2023年元宇宙城市白皮书.pdf

目录目录前言.71、元宇宙城市概述.91.1 内涵.91.1.1 元宇宙城市的定义.91.1.2 元宇宙城市的发展阶段.111.1.3 元宇宙城市的发展潜力.131.2 政策.161.2.1 国家部委政策.161.2.2 地方政策.181.3 市场.201.3.1 市场规模.201.3.2 产业图谱.212、元宇宙城市技术体系.232.1 技术架构.232.2 关键技术.252.2.1 基础设施.252.2.2 3D 建模和渲染.282.2.3 元宇宙开发平台.322.2.4 人机交互.333、元宇宙城市标杆研究.393.1 首尔全球第一个元宇宙城市.403.2 迪拜元宇宙未来之城.423.3 上海中国元宇宙第一城.443.4 伦敦欧洲元宇宙金融城.473.5 新加坡国家规模的数字孪生体向元宇宙转型.493.6 纽约美国第一元宇宙城市.503.7 东京主推文旅与政务元宇宙的东亚城市.513.8 利雅得元宇宙科幻城市.523.9 巴黎元宇宙文化创意之都.533.10 圣莫尼卡抢占元宇宙先机的美国城市.534、元宇宙城市场景案例.554.1 城市治理.554.2 数字文旅.574.3 商业营销.594.4 工业领域.614.5 其他领域.625、趋势与建议.645.1 未来发展趋势.645.1.1 技术趋势.645.1.2 应用趋势.655.2 存在问题与建议.67(1)元城市概念尚缺乏共识，急需政产学研等多方力量推动.67(2)共识之下，标准先行，规范元宇宙城市建设和安全.68(3)大力培育元宇宙标杆企业，带动地方元宇宙城市发展.68(4)鼓励地方政府成立专项产业基金，支持元宇宙城市长期发展 68参考文献.70结束语.717前言元宇宙的出现，是前沿科学技术从独立发展到大融合的必然结果，技术的集成带来的是人类感官的无限延伸，是人类生存空间的无限扩展，是人类想象与现实的无限融合。元宇宙发展至今，已经度过了盲目追捧期，进入了稳定而又漫长的落地应用期。城市作为应用场景的大集成，将成为元宇宙落地的重要载体。同时，元宇宙城市是目前人类技术能够达到的最高阶，是“未来城市”的雏形。何为元宇宙城市，元宇宙城市的发展意义是什么，元宇宙城市与所谓智慧城市有着怎样的关系，这成为元宇宙城市研究的首要问题。目前，全球或是中国政产学研界并未达成统一共识。当下正处于数字孪生城市向上升级转型的过渡期，也是元宇宙城市发展的重要基石。如何预测和准确把握城市数字化趋势，将是现在和未来面临的重要挑战。通过本次课题的研究，我们初步认为“未来 2-4 年将是元宇宙城市顶层规划出台、基础设施完善和关键技术布局的重要阶段。2028 年以后全球将真正迈入元宇宙城市大规模建设和运营的高峰期，城市数字化发展和治理方式、治理流程都将进入全新的阶段”。本白皮书的编写旨在提出元宇宙城市的定义、发展内涵、发展意义，并对其发展阶段、发展现状进行描述，梳理其技术体系和应用案例，研判其发展趋势，发现问题并提出建议，从而给地方政府发展元宇宙城市提供参考。8本次白皮书的编写，主要以泰伯智库的产业数据库为基础，同时结合对元宇宙城市的主要服务商、行业专家的调研输出研究观点和行业分析。白皮书能够顺利编写完成，离不开调研专家及合作单位的大力支持，特此致谢！泰伯研究院分析师何少佳、优立科技谢芸芸、维享时空马锐等作为白皮书的主要撰稿人和素材整理者，对白皮书编辑出刊贡献了主要力量。由于编写仓促或调研不够全面所致，部分章节可能存在疏漏之处，泰伯智库研究团队愿意对此承担相关责任。泰伯智库2023 年 11 月主要参编企业鸣谢：91、元宇宙城市概述、元宇宙城市概述1.1 内涵内涵1.1.1 元宇宙城市的定义元宇宙城市的定义(1)元宇宙元宇宙起源于 1992 年作家尼尔史蒂芬森（Neal Stephenson）的科幻小说雪崩，提出了元宇宙的雏形。2021 年“元宇宙”概念爆火，延伸至世界各地。2023 年 9 月，工业和信息化部等五部门联合印发元宇宙产业创新发展三年行动计划（20232025 年），提出通过构建先进元宇宙技术和产业体系等举措，在政策层面为中国元宇宙产业发展指明方向。其中，行动计划提出：元宇宙是数字与物理世界融通作用的沉浸式互联空间，是新一代信息技术集成创新和应用的未来产业，是数字经济与实体经济融合的高级形态，有望通过虚实互促引领下一代互联网发展，加速制造业高端化、智能化、绿色化升级，支撑建设现代化产业体系。元宇宙主要以数据流通技术、内容生产技术、数字孪生技术、感知交互技术、网络与计算技术为关键技术。