電影元宇宙建設的交互應用初探

葛浩欽 勾銳

［摘要］當前，元宇宙熱潮加速數字化新型社會的形成，元宇宙在電影領域具有極大的發展空間，電影元宇宙概念呼之欲出。元宇宙與電影相結合具有很強的可操作性，可為電影產業的發展帶來機遇。電影元宇宙的建設應充分利用技術搭建基礎平臺，集技術層面和交互層面于一體，使觀眾產生真實的沉浸式體驗。文章闡述電影元宇宙的概念及特征，在技術層面針對性分析5G無線傳輸技術、物聯網技術、區塊鏈技術在電影元宇宙中的應用，在交互層面主要探究感官交互的應用。

［關鍵詞］電影元宇宙；技術架構；交互應用

元宇宙是互聯網深度發展的產物。元宇宙（Metaverse）

概念最早來自史蒂芬森1992年創作的科幻小說《雪崩》，該小說是賽博朋克的經典之作。隨著元宇宙熱潮加速數字化新型社會的形成，電影元宇宙概念呼之欲出。與傳統電影院觀看相比，元宇宙與電影相結合具有很強的可操作性，電影元宇宙所提供的沉浸式體驗，能讓觀眾在第二空間體驗不同類型電影的魅力。文章闡述電影元宇宙的概念及特征，在技術層面針對性分析5G無線傳輸技術、物聯網技術、區塊鏈技術在電影元宇宙中的應用，在交互層面主要探究感官交互的應用。

一、電影元宇宙的概念及特征

（一）電影元宇宙的概念

元宇宙是一個虛擬世界，是與現實世界平行的另一個世界，準確地說，它是一個與現實社會高度聯系的三維空間。它的愿景是：可以使身在世界各地的人們無視距離，通過第二個“自己”在三維空間相互交流，并為人們提供游戲、學習、社交等沉浸體驗。在外在方面，元宇宙具有強烈的交互與視覺感知，人們可通過便攜式設備進入一個全新世界。在內在方面，元宇宙是在共享軟件、芯片、網絡及協議的條件下，由眾多工具、平臺不斷改進而最終形成的全新世界［1］。目前，雖然元宇宙在知識情境和生態倫理等方面還不夠完善，甚至有學者對其名稱存在質疑，但是這并不影響元宇宙成為當下熱度最高的科技名詞之一。

文章將電影元宇宙表述為：在新興技術基礎上形成的影視數字世界，它結合現實世界與虛擬世界，基于計算、通信、區塊鏈、存儲的基礎設施層，通過增強現實、虛擬現實、觸覺技術、數字孿生等形成虛實共生的動態交互層［2］，并使角色、觀眾等主體多元融入，以動態交互的方式為觀眾打造深度沉浸式的觀影體驗。

（二）電影元宇宙的特征

目前，關于元宇宙的研究越來越多，針對元宇宙特征的概述主要包括技術和文化兩個層面，研究方向則涵蓋三個類別：技術發展、文化創新和技術文化交融。第一類主要是研究元宇宙的底層支撐技術，如通信技術、交互技術、核心算法，以及通過NFT解決元宇宙中的身份認同、價值實現等問題。第二類是重點關注當前教育文化的發展，試圖將元宇宙融入現實生活中的文化交流，在圖書、教學、醫療等方面發揮價值。第三類是探究技術與文化融合，將兩者虛實結合，注重用戶的體驗和社交。

電影元宇宙的特征主要表現在三個方面。第一，邊界的突破性。現有電影產業的3D沉浸體驗在人與場景的交融方面仍略顯生硬，而電影元宇宙能夠實現人與場景的深度交融，可打破時空和情感的邊界，并通過底層技術支撐創造類似的第二世界，實現歷史的可追溯性和時空的無限性，使觀眾可以隨意切換電影元宇宙的時間段，感受任意一段時空的文化魅力。第二，文化的交融性。在混合現實、增強現實等前端技術的支撐下，觀眾能夠在電影元宇宙中獲得新的身份，并通過全新的虛擬身份，身臨其境地感受電影的魅力，實現視覺、觸覺、嗅覺、聽覺多角度的全真模擬，進一步增強體驗感。第三，身份的多樣性。電影元宇宙的構建基于區塊鏈技術，并以去中心化的形式吸引現實生活中的各類群體，使在電影元宇宙世界里的觀眾不局限于參觀者的身份，甚至可以通過認定成為電影中的角色，以第一視角感受電影角色的經歷，這從整體上可增強觀眾的參與感和對電影文化的認同。

