元宇宙背后的技术支持：交互式3D、XR、AI和5G

元宇宙的概念最早出现在尼尔·斯蒂芬森1992年的科幻小说《雪崩》中，小说中人类以虚拟化身的形式在3D世界中互动交流。

随着互联网技术的发展，这一概念逐渐演化了出新的内涵。

今天，维基百科将其定义为“一个集体虚拟共享空间，由虚拟增强物理现实和物理持久虚拟空间融合创建，包括所有虚拟世界、增强现实和互联网的整和。”

简而言之，元宇宙是一个数字世界，人们能想象的任何东西都可以存在。通过扩展现实（XR）技术，可以扩展人的视觉、听觉和触觉，将数字对象融入现实世界，或者随时进入完全沉浸式的3D环境。

到目前为止，Meta仅在2021年就在元宇宙技术上花费了100亿美元。该公司在其VR硬件、Horizon等社交VR应用，以及AR可穿戴设备上做了很大的努力。

“元宇宙第一股”Roblox 2021年第二季度创造了4.54 亿美元的收入，该公司还拥有超过4300万的日活跃用户，其中大多数是儿童。

“元宇宙的完整愿景还需要几十年的时间。这需要非凡的技术进步……或许还需要监管部门的参与。此外，它还需要彻底改革商业政策，并改变消费者行为。但这个词最近变得如此流行，因为我们可以感觉到它开始了。”——好莱坞高管出身的元宇宙专家Matthew Ball在他即将出版的新书《Metaverse》的前言中写道。

“我们的希望在未来10年内，元宇宙将覆盖10亿人，承载数千亿美元的数字商务，并为数百万创造者和开发者提供就业机会。”——Meta首席执行官马克·扎克伯格在其创始人的信中表示。

“互联网是用来获取信息的，而元宇宙将用来建立社会联系。我不再受物理距离的限制，也不再受与谁互动或如何表现自我的限制。所有这些都突然被释放出来，这是疯狂的颠覆性。”——Roblox的首席品牌官Craig Donato去年告诉Protocol，为什么他认为他们公司在元宇宙领域处于有利地位。

本质上，“元宇宙”由许多部分组成，最基本的元素包括互联网、媒体开放标准（包括文本、图像、音频、视频、3D以及构成这些东西的程序），编程语言标准（包括HTML、Java、WebAssembly、WebXR、WebGPU着色器语言等）、扩展现实（XR）硬件（如智能眼镜、触觉和全能跑步机）、去中心化账户和智能合约平台（如区块链、以太坊、比特币和非同质代货币NFT）。

本文将介绍元宇宙和它的基本硬件之间的关系，并以元宇宙的代表性项目为例分析元宇宙是如何改变人们的生活与互动体验的：

 元宇宙和交互式3D技术 

元宇宙虽然是一个数字虚拟世界，但这个世界仍然是以现实世界为基础，并通过图像、声音、触觉等方式给人们提供最接近现实世界的体验。

因此，要实现现实世界的数字化，就需要开放的媒体标准，包括文本、图像、音频、视频、3D项目、3D场景和几何、矢量、序列以及生成和组合这些东西的程序。其中，交互式3D技术是元宇宙的基础技术。

构建元宇宙需要借助3D技术扫描现实世界，在元宇宙中，优质的用户体验来自真正的沉浸感，而沉浸感是基于出色的3D效果。

无论你是在元宇宙中创建独特的个人形象进行社交，还是购买和销售虚拟物品，你都需要对目标对象（你在社交媒体中，你想出售的产品，如游戏皮肤，虚拟土地上的建筑等）建模。

皮克斯的USD（开源通用场景描述）和英伟达的MDL（材质定义语言）是实现3D应用交互性的重要步骤。3D技术使得在虚拟世界中制造物品成为可能，例如游戏设备，元宇宙实现了将物品从一个游戏世界带到另一个游戏世界的可交换体验。

 Decentraland： 交互式3D空间 

以太坊第一虚拟世界Decentraland是一个3D空间，用户可以在其中创建虚拟世界、玩游戏、参观博物馆、参加现场音乐会等，还可以买卖财产，为画廊创作和出售虚拟艺术，或者建造世界。

