元宇宙與船舶檢驗的初步探析

王琪，何偉，張華玉

（1.中國船級社武漢分社，湖北 武漢 430030；2.中國船級社，北京 100007）

近幾年，隨著物聯網（英文名稱：Internet of Things，簡稱IoT）、數字孿生技術（英文名稱：Digital Twin）、虛擬實境技術（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR）、增強現實技術（英文名稱：Augmented Reality，縮寫為AR）等新興技術的不斷進步以及與新興技術相關的新應用的不斷出現，各行各業的工作效率和工作質量也在飛速發展。元宇宙（英文名稱：Metaverse）可以實現虛擬實境與現實世界融合共生，互相聯系、互相影響，實現“虛和實”兩個世界的聯動。作為“船檢國家隊”，中國船級社需要推動船舶檢驗信息化發展，需要不斷推進船舶檢驗數字化建設，構建船舶檢驗元宇宙世界。

1 什么是元宇宙

1.1 元宇宙的概念

Metaverse 這個詞于1992 年最早出現于尼爾·斯蒂芬森編寫的一個關于虛擬靈境世界的名叫《雪崩》的一本書中，書中的虛擬靈境世界與現實世界互聯平行，書中描繪的現實世界的人在虛擬靈境世界上有一個鏡像身份。在Wikipedia 上關于元宇宙有這么一個說法：對現實中物理的生活進行逼真模擬的一個三維的虛擬空間，這個空間以未來互聯網為基礎，能夠與現實生活鏈接感知并且可以互動共享，具有收斂性和物理持久性特征。

北京大學的陳剛教授團隊[1][2]、清華大學的沈陽教授團隊都對元宇宙進行過研究[3]，也都試圖對元宇宙進行定義。學術界對元宇宙尚無統一明確的定義，但大家對元宇宙的普遍共性認知是：元宇宙是具有“三性”的融合了物理世界與虛擬靈境世界的一種新的人類世界生產生活形態。

一是元宇宙具有時間空間延展性。這一特性主要是通過數字孿生技術、虛擬實境技術、增強現實技術和擴展現實技術（英文名稱：Extended Reality，縮寫為XR）而實現。

二是元宇宙具有虛實融合共生性。這一特性主要是通過物聯網技術和人工智能技術（AI，英文全稱：Artificial Intelligence，）將物理機器實體、現實生活中的人和虛擬靈境中的物體聯系融合在一起而實現。

三是元宇宙具有數字經濟增值性。這一特性是通過區塊鏈技術（英文全稱：Blockchain）以及此技術而產生的第三代互聯網、數字資產憑證（如Non-Fungible Token 等新技術新應用）等而實現。

1.2 元宇宙的技術基礎

元宇宙只是一個關于新一代生產生活的形態，不是代表一種新興的技術。元宇宙描繪的這種新一代生產生活形態需要當前的新興技術去實現，也就是元宇宙的實現需要基于新興技術。

從技術角度看元宇宙，它包含了人工智能技術、增強現實技術、物聯網等等很多已經出現或尚未出現的新技術新應用。

理想情況下的元宇宙運行狀態=大規模用戶持續在線+高沉浸感/高仿真+高效內容生產+去中心化信息存儲和認證。為實現這一理想運行狀態，至少需要以下五個基礎技術或基礎應用：區塊鏈技術、實時流暢的網絡、極大容量的算力、萬物互聯、高沉浸度的仿真交互[4][5]。

（1）網絡：未來高度智能和高度大容量低延時的6G 網絡。具有AI 功能的6G 有望釋放無線電信號的全部潛力，轉變為智能無線電，為元宇宙用戶提供實時、流暢的沉浸式體驗。

（2）算力：未來基于量子技術的無限大的算力技術。預計在2050 年以后才有可能實現通用量子計算機，提高量子比特的操縱精度，進而提高運算能力，滿足數據處理需求，從而有條件進行面向更廣泛的應用場景。

（3）物聯網：萬物互聯為元宇宙提供物理現實還原基礎，當前物聯網發展還處于爆發前期階段，可能仍將持續數年。

（4）仿真交互：虛擬現實已經有較多垂直領域落地應用場景，產業機會值得關注，然而XR 設備尚未實現理想的沉浸式體驗，距離元宇宙所要求的高沉浸、高便攜度、高兼容性，能夠進行大規模推廣的狀態還相去甚遠，內容供給端仍需大量擴充以滿足多人群多場景需求。

（5）區塊鏈：從發展歷程來看，區塊鏈經歷了去中心化賬本、去中心化計算平臺、去中心化金融，現在已經發展至NFT 階段，NFT 可能解決元宇宙生產資料和資產所有權問題。

整體來看，我們認為元宇宙是人類對一個能夠自由探索的理想虛擬世界的美好愿景，但目前距離元宇宙得以實現所要求的技術基礎還相去甚遠，未來還有很長的路要走。

2 元宇宙的發展方向

2.1 元宇宙對未來產業的影響

2.1.1 對第一、第二產業的影響

要了解元宇宙對傳統的第一產業和第二產業的影響。我們首先了解目前在制造業中已經相對火熱的兩個技術，將有助于我們理解元宇宙給傳統產業帶來的虛實融合共生性及其巨大的影響。

