元宇宙及其應(yīng)用概述

閆奕霖 張鈞亮 劉晨曦

摘要：元宇宙可以被視為虛擬現(xiàn)實(shí)的一個更高級別的概念，它是模擬的三維虛擬世界，用戶可以在其中以真實(shí)的方式交互并創(chuàng)建內(nèi)容。元宇宙的應(yīng)用非常廣泛，可以被用來進(jìn)行虛擬購物、學(xué)習(xí)、社交、游戲等各種活動，甚至能夠擴(kuò)展到虛擬現(xiàn)實(shí)交互式電影和其他娛樂形式中。總體而言，元宇宙被認(rèn)為將會成為未來互聯(lián)網(wǎng)的一個重要方向，彌合虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的鴻溝，使人們能夠以全新的方式進(jìn)行數(shù)字體驗(yàn)。本文講述了元宇宙的內(nèi)涵、概念及技術(shù)方法，多角度分析其應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：元宇宙技術(shù)體系；元宇宙內(nèi)涵；元宇宙發(fā)展

引言

元宇宙作為一個承載虛擬活動、進(jìn)行虛實(shí)交融的平臺，是數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈、AR、VR、5G、云計(jì)算等多種信息技術(shù)的集成應(yīng)用。有人認(rèn)為，隨著各類技術(shù)的逐步成熟，元宇宙將在短期內(nèi)從概念走向現(xiàn)實(shí)，獲得快速發(fā)展和應(yīng)用，是下一代互聯(lián)網(wǎng)和社會形態(tài)；也有人認(rèn)為，目前元宇宙和數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)并無本質(zhì)差異，純屬概念炒作；還有人認(rèn)為，元宇宙獲得成熟應(yīng)用還需要一個漫長的時間，當(dāng)下應(yīng)著力于各項(xiàng)核心技術(shù)和支撐技術(shù)的研發(fā)與攻關(guān)，并在應(yīng)用上單點(diǎn)突破，逐步推進(jìn)。對于“元宇宙”這樣一個新的概念，需要正確理解其內(nèi)涵及技術(shù)體系，以理性、積極的態(tài)度，客觀分析其應(yīng)用和發(fā)展[1]。

1. 元宇宙概念及內(nèi)涵

元宇宙是一個新興的、虛擬的、可擴(kuò)展的多用戶世界，是數(shù)字化經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要方向。它使用區(qū)塊鏈技術(shù)來保證隱私、所有權(quán)和透明度，同時允許個人和組織創(chuàng)建自己的數(shù)字資產(chǎn)并在其中進(jìn)行交互。元宇宙的概念已經(jīng)引起了全球的關(guān)注，并已經(jīng)成為技術(shù)行業(yè)討論的熱門話題之一。

元宇宙的概念最初在Snow Crash（《雪崩》）這本科幻小說中提出，如今這個概念已在科技實(shí)踐中具體落地。元宇宙是一個具有高度互動性和社交性的網(wǎng)絡(luò)空間，它將物理和數(shù)字世界連接起來，在其中創(chuàng)造出新的體驗(yàn)和商業(yè)價值。通過元宇宙，用戶可以探索新的景觀和環(huán)境，參加社區(qū)活動，進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，購物和娛樂，也可以與其他用戶進(jìn)行互動和溝通。

區(qū)塊鏈技術(shù)是元宇宙實(shí)現(xiàn)透明度、安全性和去中心化的基礎(chǔ)，允許用戶擁有完全的控制權(quán)并保護(hù)他們的個人信息。此外，區(qū)塊鏈還能夠記錄所有的交易和資產(chǎn)，使得用戶可以完全掌握自己的數(shù)字資產(chǎn)所有權(quán)。這給了元宇宙一個透明的、公正的、可靠的基礎(chǔ)來促進(jìn)全球數(shù)字資產(chǎn)的社交化和流通性。

元宇宙將成為一種全新的價值交換方式。虛擬經(jīng)濟(jì)將變得更加個性化、開放和安全，并提供更多種類的數(shù)字資產(chǎn)和服務(wù)，如虛擬土地、虛擬商品、虛擬勞動力和虛擬金融等。此外，元宇宙也會引起實(shí)體經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的改變。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為支持元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施，從而使智能家居、智能工廠等領(lǐng)域的發(fā)展變得更加普遍。

在未來，元宇宙預(yù)計(jì)將成為游戲、教育、醫(yī)療、娛樂、社交等各行業(yè)的重要發(fā)展方向。隨著新的技術(shù)和應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，元宇宙將進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，成為數(shù)字化時代的新經(jīng)濟(jì)和社會生態(tài)。

