中國工程院譚建榮院士:元宇宙的關鍵技術及五大發展趨勢

時間:2022-01-21

中國工程院院士、浙江大學教授譚建榮在“從虛擬現實到元宇宙:關鍵技術與發展趨勢”的主題演講中提到,元宇宙本身不是一種技術,而是一種理念和概念,它將5G甚至是6G、人工智能、大數據、虛擬現實、增強現實、數字孿生等高新技術融為一體,實現了真正意義上的虛實融合。
 

 
元宇宙是一個平行于真實生活的虛擬世界,在元宇宙里人們可以體驗沉浸式的生活,可以聊天、學習、購物,如果與現實世界的數字貨幣連通,或許未來人們還可以在里面找到合適的工作并且以此為生。隨著數字化的普及,人們可以在線進行購物、支付和社交,形成了虛擬世界和真實世界兩個世界,而元宇宙是將虛擬和現實兩個世界緊密融合,這就需要將人工智能、區塊鏈、物聯網等新興技術與數字孿生技術相結合,通過技術的發展讓元宇宙進一步走進生活。
 
元宇宙一方面是信息維度的升級,從二維平面視圖升級為三維全景視界,通過VR、AR對現實世界的增強,為用戶帶來移動便利,從而產生巨大的空間價值,這與從PC到智能手機的迭代非常相似。另一方面,在元宇宙中,用戶體驗的沉浸感更強,人機交互更加自然,產業生態也將更加開放、多元。
  
 
譚建榮院士首先介紹了元宇宙的七層模型:
第一層:自然層,是現實世界數字資源的入口。
第二層:物理層,是VR、MR、XR、腦機接口等硬件設備。
第三層:交互層,是虛擬世界和現實世界的API接口,能夠感知人機交互體驗。
第四層:數據層,通過去中心化的數據庫,在交互體驗的基礎上增強現實。
第五層:協議層,確?;ヂ摶ネǖ目珂渽f議,是互聯網、大數據的重要基礎。
第六層:合約層,是元宇宙規劃、規則的基礎。
第七層:應用層,讓人們能夠暢游元宇宙。
 
由此可見,元宇宙是整合多種新技術產生的虛實融合、互動體驗、互聯網應用的新型社會形態,它基于數字孿生技術生成現實世界的鏡像,基于擴展現實技術提供沉浸式的體驗,通過區塊鏈技術構建經濟體系,將虛擬世界與現實世界的經濟系統、社交系統、身份系統等進行緊密融合,并且允許每個用戶進行內容生產、內容編制、內容交互和內容體驗。
 
與元宇宙相關的核心技術
 
譚建榮院士介紹了與元宇宙相關的主要核心技術:
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一、擴展現實技術,包括VR和AR。擴展現實技術可以提供沉浸式的體驗,能夠解決手機解決不了的問題。
 
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二、數字孿生技術,能夠把現實世界鏡像到虛擬世界中去。這意味著在元宇宙中,人們可以看到自己的虛擬身份、虛擬場景、虛擬生活等。
 
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三、區塊鏈技術,搭建經濟體系。隨著元宇宙的進一步發展,不斷加強對現實社會的模擬程度,人們在元宇宙中將不僅僅停留在花錢的層面,還有可能在元宇宙中賺錢,這就需要用區塊鏈技術在虛擬世界中搭建一整套完善的經濟體系,與現實世界互相映射,互相關聯。
 
譚建榮院士指出,元宇宙將成為平行于現實世界的人類第二空間。元宇宙本質上是對現實世界的虛擬化、數字化過程,需要對內容生產、經濟系統、用戶體驗以及實體世界內容等進行大量的仿真、改造、融合、體驗。元宇宙涉及的不僅僅是畫面,還要解決多人互動的訴求。
 
不同于傳統的網絡游戲或在線會議,元宇宙的高實時性、高互動性和高沉浸感,要求虛擬空間需要能夠容納數以萬計、甚至數以億計的用戶實現實時的交流、體驗。譚建榮院士認為,如果想在最短的時間內實現元宇宙,需要整個社會的有機配合,無論是科技公司、內容公司還是資本市場,都要從底層技術出發,找出內容、生態系統的突破口。
 
 
 
元宇宙元年的標志性事件
 
近兩年,經過疫情的洗禮,人們對虛擬世界的接受度越來越高,線上辦公、線上畢業典禮、在線網課、視頻報告等虛擬應用場景越來越多,開始跨越物理世界的隔閡去建立虛擬的連接來交流情感和思想?!度祟惡喪贰返淖髡哒J為,再過10年,人們再去回顧疫情,記住的不是疫情本身,而是數字世界的開始。
 
2021年被稱為元宇宙的“元年”,元宇宙的概念之所以在今年火爆全球,源于游戲公司Roblox。Roblox成立于2004年,旗下同名游戲《Roblox》是一款兼容了虛擬世界、休閑游戲和自建內容的游戲,與其他游戲不同的是,這款游戲里的大多數作品都是用戶自行建立的,而不是單純由發行方制作的。Roblox第一次將元宇宙的概念寫進了招股書,并在今年3月份頂著“元宇宙第一股”的名頭成功上市,上市當天股價就暴漲了54%,市值超過400億美元。
 
這一標志性事件大大鼓舞了金融界的廣大投資者,隨之而來的是一大批游戲開放商進場,社交軟件、視頻會議以及虛擬偶像等,在各個賽道上都借助元宇宙的概念進入了投資者的視線范圍內,而且入局的企業越來越多,范圍越來越廣。
 