其中，“建设实时监测、沉浸映射的智慧城市，赋能安全防范、管网诊断等重点场景，提升城市治理效能”成为打造沉浸交互数字生活应用的重要任务之一。(2)元宇宙城市10元宇宙城市简称“元城市（Meta City）”，其概念有广义和狭义之分。狭义的“元宇宙城市”又被称作“城市元宇宙”，是以数据流通技术、内容生产技术、数字孪生技术、感知交互技术、网络与计算技术为关键技术构建的平行于物理城市空间的虚拟城市空间。城市元宇宙强调赋予城市虚拟化、数字化、智慧化的升级，将城市物理基建以虚实结合的手段与智慧城市建设融合，主要目标是帮助城市解决规划、建设、治理等问题。广义的“元宇宙城市”是借助元宇宙“技术的驱动性、空间的虚拟性以及与现实世界的交互性”的特征赋能于城市自身，建设城市数字生命，实现城市生命的可持续发展，将人、空间、社会活动数字化虚拟化的同时与现实城市互动互融，既服务于城市治理，还包括文旅元宇宙、政务元宇宙、工业元宇宙等更多形态，可以更好的扩大生存空间，缓解社会矛盾，提升体验和效率，延展人的创造力和可能性。与狭义的“元宇宙城市”注重由实向虚，以帮助城市叠加沉浸式虚拟体验不同，广义的“元宇宙城市”则更加注重由虚入实和虚实相生，在提供沉浸式体验的同时进行跨时空的链接，创造一个共生的经济系统。从长期来看，广义的“元宇宙城市”是未来的发展方向，旨在延续城市精神内涵与生命，既注重现实城市的智慧性，同时注重虚拟城市的独立性，助力城市走向“未来态”。11图图 1 数字孪生城市、城市元宇宙、元宇宙城市图解数字孪生城市、城市元宇宙、元宇宙城市图解1.1.2 元宇宙城市的发展阶段元宇宙城市的发展阶段当前，世界各地正在如火如荼地打造数字孪生城市。而元宇宙城市则是数字孪生城市发展的下一阶段，也是智慧城市建设的最高阶形态，甚至可以被看作是未来城市的终极目标，是集合现在和未来全部前沿技术于一体的最高级城市数字综合体。12纵观城市数字化、智慧化的发展路径，大致需要经过三个阶段。第一个阶段是数字城市建设。1998 年随着数字城市概念提出，一大批城市陆续提出建设数字城市并着手开展数字城市规划和建设。随着以计算机网络为基础的信息通信技术的蓬勃发展，城市的基础地理、基础设施和基础功能的建设逐步实现信息化、网络化。2008 年，IBM 提出了“智慧地球”概念，2015 年底，中央网信办、国家互联网信息办提出了“新型智慧城市”概念，2016 年国家大力启动新型智慧城市建设，2017 年，新型智慧城市建设步入正轨。“数字城市”的概念是动态变化的，从实现城市的可视化，再到信息化、网络化、智慧化，均属于数字城市建设范畴。数字城市的概念仍在扩充中，但城市的阶段性数字化工作已取得明显成效。第二个阶段是数字孪生城市建设。2018 年雄安新区规划纲要中首次提出了数字孪生城市的概念，而后“十四五”规划纲要中明确提出完善城市信息模型平台,探索建设数字孪生城市。自此，数字孪生城市开始登上中国城市建设的舞台。2021 年，“元宇宙”概念爆火，同时带动了多项关键技术和应用场景。数字孪生城市作为元宇宙的重要应用场景之一备受瞩目。当前正处于数字孪生城市向上升级转型的过渡期，也是元宇宙城市发展的重要基石。第三个阶段将迎来元宇宙城市建设。数字孪生城市能够使得城市治理更加情境化、智能化与感知化，而元宇宙是多种技术与理念的综合体，能够赋予传统的城市治理模式与治理流程更多的创新路径。泰伯研究院预测，未来2-4 年将是元宇宙城市顶层规划出台、基础设施完善和关键技术布局的重要13阶段。2028 年以后全球将真正迈入元宇宙城市大规模建设和运营的高峰期，城市数字化发展和治理方式、治理流程都将进入全新的阶段。图图 2 元宇宙城市发展阶段元宇宙城市发展阶段1.1.3 元宇宙城市的发展潜力(1)元宇宙助力城市的可持续发展，赋予城市生命体以永生元宇宙城市的发展潜力(1)元宇宙助力城市的可持续发展，赋予城市生命体以永生元宇宙不仅可以为城市智慧治理和公共服务提供全新的思路和方法，为市民提供足不出户的沉浸式体验和更加优质的公共服务，还能为城市的可持续发展和社会进步作出贡献。通过元宇宙平台可以实时监测和管理城市的资源利用情况，包括能源、14水资源、交通流量等。这有助于优化资源分配和使用效率，减少浪费，提高资源的可持续利用。元宇宙可以模拟城市的规划和设计，让政府、规划师和公众能够更直观地了解城市发展的方向和效果。这有助于制定更科学、可持续的城市规划。元宇宙提供了一个虚拟的空间，可以促进人们之间的互动和交流，鼓励共享经济和社区参与。