二、電影元宇宙的技術構架

基礎設施層作為電影元宇宙的底層架構，主要分為硬件技術和軟件技術，諸如智能設備、通信技術、加密技術、人工智能等，這些技術的發展在一定程度上決定了電影元宇宙的發展高度。5G無線傳輸技術、物聯網技術、區塊鏈技術等在電影元宇宙的運用場景中發揮重要的作用。

（一）5G無線傳輸技術

電影元宇宙要為觀眾提供接近現實世界的虛擬體驗，網絡傳輸就必須達到極高的要求：高傳輸速率、高度安全性等。5G是新一代信息化基礎設備，它的網速可以達到10Gbps，且相比4G，5G的頻譜效率大幅度提升、吞吐量增大，這可滿足電影元宇宙的網絡需求，助力電影元宇宙的落地實施。

然而，現階段的5G網絡技術仍存在不足，如數據處理速度不夠快、復雜環境下網絡延遲等，這會在很大程度上影響觀眾在電影元宇宙中的場景體驗。針對這類情況，學者進行深入研究。余曉玫等為了加快5G網絡數據處理速度，提高5G的吞吐量，設計了基于光通信技術的5G網絡信號路由優化方法，尋找一條從數據出發點到目的點的最優路徑，通過構建數學模型，采用群智能算法設計出5G網絡信號路由優化目標函數，并以此得出適應度函數，最后得出優化問題的最優解［3］。在這種方法的優化下，5G信號傳輸的成功率達到94.69%，帶寬利用率達到95%。

（二）物聯網技術

大多學者將元宇宙看作一個與現實世界平行的虛擬宇宙。元宇宙虛實結合的操作方式可讓用戶形成強烈的脫離感覺，這在一定程度上凸顯物聯網技術的重要作用。而物聯網技術的迅速發展可使電影元宇宙的虛實互動更加便捷。物聯網技術主要是借助信息傳感器、射頻識別裝置等實現對各類信息的采集，通過網絡實現人和物、物和物的互聯，進而實現對事物的管理，以達到萬物互聯的目的。現階段，觀眾依賴網絡終端設備，如VR眼鏡以及其他智能設備進入電影元宇宙，這些設備可在硬件技術快速發展下逐漸變得便捷化、小型化。

目前，各行業學者針對物聯網技術展開了系統研究。針對工業物聯網聯邦學習網絡中因設備電池能量而導致訓練中斷等問題，范紹帥等提出一種動態多維資源聯合管理算法，與基準算法相比，該算法提高了模型學習精度，在能量短缺的情況下性能效果顯著［4］。

（三）區塊鏈技術

區塊鏈技術本身涵蓋眾多技術，區塊鏈的發展也為電影元宇宙建設高效、安全的經濟系統提供了底層技術支持，它相當于一本共享且不可修改的賬本，使任何物品的價值都能夠在區塊鏈網絡上交易、追蹤，并有效降低交易的風險。

現階段，眾多元宇宙公司采用區塊鏈技術來治理經濟系統。區塊鏈技術應用于電影元宇宙，能有效解決數據因數量龐大而難以全部上傳云端服務器的問題，使電影元宇宙的服務器去中心化。同時，電影元宇宙以區塊鏈技術為底層架構，有利于維護用戶的利益，使交互可以在點對點下安全進行。例如，早期的元宇宙產品《第二人生》，其所有的經濟體系和經濟問題都是由公司掌握和決定的，這在一定程度上不利于用戶獲得良好的體驗，且具有不公平性。

