2021年可以被称为“元宇宙”元年。继2021年3月沙盒游戏平台Roblox将“元宇宙”概念放入招股书中，被称为“元宇宙”第一股后，Facebook更名为Meta, 引发全球范围内资本市场和业界的广泛讨论，形成元宇宙现象。迈入2022年，元宇宙仍然热度不减。2021年底上海市正式将元宇宙纳入电子信息产业发展“十四五”规划，新年伊始各地陆续召开的地方两会中“元宇宙”也成了热词。
1. 元宇宙的起源、定义及特征
起源
元宇宙的概念最初来源于1992年出版的美国科幻小说《雪崩》，书中描述了一个平行于现实世界的网络世界 – Metaverse, 所有现实世界的人在Metaverse中都有一个替身（Avatar）。真实世界的人通过控制其替身，在Metaverse中进行人际交往和竞争以提升自己的地位。Metaverse 由“meta”和“universe”两个词组成，意为超越/元宇宙。2021年3月，沙盒游戏平台Roblox将“元宇宙”概念放入招股书中，被称为“元宇宙”第一股，随后Facebook更名为Meta, 进一步引发全球范围内资本市场和业界的广泛讨论，形成了“元宇宙”现象。
定义及特征
目前针对元宇宙还没有公认的定义，从业界针对元宇宙的诸多讨论来看，元宇宙是由包括区块链、AI、交互传感技术等集成类技术赋能的一个实时在线网络，是数字和物理世界相互作用下形成的有机生态体系，对生活、工作、商业、经济带来深远影响 。
综合来看，我们认为元宇宙具备如下几大核心特征：
元宇宙生态
元宇宙是一个由多种技术构成的生态体系，它包括感知交互设备、网络传输、芯片算力等基础硬件，以及在此基础上，由人工智能、区块链、云服务等核心技术共同构建的数字世界。元宇宙在消费者端（to C）、企业端（to B）、政府端（toG）都可以被广泛使用，对娱乐、购物、远程办公、金融、制造业、城市治理、研发等领域带来深刻影响（图1）。同时，元宇宙带动的经济和商业模式的变革，也必将催生新的产业，形成新业态和新物种。
2. 元宇宙基础硬件
感知交互设备
目前元宇宙产业对于交互设备有两种比较主流的思路，第一种是通过可穿戴设备如XR头盔、智能手环、电子皮肤等设备采集人体活动信号，同时通过头显设备做输出显示，完成交互；第二种是脑机接口思路，通过体内植入或头部外接的形式，直接采集脑电波或电信号，再经计算、编译等步骤，完成人机交互。以XR设备为交互媒介的研究起步较早，2012年就有比较成功的商用案例，行业中业已研发出了应用于头部显示装备的Inside-out光学跟踪系统和基于手柄在六自由度运动轨迹（三维空间中动作所包含的前、后、左、右、上、下六个维度）的6DOF动作跟踪技术，形成了目前行业较为成熟的“Insideout+6DOF”的空间定位加动作捕捉解决方案，在Oculus Quest 2、Pico Neo 3和三星Odessey等XR设备上普遍应用。据IDC统计，2020年全球虚拟现实终端出货量约为710万台，预计2024年终端出货量将达到7670万台。4 而脑机接口的概念目前还处于实验状态，尚无成功商业落地的案例，因此从技术储备角度来看，XR设备是目前最有希望实现元宇宙现阶段发展需求的交互设备，也成为未来元宇宙基础建设的重点。
网络传输
元宇宙最大的特点就是完全沉浸感，因此高分辨率、低时延的画面传输对元宇宙体验来讲是必须项，这对于网络传输的带宽、延迟提出了新的需求，同时元宇宙内数以亿计的交互用户量级将对网络传输的可靠性提出更高要求。目前主流消费级XR设备分辨率均为2K，部分可达到4K分辨率，但距离理想元宇宙终端至少8K的分辨率还有一定距离。4K分辨率下，经H.265标准压缩比压缩后，4K内容需要的理论传输速率需要在12到40兆每秒之间5。根据中国信通院2021年调研数据显示，我国4G移动网络在重点城市场景中的实际数据下载速率整体稳定在40兆到80兆每秒之间，5G移动网络在各重点路段平均下载速率整体稳定在600兆至1000兆每秒之间6，可以满足移动4K分辨率XR设备的对于网络带宽的要求。而8K的分辨率是7680×4320，是4K分辨率的4倍，经H.265标准压缩比压缩后，8K内容需要的理论传输速率约288至960兆每秒7，远高于目前我国4G移动互联网的平均下载速度。
芯片算力
元宇宙需要大量高质量的、独特的、并且可供自由探索的内容丰富和填充其数字世界，仅靠用户生成内容（UGC，User Generated Content）和平台生成内容（PGC，Platform Generated Content）是远远不够的，随着人工智能算法的不断优化，芯片所提供的算力不断提升，人工智能生成内容（AIGC，AI-GeneratedContent）逐渐成为业界对于海量内容创作的主要解决方案。但是AIGC需要强AI的支持，目前主流的人工智能训练多是基于卷积神经网络的深度学习网络，计算量极大，因此业界通常会选择利用更高算力的处理器对训练过程进行加速。