通过在线平台，人们可以分享资源、交换服务、参与社区活动，从而减少资源消耗，增强社区凝聚力。元宇宙可以将大量的城市数据可视化呈现，帮助政府和决策者更好地理解和分析城市发展中的各种问题和挑战，包括环境污染、自然灾害等。这有助于制定更有效的政策和策略，提前预防和应对潜在的风险和危机。从更深层次出发，元宇宙在虚拟世界建立城市副本，重构物理城市发展模式、意识、文化，将延续城市生命。例如，在虚拟空间重建古老建筑，在城市更新中为历史建筑赋予了新的生命与内涵。(2)以人为本，元宇宙城市能够带来更加便捷、高效、个性化的生活(2)以人为本，元宇宙城市能够带来更加便捷、高效、个性化的生活元宇宙城市更加关注“以人为本”的发展理念，注重人与城市环境之间的互动和融合。元宇宙助力城市可持续发展建设的同时，还能增加趣味性、创新性的虚拟空间互动，为人类带来更好的生活体验。元宇宙城市可以根据每个人的需求和偏好提供个性化的服务和体验。通过智能技术和数据分析，可以为每个居民提供适合其生活方式和兴趣的信息、商业、文化等资源，提高生活质量和满意度。元宇宙城市去中心化的思想，虚拟空间的开放性和互动性，可以发挥民智民意，建设社区等“现实-虚拟”15生活空间，增强集体决策的民主性和透明度，助力建设宜居城市。(3)元宇宙城市是未来前沿技术的集大成者，能够深度融合和推动地方数字经济发展(3)元宇宙城市是未来前沿技术的集大成者，能够深度融合和推动地方数字经济发展元宇宙是融合现在与未来前沿数字技术（包括但不限于 6G、卫星互联网、人工智能、虚拟现实、空间计算、边缘计算、区块链、算力存储等）于一体的媒介平台，能够实现数字经济与实体经济的深度融合，并最终赋能实体经济。在元宇宙的世界里，身处世界各地的人们可以高效沟通协作，全面联网的智能设备将有效联动，产业链协作将变得更加透明高效，促进数字经济与实体经济实现更深层次的融合，推动赋能实体经济走向新空间、打开新市场、找到新突破。大力发展元宇宙城市，建设元宇宙基础设施与平台服务，可以有效吸引更多高新科技产业落地，助力其他产业的数智化升级，推动地方经济实现质的提升。(4)元宇宙是未来科技、文化的风向标，有助于吸引大量资金和人才(4)元宇宙是未来科技、文化的风向标，有助于吸引大量资金和人才元宇宙建设将加强城市对于全球科技创新的引领和带动作用，通过推动元宇宙及相关产业的发展，可以增强创新资源集聚力、产业创新策源力、创新人才吸引力。一方面，元宇宙可以实现生产力的突破和生产关系的重大革新，带来更规范、高效的城市管理和城市服务革新，优化营商环境，吸引国内外的投资建设。16另一方面，通过元宇宙平台，城市可以展示自身的独特魅力和更加年轻、活力、新潮的文化资源，让人们更直观地了解和体验城市，提升城市的形象和知名度。1.2 政策政策1.2.1 国家部委政策国家部委政策中央对元宇宙产业发展保持长期关注，多次提出支持元宇宙相关内容及产业的发展，支持政策的范围包括虚拟现实、数字孪生技术以及工业元宇宙。表表 1 国家级元宇宙相关政策汇总国家级元宇宙相关政策汇总日期日期政策政策发布单位发布单位具体内容具体内容2023 年9月 8日元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023-2025 年）工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国务 院 国 资委、国家广播电视总局办公厅主要内容可以概括为：5 大任务，即“构建先进元宇宙技术和产业体系”“培育三维交互的工业元宇宙”“打造沉浸交互数字生活应用”“构建系统完备产业支撑”“构建安全可信产业治理体系”。14 项具体措施，包括“加强关键技术集成创新”“丰富元宇宙产品供给”“构筑协同发展产业生态”“探索推动工业关键流程的元宇宙化改造”等。4 项工程，即“提升关键技术”“培育产业生态”“工业元宇宙赋能”“强化产业基础”。2022 年虚拟现实工业和信息计划提到到 2026 年，三维化、虚实融1710 月 28日与行业应用融合发展行动计划（20222026年）化部、教育部、文化和旅游部、国家广播电视总局、国家体育总局合沉浸影音关键技术重点突破，新一代适人化虚拟现实终端产品不断丰富，产业生态进一步完善，虚拟现实在经济社会重要行业领域实现规模化应用，形成若干具有较强国际竞争力的骨干企业和产业集群，打造技术、产品、服务和应用共同繁荣的产业发展格局。