元宇宙&Web3正在經歷的重要變革

一、什麼是元宇宙

（一）元宇宙的定義

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現階段的一個共識：元宇宙是基於「通信網路、算力、人工智慧、擴展現實、數字孿生、區塊鏈等」多種科技取得較大發展後組合形成的虛實融合的新型智能網際網路，包括在社交系統、生產系統、經濟系統上均發揮重要影響。

（二）元宇宙的形成

元宇宙概念自20世紀90年代創造，在21世紀經歷20年快速塑形，最終在2021年進入元年，元宇宙概念爆發，受到高度關注。

（三）元宇宙六大核心特徵

1、沉浸式體驗

參與和沉浸感是目前元宇宙最明顯的特徵之一，也是近期元宇宙發展的主要突破口。XR（ARVRMR）擴展現實技術與腦機接口技術的不斷發展幫助元宇宙實現無處不在的沉浸感，替代手機成為無處不在的入口。

2、組織和治理

組織監管：去中心化的組織離不開國家主權與監管，逐步形成政府協作聯合治理的體制，以及創建符合元宇宙特徵的法律：「代碼既法律 - 法律既代碼」新的治理需求：中心化去中心化結合，去中心化自治組織（DAO）在這一過程中將扮演重要角色。

3、虛擬生命

全域身份認證：元宇宙會促進全域身份認證的誕生，需要為個人、資產和組織提供跨平台移植且值得信任的數字身份。虛擬AI分身：運用虛擬分身（結合人 AI）進行社交、消費、娛樂和生產。元宇宙中的虛擬身份未來會成為新的消費主體，逐步成為虛擬世界的生命概念。

4、虛實互動

數字孿生等技術通過模擬和複製物理世界，將數字世界的邊界延伸，並反作用於物理世界，藉助技術升級，元宇宙將重構生產方式，將從自然人作為生產主體，逐漸轉換為人類機器人 AI結合的形式，極大加強生產力。

5、新的經濟形態

基於區塊鏈的數字貨幣、非同質化代幣（NFT）與各領域打通可能會形成支撐諸多元宇宙的新經濟基礎。數字資產成為不可或缺的基礎，Fi 的不斷嘗試（DeFiGameFiSocialFi等），引領新經濟模式的創新的發展。

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6、維度升級

元宇宙是對資訊承載與展現的一次維度升級，2D世界資訊承載有限，體驗有限，3D世界發生了巨大的升級所有也有人說元宇宙就是三維網際網路。

二、元宇宙應用場景

（一）元宇宙市場龐大

2021年10月，福布斯消息，摩根史坦利在分析報告中稱元宇宙有望成為一個8萬億美元的龐大市場。權威機構Gartner的預測，在2026年25%的人將至少元宇宙中工作、購物、社交或者娛樂一小時。到了2026年全球將有30%以上的企業機構將擁有自己的元宇宙產品和服務。根據摩根史坦利的最新研報，中國的元宇宙市場將高達52萬億。Meta委託國際經濟諮詢公司編寫的元宇宙白皮書顯示：元宇宙市場可超過80萬億美元。

（二）元宇宙與現實產業融合

1、第一產業融合

農業∶農場管家、數字化種植及流通溯源問題。

林業∶資源監控保護、林權流轉確權等問題。

2、第二產業融合

建築業∶提升設計效率及新的消費體驗。

製造業∶通過數字孿生提升產品研發和生產效率的提升、虛擬工人作業操作等。

3、第三產業融合

醫療業∶覆蓋醫療教學、遠程醫療、遠程病人護理和監控等潛在應用。

教育業∶提供虛擬課堂、AI教師、各類展覽場景等。

娛樂業∶影視、演出活動、遊戲等與元宇宙結合帶來的想像空間。

（三）元宇宙工業場景

元宇宙可以推動工業尤其是製造業的智慧化程度，通過構建與真實世界等比例的工業數字孿生體，收集產品研發、生產製造或商業推廣等數據並進行分析，並將結果反哺倒現實生產中以達到最優運行狀態或最優規劃。

英偉達（NVIDIA）公司於2020年12月發布了可以創建數字孿生與虛擬世界的 Omniverse平台，依靠物理仿真引擎和RTX光線追蹤技術，為企業和創作者提供多人虛擬協助和物理級準確的實時環境渲染和模擬等服務。

