元宇宙農業模式分析與構建

摘" 要：近年來，隨著元宇宙產業的快速發展，元宇宙＋農業的發展將會為農業領域未來的發展提供全新的機遇，為農業的開發提供一種新的平臺。該文以“元宇宙”技術的發展為背景，從元宇宙產業的興起開始介紹，分析說明元宇宙農業的產生，并對我國元宇宙農業的發展現狀做出說明，同時介紹當前元宇宙農業模式的構建，討論說明農業元宇宙技術在虛擬種植、創建平行農業模擬農業研究、助力農業體驗經濟發展和優化加工制造等應用領域的研究情況，提出對元宇宙農業未來發展趨勢的設想及元宇宙的未來發展的展望，并對元宇宙在農業領域的應用研究可行性作出研究分析。

關鍵詞：元宇宙；農業元宇宙；平行農業；應用前景；協同創新

中圖分類號：F323" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）10-0013-05

Abstract： In recent years， with the rapid development of Metaverse industry， the development of \"Metaverse plus Agriculture\" will provide a new opportunity for the future development of agriculture and a new platform for the development of agriculture. Based on the context of the development of \"Metaverse\" technology， this paper begins with the introduction of the rise of Metaverse industry， analyzes and explains the emergence of Metaverse agriculture and the present situation of the development of Metaverse agriculture in China. At the same time， this paper introduces the construction of the current Metaverse agriculture model and discusses the research situation of Agricultural Metaverse technology in the fields of virtual planting， parallel agricultural simulation research， agricultural experience economy development， optimization of processing and manufacturing， and so on. Besides， this paper puts forward the tentative idea of the future development trend of Metaverse agriculture and the prospect of the future development of Metaverse. Finally， this paper makes an analysis of the feasibility of the application of Metaverse in the field of agriculture.

Keywords： Metaverse; Agricultural Metaverse; parallel agriculture; application prospect; collaborative innovation

近年來，隨著數字經濟，大數據技術的進階發展，在數字化革命的指引下，以VR（虛擬現實）/AR（增強現實）等交互技術、5G/6G通信技術、區塊鏈技術、云計算、數字孿生、人工智能等多種數字化新型技術相結合的元宇宙成功出圈，一次又一次地刷屏各大軟件，其熱度也在不斷提升。《人民郵電》報刊曾發文章指出，元宇宙可能成為互聯網發展的新方向，也可能是數字經濟發展的下一形態[1]。

展望當前農業領域發展的大趨勢，規模化、智慧化及技術化成為農業領域發展的主流，大數據、云計算、物聯網、區塊鏈、人工智能和5G/6G等新型技術在農業領域也在廣泛應用，農業領域正朝著智能化方向發展，其發展也推動著農業應用技術的發展。基于此，元宇宙技術＋農業應運而生，元宇宙農業技術將有機整合農業生產的物理實體和數字空間，提供虛實結合的仿真平臺和沉浸式的設計仿真環境，為農業智能化轉型升級提供新動能[2]。因此，在新一代信息技術快速發展的環境下[3]，中國農業領域的信息化如何進一步發展是值得思考與討論的重要問題。本文首先介紹了元宇宙產業的興起及相關技術支持，分析說明了元宇宙農業的產生、發展及我國元宇宙農業的發展現狀，同時分析了當前該模式構建及應用情景，提出了對元宇宙農業未來發展趨勢的設想及對未來發展的展望。

1" 元宇宙產業的興起

在數字經濟的興起和不斷發展下，元宇宙逐漸成為一個熱門話題。雖然到目前為止，社會各界對其還未有一個明確的概念說明，但從本質上來說，元宇宙的出現是基于組裝技術創建和共享共同判斷的。在短期內，其主要表現在虛擬世界與現實世界的平行；用發展的眼光來看，其體現了虛擬現實的共生性，并且將現實世界與虛擬世界相結合[4]，讓每個人可以真正擺脫物理現實世界和地理環境因素的束縛。基于資產和身份的可信數字化，讓人們可以在新的融合空間中成就更好的自我，實現自身價值的最大化。而元宇宙作為一個數字化的虛擬世界，有2個核心要素：虛擬與場景。因此，對元宇宙世界的構架，還需要多方技術來支撐。

1.1" 區塊鏈技術

元宇宙的技術基石核心以區塊鏈技術為首選，總體來說，區塊鏈技術是允許記錄和儲存數據信息的數據庫，是一種連接字符串中的塊的數據結構，可實現匿名、編程與跟蹤。在此同時，其還記錄了一些不能偽造的時間序列信息，并以電子形式永久保存。元宇宙作為與現實世界映射和交互的虛擬世界，必須具有可存續性。區塊鏈技術為元宇宙提供了理想的去中心化環境，在去中心化數據傳輸、存儲與管理等方面提供了一套完整的解決方案。