提出推进关键技术融合创新、提升全产业链条供给能力、加速多行业多场景应用落地、加强产业公共服务平台建设、构建融合应用标准体系五大重点任务。2022 年10 月 28日工业元宇宙创新发展三年行动计划（2022-2025 年）工业元宇宙协同发展组织、工业和信息化部工业文化发展中心提出 3 年实现“三个 100”的目标，着力推动工业元宇宙的技术储备、标准研制、应用培育和生态构建全方位健康发展。通过创新能力提升行动、支撑体系健全行动、融合赋能深化行动、产业生态健壮行动等四项行动，形成 100 个可复制的典型案例，为应用推广提供标准模板；打造 100 个工业元宇宙标杆应用，提供元宇宙在工业领域的高水准落地示范；建设 100个赋能创新中心，并推动建设一批“工18业元宇宙+垂直行业”的工业元宇宙开放平台。2021 年12 月“十四五”数字经济发展规划国务院创新发展“云生活”服务，深化人工智能、虚拟现实、8K 高清视频等技术的融合，拓展社交、购物、娱乐、展览等领域的应用，促进生活消费品质升级。2021 年3 月中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要全国人民代表大会“加快数字化发展建设数字中国”框定了数字经济重点产业的范围，具体包括云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实和增强现实产业。2016 年5 月 19日国家创新驱动发展战略纲要中共中央、国务院加强类人智能、自然交互与虚拟现实、微电子与光电子等技术研究，推动宽带移动互联网，云计算、物联网、大数据，高性能计算、移动智能终端等技术研发和综合应用。1.2.2 地方政策地方政策从 2022 年 3 月开始，多地陆续发布行动计划支持元宇宙产业发展，争先打造元宇宙产业标杆城市。截至目前，已有上海、河南、浙江、四川、山东、19重庆、江苏等 7 个省市陆续发布直辖市级或省级指导性文件；北京、湖北、安徽、福建、海南等多地发布了市级或区县级指导性文件。表表 2 地方元宇宙相关政策汇总地方元宇宙相关政策汇总地区地区时间时间政策政策发布单位发布单位江苏2023 年 10月 23 日江苏省元宇宙产业发展行动计划(2024-2026 年)江苏省工业和信息化厅等五部门重庆2023 年 9 月22 日重庆市元宇宙产业发展行动计划（20232025 年）重庆市经济和信息化委员会山东2023 年 9 月19 日山东省加快元宇宙产业创新发展的指导意见山东省工业和信息化厅等六部门四川2023 年 9 月四川省元宇宙产业发展行动计划（2023-2025 年）四川经济和信息化厅等 16 部门上海2023 年 6 月21 日上海市打造文旅元宇宙新赛道行动方案（2023-2025 年）上海市文化和旅游局上海2023 年 6 月14 日上海市“元宇宙”关键技术攻关行动方案（20232025 年）上海市科学技术委员会陵水2023 年 3 月22 日陵水黎族自治县元宇宙产业发展行动计划（2023-2027）陵水黎族自治县科学技术和工业信息化局武汉2023 年 2 月27 日汉阳区关于加快元宇宙创新发展扶持政策(试行)武汉市汉阳区科学技术和经济信息化局合肥2023 年 2 月14 日合肥高新区元宇宙产业发展规划（2023-2028）合肥高新技术产业开发区20上海2023 年 1 月15 日关于 2022 上海市元宇宙重大应用场景”揭榜挂帅“项目发榜的通知上海市经济和信息化委员会浙江2022 年 12月浙江省元宇宙产业发展行动计划（20232025 年）浙江省发展和改革委员会等五部门河南2022 年 9 月河南省元宇宙产业发展行动计划（20222025 年）河南省人民政府办公厅北京2022 年 8 月23 日北京城市副中心元宇宙创新发展行动计划（2022-2024 年）北京市科委、通州区等四部门上海2022 年 7 月8 日上海市培育“元宇宙”新赛道行动方案（2022-2025 年）上海市经济信息化委会广州2022 年 4 月广州市黄埔区、广州开发区促进元宇宙创新发展办法广州市黄埔区经信局等厦门2022 年 3 月厦门市元宇宙产业发展三年行动计划(20222024 年)厦门市工业和信息化局1.3 市场市场1.3.1 市场规模市场规模泰伯研究院在参考全球及中国智慧城市、数字孪生城市、元宇宙中关键技术与落地应用等产业数据后，测算出 2022 年中国元宇宙城市产业规模为268 亿元，有望在 2025 年破千亿，达到 1044 亿元，年复合增长率约为 50%。