2. 元宇宙技術(shù)體系

元宇宙技術(shù)體系主要包括以下六個方面的技術(shù)支撐：

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)（blockchain）

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種分布式、公開、可信和高效的數(shù)據(jù)管理方式，被廣泛應(yīng)用于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中記錄數(shù)字資產(chǎn)和虛擬財(cái)產(chǎn)的所有權(quán)和交易信息。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不同的是，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的方式，沒有單一的控制者，而是由一個網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)和運(yùn)行。

在元宇宙中，數(shù)字資產(chǎn)和虛擬財(cái)產(chǎn)的安全性尤為重要，因?yàn)檫@些資產(chǎn)是構(gòu)建虛擬經(jīng)濟(jì)和社會的基礎(chǔ)。區(qū)塊鏈技術(shù)提供了一種去中心化的數(shù)據(jù)存儲和管理方式，并使用密碼學(xué)的安全機(jī)制保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和不可篡改性，同時可以追蹤和記錄所有的數(shù)據(jù)交易和流動，在實(shí)現(xiàn)安全的基礎(chǔ)上提供了最大的透明度和公正性。

除此之外，區(qū)塊鏈技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字身份的驗(yàn)證和管理。每個用戶可以創(chuàng)建自己的數(shù)字身份，并通過區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行存儲和驗(yàn)證。這樣，用戶的真實(shí)身份得以保障，同時也保證了用戶對數(shù)字資產(chǎn)和虛擬財(cái)產(chǎn)的擁有權(quán)。

2.2 交互技術(shù)（interactivity）

交互技術(shù)是元宇宙的另一個重要組成部分，為用戶提供了逼真的環(huán)境交互和沉浸式的用戶體驗(yàn)。基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）等技術(shù)，交互技術(shù)可以讓用戶在虛擬場景中自由地探索、交互、創(chuàng)造和分享。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將用戶帶入一個完全虛擬的環(huán)境中，并提供逼真的觀感和運(yùn)動感。通過頭戴式顯示器、手柄、運(yùn)動捕捉設(shè)備等交互設(shè)備，用戶可以在虛擬環(huán)境中執(zhí)行各種操作，如走路、跑步、打斗、飛行等，獲得身臨其境的體驗(yàn)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以將虛擬元素融合到真實(shí)環(huán)境中，使用戶無縫地進(jìn)行物理和數(shù)字世界之間的互動。這種技術(shù)可以通過智能手機(jī)、平板電腦、頭戴裝置等多種設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于游戲、教育、醫(yī)療等領(lǐng)域。

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)類似，但它可以將虛擬元素與真實(shí)環(huán)境更加深入地融合在一起。例如，用戶可以在真實(shí)的桌子上創(chuàng)造虛擬物品，并進(jìn)行滑動、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。這種技術(shù)在設(shè)計(jì)、建筑、工程和教育行業(yè)等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

2.3 電子游戲技術(shù)（game）

電子游戲技術(shù)在元宇宙中具有重要意義，因?yàn)樵钪孀畛蹙褪菑挠螒蚴澜缰邪l(fā)展起來的。游戲技術(shù)提供了游戲引擎和虛擬物理世界等核心技術(shù)，使得開發(fā)者可以創(chuàng)建逼真而具有交互性的虛擬環(huán)境，讓用戶能夠在其中自由探索和沉浸式體驗(yàn)。

游戲引擎是游戲技術(shù)的核心，可以實(shí)現(xiàn)虛擬物理世界的構(gòu)建和運(yùn)行。它包括圖形渲染、碰撞檢測、動畫控制等多個組件，在不同的游戲場景下可以進(jìn)行自定義設(shè)置。游戲開發(fā)者可以使用這些組件來創(chuàng)建虛擬世界，生成各種地形、人物、道具等元素，并將其組合起來生成逼真的虛擬環(huán)境。目前市面上已經(jīng)有多款成熟的游戲引擎，如Unity、Unreal Engine等。

虛擬物理世界則是游戲技術(shù)另一個重要的組成部分。它是指一組仿真引擎和物理引擎的集合，用于模擬各種物理效應(yīng)和力量變化。通過虛擬物理世界，游戲開發(fā)者可以實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中角色的物理運(yùn)動、重力控制以及各種聲音和光影效果等。

2.4 人工智能技術(shù)（AI）

提供智能代理、語音識別、自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，支持虛擬角色的情感交流和自主行為，以及對用戶的行為進(jìn)行個性化推薦和預(yù)測。