然而，目前區塊鏈技術在我國發展時間較短，諸多技術方面亟待成熟。這亟須科研機構開展區塊鏈技術的基礎研究，以提高區塊鏈技術的基礎創新能力。同時，區塊鏈系統異構且不互聯，也導致不同鏈之間無法進行價值互換，從而影響區塊鏈間的互通性。孫浩等研究現階段區塊鏈跨鏈技術的發展方向，分析當前主流的跨鏈技術，并對比它們性能的差異，有針對性地提出目前跨鏈技術需要攻克的難點問題，倡導多方共同協力參與，研究出高效的跨鏈機制，服務更多用戶群體，進一步加強跨鏈技術的構建，以建成互聯共通、安全可靠的跨鏈體系［5］。

三、感性認知下電影元宇宙建設的交互應用

元宇宙的創建愿景以人為本，這要求電影元宇宙中的所有組成成分將觀眾意愿作為核心，為觀眾提供沉浸式體驗，便于觀眾進行多方向、多層次的交互。

（一）環境層面交互設計

在元宇宙中，用戶通過動作和來自設備的反饋，可實現一個簡單的交互過程。用戶操作的多樣性取決于傳感器等設備的發展，而各種設備通過捕獲用戶動作并輸入動作類型來滿足用戶不同類型的沉浸式體驗需求。也就是說，觀眾可以使用凝視、手勢或頭部運動等肢體語言，完成在電影元宇宙中的一系列操作。同時，用戶也可以運用觸覺通道在元宇宙中完成動作行為，甚至簡單地通過思維控制行動，如使用腦電圖控制肢體等。由于不同開發者設計的設備機制不同，使用相應設備的用戶行為的類型是受限制的，并存在差異，因此用戶需要記住不同應用程序和平臺設計的特定操作，以方便使用某些設備。

例如，在元宇宙環境中，用戶可通過深度攝像頭、毫米波雷達識別或者體感手套等完成手勢互動操作。其中，體感手套可以識別用戶雙手的位置、手掌和指尖所指向的方向，并感知用戶的手部運動和手的姿勢，形成用戶使用手勢的軌跡，便于用戶自然、舒適地交互。

又例如，在電影元宇宙中，觀眾可通過兩種方式實現行走：一是以觀眾為中心移動環境；二是以環境為中心，觀眾自身移動。考慮到現實環境可能存在的局限性，且以觀眾為中心移動環境的方式不便于觀眾形成沉浸式體驗，由此觀眾可通過萬向跑步機等設備在現實生活中利用有限的空間完成在電影元宇宙世界里的走動、跑步以及跳躍等一系列動作。此外，在電影元宇宙中，觀眾還可以使用按鈕來創建傳送門，開啟傳送模式，自定義想要傳送的目的地，利用設備實現緩慢移動。

再例如，在元宇宙環境中，用戶可以自己為中心，使用手勢進行環境旋轉和縮放的操作，也就是用戶可以用雙手抓住環境，相對移動環境，達成環境的旋轉、縮放。這樣的操作類似于人們應用智能手機通過手指旋轉和縮放來操作高德地圖，實現觸摸式地圖操作。在電影元宇宙中，觀眾可以圍繞自己旋轉城市，用手掌指向想要旋轉的方向進行城市旋轉與縮放。若觀眾指著遠處的環境，并移動手部，那片環境就會被最小化；若觀眾伸出手指，觸摸所選擇的建筑，那么這個建筑就可以最大化的方式出現在其眼前，從而使城市最大化。

（二）感官層面交互設計

在元宇宙中，感官交互主要包括基礎層次的視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺，以及更深層次的情感交互。在電影元宇宙中，觀眾感知語言可以從眼動追蹤技術的凝視中解碼或者可以通過手勢識別傳感器識別動作，也可以從與元宇宙中對象進行交流的聲音中解碼。