3. 元宇宙核心技术
区块链
元宇宙中数字身份、游戏道具或专有饰品等具有唯一性和不可复制性的数字资产在元宇宙世界中的交易和流通则更为复杂，因此基于区块链技术的非同质化代币（NFT，Non-fungible Token）概念被广泛应用于此。NFT技术是区块链技术的一个分支，通过将记载着交易信息的凭证电子化，使其可以在区块链上储存，并通过区块链的共识机制广播至全链路确保其实时性和不可篡改性。同时NFT还兼具不可分割、不可复制和唯一性等特征，使其在特殊数字资产的确权和交易上有着广阔的发展空间，2020年NFT市值达到3.38亿美元，同比增长139%，并且截至2021年3月NFT作品单笔成交额最高达6934万美元（Beeple Everyday, March11th,2021）9。随着元宇宙概念的兴起和人们对于个性化意识的日益提升，NFT概念及其技术的发展将会受到持续关注。
人工智能
人工智能作为元宇宙的技术支撑近年来发展迅速，以美国为首的发达国家利用互联网和科技巨头大力布局人工智能产业，已形成较为完善的AI技术生态。中国起步稍晚，但得益于人口基数大，数据积累上有天然优势。数据量规模对于算法训练、人工智能具有十分重要的意义，我国已明确将数据作为新时代重要的生产要素10。随着国产化进度的不断提升，我国在人工智能领域也具有巨大发展机遇。
云技术
在算力方面，元宇宙作为完全数字化虚拟时空，其中人、机、物及其之间的交互都需要依赖相当高的算力，同时作为完全拟真世界，全时域实时稳定运行对于服务器的可靠性也提出了相当高的要求，普通本地中心化IDC无法满足，而云计算作为架设在分布式机群上的计算平台，在满足元宇宙对于高算力和稳定性要求的基础上，还兼顾低延迟和不同地区定制化配置的需求。在存储方面，元宇宙是基于区块链技术来搭建价值和交易体系的，而区块链的本质是通过分布式账本达到去中心化交易。因此基于云端的分布式计算集群更契合区块链的去中心化交易思维，同时也避免单个区块链节点数据过量储存的问题，同时分布式的数据储存可以通过相互备份形成类似“raid阵列”效果保护数据整体一致性，提高数据丢失容错率和数据恢复操作空间。在渲染方面，元宇宙作为主打“随时、随地”轻量化概念的世界级应用，需要大量的算力进行图片渲染和物理碰撞模拟，对于终端的性能和承载能力有着极高的要求，有悖于元宇宙“anywhere，anytime”的轻量化设计初衷，也不利于市场推广，因此利用云渲染可动态分配算力的优势，分离运算端和显示端，在云端完成画面渲染然后利用最近CDN以低延迟推送画面到终端才是未来云计算在元宇宙的技术发展方向。
数字孪生
数字孪生作为仿真和模拟领域的前沿技术，与元宇宙构造现实社会的拓展和延伸的概念高度相符，成为元宇宙在虚拟世界中构建现实世界数字孪生体的基础应用，将极大程度提升元宇宙的构建效率与真实体感。随着底层技术的发展和元宇宙概念的火爆，数字孪生的概念逐渐走入人们的视野，业界也在积极探索其应用。微软公司就曾在其模拟游戏《微软模拟飞行2020》中通过与奥地利初创公司Blackshark.ai合作，基于卫星数据和数字孪生技术生成地球3D数字孪生体，为玩家提供提供结合地理空间数据和三维模拟环境的飞行体验。而美国的Nvidia公司基于现实世界物理定律和逻辑，构建并发布Omniverse开放式创作平台，利用其强大的PhysX物理模拟引擎和RTX光线追踪技术为创作者提供了构建数字化现实世界的技术平台，降低了数字孪生的创作门槛。不仅如此，Nvidia还开发了Omniverse Avatar工具平台，集成了基于NLP算法的语音识别与交互、人工智能、视频渲染等前沿技术，为基于现实人物照型构建虚拟数字人提供了工作平台。
4. 元宇宙的十个应用场景展望
十八世纪“科幻小说之父”凡尔纳曾在小说中畅想过潜艇和火箭，当时天马行空的想象如今早已成为现实。人类也许将见证新的科幻照进现实，元宇宙世界正在从科幻小说中逐步脱胎成型。元宇宙技术虽然仍处于早期，但一旦落地也可能对诸多行业带来深远影响。元宇宙在以下十个领域的应用场景尤其值得期待，包括娱乐、社交、零售、制造业、金融、医疗、远程办公、教育培训、研发、城市治理等。
5. 机遇与挑战
2021年12月，上海市经信委印发《上海市电子信息产业发展“十四五”规划》提出，要加强元宇宙底层核心技术基础能力的前瞻研发，推进深化感知交互的新型终端研制和系统化的虚拟内容建设，探索行业应用。这也是元宇宙首次被纳入地方“十四五”规划。2022年新年伊始，合肥、武汉等地相继召开地方两会，将元宇宙写入政府工作报告中，杭州、无锡、北京、成都等城市也纷纷提出以产业园区和产业联盟等方式切入赛道，布局元宇宙。
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