2.5 網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)（network）

人工智能技術(shù)在元宇宙中具有重要地位。其提供智能代理、語音識別、自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，可以支持虛擬角色的情感交流和自主行為，以及對用戶的行為進(jìn)行個性化推薦和預(yù)測。

智能代理是人工智能在元宇宙中的一個重要應(yīng)用，它們是一類具有一定感知能力的虛擬角色，在虛擬環(huán)境中與用戶進(jìn)行情感交互和自主行為。這些代理可以模擬人類面部表情、肢體動作和語音等多種形式來與用戶進(jìn)行溝通，從而引導(dǎo)用戶走向更加個性化的虛擬體驗(yàn)。

另外，語音識別和自然語言處理技術(shù)在虛擬場景中也有廣泛的應(yīng)用。通過語音識別技術(shù)，用戶可以使用語音指令向虛擬環(huán)境發(fā)出操作，比如，打開門、切換場景等。自然語言處理則可以使虛擬角色理解和處理自然語言，從而實(shí)現(xiàn)更加自然和便捷的虛擬環(huán)境交互。

此外，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在元宇宙中也顯得尤為重要。通過該技術(shù)，元祖用戶的行為和偏好可以被精準(zhǔn)地把握和預(yù)測，針對不同用戶提供個性化的推薦內(nèi)容和服務(wù)。例如，根據(jù)用戶的興趣愛好、行為數(shù)據(jù)、社交互動等多方面信息，可以實(shí)現(xiàn)更加貼近用戶需求的虛擬營銷和廣告推送。

2.6 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（internet of things）

元宇宙是一個融合了現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的數(shù)字空間，可以支持人類在其中進(jìn)行交互、學(xué)習(xí)、創(chuàng)造和娛樂等活動。通過將現(xiàn)實(shí)中的物理設(shè)備和虛擬世界連接起來，可以將元宇宙的場景和應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展。例如，可以實(shí)現(xiàn)智能家居，讓人們通過智能手機(jī)或其他設(shè)備遠(yuǎn)程控制家庭電器，管理家庭用電和節(jié)約能源；可以打造智能城市，讓城市基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)更加高效、智能化。比如，在公共交通方面，可以通過監(jiān)測實(shí)時路況和公交車位置等信息，為人們提供更準(zhǔn)確的出行建議。

總之，元宇宙技術(shù)體系是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，需要多個領(lǐng)域的技術(shù)相互支持和協(xié)同作用。未來隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，元宇宙將會為人們創(chuàng)造更加逼真、自由、開放的數(shù)字世界。

3. 元宇宙技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

首先，元宇宙可用于構(gòu)建虛擬工廠和制造業(yè)。通過數(shù)字化信息流和透明的數(shù)據(jù)管理，生產(chǎn)協(xié)同可以大幅度提高生產(chǎn)效率和降低成本。虛擬工廠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能感知技術(shù)，將IoT 設(shè)備和傳感器與現(xiàn)實(shí)世界中的設(shè)備互聯(lián)，形成一個更加智能的制造環(huán)境，可以讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效協(xié)作、實(shí)時監(jiān)控和可溯源的生產(chǎn)過程，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)出效益。

其次，元宇宙還可以用于智能農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域。在元宇宙中建立虛擬農(nóng)場，將各種傳感器、設(shè)備和處理器等資源進(jìn)行互聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)對土壤、植被和氣象等數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測和管理，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、減少資源浪費(fèi)和保護(hù)環(huán)境。通過智能海量數(shù)據(jù)分析，也可以幫助農(nóng)民實(shí)現(xiàn)對于種植過程的持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)。

再次，元宇宙可用于構(gòu)建虛擬社交平臺、虛擬商城、虛擬辦公室、虛擬旅游和探險等，在其中可以交友、購物，進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作和溝通，以及探索未知的世界和文化等。

還有，元宇宙可以用于能源領(lǐng)域，例如解決能源儲存和分配方面的問題。建立虛擬能源場景，可以有效利用太陽能、水能等清潔能源，協(xié)助實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠和智能化的能源供應(yīng)。此外，還可以通過人為干預(yù)虛擬能源場景的運(yùn)行，制定更加精準(zhǔn)和高效的能源計(jì)劃，減少消耗和浪費(fèi)。

最后，元宇宙還可以作為數(shù)字孿生的平臺。數(shù)字孿生是將現(xiàn)實(shí)世界中的物理對象和其數(shù)字化形式進(jìn)行對接的技術(shù)，可為企業(yè)提供各種模擬、測試和優(yōu)化方案。將現(xiàn)實(shí)世界中的設(shè)備進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，在元宇宙中建立虛擬的物理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對其復(fù)雜運(yùn)行過程的精細(xì)仿真及優(yōu)化，有助于降低物理實(shí)驗(yàn)和開發(fā)成本。

