元宇宙的技术内涵与发展评议_谢琳灿.pdf

科技中国 2023年1月 第1期46元宇宙的技术内涵与发展评议文/谢琳灿 张华珺（国家发展和改革委员会国际合作中心）元宇宙是一种综合了扩展现实、底层架构和基础设施等多个数字领域前沿技术的综合性应用形态。2021年，美国VR游戏平台Roblox在纽交所上市，Facebook（脸书公司）母公司更名为Meta并宣布向元宇宙全面转型等事件，迅速在全球范围内引发对元宇宙的关注热潮。总体来看，元宇宙具有广泛的中长期发展前景，但目前各项支撑性技术都不成熟，未来发展路径仍具有较大不确定性。下一步，要大力促进元宇宙底层技术研发，引导与实体经济融合发展，完善对大型虚拟平台的治理体系，并积极支持开展国际交流与合作。一、元宇宙的概念及技术内涵元宇宙一词最早出自美国作家尼尔斯蒂芬森1992年的科幻小说雪崩，是作者在书中构建的一个平行于现实世界的虚拟数字世界。从字面上来看，元宇宙（Metaverse）是超越（Meta）和宇宙（Universe）的结合体。目前国际上最权威的关于元宇宙的概念描述，是美国“元宇宙第一股”Roblox公司提出的元宇宙八大要素，即身份、朋友、沉浸感、低延迟、多样性、随时随地、经济系统和文明，实际涵盖应用、技术和硬件等三大类基础条件。国内的腾讯研究院也曾给出虚拟世界的七大特征，被认为是元宇宙的理想状态，即一个拥有极度沉浸式体验、超时空的社交体系、丰富多彩的内容生态、虚实结合的经济系统和能映射真实人类社会文明的超大型数字社区。2018年上映的美国科幻电影头号玩家中出现的虚拟空间“绿洲”，是目前最典型的元宇宙存在形态和应用场景构想。电影中，用户可以通过扩展现实（XR）的头戴显示器、追踪系统、扫描仪、传感器等终端设备，基于与3D或4D电影类似的原理登录元宇宙，获得身临其境的虚拟空间感官体验。“绿洲”中时间与现实同步，既复制了现实世界存在的各种建筑物、书籍、交通工具等，也存在虚拟创造物。用户可以在元宇宙之中创建数字身份，进行一切现实中的生产、生活、娱乐活动，并将元宇宙中获得的经济收入在现实世界中进行兑现。从技术角度看，元宇宙并非一种独立技术，而是一个数字领域多种前沿技术互相融合的综合科技中国 2023年1月 第1期47性应用形态，是各种技术在应用层面的集成和扩展。至少包含三大类技术：第一类是虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等扩展现实（XR）的前端设备和技术，通过提供视觉、触觉、听觉、嗅觉、运动感等多套解决方案的沉浸式体验，构建一个可以人机交互的虚拟环境。第二类是人工智能、图像引擎、数字孪生、区块链、游戏设计等涉及元宇宙底层架构的技术，旨在实现元宇宙世界与现实世界的高度同步和高保真，增强虚拟空间的现实感，并确保元宇宙用户的隐私安全性等。第三类是网络通信技术、物联网、云计算、算法和算力改进等数字基础设施及相关技术，主要确保元宇宙虚拟数字空间能平行于客观世界存在，并实现长期可持续的稳定运行。二、元宇宙技术发展和应用现状2021年以来，元宇宙概念及相关技术在全球掀起了一股空前的热潮。以中美数字经济企业为代表的主要头部企业纷纷加大对元宇宙的投入，包括Facebook（脸书公司）加大对其收购的VR公司Oculus的投入并宣布在五年内转型为元宇宙公司，芯片公司英伟达（NVIDIA）推出元宇宙开发平台Omniverse，微软通过Azure云计算平台重点推进面向企业用户的办公元宇宙，腾讯、阿里、华为、字节跳动等国内头部企业大量收购扩展现实相关技术公司、加大对相关技术研发投入等。这些投入有望进一步加速元宇宙技术研发和应用升级。实际上，目前元宇宙主要停留在概念和构想层面，相关数字技术和内容仍处于发展的早期，距离成熟可推广的应用产品还存在明显差距，尚未有成型的元宇宙虚拟世界出现。其中核心的限制是，现有的扩展现实设备、底层架构和基础设施三大类技术的发展均无法支撑元宇宙平台的实现。比如，目前各种拓展现实设备在核心零部件材料、沉浸式体验效果、设备性能、便携性和制造成本等方面都存在技术瓶颈，现有的网络通信能力、算法和算力水平等，也无法满足支撑元宇宙平台常态化运行的需求。此外，由于目前全球数字经济治理规则和规制仍处于探索阶段，元宇宙平台的建设和推广有可能放大互联网领域存在的隐私保护、成瘾性和匿名犯罪等问题，给各国带来巨大的监管挑战。在现实生活中，元宇宙技术具有广阔的应用场景，至少在娱乐、教育、社交、科研、金融等领域有望率先实现部分突破。2020年以来，部分互联网游戏或社交平台中已经出现了应用元宇宙部分技术组合、虚拟与现实空间交互的探索。