2028 年，元宇宙城市建设迎来高峰期，产业规模将超 3000 亿元。21图图 3 2022 年2028 年元宇宙城市产业规模（亿元）2022 年2028 年元宇宙城市产业规模（亿元）1.3.2 产业图谱产业图谱从元宇宙城市的产业链来看，上游是为关键技术、服务平台提供支持的网络基础设施、存算基础设施与地理信息基础设施服务商。中游为数据流通技术、内容生产技术、数字孪生技术、感知交互技术、人工智能技术五大元宇宙关键技术服务商。其中，人工智能技术厂商相对成熟，科技型互联网大厂居多；内容生产中心多为游戏引擎和建模领域企业；数字孪生技术、数据流通技术、感知交互技术仍在创新发展中，初创企业居多。下游为基于关键技术打造的垂直于各领域的元宇宙平台，其中工业元宇宙平台创新发展态势最好。22图图 4 元宇宙城市产业图谱元宇宙城市产业图谱232、元宇宙城市技术体系、元宇宙城市技术体系2.1 技术架构技术架构元宇宙城市的技术架构分为硬件层、网络层、数据层、平台层、交互层。硬件层、网络层提供底层的支撑技术，数据层、平台层集成支撑技术，为顶层的人机交互提供服务。硬件层：硬件层分为基础硬件层与感知硬件层，其中基础硬件层为算力芯片、服务器、网络设备等硬件。感知硬件层主要为近眼显示、体感设备、脑机接口等，通过设备中传感器获取人与周围物体互动的信息，是获取与收集交互信息的重要媒介。其中，近眼显示成为目前元宇宙建设的“入口”，是重要基础设施。网络层：构建和支持元宇宙的基础架构，为元宇宙连接的物理世界的信号传输提供技术支撑。主要通过物联网、互联网以及移动通信网络等传输海量信息。其中，6G 通信网络技术为元宇宙城市发展提供重要作用。数据层：在元宇宙中，数据是一切经济活动的基本要素。数据活动包含数据存储、传输和处理。其中涉及大数据、区块链等数据存储传输技术，人工智能、云计算、边缘计算等数据处理技术。平台层：在元宇宙中，交互的基础是建立完善的平台。平台包含内容设计、开发及分发。其中设计平台中包含三维建模、三维渲染等；开发平台为集成元宇宙程序、内容和功能开发的工具集，为开发者提供软件工具和服务，包含资料库、引擎、开发工具、智能合约平台、空间运营平台。其中空间运24营平台类似互联网的运营平台，把元宇宙城市空间进行运营，实现真正的空间即入口。未来的市民走入空间即可实现不同的信息展示，数实融合的场景也将实现千人千面。分发平台为用于分发和管理各种数字内容和应用程序的平台，为用户提供访问、下载、购买和体验元宇宙内容和服务的渠道。交互层涉及多种人机交互技术及交互界面。包含语音、眼动、触觉、体感、脑机、多模态交互技术。图图 5 元宇宙城市技术架构元宇宙城市技术架构252.2 关键技术关键技术2.2.1 基础设施基础设施(1)近眼显示近眼显示设备也被称为是头盔显示器，是虚拟现实和增强现实的一个重要呈现平台，被认为是继电影屏幕、平板显示之后显示领域的又一次革命。它主要是由显示屏幕和显示目镜组成的。根据技术分类，近眼显示器市场可细分成 TFT LCD、AMOLED、LCoS、OLEDoS、DLP、MicroLED 与激光光束扫描（LBS）七大类技术，这些技术在 AR、VR、混合实境（MR）与 EVF 设备中各有应用。占全球市场比例最高的技术依序为 TFT LCD、LCoS 与 OLEDoS，MicroLED 则为近眼显示器市场的新兴技术，这四项技术将做主要介绍。TFT LCD：利用薄膜晶体管技术改善显示器性能，且单一电晶体操控一个画素能提供更快的反应时间，由于其重量轻、体积小、分辨率高与功耗低，可大量生产且广泛应用于 VR 设备。LCoS：结合了数位光学处理技术、液晶显示器（LCD）与反射式微型显示技术利用硅背板顶端的液晶层显示图像或视频。LCoS 相对较新，其优势在于在同样分辨率下可以提供更小的像素，并具有高亮度、长寿命与低成本等特性，可用于投影机、EVF 与头戴式装置。OLEDoS：OLEDoS 是以单晶硅或低温多晶硅薄膜晶体管为背板的显示器，像素尺寸是传统显示器的十分之一，且具高分辨率、高整合性、低功耗、体积小与重量轻等优点，随着 AR、VR 与自动驾驶等技术应用，OLEDoS 显示器26将成指数型成长，适合应用于 VR 与 MR 装置。MicroLED：是利用微型 LED，以数组形式排列于屏幕表面，以产生图像的显示技术。每个 MicroLED 都是一个像素，可自发光且能个别调整亮度或关闭，其亮度较 OLED 更明亮且不会随着时间降低；可提供低延迟与高更新率；观看角度较使用 LED/LCD 技术的显示器更广；能提供高动态与超高亮度的图像输出。