寶馬集團利用該平台為其全球31座工廠建立全比例數字化虛擬工廠，通過工業數字孿生模擬其真實運轉環境和效率，其負責人曾表示有望將寶馬的生產規劃效率提高30%。

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（四）元宇宙教育場景

使用元宇宙基於全景、3D沉浸式的交互教學模式，結合新一代的教育認證機制，促進教育事業蓬勃發展。

元宇宙應用於教育的內容：

1、教育資源智能化

知識豐富的AI教師、智能分析教研提升、根據知識圖譜個性化教育匹配、自定義教學場景構建。

2、透明公正的教育環境

公正可靠的教學評價機制，學生作品及證書去中心化存儲，NFT模式頒發，學生過程成績基於區塊鏈存儲不可篡改。

3、實境遠程教育

提供3D互動的平台和內容，可以在VRARMR等各種新型設備上使用，以提供沉浸式3D交互體驗，每個用戶都有3D的身份和形象。

三、元宇宙技術路線

元宇宙核心技術

1、通信和網路技術

只有5G、WiFi6乃至更新一代的通訊技術，「更高網速、低延時高可靠低功率海量連接」等特性才能滿足「元宇宙」所需要。

基於當前的4G/WIFI技術，元宇宙沉浸式交互當前能實現一定意義上的部分沉浸，算力依賴中心雲和邊緣雲。未來5G/6G/WIFI6、交互方式、端邊雲融合等技術突破將加速沉浸式交互解決方案的升級，實現更優的交互體驗。

2、算力

算力是數字化時代最重要的生產力，元宇宙世界能源。人工智慧算法為元宇宙自主運行提供了可行性基礎。

基於物聯網數據，通過人工智慧和大數據分析建立現實物體與環境的全面資訊感知，建立物理世界和虛擬世界之間的實時、動態、全面聯繫，最終願景是對整個星球的智慧感知與動態擬真。

數字孿生空間建設工程：培育城市數字空間運營商，整合公共地理空間數據採集、運營、管理，逐步完成城市基礎設施數字孿生工程。鼓勵社會力量通過市場化運作，開展場景級、部件級城市數字空間運營。聚焦城市觀光、醫療協作、教育共享、交通運輸等領域，推動長三角區域合作開發跨空間、沉浸式應用。探索形成統一開放的數據接口、底層平台和連接標準，推動各類物聯感知數據實時接入。

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4、感知交互技術

（1）目前對交互設備有兩種比較主流的思路

第一種是擴展現實技術，通過可穿戴設備如XR頭盔、智能手環等設備採集人體活動信號，同時通過頭顯設備做輸出顯示，完成交互；第二種是腦機接口思路，通過體內植入或頭部外接的形式，直接採集腦電波或電信號，再經計算、編譯等步驟，完成人機交互。

（2）VR 觸感技術

美國卡內基梅隆大學人機交互研究所（未來界面小組）研究人員開發了一種全新觸覺反饋設備。該設備基於超聲波傳感器以模擬口腔真實觸覺，從而實現更真實VR體驗。影片演示了包括從喝熱咖啡、刷牙、吸菸、甚至遭受巨型蜘蛛攻擊時的模擬感受。

（3）感知交互-人機交互

A、眼控交互

眼控交互開發的原理就是在開發引擎中，將視線範圍設置為一條射線狀或圓錐狀物體，和VR/AR中的各種物體進行碰撞檢測，當程序一旦檢測到碰撞，則視為用戶的視線落到了這個物體上，由此進行眼控交互。相比於其它交互技術來說，眼控交互門檻低，無需複雜外設，幾乎適用於任何應用場景。

B、手勢交互

藉助能夠感知深度資訊的攝影機，手機可以更好地讀懂用戶的手勢語言，諸如滑動、切換、截屏、選擇、確認、取消、刪除等。VR應用目前還需要手柄設備進行控制交互。但是，就像觸屏手機取代按鍵手機一樣，VR 手勢交互取代手柄按鍵交互將成為未來趨勢。

C、語音交互

語音交互作為更趨近於人與人之間最自然的交流方式，近年來有許多發展的突破點。在虛擬世界發展主線上，語音交互趨向更自然、更人性化、更個性化。從GUI（Graphical User Interface，圖像交互）到VUI（Voice User Interface，語音交互）再到 DUI Dialogue User Interface，對話交互）。

D、腦機交互

在有機生命形式的腦或神經系統與具有計算或處理能力的機器之間，創建用於資訊交換的連接通路，實現資訊交換及控制。在人腦中，有著大約一千億個神經元，這些神經元組合在一起構成了複雜的神經網路。人體的所有體驗和感覺都可以歸結為神經元電信號。

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（4）感知交互-腦機接口

腦機接口是在人腦與電腦或其他電子設備之間建立直接交流和控制通路，用戶可通過大腦直接表達想法或操縱設備，無需藉助語言、手勢或其他工具。

未來沉浸式元宇宙的關鍵技術

侵入式 / 非侵入式：現階段以非侵入式為主，體外感知設備，可以提供視覺、

聽覺以及部分觸覺感受，隨著技術的發展未來還能實現味覺與嗅覺的感知，

各種技術的不斷發展會使交互體驗更加完善。

7月20日，馬斯克聲稱已將自己的大腦上傳雲端，並和虛擬版自己交談。馬斯克創立了一家名為「Neuralink」的神經技術公司，致力於開發一種腦機接口——將允許電腦將一個人的想法轉化為行動，通過思考就能完成肢體動作。據稱已獲得美國食品和藥物管理局的批准，準備於今年開始在人腦中植入電腦晶片。

5、算法

6、區塊鏈