1.視覺交互

視覺是用戶通過視覺感官眼睛接受環境中一定頻率的電磁波刺激，經過中樞神經系統進行編碼分析后獲得的主觀感覺。隨著技術的不斷創新和社會的快速發展，電影元宇宙要想讓觀眾在視覺上感受逼真的電影場景，就需要進一步開發圖形技術。視覺建模主要集中于如何讓元宇宙中的人物在外觀、行為和言語上更像現實世界中真實的人的個體。目前，電影元宇宙中人物的視覺建模和渲染更注重人物的皮膚、頭發、衣服等特征，這對視覺建模和渲染技術提出了更高要求，也就是根據電影角色的文化，不同的人物不僅要有不同的服飾和妝容，還要體現一定的文化、歷史，凸顯人物的精準模型，如人物著裝面料的真實感、面部的高保真度等，這些都需要采用更加精確的建模算法，進一步開發視覺交互，從而增強觀眾對電影元宇宙的沉浸式體驗。

2.聽覺交互

聲音的傳播和接收是元宇宙中人們交流的關鍵。聽覺交互在電影元宇宙中主要體現在角色和觀眾之間的聲音交流。一方面，角色和觀眾的聽覺交互通過技術合成。另一方面，觀眾間的交流則需要考慮諸多因素。第一，是否需要觀眾的真實聲音和腔調。目前，通過智能手機語音軟件，在默認設置下觀眾可使用現實生活中個體的真實聲音，同時觀眾也可以在特殊情況下通過設置更改個體的聲音，如在元宇宙中將個體的聲音更改為交友軟件中的可愛音、大叔音等。第二，如何解決跨文化跨語言交流的障礙。目前在我國，在電影元宇宙中普通話是使用最多的語言，然而基于元宇宙作為第二世界所具有的包容性，要實現跨文化跨語言交流需要兼顧不同觀眾語言交流的需求，這就要求電影元宇宙需要搭建語言“中轉站”，使觀眾可以獨立設置個體語言，通過語言“中轉站”進行語言轉換，實現跨文化跨語言觀眾間的無障礙交流。第三，考慮環境因素對聲音的干擾。在電影元宇宙中，環境會對觀眾的聲音發出效果產生影響，如元宇宙中距離、風噪對聲音傳播的影響等。由此，在電影元宇宙中，聽覺交互的實現能使觀眾達到現實生活中的真實感受，獲得更好的沉浸式體驗。

3.觸覺交互

觸覺交互是人們基于觸摸產生的知覺反饋，人們可以通過手等肢體感受不同材料、物體的紋理或形狀，并能感知物體的光滑度、壓力、振動和摩擦等，這涉及物理的牽引力、反應力、阻力和沖擊力等。在元宇宙中，體感手套等設備可以幫助用戶模擬各種觸覺，并形成知覺反饋，實現觸覺交互。值得注意的是，體感手套等設備的發展需要關注溫度和振動的力度［6］。

在電影元宇宙中，觀眾通過體感手套觸摸不同物體，體感手套根據不同物體的實際溫度做出反饋，這能為觀眾營造良好的體驗感，使觀眾實現完全沉浸。同時，基于物體的不同形狀，如有的物體是尖銳的，有的物體是光滑的等，需要體感手套自動調節觸覺振動范圍，使觀眾獲得相應的觸覺體驗。例如，對尖銳的物體，體感手套應將觸覺振動范圍凝聚在一點上，以達到刺激觀眾觸覺的效果；對平滑的物體，體感手套需要減小觸覺振動力度，將振幅趨于平緩，或者通過自身的可塑性模擬，實現觀眾觸摸物體的光滑效果。