以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）等為代表的新一代信息技術(shù)，正迅速而深刻地推動翻譯服務(wù)行業(yè)從數(shù)字化建設(shè)向數(shù)智化融合的轉(zhuǎn)型升級[2]。在數(shù)智化時代，語言服務(wù)行業(yè)向智慧化發(fā)展，“人機(jī)共生”成為主流趨勢[3-4]。元宇宙作為互聯(lián)網(wǎng)3.0的延伸，其蘊(yùn)含的交互技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算技術(shù)、電子游戲技術(shù)，將會有效克服現(xiàn)有遠(yuǎn)程口譯延時和終端設(shè)備性能限制的缺點(diǎn)，消除口譯活動參與者的時空距離，生產(chǎn)多種多樣的口譯內(nèi)容，滿足各方需求，為口譯員、口譯需求方、語言服務(wù)供應(yīng)商等提供身臨其境的沉浸感[5]。

總之，元宇宙可以用于構(gòu)建一個可擴(kuò)展、可信、可交互的數(shù)字世界，應(yīng)用范圍非常廣泛，涵蓋了人類社會中的許多領(lǐng)域，有著非常廣闊的發(fā)展前景。

4. 元宇宙的發(fā)展及思考

元宇宙是一種虛擬的、數(shù)字的世界，是一種開放的、可擴(kuò)展的平臺，其核心特點(diǎn)是用戶可以在其中自由地進(jìn)行交互和創(chuàng)造。元宇宙不僅是游戲領(lǐng)域的發(fā)展方向，同時也是眾多行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的趨勢之一。

據(jù)Newzoo和伽馬數(shù)據(jù)發(fā)布的報(bào)告，元宇宙應(yīng)用將成為互聯(lián)網(wǎng)娛樂產(chǎn)業(yè)的下一個風(fēng)口，全球元宇宙市場規(guī)模將持續(xù)增長。同時該報(bào)告還指出，中國是元宇宙市場的重要地區(qū)，而核心層（滿足用戶基本的元宇宙生活需求）是目前元宇宙最普及的應(yīng)用場景之一。

對于元宇宙的思考，我們需要關(guān)注以下幾個方面：

（1）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

元宇宙的實(shí)現(xiàn)離不開一系列先進(jìn)的技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、區(qū)塊鏈等。這些技術(shù)在將來還會得到進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，在元宇宙的建設(shè)中具有重要的作用。

（2）業(yè)務(wù)應(yīng)用。

隨著元宇宙的發(fā)展，各類業(yè)務(wù)也將開始在這個空間內(nèi)落地，例如，虛擬旅游、虛擬購物、虛擬社交等。創(chuàng)新的元宇宙業(yè)務(wù)應(yīng)用可以讓我們更好地利用數(shù)字化手段，為人們帶來更便捷和豐富的生活方式。

（3）社會治理和倫理問題。

元宇宙時代的信息濫用行為相較于互聯(lián)網(wǎng)時代更具隱蔽性。近年來，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)利用壟斷地位實(shí)施的信息濫用行為逐步被公眾知悉，諸如“人臉識別漏洞”“大數(shù)據(jù)殺熟”“算法歧視”等信息濫用、信息倫理失范案例，已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和商業(yè)模式往往是利用中心化平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壟斷，并通過對數(shù)據(jù)的深度挖掘和利用，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)目的變現(xiàn)。然而，元宇宙企業(yè)對信息的利用行為更為復(fù)雜，信息濫用行為也更為隱蔽[6]。

結(jié)語

未來元宇宙將成為數(shù)字化時代的重要組成部分，對于人類社會的發(fā)展和變革都具有深遠(yuǎn)的影響。元宇宙將以消費(fèi)領(lǐng)域的需求與應(yīng)用為推手打開廣闊的發(fā)展空間，驅(qū)動建模與仿真、通信技術(shù)（含5G、物聯(lián)網(wǎng)）、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)等關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。相關(guān)技術(shù)也有望進(jìn)一步在工業(yè)場景中深化應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)全生命周期的數(shù)字化模擬與仿真，把物理世界和虛擬的數(shù)字表達(dá)深度融合，通過智能化的數(shù)據(jù)流驅(qū)動工業(yè)體系的運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：閆奕霖，本科，研究方向：數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)。

基金項(xiàng)目：河南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃平臺——Acat（編號：202210918015）。