(2)6G 网络6G 是元宇宙发展的基石。6G 网络架构应遵循兼容和创新并举的设计理念，具备智慧内生、安全内生、多域融合、算网一体等四大特征。特征一：智慧内生6G 网络内嵌 AI 能力，实现架构级智慧内生。对内能够利用智能来优化网络性能，增强用户体验，自动化网络运营，即 AI 构建网络；对外能够抽取和封装网络智能，为各行各业用户提供网络和 AI 结合的通信和计算服务，即网络赋能 AI。特征二：安全内生6G 网络内嵌安全能力，实现架构级安全内生。通过 6G 网络内置基础安全能力，提供采集、管控、隔离等能力。基于分布式技术，实现去中心化的安全可信机制，构筑安全可信的 6G 网络，满足不同业务场景的差异化安全需求，提高通信系统的安全自治能力，建设可度量、可演进的安全内生防护体系。27特征三：多域融合实现空天地等多种接入域，移动网、家庭网、体域网多种网络域深度融合，实现泛在连接下的连续通信。高/中/低轨卫星网络、空基平台网络与地面网络深度融合，实现人联与物联、无线与有线、广域和近域、空天和地面等的智能全连接。移动网、家庭网、体域网等多种网络域共同形成完整的 6G网络，多个网络域之间打破原有的固定边界实现连接，通过多网络域下的终端识别、服务连续性保障、终端信息共享、端到端服务质量保障等，为用户提供无感知的网络接入、数据传输及切换体验。特征四：算网一体网络和计算深度融合，实现云、边、网、算的高效协同。网络和计算相互感知，相互协同，实现实时准确的算力发现、灵活动态的计算和连接服务的调度。(3)芯片图形处理单元（GPU）：作为一种特殊的算力芯片，GPU 在元宇宙城市的建设中能够为虚拟场景的建模与渲染提供大量的图形计算。3D 图形处理时GPU 所采用的核心技术有硬件 T&L（几何转换和光照处理）、立方环境材质贴图和顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素 256 位渲染引擎等。NVIDIA 通用并行计算架构 CUDA 推出了通用图形处理器（GPGPU），去掉了 GPU 为了图形处理而设计的加速硬件单元，保留了 GPU 的 SIMT 架构和通用计算单元，使之更适合高性能并行计算，并能使用更高级别的编程语言，可28用于物理计算、加密解密、科学计算以及比特币等加密货币的生成等领域。数据处理器（DPU）：DPU 是集数据中心基础架构于芯片的通用处理器。DPU 的出现是异构计算的一个阶段性标志。DPU 专门处理以数据为中心的工作负载，例如数据中心的网络、存储及安全操作。DPU 能够替 CPU 分担网络和通信工作负载，释放资源以处理应用程序；能够大规模处理数据相关工作负载；能够轻松扩展以适应越来越多、愈发复杂的工作负载等2.2.2 3D 建模和渲染建模和渲染(1)3D 建模三维建模（即 3D 建模）是是指使用计算机软件或硬件等工具，在三维坐标系内建立一种三维的数学模型的过程，用来描述现实世界中实体物体的形状、大小和其他属性。在三维建模中，使用者可以通过设置三维坐标系，定义坐标点、添加几何体、创建曲线、进行运算等操作，不断完善模型的细节，从而构建出一个逼真、真实的三维模型。通常情况下根据行业需求的不同可以分为：多边形建模（PolygonModeling）、参数化建模（Parametric Modeling）、逆向建模（ReverseModeling）、曲面建模（NURBS Modeling）等。多边形建模（Polygon Modeling），是目前三维软件中比较流行的建模方法之一。通常情况下一个完整的模型是由许多规则的四边面组成，其快速可编辑的特点非常适合对精确性要求不是很高的建模需求，多用于视觉表现、影视、游戏的建模方式。29曲面建模（NURBS Modeling），专门做曲面物体的一种造型方法。NURBSModeling 非常适合创建光滑的物体，比如：数码产品、汽车等。很难精准参数化。参数化建模（Parametric Modeling），是参数化设计的重要过程。对设计进行更改后模型会自动更新，能够轻松捕获设计意图，使用户更容易定义模型在进行某些更改后应有的行为方式，轻松定义和自动创建同一系列的零件，与制造工艺完美结合，缩短了生产时间。此类建模方式常用于工业设计领域，需要精确的尺寸来辅助设计，多用于如产品设计、室内设计、建筑设计、工业设计等。逆向建模（Reverse Modeling），是基于现实中存在的人物、物品等进行逆向建模的一种方式。