一個是前邊我們說到的數字孿生技術。數字孿生是通過建立仿真的模型、采集更新系統各方面參數，以映射的方式在鏡像空間中建立一個虛擬的實體分身，做到反映仿真實體的全生命周期過程。虛擬實體分身是真實實體的映射，虛擬實體分身通過仿真分析真實實體的行為或者活動，進而通過對虛擬實體分身進一步優化，實現對真實實體行為的實時監視和控制。

另一個就是數字主線（英文名稱為：Digital Thread）。各國已經在制造業領域努力攻克數字主線技術，甚至有的國家作為重要的技術資產。數字主線技術可以貫穿產品設計、制造、維護與保養、終端用戶等產品的所有環節，通過數字模型和仿真技術將產品的整個生命周期數據流融合在一起。數字主線技術，通過仿真即可替代樣機試制和實踐生產應用環節，將大大縮短研發周期，實現一次性制造成功，特別是對于復雜的產品和系統，將具有巨大的優勢。目前已經出現的這兩個技術已經明顯表現出了元宇宙“虛實融合共生性”對物理實體生產生活影響[6]。

2.1.2 對第三產業的影響

元宇宙的出現可能最先影響的是第三產業，也可能影響最深的是第三產業。目前，機器人的發展已經到了一定的發達程度，各式各樣的機器人代替了人的崗位和工種，生活中仿真機器人也到了一定的自然逼真的程度，可以代替人去做自然人能做的更多的服務。數字資產、數字藏品的出現也使得資產出現數字化的特征。游戲產業利用元宇宙相關的技術給人帶來了更多更真實的體驗感。元宇宙的數字化和智能化特征將推動第三產業產生深刻的變革[6]。

綜上所述，雖然元宇宙尚處于概念階段，但是已經出現的新技術萌芽已經給第一、二、三產業帶來了震撼性的影響，已經在改變人們的生產和生活。隨著新技術的進步，隨著元宇宙的時間空間延展性、虛實融合共生性、數字經濟增值性進一步發展顯現，可以給第一、第二產業帶來巨大的影響，甚至是革命性影響，將深刻影響整個社會的形態，進而引發一系列的變革。

2.2 我國政府層面大力支持元宇宙發展

近兩年，我國無論是國家層面還是各省、市等層面都高度重視推動“元宇宙+”的相關建設，不斷地出臺“元宇宙+”的相關政策，積極扶持推動元宇宙相關產業的發展。

2022 年4 月2 日，廈門發布《廈門市元宇宙產業發展三年行動計劃(2022—2024 年)》。

2022年7月8日，上海市印發《上海市培育“元宇宙”新賽道行動方案（2022—2025 年）》。

2022 年8 月23 日，北京印發《北京城市副中心元宇宙創新發展行動計劃（2022—2024 年）》。

2022 年11 月12 日，經國家工業和信息化部批復，國家虛擬現實創新中心在青島揭牌。

2022 年11 月26 日，武漢聯合國研經濟研究院成立“共建元宇宙研究中心”；2023 年2 月27 日，武漢元宇宙數字產業基地漢陽揭牌。

此外，南昌、成都、沈陽、濰坊、昆山等大中城市都相繼出臺了相關政策或建立了產學研基地支持元宇宙產業發展壯大。

可以想象，在未來的3 年至10 年期間，元宇宙在我國將取得重要的成果，也將出現更多的元宇宙應用，元宇宙產業規模將出現快速增長。

3 元宇宙在工業上的應用

3.1 元宇宙處于探索階段

當前元宇宙的發展還處于探索的早期階段，近兩年元宇宙概念較熱，但是真正的元宇宙雛形尚在孕育當中。

2020 年，Roblox 上市，第一次把元宇宙這一概念寫入招股書，元宇宙概念爆火出圈。

2020—2021 年，國內外巨頭Facebook、EpicGames、英偉達、微軟、騰訊、網易、字節跳動等紛紛布局元宇宙概念相關產業。

3.2 元宇宙的初步應用情況[4]

（1）Roblox：初具元宇宙雛形，在游戲層面實現了內容可編輯性，平臺年輕化的群體和良好的游戲社區氛圍實現高用戶活躍度和粘性，然而在元宇宙的進程中，Roblox 還處于比較早期階段，其提供的工具雖然實現了自由創作，仍然具備一定門檻性，限制了人們自由創作的邊界。

（2）騰訊：從消費互聯網到產業互聯網，騰訊對Metaverse 的布局已深入底層基礎架構、線上商業平臺、內容版權、社交媒體等各個層面，同時通過對外投資并購進一步打開元宇宙技術邊界。整體來看騰訊在游戲、社交、音視頻解決方案、數字孿生和全息投影、引擎技術等方面都處于行業領先位置。

（3）字節跳動：短視頻形態產品優勢穩固，全球化能力較強，同時積極布局游戲、虛擬社交、VR 等元宇宙細分賽道，包括收購中國版Roblox《重啟世界》母公司，在海外推出主打AI 捏臉功能的虛擬社交產品Pixsoul，90 億收購國內排名第一的VR 廠商Pico 等。