例如，2020年4月，美国流行歌手Travis Scott在游戏堡垒之夜中举办了一场虚拟演唱会，全球共1230万玩家在游戏中成为虚拟观众。5月，加州大学伯克利分校在沙盒游戏我的世界里复制了校园建筑物，并举行了学生毕业典礼，老师和学生均以虚拟形象参加。7月，全球顶尖人工智能学术会议ACAI在游戏集合吧！动物森友会中成功举办了学术研讨会。目前，首个以元宇宙概念上市的美国游戏公司Roblox已经在其游戏产品中设置了区块链虚拟货币Robux，可以与美元实现互相兑换。不过，这些探索目前还都只是零星出现，如何建立元宇宙的数字生态体系，最终实现与现实世界的全面融合，还停留在理论构想的层面。展望未来，元宇宙技术的发展极有可能会经历三大阶段。第一个阶段主要是存量产品和技术的不断升级与迭代，预计至少需要510年，部分相对成熟的技术可能会率先商业化落地，比如开发更具沉浸感的VR游戏，MR在线会议系统等。第二个阶段的核心是整个虚拟数字生态体系的突破性增长，随着越来越多的产品和应用接入虚拟空间，相关底层架构和基础设施不断完善，不同形式的数字空间快速增长，相互间的互联互通稳步提升，一个全新的虚拟数字生态空间逐渐形成。第三个阶段是元宇宙的终极形态正式形成，相关治理规范和规则体系建立，一个与现实世界平行存在的元宇宙世界成为人类生活科技中国 2023年1月 第1期48的重要组成部分。当前，部分国家政府特别是日本和韩国政府也开始关注元宇宙发展，并探索出台一些促进政策。2021年7月，日本经济产业省发布了关于虚拟空间行业未来可能性及相关问题的调查报告，提出扩大虚拟空间用户消费者群体、降低VR设备价格、开发高质量VR内容、防范虚拟空间法律问题等意见。韩国科学技术和信息通信部2021年5月发起成立了“元宇宙联盟”，由政府牵头，200多家韩国本土企业和组织参与，旨在打造国家级增强现实平台，分享技术趋势及见解，并计划在未来向社会提供公共虚拟服务。同年8月，韩国财政部发布2022年预算，计划斥资2000万美元用于元宇宙平台开发。11月，韩国首尔市政府宣布，将建立元宇宙公共服务平台，逐步实现市民和企业服务虚拟化。三、思考与建议尽管当前元宇宙仍处于发展的雏形期，未来具体发展路径存在诸多不确定性，但从长期来看，在技术演进和人类需求的共同推动下，元宇宙场景的实现和产业的成熟，应该只是一个时间问题。作为真实世界的延伸与拓展，元宇宙所带来的巨大机遇和革命性作用是值得期待的，对人类社会现有组织形态和伦理秩序的冲击和挑战也需要未雨绸缪。为了在未来的全球竞争中抢占先机，国内各方至少需要从技术、治理等多方面同时着手，推动开展更多前瞻性的工作。首先，要大力促进元宇宙底层技术发展。元宇宙是由众多前沿技术集成的新兴产业生态，相关底层技术的应用非常广泛。我国应当发挥国内拥有海量数据和丰富应用场景、技术和产品快速迭代创新等独特优势，积极扶持5G、人工智能、云计算、算法、区块链等底层技术的发展。继续加大对技术研发的支持力度，支持各类高校、研究机构开展相关基础性理论研究，增强企业技术创新能力，推动相关核心技术达到世界领先水平，争取在未来的全球数字技术竞争中抢占更有利的位置。其次，要积极引导元宇宙技术与实体经济的融合发展。元宇宙技术在推进产业数字化转型等方面，拥有巨大的发展潜力。要优先探索支持传统产业转型的虚拟空间技术，如支持智能制造的数字孪生技术等，并积极推动相关技术在智慧城市管理、远程协同办公等领域的创新应用。鼓励有条件地区积极布局发展元宇宙产业集群，但也要防止市场对元宇宙及相关概念技术的过度包装和炒作，避免某些地区可能出现的盲目“跟风”、上项目、抢资源等问题。再次，要建立和完善对大型虚拟平台的治理体系。元宇宙收集个人数据的数量和种类的丰富度将会是前所未有的，包括个人的生理反应、运动，甚至是脑波模式等信息，对个人数据信息安全和保护等提出了极高的要求。要按照包容审慎原则，前瞻性开展对元宇宙相关新业态新模式的监管研究，探索建立对大型虚拟平台公司、软硬件厂商、外包公司等的综合监管和治理体系，防范可能出现的侵犯个人隐私、泄露商业秘密、危害国家安全等违法行为。要加强数字科技领域立法工作，在数据安全、内容审查、算法改进、金融交易等方面深化研究，推动完善税收征管、监管审查等相关机制。最后，要支持各方拓展国际交流与合作。要大力支持各类研究机构加强与境外机构的合作，密切跟踪国内外元宇宙相关基础理论及底层技术发展的最新进展，关注主要国家的最新政策动向。支持企业主动拓展国际技术交流与合作，通过设立海外实验室、研发中心等平台，开展联合研发攻关，积极融入全球数字技术发展合作体系。积极支持国内企业、相关机构等参与元宇宙及相关技术的国际标准制定，不断扩大在全球数字规则制定中的影响力。本文通讯作者：张华珺