逆向建模技术中包括：点云逆向建模、照片逆向建模、三维扫描逆向建模等技术。通过扫描方式（雷达扫描、照片环拍）生成模型，目前的技术还无法提供像参数化建模一样的精准尺寸模型，但是借助实地测量结合逆向建模最后为参数化建模提供建模依据也是一个常用的方法。逆向建模生成的模型通常面数非常高，也需要多边形建模技术进行优化。(2)3D 渲染3D 渲染是根据存储在计算机上的三维数据来产生图像的过程。它也被认为是一个创造性的过程，因为它利用光线并最终产生图像。通过 3D 渲染，计算机图形学将三维线框模型转换为具有三维逼真或接近真实效果的二维图像。实时渲染（Real-Time Rendering）：实时渲染是在计算资源有限的情30况下，以实时交互的方式生成逼真的图像。实时渲染常用于电子游戏、虚拟现实等需要实时渲染的应用。它强调渲染速度和效率，通常使用基于光栅化的渲染器。目前分为本地渲染和云渲染。光线追踪渲染（Ray Tracing Rendering）：光线追踪渲染通过模拟光线与物体的交互，计算出光照和阴影等效果，可以产生非常逼真的图像。相比实时渲染，光线追踪渲染需要更多的计算资源，常用于影视制作、建筑可视化等需要高品质渲染的领域。体积渲染（Volume Rendering）：体积渲染是一种用于可视化三维体积数据的渲染技术。它在医学领域、气象学、地质学等领域中得到广泛应用，可以表现出复杂的内部结构和过程，如体内器官、天气模拟等。图像合成（Image Compositing）：图像合成是将多个渲染图层或元素合并成最终图像的过程。它通常涉及对不同层次图像的混合、遮挡、颜色校正等处理，用于创建复杂的特效和合成图像。实时光线追踪（Real-Time Ray Tracing）：实时光线追踪是结合了实时渲染和光线追踪技术的一种渲染方法。利用硬件加速和优化算法，实现在相对较短的时间内生成逼真的光线追踪效果，常用于高端游戏和虚拟现实应用。(3)三维数据引擎三维数据引擎可以快速加载、流畅承载大规模三维数据，实现数据的集中存储、共享以及多人在线协作。其中分为多源数据处理、数据管理及分发、31多终端可视、IOT 信号介入四部分。代表企业有优立科技等。多源数据处理uds 数据格式具有秒级加载和显示的能力支持倾斜摄影、激光扫描、工业设计、建筑设计 BIM 等多行业模型数据转换成 uds 格式数据管理及分发独特加载技术支持三维在云端存储与分享满足数据安全、数据管理、协同办公需求多终端可视支持多种硬件设备终端与多种软件终端（安卓、IOS、C/S 架构、B/S架构等）保证 VR 投象与 AR 投象的高保真呈现IOT 信号接入多源信号接口开放支持多种业务管理平台的数据接入、可视化展示、三维空间分析及历史数据调取(4)空间 AIGCAIGC 在元宇宙中的落地场景较丰富。第一，在扫图建图的时候可以更加智能化，这样可以识别更多的空间和物体。第二，整个内容生产的路径和交互脚本是自动生成。实景元宇宙有两个同源技术，一个同源技术是自动驾驶32的高精地图，另一个同源技术就是游戏。这里面包括很多交互环节，可以用AIGC 生成式的大模型进行。第三，空间及内容的所有编辑都可以用 AIGC 辅助，打造数字化的空间，进行数字化的编辑。其中，代表企业有维享时空等。2.2.3 元宇宙开发平台元宇宙开发平台(1)元宇宙空间开发平台元宇宙开发平台是一种提供元宇宙应用程序、内容和功能开发的综合性工具集。它为开发者提供了一系列的软件开发工具和服务，以便他们能够构建、部署和管理元宇宙应用。元宇宙开发平台由资产库、开发工具集、智能合约平台、标准及协议、客户端管理等构成。其中，代表企业有优立科技等。资产库：包含元宇宙引擎、AI 算法库、云端协同管理及分发，很大程度上解决或缓解了三维数据格式多、体量大、加载慢、管理难等实际问题。实现实景三维秒级加载、多源数据集中管控、三维数据智能服务、云端协同资产管理。开发工具集：用于构建元宇宙应用程序和内容的开发工具集。工具包含虚拟现实（VR）和增强现实AR）开发框架、3D 动画软件、编程语言和集成开发环境（IDE）等。开发者可以利用这些工具集来创建虚拟场景、设计交互功能、制作数字资产等。目前存在企业提供零代码开发平台，企业提供编辑器，用户可以在完全零代码的条件下，快速构建具备 GIS 和 IoT、基于实景或虚构三维场景的可交互元宇宙内容，灵活接入 IoT 数据。元宇宙智能合约平台：智能合约是元宇宙中的自动化协议，用于管理33数字资产的拥有权、交易和分发规则。