今年5月,韓國科學技術和信息通信部發起成立了“元宇宙聯盟”,包括了現代、SK集團、LG集團等200多家韓國本土企業和組織,目標是打造國家級增強現實平臺,并在未來向社會提供公共虛擬服務。
 
7月,日本經濟產業省發布了《關于虛擬空間行業未來可能性與課題的調查報告》,歸納總結了日本虛擬空間行業亟待解決的問題,以期能在全球虛擬空間行業中占據主導地位。
 
芯片巨頭英偉達投資數億美金,推出了為“元宇宙”打造的模擬平臺Omniverse。
 
字節跳動收購VR硬件公司Pico,后者估值約90億元,這一舉動被認為是字節跳動向元宇宙轉型的信號。
 
Epic Games宣布獲得10億美元融資,用于開發元宇宙業務。
 
8月,日本VR開發商Hashilus開放元宇宙瀏覽器“Mecha Bath”,允許用戶直接從網絡瀏覽器進入一個有大量實時在線參與者的虛擬空間。
 
10月,Facebook直接更名為“Meta”(來源于“元宇宙”(Metaverse)),將元宇宙的熱度推向高潮。
 
元宇宙的魅力在于:
 
能夠提供呈現用戶形象的共享社交空間。
 
一個持久的、供用戶形象居住和互動的世界。
 
擁有虛擬財產能力的世界。
 
能夠創建虛擬財產能力的世界。
 
能夠交換和出售虛擬財產的能力。
 
讓眾多大公司可以共享知識產權的宏大平臺。
 
元宇宙涉及到的領域非常多,半導體、云計算都囊括其中。要實現現實和虛擬的交互閉環,就需要物理實體和虛擬模型之間的雙向連接,對傳感器、數據集成和分析(智能中樞)、促動器等硬件設備的要求也越來越高。元宇宙要求實體配置大量的傳感器、流程設備、邊緣計算設備和云計算設備,只有通過物聯網+數據+AI分析等技術的有機融合,才能真正實現元宇宙這一目標。
 
元宇宙的五大發展趨勢
 
最后,譚建榮院士展望了元宇宙的五大發展趨勢。
 
趨勢一:創作升級。
 
隨著人工智能的發展,數字內容創作的智能化水平將不斷提升。人們可以創作出不同的場景、不同的數字化空間。從照相機、數碼相機到智能手機,拍照的門檻不斷降低,而有了元宇宙,使創作升級,每個人都將具備創作的能力,能夠不斷進行內容的推陳出新。
 
基于人工智能創作內容(AIGC)將會成為產業未來主要的生產力之一。通過低代碼甚至是零代碼自動化生成內容將是主要趨勢,這將大大降低創作的門檻和創作的成本,原來只有行業專家才能使用的創作工具,在未來的元宇宙中,普通人就可以輕松使用,并創造出其所需要的場景和內容。
 
以手機直播為例,以前只有電視臺或專業機構才能創作視頻內容,如今,人人都能成為Up主,都可以成為直播的主角。未來,依托于一系列技術的發展和普及,元宇宙的內容創作權也將逐步回歸大眾。

趨勢二:計算升級。
 
未來,元宇宙的體驗以及創作將對算力資源形成海量需求。
 
一方面,要讓內容體驗更加逼真,增強現實的技術應用將更加廣泛,要建立起虛擬世界和現實世界的連接交互,需要大量的傳感器、大量的物聯網終端去實時采集和處理數據,這都需要消耗大量的算力資源。
 
另一方面,元宇宙需要處理大量的視覺圖像,進行AI計算分析,使得AR、VR的圖像能夠在元宇宙中輕松的實現、變換,以CPU為核心的傳統計算結構以及計算能力在當前還無法滿足這些需求。因此,為適應元宇宙的發展需要,智能計算中心以及云邊端協同計算將是計算升級的主要趨勢。

趨勢三:體驗升級。
 
媒介是人類感官的延伸,元宇宙將五感逐一數字化,包括視覺的數字化、聽覺的數字化、觸覺的數字化、味覺的數字化、感覺的數字化,信息的維度也將大大增加,使得數字內容不斷逼近現實世界的感官體驗,具有更加真實的沉浸感。
 
同時,人機交互也從間接交互(通過按鈕、鼠標鍵盤等控制機器)到真實交互、自然交互,人們可以利用AR、VR等媒介通過手勢、聲音、體感(包括肢體運動、眼球動作、面部表情等)能夠與機器進行更加接近自然的直接交互。而隨著腦機接口技術的成熟,人們甚至可以直接用腦電波控制機器,也就是腦控,讓機器理解人們表達的意思。
 
總而言之,伴隨元宇宙的發展,人們的體驗會越來越好,越來越智能,越來越真實。
 
趨勢四:決策升級。
 
人類主要通過感官形成判斷能力和決策能力,在元宇宙的趨勢下,隨著信息體量和維度的增加,人工智能作為生產力將使分析信息的工具越來越智能,必將使人們的決策更加精準,可預測性、預警能力也將越來越高,能夠更加高效的指導生產過程和生活方式等等。

趨勢五:商業升級。
 
元宇宙本質是互聯網、物聯網的提升,只是其內容呈現更加接近現實形態。實際上,人與人、人與信息、人與商品、人與服務的連接與交互是互聯網商業化的基礎,從PC互聯網到移動互聯網,到元宇宙,隨著信息入口的變化,人與人、人與信息、人與商品、人與服務的關系也將發生改變,帶來場景的革命。
 
 

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