shù)架構(gòu)分層

    1、支撐層技術(shù)構(gòu)建元宇宙運(yùn)行環(huán)境。

    元宇宙對(duì)通信技術(shù)的帶寬、時(shí)延、可靠性、同時(shí)連接數(shù)等性能指標(biāo)提出了更高要求。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)方面，為滿足隨時(shí)隨地接入元宇宙的需求，5G、6G技術(shù)將向更高帶寬、更低時(shí)延、更高可靠性、更多同時(shí)連接數(shù)的方向發(fā)展。目前，5G毫米波的網(wǎng)絡(luò)速度可達(dá)5GSub-6GHz的10倍以上，預(yù)計(jì)6G支持的流量密度和連接密度將達(dá)到5G的10倍；在固定網(wǎng)絡(luò)方面，元宇宙對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量和連接品質(zhì)提出了更高要求，F(xiàn)5G全光網(wǎng)絡(luò)具有傳輸帶寬大、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可與5G、6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外全千兆無縫覆蓋。

    元宇宙要求萬物互聯(lián)和虛實(shí)共生，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)萬物的連接和有序管理，支持感知物體的運(yùn)行狀態(tài)和物體的遠(yuǎn)端操控，是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)和虛實(shí)共生的支撐技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過各種傳感設(shè)備和技術(shù)，實(shí)時(shí)采集物體的電、位置、化學(xué)、生物等信息，通過智能管理的連接高速傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)同步物理世界和元宇宙中物體的狀態(tài)。同時(shí)，通過物體上安裝的可操控執(zhí)行器件，可對(duì)物體的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。

    區(qū)塊鏈提供了元宇宙中的組織模式、治理模式、經(jīng)濟(jì)模式所必需的技術(shù)架構(gòu)。在元宇宙中，數(shù)字資產(chǎn)的交易管理是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，區(qū)塊鏈技術(shù)具有可溯源、不可篡改、透明的特點(diǎn)，可以保證數(shù)字資產(chǎn)的安全性和可信度，滿足數(shù)字資產(chǎn)的確權(quán)、交易和管理需要。同時(shí)，區(qū)塊鏈還能提供可信的身份驗(yàn)證、智能合約、去中心化自治組織等功能，為元宇宙的組織模式、治理模式、經(jīng)濟(jì)模式提供更多創(chuàng)新可能。

    云（邊緣）計(jì)算是元宇宙的核心算力。云計(jì)算以其集中建設(shè)、統(tǒng)一運(yùn)維、按需使用和按量付費(fèi)的特性，降低了算力的建設(shè)和使用成本，為元宇宙提供高性能、低門檻和靈活取用的算力資源。邊緣計(jì)算作為云計(jì)算的有力補(bǔ)充，彌補(bǔ)了云計(jì)算在實(shí)時(shí)性、對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的依賴性等方面的不足，降低了網(wǎng)絡(luò)資源開銷，強(qiáng)化了隱私保護(hù)。通過合理分工，云邊計(jì)算以其高性能、高實(shí)時(shí)性、和在成本、隱私保護(hù)等方面的優(yōu)勢(shì)支撐元宇宙運(yùn)行。

    數(shù)據(jù)是元宇宙的基礎(chǔ)構(gòu)成，元宇宙中海量數(shù)據(jù)的生成、流動(dòng)、分析、管理、存儲(chǔ)都需要依賴大數(shù)據(jù)技術(shù)。在應(yīng)用深度方面，隨著城市對(duì)治理精度的要求不斷提升，通過大數(shù)據(jù)分析原因、預(yù)測(cè)、輔助決策將逐漸普及。在數(shù)據(jù)治理方面，需要完善大數(shù)據(jù)治理體系，促進(jìn)與規(guī)范數(shù)據(jù)流通與價(jià)值開發(fā)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)；在數(shù)據(jù)技術(shù)方面，隨著萬物智聯(lián)的推進(jìn)，城市的數(shù)據(jù)量將在元宇宙時(shí)代幾何級(jí)增長，數(shù)據(jù)技術(shù)將向提高通用性、降低應(yīng)用門檻和增強(qiáng)分析結(jié)果的可解釋性等方向發(fā)展。

    城市信息模型（CIM）在元宇宙城市場(chǎng)景搭建中具有重要作用，是實(shí)現(xiàn)高精度城市虛擬空間構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)，也是智慧城市建設(shè)管理的核心組件。CIM基于建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，整合城市地上地下、室內(nèi)室外等多維多尺度城市組件模型數(shù)據(jù)和城市感知數(shù)據(jù)，構(gòu)建城市信息綜合體，以豐富數(shù)據(jù)支持城市規(guī)劃、應(yīng)急、交通等領(lǐng)域的輔助決策，助力城市智慧化運(yùn)行。