有几家公司已经在中部地区投资了土地，其中一些公司可能会愿意为了开发土地而花钱。Decentraland也开始扩大展览空间，为供应商打造独特而富有创意的数字展台。

随着虚拟场景的丰富和虚拟活动的增多，未来在元宇宙中为用户提供3D场景设计服务也可能成为3D设计师的一种新型工作。

 星链：宇宙范围上的三维空间 

在现有的虚拟世界平台中，Decentraland是增长最快的平台，拥有9万笔数字土地资产。在Decentraland中，虽然用户可以在不同的国家建造房屋，参与世界各地的活动，在一定程度上打破了现实世界的物理空间限制，但它的生态 系统仍然是以地球为基础，保留了现实生活的痕迹。

换句话说，Decentraland是对地球生命的“重组”而不是“突破”，而美国太空探索技术公司的项目之一星链则将虚拟世界的主题推向了更广阔的宇宙。

星链是一个基于区块链技术的虚拟空间，它可以模拟银河系中真实的空间站。在星链中，行星和卫星可以像土地资产一样购买和交易，用户可以建造自己的行星。这将大大超越现实世界中宇宙探索技术的发展，将人们在虚拟世界中的活动范围从地球扩展到了整个宇宙。

因此，在未来的虚拟世界中，人类唯一的限制就是想象力。任何可以想象的东西都可以通过3D技术创造出来，创造出具体的虚拟“实体”，即使它们并不存在于现实世界中。

 Threekit：3D虚拟内容制作平台 

随着虚拟世界的不断发展和扩展，虚拟产品的使用案例将变得更加清晰，这将对虚拟产品的消费者和生产者更加有用。为了有效利用当前和未来的机会在多元化的世界里赚钱和创建品牌，企业需要创建其产品的虚拟版本。

Threekit是一个可扩展的平台，用于生成可以在这些不同空间中使用的3D虚拟内容。在Threekit上，用户能够快速生成数千甚至数百万个逼真的3D可视化资产，在这些资产的属性和内容上添加关键数字信息，并将这些资产输出到用户需要对其虚拟化的文件类型。

用户可以使用Threekit生成整个可配置产品目录的3D模型，甚至在网站上嵌入一个配置器，让你网站的访问者可以创建自己的定制的虚拟产品版本。

你可以使用非功能性的测试来保护产品的每个独特配置，并且每个自定义变体只允许一个所有者，或者允许特定数量的副本。

 增强现实技术和虚拟现实技术 

增强现实技术（AR）是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，这项技术的目标是把虚拟世界放在屏幕上，并与现实世界进行交互。

虚拟现实技术（VR）是20世纪发展起来的一种全新的实用技术。虚拟现实技术包括计算机技术、电子信息技术和仿真技术，基本实现方法是通过计算机模拟虚拟环境，给人一种身临其境的感觉。

虚拟现实和增强现实的根本区别在于其中是否存在真实世界，简单来说，虚拟现实就是“所见即是虚拟”，增强现实就是“虚拟与现实的结合”。

虚拟现实构建了与现实世界完全分离的用户感觉，用户通过可穿戴设备看到的一切并不存在于现实世界中，而是通过视觉、听觉和触觉获得身临其境的感官体验。

而增强现实是以现实世界为“背景板”，添加一些与现实环境相融合的虚拟图像。例如，华为与北京联合在北京坊打造了全球首个AR虚实融合的5G智慧商圈。

 创造更真实的虚拟体验 

元宇宙是一个共享的虚拟空间，允许个人在数字环境中与其他用户进行交互。它构建了一个虚拟的世界，使人可以以具体的虚拟形象存在于其中，就像生活在与现实世界平行的世界一样。

VR和AR技术的兴起将塑造网络的新形式。VR技术会让用户在虚拟的网络世界中拥有更真实、更具体的体验，使虚拟世界与现实世界的运行模式更加相似；AR技术可以将虚拟世界与现实更紧密地结合在一起。

未来，虚拟世界中的个人形象可能也会成为现实世界中人物形象属性的一个组成部分。

元宇宙可以创造一个基于扩展现实技术（XR，包括VR和AR）的完整世界，让人能够体验一个比现有VR体验更真实的版本。

VR体验中的访问空间通常是静态的，建成后不会发生变化，在元宇宙中，内容是由用户创建的，可以随时更改。例如，在星链中，所有的艺术家、音乐家、3D设计师、作家、电影人都可以使用各种开发工具进行创作，带来无限的可能性。