4.嗅覺和味覺交互

要想在電影元宇宙中呈現各種美食，就不僅需要滿足觀眾在視覺上的需求，而且需要滿足觀眾對氣味和味道的要求。嗅覺交互指人們基于嗅覺產生的知覺反饋。在元宇宙中，嗅覺反饋的主要方式是分散特定氣味，以匹配某些交互任務的要求，其中嗅覺顯示器被廣泛用于散發氣味，使氣味與數字畫面同步。一般來說，嗅覺顯示器由一組氣味劑、一個流動輸送系統和一個控制算法組成，其算法決定了嗅覺刺激的混合比例、濃度和時間，并通過輸送系統反饋給用戶。與嗅覺相同，味覺通道指人們基于味道產生的知覺反饋。在元宇宙中，味覺的驅動方式主要有兩種：一種是通過化學組合，讓用戶感知味道；另一種是采用數字味覺，驅動技術產生各種味道。這可以通過開發設備來完成，使用化學物質刺激用戶味覺［7］。例如，日本開發商VAQSO推出的氣味模擬器—VAQSO VR就類似于氣味生成器，可與VR頭顯結合，內含墨盒，放置香水等氣味源。在電影元宇宙中，觀眾可通過設備感受氣味模擬器中放置的玫瑰味淡香液體等，從而產生聞到玫瑰鮮花餅的香味，并通過模擬品嘗可食用花香氣體，完成從觀看到品嘗玫瑰鮮花餅的步驟，實現嗅覺和味覺交互。

5.情感交互

在電影元宇宙中，情感交互表現為人機交互情感，相關數據顯示，人與智能技術的情感交互發生拋物線般的變化。一方面，智能技術的便捷讓人機關系更緊密；另一方面，智能技術存在的監聽、定位問題等不足，使人機情感交互面臨挑戰。在電影元宇宙中，人機交互情感值得學界進一步關注與研究。

在電影元宇宙中，情感交互作用于部分場景，表現在電影元宇宙中的角色在了解觀眾當前情感態度的情況下進行情感識別和分析，并對觀眾做出最為適合的情感回應。這也對相關情感交互設備提出了要求。一方面，識別裝置是感情交互的基礎。識別裝置可采集觀眾的面部表情變化和聲音頻率，并對采集信息進行情感解析。另一方面，觀眾需要建立情感反饋模塊，這個模塊是表達情感的重要組成部分，是建立在長期對情感的科學研究基礎上的，也就是說，識別裝置采集來的信息進入數據庫，為觀眾匹配情感。若情感類別無法識別，識別裝置則可運用優化模塊對陌生情感進行分析歸類，再做出回應并反饋給觀眾。

四、結語

元宇宙為電影的發展帶來了新的思路，電影元宇宙的數字化沉浸式感官體驗在某種程度上更能吸引觀眾的注意力。隨著數字技術的飛速發展，電影元宇宙中的場景交互、感官交互和情感交互成為可能，從而改變傳統的觀影方式。然而，電影元宇宙作為一個復雜的多元體系，還處于理論構想的初級階段，需要政府相關部門、行業、企業、科研單位以及大眾的共同關注和支持，從而充分發揮元宇宙的作用，講好中國電影故事。

［參考文獻］

［1］ZHAO Y H ，JIANG J J ，CHEN Y，et al. Metaverse： Perspectives from graphics，interactions and visualization［J］.Visual Informatics，2022（01）：56-67.

［2］盧勇，任思博.農業文化遺產元宇宙的內涵、路徑及應用前景研究［J］.中國農史，2022（02）：136-148.

［3］余曉玫，譚祥，李文娟，等.基于光通信技術的5G網絡信號路由優化研究［J］.激光雜志，2022（11）：89-92.

［4］范紹帥，吳劍波，田輝.面向能量受限工業物聯網設備的聯邦學習資源管理［J］.通信學報，2022（08）：65-77.

［5］孫浩，毛瀚宇，張巖峰，等.區塊鏈跨鏈技術發展及應用［J］.計算機科學，2022（05）：287-295.

［6］FANG B，SUN F C，LIU H P，et al .3D human gesture capturing and recognition by the IMMU-based data glove［J］.Neurocomputing，2018（14）：198-207.

［7］PATNAIK B，BATCH A，ELMQVIST N. Information Olfactation： Harnessing Scent to Convey Data.［J］.IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，2019（01）：726-736.