元宇宙技術概述

隨著產業界的討論、新聞媒體的報道以及公眾的關注，元宇宙作為一個新興的概念最近在不斷升溫，但目前大部分討論局限在元宇宙的本身、動態和熱點，有關元宇宙所涉及技術的介紹仍相對較少。目前，去中心化技術、電子游戲技術、人工智能技術、交互技術、物聯網技術和網絡及運算技術這些已有技術為元宇宙的實現和應用奠定了技術基礎，同時元宇宙的實現也將促進其他技術的發展，如身份建模、關系建模、會話管理、資源管理、能耗管理、時空一致性、安全與隱私保護等。

去中心化技術。由于元宇宙是可以用戶定制且可以廣泛參與的虛擬交互系統， 而且也是一個深層的環境，所以任何用戶可以在任何地方接入該系統，因此一般的元宇宙應用系統是分布式的。一個耳熟能詳的去中心化技術的例子是區塊鏈技術，存儲于區塊鏈中的數據或信息，具有不可偽造、全程留痕、可以追溯等特征。基于這些特征，區塊鏈技術奠定了堅實的“信任”基礎，創造了可靠的“合作”機制，具有廣闊的運用前景，也具有去中心化、開放性、獨立性、安全性、匿名性的特征。

而且由于區塊鏈具有安全性、獨立性等特性，因此在國際匯兌、信用證、股權登記和證券交易所等金融領域有著潛在的巨大應用價值，業界預測區塊鏈技術可以為元宇宙提供貨幣支付功能和安全保障。當前，基于區塊鏈技術的數字貨幣，還需要得到現實世界中的相關主權國家認可才行。

交互技術。是指通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現人與計算機對話的技術，如VR、AR、MR、全息影像、腦機交互、傳感等技術。

物聯網技術。物聯網是指通過傳感器，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別、控制和管理等。

網絡及運算技術。隨著元宇宙的發展，用戶也不斷追求更加真實的體驗，這便導致需要為用戶提供高效穩定的通信服務與更快的計算能力，5G、云計算、邊緣計算等技術為元宇宙的高速發展提供了技術保障。

人工智能技術是目前所耳熟能詳的技術。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，該領域的研究包括計算機視覺、機器學習、自然語言處理、智能語音等。

還有一個不得不說的技術是電子游戲技術，構建虛實結合的元宇宙需要借助電子游戲技術（游戲引擎、3D建模、實時渲染等）為用戶提供一個與正式空間高度相似的虛擬空間。其中，游戲引擎是核心技術。

除以上技術外，還有一些相關技術也是元宇宙發展所必需的。

身份建模。元宇宙中需要有人的生活空間，這就需要對“虛擬人”的身份進行建模，比如需要將現實世界的人的身份、名字、相貌、特征、社會關系等映射到虛擬空間中，這屬于身份建模，同時，身份的模型也需要不斷地更新，因為在不同的元宇宙當中，需要不同或相同的身份，而且身份信息是不斷更新的。

關系建模。人與人之間、人與物之間的復雜關系的建模。

會話管理。指虛實融合的交互中，不同會話之間的管理和協調，比如人在虛實融合的對話中可能有復雜的表情動作，也有肢體動作、話音管理等，這種一系列的動作的協調，就需要對不同的會話進行管理。

環路控制。發起請求、響應請求的控制 等。

資源管理。元宇宙系統具體的場景，虛實空間、通信、計算、存儲等設備、資源的統一管理。

能耗管理。由于元宇宙是一個電子系統，在能源不能自給的情況下，只能由外界供電，所以能耗管理比較重要，能耗也被認為是元宇宙發展的瓶頸之一。

時空一致性。由于元宇宙是一個虛實結合的平行世界，所以虛實空間要保證時空的一致性，比如人在真實空間中，時間、空間的連續和唯一是要嚴格遵照物理規律，因此虛擬空間也要做到像真實空間那樣的時空一致性，體驗感才會好。

安全與隱私保護。由于部分應用場景需要在元宇宙中對真實的身份、真實的財產進行認證、交流或使用，因此除真實空間以外的安全問題，還增加了行為、內容、環境的安全。而在元宇宙的場景中，用戶可能不經意間暴露個人隱私，因此這些都需要注意。

綜上可知，目前，元宇宙不是新技術，而是各種新的IT技術的綜合運用，因此，隨著元宇宙的發展不僅會促進新技術的出現，而且也會促進現有技術的升級換代。借助各種新技術，元宇宙將用戶對互聯網界面的體驗感由二維上升到三維，將對互聯網的技術和發展將起到推動作用，但元宇宙仍然是互聯網之上的應用，二者不宜等同起來，更不能將元宇宙看成下一代互聯網。

元宇宙可以看成信息化發展的一個新階段，也使社會發展出現了一個虛實融合的新形態。

綜上，在元宇宙的應用中，最直觀的形態就是游戲的泛化，例如娛樂游戲、嚴肅游戲等。元宇宙所涉及的眾多技術中，最核心的還是電子游戲技術，也就是游戲引擎開發，類似于制造業中的母機床，這是元宇宙中的“卡脖子”技術。

作者簡介

寧煥生 晉中學院、北京科技大學教授，教育部科技委委員、教育部課程思政教學名師全民科學素質工作先進個人，網絡空間北京市國際科技合作基地主任、IET Fellow，著有《RFID產品研發及生產關鍵技術》《RFID重大工程與國家物聯網》《RFID與物聯網：射頻、解析與服務》《廣義網絡空間》等。

推介單位：北京物聯網學會

編輯：馮廣濤08E62C2A-6DE9-4404-B157-458B3935F4F6