一文说明元宇宙的起源、发展及其底层核心技术

元宇宙的概念来自于《雪崩》这部小说。1992年，出生于美国的尼尔.斯蒂芬森在他的小说《雪崩》中对未来技术进行了探索，小说描述了现实世界和虚拟世界捆绑的未来世界，并且第一次提出了“metaverse”这个概念。

2021年是元宇宙元年。2021年初，Soul App在行业内首次提出构建“社交元宇宙”。2021年3月，被称为元宇宙第一股的罗布乐思（Roblox）正式在纽约证券交易所上市；5月，微软首席执行官萨蒂亚·纳德拉表示公司正在努力打造一个“企业元宇宙”；8月，英伟达宣布推出全球首个为元宇宙建立提供基础的模拟和协作平台；8月，字节跳动斥巨资收购VR创业公司Pico；10月28日，美国社交媒体巨头脸书（Facebook）宣布更名为“元”（Meta），来源于“元宇宙”（Metaverse）。

2022年2月14日，香港海洋公园宣布：香港海洋公园、伙拍The Sandbox合作布局元宇宙。2022年6月30日，全国首个家居元宇宙平台在南康正式发布。10月，2022 服贸会Web3.0发展趋势高峰论坛上发布的《中国元宇宙发展报告（2022）》显示，中国元宇宙上下游产业产值超过4000亿元，主要体现在游戏娱乐、VR和AR硬件等方面，未来五年，国内元宇宙市场规模至少突破2000亿元大关。

元宇宙是众多新技术的集大成者，其中包括：区块链（Blockchain）、人机交互（Interactivity）、电子游戏（Game）、人工智能（Artificial intelligence）、网络及运算（Network）、物联网(Internet of Things)六大技术，一般被简称为“BIGANT”（大蚂蚁）。

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元宇宙基于区块链技术搭建经济体系，基于人机交互技术实现更高维度，基于电子游戏技术提供沉浸式体验，基于人工智能技术进行多场景深度学习，基于网络及运算技术打造“智慧连接”“深度连接”“全息连接”“泛在连接”与“算力即服务”的基础设施，基于物联网实现万物互联，将虚拟世界与现实世界在身份系统、社交系统、经济系统上密切融合，赋能用户进行个性化内容生产和多元化世界编辑，构建虚实融合的数字生活空间。

一、区块链技术

区块链是一个分布式数据库，用于记录每一个区块中所有交易的信息。区块链数据库以链的形式存储，并使用密码学方法加密。区块链可以被看作是一个公开的、不可篡改的数据库。这意味着，任何人都可以在区块链上存储信息，而且这些信息是不可篡改的。区块链技术可以让数据存储在公开的分布式数据库中，并通过加密来保证数据的安全性。区块链的主要优势在于，它不需要第三方来认证或监管交易，因此可以节省成本。此外，由于区块链是分布式的，所有交易都是透明的，因此不易被篡改。

区块链技术的主要特点是去中心化、密码学安全、不可篡改性。去中心化意味着所有的交易都是由网络成员共同监督和记录，而不是由一个集中的机构控制。这使得交易更加安全、透明；密码学安全则使得交易数据不可能被伪造或者篡改。不可篡改性则意味着一旦交易被记录在区块链上，就不可能被修改。

随着元宇宙进一步发展，对整个现实社会的模拟程度加强，我们在元宇宙当中可能不仅仅是在花钱，而且有可能赚钱，这样在虚拟世界里同样形成了一套经济体系。区块链是元宇宙世界经济系统构建的底层技术，作为可信的技术“地基”，建设在元宇宙的最底层，能够保证宇宙中所有的价值数据都存储在区块链上，这样一来，任何人都无法随意篡改已经发生的事实，形成天然的信任网络。

二、人机交互技术

人机交互是元宇宙世界虚拟与现实连接、交互的底层技术，支撑元宇宙场景下的“沉浸与叠加”属性。沉浸式路径的代表是VR技术，比如佩戴VR设备，可以让人进入一种“万物皆备于我”的沉浸式专属场景，这种场景既是沉浸的也是内卷的。叠加式路径的代表是AR技术，它是在现有条件上叠加和外拓，比如给普通机器人加入皮囊皮相、注入灵魂情感，令其成为仿真机器人。

在元宇宙时代，现实世界中的人类可以和虚拟世界中的智能体（虚拟人、数字财产、数字物品等）进行交互。初期，人类仍然通过手指和眼睛与虚拟世界进行交互，就像在玩一场“身临其境的沉浸式视频游戏”。随着技术的进步，其交互设备的多样性将得到极大扩展。例如，摄像头、惯性传感器将捕捉到的人类身体动作、语音等指令展示在视频游戏中，游戏剧情反馈也会通过智能眼镜、智能头盔展示给人类。在不远的将来，当AI技术不断发展，可能会出现一种随身携带的智能穿戴设备，结合全息投影技术，让我们随时随地进入元宇宙世界。未来的元宇宙一定不是少数人的狂欢，而是一个任何人都能够轻松进入的虚拟世界。