1.2" 交互技術

交互技術之于元宇宙是最重要的入口，VR/AR、腦機接口、3D打印技術和全息投影都需要相互結合才能讓用戶獲得更好的體驗。總的來說，交互技術為元宇宙提供了沉浸式虛擬現實的體驗階梯，通過交互技術，用戶可以在元宇宙中找到虛擬世界化身中心、全球社交媒體交互及數字交易。在一種虛擬的數字世界中，人們可以在特定的虛擬形象中創造場景、進行社交及實現交易。交互技術為元宇宙技術的應用提供了更多選擇。

1.3" 5G/6G網絡通信技術和算數技術

通過5G/6G網絡通信技術和算數技術的支持，用戶可以隨時實現現實與虛擬的交互作用，可以使用任何設備登錄，隨時隨地沉浸其中，強大的5G/6G網絡通信和算數技術可以實時監測數據并進行大量計算，通過算數技術和通信網絡技術的支持能夠將運算和顯示分離，在云端上完成渲染，減輕服務器負擔，支撐大量用戶同時在線。在虛擬的環境下，呈現出元宇宙所設計的場景。

元宇宙來源于技術的支撐，但高于技術。5G/6G網絡通信技術、算數技術、VR及AR等交互技術和區塊鏈技術等作為數字化虛擬世界的工具，用數字世界的體驗來指導和改變物理世界的形態，從原始的現實世界走向了現實與虛擬相結合的二重世界。其不斷發展證實了我國在數字經濟及區塊鏈等新興技術領域的飛速發展。通過5G/6G網絡通信技術、算數技術、VR及AR等交互技術和區塊鏈技術等支持，在數字化的虛擬世界，元宇宙+其他產業也在不斷提高并實現了多元化與科技化[5]。作為最具潛力的新型領域技術[6]，元宇宙正逐漸與各個行業相互融合與應用，在數字化的虛擬世界，元宇宙+其他也在不斷發展的過程中推動行業的科技化，帶動就業，鼓勵科技型人才的加入，推動經濟的發展與科技的進步[7]。

2" 元宇宙農業的產生與我國元宇宙農業的發展現狀

2.1" 元宇宙農業的產生

改革開放以來，就我國農業領域的發展來看，農業依然是我國的重點研究領域，農業科學尤其受到國家重視。就未來發展來看，我國作為農業大國，農業研究相當重要，而農田是國家糧食安全的天然基礎，極具有稀缺性[8]。并且農作物的初期投資成本較高，不適合在陌生領域“試錯”。因此，農業與科學技術跨領域深度融合勢在必行。

現今的農業與之前傳統農業相比已然有很大的改變，農業領域的需求也有很大的變化。現代農業向農業科學家提出了很多問題，例如，如何提高農作物的質量與營養成分，如何改良出更優質的農產品，如何更好地對農產品資源加以利用，例如，如何推動農業向更加積極的方向發展。同時，伴隨著這些問題而來的更重要的是我國農業科技的基礎研究和農業應用基礎研究的發展并沒有跟上農業技術、農業科研需求的增長。雖說目前智慧農業發展迅速，但是智慧農業在發展時應用技術的推廣沒有形成規模化體系，項目落實和產業融合存在脫節現象，并不是一個解決這些問題的良方。總的來說，我國農業基礎研究和農業應用基礎研究還是相對比較薄弱的。因此，如何提高技術的運用，通過技術的支持及各種信息系統的開放與公開來及時發掘有價值的信息；如何提升農業經濟發展的生產力與競爭力，優化產業結構，確保農業的整體收益效率提升；如何利用新技術去促進農業的深層次發展為農業發展提供良好的保障，推進農業發展便尤為重要。基于此，“元宇宙＋農業”這一新興技術與第一產業的融合發展應運而生，元宇宙農業的技術落地將對農業領域的未來發展帶來更多的想象空間，產生更加深遠的影響。

2.2" 我國元宇宙農業的發展現狀

元宇宙概念的提出就是為了幫人們解決現今難以解決的問題，而對于現在我國農業各方面研究上的發展問題，此時元宇宙技術＋農業就顯得極具研究價值與實施意義。元宇宙技術在現實世界的基礎上創造出虛擬世界，其利用VR、AR等交互技術對現實世界的產物進行“復制”，在虛擬世界進行“粘貼”，形成仿真數字世界。在這個仿真數字的世界里進行那些在現實世界中不方便實施的措施，并從中得到經驗，然后在現實世界里應用、實施。元宇宙農業作為現實世界的先行者，利用元宇宙農業能夠為現實世界提供經驗，避免走彎路，并且有利于資源的充分利用，還能幫助人們在元宇宙這個新的融合空間中成就更好的自我，實現自身價值的最大化。