元宇宙开发平台通常会提供一个智能合约平台，让开发者能够编写和部署智能合约，以实现元宇宙中的各种交互和经济机制。元宇宙标准和协议：为了确保不同元宇宙应用之间的互操作性，元宇宙开发平台可能会提供一些标准和协议，以定义共享的数据格式、通信协议、身份验证机制等。这有助于不同应用之间的集成和互联互通。客户端：软件方面提供了在元宇宙内连接人与人/物/场景的丰富交互功能，在硬件方面提供多类接口，支持面向各类终端设备，实现多设备端联动交互。(2)元宇宙空间运营管理平台元宇宙空间创造价值的关键在于数据和场景的结合，而作为从内容和运营侧切入的空间计算平台，需承担链接各方的角色。基于线下空间和线下业态的大数据，更有针对性地、精准地运营空间，为各方提供价值创造的技术支持。聚焦大空间的智能运营，即专注交互频次较高的场景。其中，代表企业有维享时空等。2.2.4 人机交互人机交互(1)语音交互技术语音交互技术是指通过声音信号作为输入和输出媒介，实现人与计算机之间的交互，从而实现信息的传递和任务的执行。它利用语音识别、语音合成和自然语言处理等技术，使计算机能够理解和生成自然语言，进而与人进34行对话。语音识别：语音识别是语音交互技术的核心环节之一，其目标是将人的语音信号转化为可识别的文本或命令。语音识别技术包括语音特征提取和模式匹配等步骤，通过建立语音模型和语言模型来识别和理解语音输入。自然语言处理：自然语言处理是为了理解人的语言输入，将其转化为可执行的命令或解析成机器可以理解的意思。它包括词法分析、句法分析、语义理解等处理步骤，使得计算机能够准确理解用户的意图。语音合成：语音合成是指将计算机生成的文本转化为语音输出，以便与用户进行对话。它通过文本到语音的转换技术，将文本信息转化为自然流畅的人声输出。(2)眼动交互技术眼动交互技术是利用视线信息来完成用户对计算机的控制或计算机对用户行为状态做出反馈的技术的统称，以视线跟踪技术为交互媒介。目前，眼动交互技术可分为视线反馈技术、视线点击技术和视线输入技术。视线反馈技术指的是一种基于视线眼动信息，通过反馈来促进视觉操作绩效的交互技术。这种技术在人机交互过程中，由眼动系统收集用户的自然眼动信息，对眼动信息进行分析，利用用户的眼动频率信息来显示必要的附加信息以及关联的信息或者保持全局信息呈现的前提下，利用用户的眼动注视时间信息来局部显示放大用户的感兴趣区域从而帮助用户更为有效地完成视觉搜索作业。这种视线反馈技术可以按照反馈的内容分成:视线附加信息35反馈技术和视线信息呈现方式反馈技术。用于点击操作的眼控技术主要是通过收集显示屏上用户注视点的坐标，再结合其它用户行为来代替传统鼠标部分功能的交互技术。该技术主要有三类典型研究:视线操作与传统 GUI（键盘、鼠标）结合;视线操作与新型交互技术（触摸屏、语音）结合;智能视线操作。视线输入技术在用户对特定输入规则进行学习的基础上，结合计算机的识别和编码将视线移动的轨迹序列或一定的停留时间编译为输入特定字符的指令，即利用视线动作完成数字字母等字符的输入任务。该领域的典型研究有 2 类:纯视线行为输入;视线行为与其它交互方式结合输入。(3)触觉交互技术触觉交互技术允许用户感觉到虚拟世界中的物体和表面。通过震动、压力和温度反馈，用户可以与虚拟环境中的物体互动并感受到触摸。(4)体感交互技术体感交互技术是指将肢体语言，转化为计算机可理解的操作命令来操作设备。其中手势交互最具代表性，各类传感器对手部形态、位移等进行持续采集，每隔一段时间完成一次建模，形成一个模型信息的序列帧，再将这些信息序列转换为对应的指令，用来控制实现某些操作。主要可分为三大类：惯性感测、光学感测、惯性和光学联合感测：惯性感测：主要是以惯性传感器为主，例如用重力传感器、陀螺仪以36及磁传感器等来感测使用者肢体动作的物理参数，再根据这些物理参数来分析出使用者在空间中的各种动作。光学感测：主要是通过光学传感器、或者使用激光及摄像头来获取人体影像信息，可捕捉人体 3D 全身影像。联合感测：主要是在手柄上放置重力传感器、陀螺仪、磁传感器等，结合摄像头，摄像头用于捕捉人体影像，结合这传感器，便可侦测人体手部在空间中的移动及转动。(5)脑机交互技术脑机系统借助人脑电信号采集设备实时记录脑电波，并利用计算机算法或其他技术手段对采集到的脑电波进行解读，再通过计算机语言将解读的脑电波信息转换成控制语言或命令，以此驱动外部设备。脑机交互主要包括信号采集、信号处理、特征提取、模式识别、控制反馈五部分。信号采集：使用各种传感器或设备