 创造新的商业模式 

目前，来自各行各业的技术专家团队正在合作，尝试AR、VR和元宇宙的新概念和应用。

一些大型消费和媒体品牌，如运动鞋、化妆品和家具零售商，已经提供了AR应用程序，用户可以用智能手机试穿鞋子或试用浴室的新水槽，这些体验将转变为一个沉浸式的元宇宙商店。

VR和AR协会犹他州分会主席Phil Barrett表示：“一切都会改变，就连买车也从去经销商那里购买变成了完全在线购买。”也许在未来，一些汽车经销商将进入元宇宙，让客户在购买汽车前对汽车进行虚拟测试，甚至开车去月球，构筑一个科幻世界。

事实上，不仅是汽车企业在适应技术变革，电子商务企业也在迅速调整购物网站，并与许多元宇宙公司合作，以满足消费者使用虚拟身份购买物品的需求。

虚拟试衣、汽车展厅等虚拟购物方式，可以有效解决因隔离、封闭等防疫措施给线下购物带来的不便。也许，在几年内，人们将能够在元宇宙中购买任何虚拟商品。

 创造新的工作形式 

在传统的工作模式中，员工通常需要去一个集中的办公室进行现场工作，这给人才的流动和合理分配造成了障碍。新冠疫情在全球的爆发让居家远程办公长期以来成为职场的唯一选择，像zoom云会议这样的在线会议平台已经成为远程办公的重要工具。

然而在这一过程中，网络会议平台的缺点也逐渐凸现出来，缺乏参与感会使员工疲惫不堪，音视频卡顿会影响会议的效率，一些办公工具和文件不能存放在家里，给工作带来不便。

VR和AR技术与元宇宙的结合，将创造一个全新的虚拟现实工作空间，解决传统zoom云会议等平台的局限性。在元宇宙中，世界上所有的人才都可以交流，公司在招聘员工时也不需要受地域因素的限制。

在元宇宙的世界里，无论是在火车上还是在小公寓的角落里，人们都可以在周围的空间中创建一个巨大的虚拟工作区。

人们可以通过VR头盔远程连接他们的电脑或其他设备。当他们在一天结束时摘下耳机并关闭虚拟世界，工作空间就消失了，因此，虚拟现实也会使工作空间更加简洁。

AR或VR技术与元宇宙的结合也将优化虚拟会议体验，员工不需要用Zoom进行电话或者视频会议，而是可以使用他们的虚拟个人形象进入一个虚拟会议室。

空间音频可以让员工在虚拟空间的任何地方实时听到虚拟会议室中任何人的讲话，没有任何延迟，从而避免在Zoom云会议上出现的那种尴尬的停顿。

 塑造新的社会模式 

元宇宙最重要和最被忽视的方面之一是人工智能，它有很多使用案例：

第一，人工智能可以用于创建、审计和保护智能合同。人工智能和元宇宙的结合可以提高对大量数据进行可靠的数字分析和决策的能力。

人工智能可以集中管理和存储大量数据，并通过机器学习调整智能合同的动态参数，提供个性化的治理机制；但人工智能容易受到黑客攻击，区块链技术的应用可以更好地保护隐私，创建更安全的数据，调节互不信任的设备之间的冲突，提高智能合同的便利性。

第二，人工智能可以将虚拟世界的人从重复的工作中解放出来。目前，人工智能可以通过从大量的数据中学习，进行预测和简单的创作，帮助人们减少重复性任务，快速掌握技能，提高工作的准确性，减少人为的错误。

例如，如果你想在现实世界中学习游泳，你需要游泳教练指导你，一步一步教你分解动作并重复每个动作。在虚拟世界中，人工智能只需要观察游泳者的肌肉运动、细微差别和每个动作的操作时间，就可以对游泳动作数据进行编码，角色可以使用这组代码快速学会游泳。

这种高质量的学习数据将大大提高人类的学习效率。

第三，人工智能可以丰富虚拟世界中的生物形态。目前，人工智能具有一定的创造能力，能够创造出全新的人工智能生物，它们可以在元宇宙中漫游，与人类用户互动，形成互动生态。

除了图像内容，人工智能还可以生成对话文本内容，并将其转换为人类语言，使3D角色能够像人类一样说话。

在元宇宙中，人工智能可以成为创造性活动的重要来源。人工智能在大量学习的基础上，可以学习潮流和风格，然后进行自主创作，创造新的数字资产、艺术和内容。

最后，人工智能具有很强的学习和创造能力，可以有效地改进现有的软件和流程。未来，人工智能将能够实现自身的智能转型，带来智能与技术的大爆炸。

元宇宙是一个由数据组成的世界，它为人工智能提供了丰富的学习材料和加工对象。

随着人工智能的发展，在未来，它们可能成为人类构建虚拟世界的工具。人类只需要输入文字指令，人工智能就可以将其输出到一个完全沉浸式的3D环境中，让人们去探索、研究与互动。