對于農業而言，元宇宙與農業的融合將會為農業領域帶來新的智能化革命。雖說目前元宇宙技術還未得到全面發展，仍局限于部分產業，但隨著元宇宙各項關鍵技術的突破，元宇宙與農業的結合將會推動農業發展邁入新階段，元宇宙農業將逐步提高農業生產效率和管理效率，乃至提高農產品品質。據研究表明，元宇宙+農業仍是現今未涉及的領域，一是元宇宙是個新興事物，對于不同產業的整合尚處于摸索和試錯階段；二是目前元宇宙行業的實際營收基本上還集中在游戲和新聞現場等契合度高的行業，而對農業領域應用元宇宙技術的探索還很少。就元宇宙農業本身而言，其具有顯著的多學科交叉特點，而農業本身又帶有其獨特的生物特性，這一問題無法直接通過應用元宇宙技術來有效解決。因此，通過元宇宙農業的基本原理，在整個元宇宙中開展基于農業特征的研究顯得尤為重要。

3" 元宇宙農業模式的構建

3.1" 元宇宙農業的含義

元宇宙技術是虛擬現實、區塊鏈、物聯網、大數據技術、數字孿生和人機交互等技術復合而產生的符號化概念表征[9]。對于農業領域，元宇宙農業是一種能夠為農業研究模擬、農業生產模擬、農產品信息溯源、農業加工制造、農業銷售創新和農業經濟等領域提供虛實結合的元宇宙農業平臺和沉浸式環境。通過設計農業相關數據變量在元宇宙空間中實現1∶1精準還原，打破時間和空間，將消除產、學和研之間的信息孤島，從而促進農業精準化、智能化、高效化及綠色化發展，實現農業精準預測和環境資源優化配置的目標，推動農業領域發展。

3.2" 元宇宙農業模式的功能實現

3.2.1" 創建平行農業模擬農業研究

通過元宇宙技術創建虛擬種植空間模擬現實，利用傳感器、歷史研究數據和物理實驗模型等多種數據及手段，打造出虛擬仿真雙胞胎農業園區，對虛擬空間農業種植研究場景的分析，得到優化農業實驗區的具體實施方法。這種通過提供虛擬的種植環境模擬農業種植研究的方法，使得農業研究工作者可以在這個虛擬環境中看到農作物整個生長過程，在很短的時間里收集到大量的植物生長數據，還可以模擬出作物在現實生活中遇到的各項災害，通過采集農業信息，模擬風險對農作物的影響，以此來確定最佳的防御方式與具體時間，借助設備得到對植物、農業相關設備、天氣狀況、灌溉記錄及病蟲害等養殖環境有價值的數據資料，從源頭分析進而降低病蟲害風險，縮短實驗研究周期，降低農業研究消耗的時間、空間成本，更進一步促進農業精細化、智能化及高效化。

3.2.2" 虛擬生產模擬

元宇宙農業將元宇宙數字化的虛擬世界與現實的農業進行聯動（各種技術作為數字化世界的工具）[2]。在生產上，提高農業的生產效率，簡化農業生產的程序，使得復雜的操作簡單化，在數字化的虛擬環境下設置農產品優化方案，幫助農戶實現遠程控制。在危機處理上，應用數字化的虛擬世界感知各種因素對農業造成的影響，以此做出準備，預防自然環境對農業的生產造成不利影響。在技術上，便于進行農業技術革新的研究，將虛擬世界的研究數據信息映射到現實，促進農產品加工生產自動化，大大降低農產品加工成本，實現農業生產智能化。

3.2.3" 農產品信息可追根溯源

VR/AR等交互技術提供支持，區塊鏈技術保證透明化與安全化，實現農產品信息追根溯源，可以讓消費者了解農產品的產地及生產信息。質量溯源功能，可以讓消費者直觀獲取農產品生產的全過程，增加消費者對農產品乃至企業的信任。并且元宇宙技術結合現有的二維碼技術可以為農作物附上“生產檔案”，用戶在購買時，通過掃描可以查詢到自己所購買的農產品信息，能夠看到農產品種植、生產、加工和運輸等各個環節的生產檔案，便于追溯產品信息，提升消費者購買時的信任感。消費者還可通過元宇宙農業終端看到產品產地的所有情況，并根據個人所需選擇購買相應產品，實現農產品從產地生產到用戶家中全程可控。

3.2.4" 優化加工制造

農業作為最為傳統的勞動形式，需要不斷地加工升級，革新創造以延長其產業鏈，提高商業價值。因此，農業與制造業相互聯系存在其發展上的必要性。元宇宙農業的出現為制造業企業帶去整體結構的轉變升級。在數字化的虛擬世界，制造業企業可以在虛擬世界中實現加工包裝的選配工作再投射到現實，幫助企業挑選符合優質農產品的包裝。在加工線的流程中，實現農產品的高端化，同時達到了農業助農的理想效果。