    2、應(yīng)用層技術(shù)賦能元宇宙內(nèi)容生產(chǎn)。

    數(shù)字孿生技術(shù)通過物理世界事物的屬性和運(yùn)行規(guī)律虛擬化，映射生成元宇宙中的數(shù)字模型并及時(shí)更新，是物理世界和元宇宙之間的紐帶。元宇宙時(shí)代，數(shù)字孿生技術(shù)將成為開拓元宇宙虛擬空間的核心技術(shù)，孿生數(shù)據(jù)量大幅增加，連接方式多元協(xié)同，虛擬模型集約高效，物理實(shí)體被盡可能仿真，服務(wù)便捷精準(zhǔn)。

    人工智能技術(shù)，包括自然語言處理、智能語音、計(jì)算機(jī)視覺等，能夠極大地提升元宇宙的智能化程度。人工智能技術(shù)可提高元宇宙內(nèi)容的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，營造優(yōu)質(zhì)的信息生態(tài)。同時(shí)，有助于加強(qiáng)實(shí)時(shí)反饋內(nèi)容的準(zhǔn)確性，提升用戶體驗(yàn)。元宇宙時(shí)代，人工智能將繼續(xù)向多模態(tài)、多任務(wù)、通用和專用大模型方向發(fā)展，不斷增強(qiáng)模型性能，貫穿元宇宙生態(tài)鏈的各個(gè)場(chǎng)景，提升內(nèi)容生產(chǎn)、分發(fā)、應(yīng)用全過程效率，提高元宇宙的沉浸感、智能度和內(nèi)容多樣性。

    3、交互層技術(shù)提供元宇宙接入渠道。

    虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)滿足了元宇宙用戶對(duì)視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)感知等多方面的信息交互的需求，為用戶提供了從二元（視聽）到多元、從“旁觀”到“參與”（如從二維畫面轉(zhuǎn)變成三維環(huán)繞式畫面）的高質(zhì)量沉浸式交互體驗(yàn)。隨著元宇宙的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為人進(jìn)入元宇宙的“接口”，將在交互真實(shí)性、使用便捷性、系統(tǒng)反應(yīng)的即時(shí)性等方面快速優(yōu)化，并降低軟硬件成本，以滿足元宇宙推廣普及的需要。

    腦機(jī)接口技術(shù)將為元宇宙帶來革命性的交互體驗(yàn)。腦機(jī)接口設(shè)備幫助用戶完成對(duì)元宇宙環(huán)境的意念控制和繞過視覺、聽覺等感官的直接反饋，相比現(xiàn)有交互技術(shù)，具有虛實(shí)融合度高和用戶使用門檻低的優(yōu)勢(shì)，普通用戶無需學(xué)習(xí)即可使用，對(duì)殘障人群更有意義，讓視障、聽障等群體與其他用戶一樣暢游元宇宙。目前，腦機(jī)接口技術(shù)還處于研究探索階段。

    主要發(fā)展方向

    展望未來，創(chuàng)新、個(gè)性化和安全將成為元宇宙技術(shù)架構(gòu)的主要發(fā)展方向。

    一是技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前，人工智能領(lǐng)域大模型、云邊計(jì)算領(lǐng)域高性能計(jì)算芯片、虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域強(qiáng)沉浸感虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器等為代表的新一輪技術(shù)進(jìn)步正推動(dòng)元宇宙產(chǎn)業(yè)迎來新一輪的爆發(fā)增長期。這些技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展將持續(xù)推動(dòng)元宇宙產(chǎn)業(yè)變革，創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景和商業(yè)模式。

    二是個(gè)性化行業(yè)化需求催生新興服務(wù)。用戶對(duì)個(gè)性化、定制化服務(wù)的需求將持續(xù)增長，人工智能等領(lǐng)域近期的突破性進(jìn)展正加速這一進(jìn)程，從虛擬角色定制到數(shù)字人等個(gè)性化數(shù)字產(chǎn)品的生成，新技術(shù)推動(dòng)下的新興服務(wù)將為元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。

    三是安全與隱私保護(hù)需求持續(xù)增長。隨著元宇宙技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)正成為關(guān)注的焦點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)安全智能化、隱私計(jì)算、區(qū)塊鏈、量子通信等技術(shù)將加速創(chuàng)新，為元宇宙各項(xiàng)應(yīng)用提供更完備的數(shù)字身份管理、數(shù)據(jù)加密與訪問控制機(jī)制，保障元宇宙空間用戶數(shù)據(jù)安全與隱私。