“元宇宙”的支撐技術解析

來源：萬物智能視界

在科學技術高速發(fā)展的背景之下，不同的技術類型有著不同的技術發(fā)展目標，更多地呈現(xiàn)出互為不同、互不通約、難以進行技術交流的狀態(tài)，而元宇宙的提出便致力于對這一眾科學技術進行通約與整合，統(tǒng)攝于一。如果我們把具體的某一項科學技術當做一個點或一條線、一個面，那么元宇宙就是由這些點、線、面構成的一個立方體。

XR技術又稱擴展現(xiàn)實技術，包含了AR（增強現(xiàn)實）、VR（虛擬現(xiàn)實）、MR（混合現(xiàn)實）技術，致力于將虛擬的內容和真實場景相融合。區(qū)別于文學、影視、網(wǎng)絡游戲等的二維界面體驗，元宇宙采用頭戴式的3D顯示界面（VR眼鏡或AR眼鏡等），更加立體與真實。XR技術對用戶參與感極度重視，通過頭戴式設備及其處理裝飾生成數(shù)字虛擬空間，營造全身沉浸的感官體驗，使人感覺到虛擬空間和真實空間沒有太大差別。

元宇宙的虛擬現(xiàn)實（VR）設備如觸摸手套、沉浸耳機、嗅覺模擬器等可以模擬出各種感官環(huán)境，人們可以充分利用其感官去聽、看、聞、觸，營造出一種極度逼真的虛擬世界，這會讓身處元宇宙中的人產生一種強烈的沉浸其中的感覺。增強現(xiàn)實技術（AR）則是一種在現(xiàn)實場景中投射虛擬物象的技術，用戶利用AR頭盔顯示器，可以看到電腦圖形與真實物體多重疊加在一起的世界。

元宇宙的虛實交互邏輯在于，通過計算機對人的行為和意識進行感應，通過感應的結果作用于數(shù)字孿生物上，最后輸出人的意識或指令到外端的人工智能設備上，這是元宇宙打通物理世界和虛擬世界的重要技術基礎，即人機交互的問題。

元宇宙首先需要解決的問題是開發(fā)出適用的用戶意識輸入設備，機器若能便捷高效地理解用戶意識，就能更快地在虛擬或現(xiàn)實世界中作出反映。目前現(xiàn)有的輸入設備是鼠標、鍵盤、感應手套等，它們的缺點是不能解放用戶的雙手并準確地反映他們的身體運動。更高端的輸入技術有計算機人工智能感應和腦機接口。

目前計算機人工智能感應僅停留在給出指令讓人做動作來判斷（如許多人臉識別系統(tǒng)要求人們做出左右轉和張閉口的動作以進行核驗）和對人的聲音、表情的情緒識別，還尚未達到通過人的動作表情判斷人行為意圖的程度。

數(shù)字孿生技術是一種集成多物理、多尺度、多學科屬性的技術，具有實時同步、忠實映射、高保真度特性。耶魯大學計算機科學家David Gelemter曾在1991年描述了“鏡像世界''的樣子：“將一些巨大的結構性的運動的真實生活，像鏡像圖景一樣嵌入到電腦中，通過它你能看到和理解這個世界的全貌。"

利用數(shù)字孿生技術可以將現(xiàn)實中的物的各項數(shù)據(jù)實時地記錄下來，再“拷貝”到元宇宙中通過3D建模技術顯示出來。由于數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)是實時反映的，因此元宇宙中虛擬物的形象參數(shù)也能忠實地反映其現(xiàn)實的狀況。

元宇宙的人與物可以是現(xiàn)實中對應人與物的數(shù)字孿生體，也可以是人們經過攝取、選擇、重組的創(chuàng)造物。也可以這么理解，元宇宙構建的“平行宇宙”是多元的，它基于現(xiàn)實世界的映射，卻不需要所有元素都與現(xiàn)實世界相同。

在元宇宙中，人們的主觀能動性與創(chuàng)造性將被極大釋放。人們可以自由地編輯創(chuàng)造，設置不同的環(huán)境參數(shù)、模擬不同的生活場景、制造不同的虛擬事物，驗證不同的理論猜想……這種對用戶自由編輯的賦能，其事物外形構建建立在形成一套元宇宙自有的簡易3D建模與逼真渲染技術之上，而其事物內在變化或屬性特征則建立在人工智能的深度學習之上。

例如，在元宇宙中通過3D技術和渲染構建一個與火星環(huán)境的各項參數(shù)(如重力場、磁場、大氣密度、溫度、濕度等)等同的環(huán)境，其參數(shù)通過人工智能的深度學習能模仿更逼真的外在環(huán)境與材料變化的動態(tài)過程，從而達到試驗與調整新型火星車的結構模型、材料強度、動力裝置等目的，使火星車的設計更加優(yōu)化。

同時，在元宇宙社交中，數(shù)字分身的創(chuàng)造亦不必完全等同自身。數(shù)字的“我”既可以是物理的“我''的完全克隆版，也可以是''我”內心構想出來的角色。個人的多重身份可以在元宇宙中保持無縫、沉浸式的交流，從而體驗不一樣的場景、開啟不一樣的人生。

在元宇宙的創(chuàng)造、社交、購物或游戲中，不可避免地將產生交易行為，而區(qū)塊鏈技術的唯一性和保密性特征確保了數(shù)字資產的安全。元宇宙用戶編輯創(chuàng)造生成的內容屬于用戶的個人數(shù)字資產，同時這種創(chuàng)造也極大地豐富和擴展了元宇宙的內容，而區(qū)塊鏈技術則為這些數(shù)字資產提供了安全保障，可極大促進元宇宙創(chuàng)作的去中心化進程，使元宇宙經濟模式更開放化、更扁平化、平等化。區(qū)塊鏈具有分布式、強加密、不可篡改、唯一指向等技術優(yōu)點，使得數(shù)據(jù)資產的安全得到了技術邏輯上的保障。

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