3.2.5" 農產品銷售方式創新

元宇宙農業通過技術構建出虛擬主播直播帶貨，不僅能夠減少直播帶貨時的人力與投入成本，還能提升業務營收與客戶體驗。通過數字場景孿生，用戶在購買時可以實時看到農作物的生長環境，激發用戶購買時的體驗。利用VR、AR等先進技術將消費者帶入到農業生產環節，讓農作物的生產過程透明化，拉近消費者與農作物之間的距離，增加消費者的體驗感，讓消費者吃得放心，從而增加消費者的忠誠度和依賴度。

3.2.6" 元宇宙農業助力農業體驗經濟發展

元宇宙技術旨在數字化的虛擬世界搭建1∶1還原的虛擬農場，通過VR/AR等交互技術構建出虛擬的農作物，用戶可以在虛擬的世界進行種植體驗，感受農作物從胚芽到結果的全過程，滿足各類人群想要對農業活動進行探索的意愿，讓用戶在購買時更具參與感。不受時間、空間和成本等限制體驗身臨其境的快樂。并且，開創認養模式，讓客戶體驗種植的沉浸式樂趣，線上與線下結合，用戶通過相關設備，沉浸式感受農作物的生長過程，通過物聯網實現遠程澆水、施肥，實時看到作物生長實況與相關作業記錄。

元宇宙農業還可以將虛擬世界體驗與旅游相結合，開展農業參觀體驗與實踐活動，讓用戶看到相關虛擬文化場景、體驗數字事件、與數字人物交流并體驗身臨其境的互動。通過建設服務鄉村振興和區域發展的系列農業文化旅游示范基地和農業文化旅游示范線路，增加消費者的互動和線上體驗。在區域層面，設計全球旅游線路，利用數字化技術與現實世界的場景進行對接，使旅游變得更加數字化、立體化，讓用戶直觀地體驗隨時隨地旅游的樂趣，豐富用戶體驗。

4" 元宇宙農業的創新性及其未來展望

元宇宙農業將元宇宙這項最新技術融入農業這個歷史最悠久的傳統領域中，其所帶來的機遇與革命是相當值得期待的。元宇宙作為對真實世界的延伸與拓展，與農業領域相結合，既是對農業功能及特性的拓展，又是對元宇宙應用領域的擴充，標志著農業領域正與現代新興領域進行深度融合，元宇宙技術在農業領域中的應用，擴展了勞動工作者的時間、空間和屬性狀態，使個體的生命狀態變得豐富多彩。個人生命體驗的內容和質量將增加，并且極大地促進了勞動者的自由，減輕了勞動強度。不僅如此，元宇宙農業還拓寬了勞動的空間，在元宇宙農業的世界，勞動者可以在各個場所、場景進行勞動實踐，降低了因環境等因素所導致的勞動問題。農業工作者可以按照自己的意愿定義元宇宙農業世界，極大地促進了農業信息化智能化的發展[10]。

2022年元宇宙技術的發展進入了探索期與成長期，數字化的虛擬世界技術不斷實現突破，大數據技術與物聯網技術不斷推進。元宇宙+農業主題的結合使得傳統的農業與數字化的虛擬世界相互聯動，延伸了農業的產業鏈，促使其生產效率不斷提高。在此同時，農業中運用多元化的商業模式，實現了銷售方式多樣化，使得用戶增加體驗感與參與感。元宇宙誕生于數字技術，但其范疇不再局限于互聯網[11]，同時，元宇宙技術在聯動第一產業發展的同時，還融合了第二、第三產業，帶動了三大產業的共同發展。虛擬化的數字世界貫穿農業的種植、生產、加工、運輸和銷售等全產業鏈條，不但實現了農業生產過程中的人人參與，還增加了農業在休閑、娛樂和數字化交易的功能與屬性，同時，賦予了農業的商業價值與經濟價值，帶動三大產業共同發展。探索元宇宙+農業的發展之路，帶動了產業的升級，同時其也是促進科技振興鄉村的又一方式和方法。

綜上所述，在元宇宙產業正實現飛速發展與擴充的當今，元宇宙＋農業的探索必會為我國農業的開發提供一個全新的平臺，成為農業高質量發展的新路徑，促進農業經濟的結構性提升，推動農業技術的創新發展。對于農業領域而言，元宇宙技術的引進也預示著我國農業發展邁向了一個更高的臺階。隨著技術的發展和人類社會的需要，農業領域與現代信息技術的深度融合，元宇宙農業的發展與成熟都只是遲早的事情。相信未來農業領域在元宇宙技術的影響下會更加具有智慧性、方向性、技術性和規律性。

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