三、电子游戏技术

电子游戏本就是元宇宙的雏形，因此，电子游戏技术中的游戏引擎、3D图像渲染、云游戏等也为元宇宙的内容制作提供了强大的技术支撑。电子游戏一般被认为是元宇宙最初的落地场景。游戏为玩家提供虚拟身份，玩家通过虚拟身份在游戏中社交、购物，从而成型。电子游戏技术与交互技术的协同发展,是实现元宇宙用户规模爆发性增长的两大前提,前者解决的是内容极度丰富,后者解决的是沉浸感。

四、人工智能技术

元宇宙的实现需要多种技术作为支撑，而AI是众多支撑技术中非常重要的一种，特别是AI感知技术。通过视觉识别、SLAM等技术，将现实世界映射到虚拟世界中，同时通过AI支持的3D重建、图像生成等技术，将虚拟世界的场景又映射到现实世界，相互增强。

人工智能是计算机科学的一个分支，它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能经过几十年的研发，目前其技术和理论已经愈发成熟，应用范围也在不断扩大，相信未来以后的人工智能虽然不能想人一样思考，但是能经过计算并判断得出结果智能机器。

元宇宙第一股”Roblox公司认为，元宇宙应具备八大要素，分别是：身份、朋友、沉浸感、随地、多样性、低延迟、经济、文明。

其中，在沉浸感和多样性方面，计算机视觉、机器学习、自然语言处理、智能语音等人工智能技术的发展，将为元宇宙带来了全新的真实感，并会对以下五个用例产生影响：

1、创建更精准的头像

用户是元宇宙的关键参与者，用户的头像将决定着自身和其他参与者的体验质量。人工智能可以分析2D用户图像或3D扫描，以创建非常逼真的虚拟再现。人工智能可以绘制出一系列面部表情、情绪、发型、年龄引起的特征等等，使头像更生动。

2、数字人类

数字人类存在于虚拟世界中的聊天机器人的3D版本。它们不是真人的精确复制品。相反，它们更像是视频游戏中支持AI的非玩家角色，可以在虚拟现实世界中对用户的活动作出反应。数字人类是完全使用人工智能技术创造的，对于虚拟世界的场景至关重要。

3、多语言可访问性

人工智能可以帮助分解自然语言，将它们转换成机器可读的格式，进行分析，得出响应，然后将结果转换回自然语言，并传达给用户，整个过程发生在一瞬间。

4、虚拟世界的大规模扩张

当给人工智能输入历史数据时，人工智能会从以前的输出中学习并尝试生成自己的结果。有了新的输入、人类反馈和机器学习的强化，人工智能的输出将随着时间的推移而提高。最终，人工智能将能够执行任务并提供与人类几乎一样的输出。

5、易于使用的接口

人工智能可以协助人机交互。当用户戴上一个高科技的、支持人工智能的VR头盔时，传感器会识别和预测用户的肌肉模式，从而准确地知道用户想如何在虚拟世界中移动。人工智能可以帮助在VR中重现真实的触觉，还可以帮助支持语音导航，因此用户可以与虚拟对象进行交互，而无须使用手控制器。

可以说，人工智能将是贯穿元宇宙整条生态链。如果没有人工智能，就很难创造出引人入胜、真实且可扩展的虚拟世界体验。

五、网络及运算技术

元宇宙要求高同步低延时，从而用户可以获得实时、流畅的完美体验。未来移动通信论坛常务副理事长张新生在首届元宇宙产业与技术研讨会上表示，5G是支持元宇宙发展的关键技术，而6G则是元宇宙发展的基石。张新生指出，6G发展的愿景是万物智联、元宇宙（数字孪生）、虚实融合应用和体验，这与元宇宙的愿景非常相似。张新生认为，元宇宙的动因是科技进步、世界变了，呈现为物理世界/现实世界和数字世界/虚拟世界融合。在推动现实世界发展的同时，全球在加紧构建虚拟世界。世界构成也变了，由人类世界、物理世界、数字世界构成，并通过先进网络技术连接人、机、物世界，最后由虚拟世界、XR应用、网络技术共同推动发展。

5G是支持元宇宙发展的关键技术，可提供接近实时的XR内容，特别是大带宽、低时延，以及海量设备（Devices）。6G则是元宇宙发展的基石，6G发展的愿景是万物智联、元宇宙（数字孪生）、虚实融合应用和体验，这与元宇宙的愿景非常相似。元宇宙对6G发展的需求主要是通感融合的网络，涉及人机接口、网络智联、普适通用计算、多类元宇宙（消费、企业、产业）、创新的虚实融合的应用、精准的定位传感以及网络安全隐私保护等多个重点。

六、物联网技术

物联网指的是全球数以万亿的物理设备都连接到了互联网上，并进行数据的收集与共享。物联网的目标，就是让万物都成为网络的一部分，将这些不同的物体连接起来，给它们添加传感器，使原本单一的设备增加了数字智能的层次，使它们能够在不涉及人类的情况下进行实时数据通信。物联网正在让我们周围的世界结构变得更加智能，反应更加灵敏，将“数字世界”和“物理世界”融合在一起。

物联网在元宇宙的网络基础设施的实现和发展中将发挥重要作用。虚拟世界与现实世界的泛在连接，离不开大量传感器、智能终端等物联网设备实时采集和处理数据，物联网可为用户提供真实、持久且顺畅的交互体验，是虚拟世界与现实世界的联接和桥梁。