（4）Facebook：改名Meta，宣布5 年內轉型元宇宙公司，涉足最深最廣，在組織架構、軟件、硬件、內容、數字貨幣等全方位進行元宇宙布局。軟件上推出SparkAR、PresencePlatform、Pytorch 等底層開發工具，幫助發展和搭建元宇宙社區；硬件上Oculus系列在全球XR 設備市場中占據領先地位，最新產品OculusQuest2 在2021Q1 出貨量高達460 萬臺，占據了75%的市場份額；內容上收購多家VR 游戲、云游戲開發商，推出HorizonWorlds、HorizonWorkrooms 等虛擬社交和辦公平臺；數字貨幣上，繼libra 之后積極推廣數字貨幣diem。

（5）英偉達：在虛擬世界中進行實時協作的計算機圖形與仿真模擬協作平臺Omniverse 以其高效、低成本特征，在建筑、傳媒、產品設計、自動駕駛等多個領域得到快速應用，元宇宙在Omniverse 的推動下率先在工業領域有了切實的落地，同時英偉達在AI 和高性能計算以及芯片領域有深厚積累，有望為元宇宙底層技術架構添磚加瓦。

可以看出，目前元宇宙的應用主要體現在游戲、社交等第三產業方面，尚未真正對第一、第二和第三產業產生影響。

4 構建船檢元宇宙的思路和想法

從整體上來看，我們的船舶檢驗行業屬于第三產業。隨著元宇宙生態的構建，第三產業將逐步朝著高度的數字化和高度的智能化方向發展，船舶檢驗行業也不例外。當前，數字化和智能化也正是以中國船級社為代表的船舶檢驗行業的發展方向和發展目標。本文結合中國船級社《數字化轉型總體方案》，從元宇宙形態和發展的角度，探討分析從五個方面策劃構建船檢元宇宙相關工作。

4.1 開發船舶/船用產品設計及審核平臺

梳理研究中國船級社規則、規范等技術文件，形成一個一個數據模型（datamodel），將數據模型集合開發成軟件系統，由用戶在這個軟件系統上進行開發設計船舶或者船用產品，由軟件系統對設計產品進行自動審核和判定合規性。該平臺將來可利用XR 等虛擬技術直接連接購買方、制造方，通過仿真技術試驗產品性能，通過智能制造形成最終產品，大大減少中間環節和人力成本。簡而言之，是“規范軟件化、產品設計可視化、合規審批智能化”，通過數字技術實現船舶和產品的設計、審核、建造直觀方便。還可以通過元宇宙，對船舶設計工況進行仿真，通過仿真工況實現設計參數最優化，從而促進規范規則最優化。

4.2 打造基于我社技術平臺融合船舶上下游單位的船舶生態

最理想的狀態是利用區塊鏈技術和大數據技術，打通與產品廠、建造廠、船東、設計方等單位信息系統的鏈接，創新智能檢驗工具，對可信模組信息基于區塊鏈進行定制，從源頭解決數據同步及可信問題。在船舶全生命周期的不同節點進行數據交互，使用大數據、預言機等技術打通多方數據，打造船舶數據服務產品，為船舶運營、檢驗、維護、維修等全生命周期提供實時在線的虛擬與現實相融合的數字技術服務，提供船用產品智造管理、船舶建造管理、船舶運營管理等高端智能技術服務，實現少人化、無人化、自動化、最優化的智能管理，打造數據存儲、數據共享與流通、數據應用的可靠環境，為廣大用戶提供可擴展性、數據可用性、安全性強的行業基礎設施，全方位提升船舶產業鏈各環節的效率和效益。

4.3 建立用基于拓展現實技術的元宇宙辦公系統

基于虛擬現實和增強現實技術建立我社的元宇宙辦公系統，在虛擬空間里呈現我社員工的辦公場景和工作狀態，虛擬與現實互通，實現坐在辦公室可開展檢驗、培訓、研發、黨建、行政、財務、資產等各項工作，極大提升工作效率和工作質量。

4.4 推進船舶智能化和檢驗數字化，為構建船舶元宇宙空間打下基礎

推動船用產品和船舶整體智能化發展，運用3D、區塊鏈、數字孿生、AI、物聯網、圖像識別、邊緣計算等技術實現船舶和設備信息數據和狀態在虛擬空間以可視化的方式呈現，建立船舶元宇宙空間，實現虛擬與現實融合共生，為驗船師和相關方提供沉浸式船舶運維管理和檢驗場景。

4.5 開發智能化船舶檢驗工具，構建元宇宙空間可信數據來源

利用區塊鏈、網絡與運算、物聯網、圖像識別等技術，研發檢驗用智能終端設備，可以分為供船舶、產品廠或工作人員使用的固定式、移動式智能終端設備，供驗船師使用的智能數據采集設備等類別，智能終端設備作為我社船舶生態的數據基礎設施，為船舶元宇宙空間提供可信的數據。