 5G：元宇宙的基本元素 

互联网是元宇宙的基本元素之一。元宇宙是一个开放的生态系统，不受任何公司的控制，在元宇宙中，用户通过互联网彼此连接。

元宇宙的运作需要一个去中心化的计算机网络，它不属于任何单一的实体或政府，也不需要任何此类实体的中央许可才能使用它。

元宇宙的基础是共享数据、共享计算和共享带宽。当它们结合在一起时，它可以扩大人类作为一个物种可以共同完成的事情的范围。

构建完全交互式的3D元宇宙需要大量来自视频和沉浸式声音的纹理媒介，这依赖于 大量比视频等所需的文件类型更加密集的数字文件。

5G上传和下载的速度峰值明显快于4G，可以处理这些较大的文件。越来越多的5G网接入，可以通过提供让数字世界正常运行的速度和能力来支持元宇宙的持续发展。

目前，移动硬件公司也在开发支持5G的设备，这样它们就可以运行现有软件以外的软件，也就是支持元宇宙的设备。

在未来，人们可以在元宇宙中进行各种活动，比如观看音乐会、购物、参观博物馆等，但这种体验仍然受到VR和AR体验程度的限制。

要想获得良好的体验，需要一个更快、更低延迟的网络，以允许大量数据在云服务器和人们的设备之间传输，无论是VR头盔还是人工智能驱动的机器人。

5G，特别是使用毫米波频谱的5G，将开辟包括触觉在内的VR体验、能够与AI主机进行深入对话的AR体验等多种可能性。

元宇宙提供了许多可能性，但这些可能性如何展开取决于5G。元宇宙将需要更快的网络速度和能力来充分优化未来的应用，并持续推动进步。必须注意这些令人困惑的且不断发展的应用程序。元宇宙转换是全球性的，它影响着所有人。

 元宇宙：从地球到宇宙 

在虚拟世界里，不仅生活场景会改变，当个人数字图像成为虚拟世界中人们的化身时，人与人之间的互动方式也会将发生变化。

一个去中心化的虚拟世界如何自我维持？在星链构建的虚拟世界中，DAO（去中心化组织）就是答案。在星链创建的社区中，所有的社区项目都是由居民共同投票决定的，投票系统被称为DAO。

星链DAO是一个没有团队代币或分发的平台，每个成员都有平等的投资者地位。DAO投票系统是一个分散的自治组织，每个持有人都有权创建提案，由持有人共同投票推动项目，投票权重根据用户持有的Starl股份分配。因此，即使没有主人，社区也能维持自己。

这种透明、健康、公平的权力分配方式向世界展示了一种新的做事方式，也许这个虚拟世界的运行规则可以启发人们的思考，开创一种新的趋势，为全世界的人们创造一个更美好的世界。

 星链和SpaceX：连接“虚拟”和“真实”宇宙 

在现实世界中，由埃隆·马斯克领导的美国太空探索技术公司（SpaceX）在探索宇宙、建设卫星网络等方面一直在努力。目前，该公司正在建设星链卫星网络，希望能为全球各个地区提供可靠的高速网络，该项目一旦完成，将极大地推动现实世界的数字化。

如果将现有的太空探索成果数字化，比如利用太空探索技术公司的发射进度和部署数据作为构建星链虚拟宇宙的原材料，将大大提高虚拟宇宙的真实性。

使他们的空间生态更接近现实世界，使真实宇宙与虚拟宇宙能够更好的融合，让两者成为可以交互的平行空间，为用户提供更丰富的体验，同时，真实世界的星系数据也可以为用户提供许多有价值的资源和信息，成为在星链中行星交易的参考。

2020年以来，新冠肺炎在全球蔓延，深刻改变了人们的社会作风、工作作风、娱乐方式等生活各方面。

当现实接触受到限制时，虚拟空间已经成为一种替代选择，这将塑造人们的行为习惯，这种新习惯不可逆转地改变了人们的思维方式和对世界的看法。

虽然无法确定具体的时间，但可以肯定的是，元宇宙时代正以前所未有的势头向人类奔来。

来源：淘梦