Web3 → 元宇宙

Web3.0是结合了去中心化和代币(Token)经济学等概念，基于区块链技术的全新互联网迭代方向 - 维基百科

元宇宙简介

元宇宙的核心在于基于数字孪生、超级运算、人工智能、虚拟现实等科技手段，通过对现实世界的数字化，来加强人际交流和人机交互，提高虚拟现实体验和智能决策水平，最终实现数实结合和虚实结合；
元宇宙本质上是对现实世界的虚拟化、数字化的过程，需要对内容生产、经济系统、用户体验以及实体世界内容等进行大量的改造

相关定义与概念

元宇宙是整合网络通信、拓展现实、数字孪生、区块链、人工智能等多种新技术而产生的新型虚实相容的互联网应用和社会形态，拥有完整的经济逻辑、数据、物体、内容以及IP，是一个永续在线，不断被刷新的实时数字世界，并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑；
「元宇宙」概念始于1992年美国科幻作家尼尔·斯蒂芬森的科幻小说《雪崩》，并在2018年美国科幻电影《头号玩家》中得到演绎，剧中的“绿洲”被广泛认为是元宇宙的原型；

元宇宙定义

元宇宙是基于“通信网络、算力、人工智能、拓展现实、数字孪生、区块链等”多种技术取得较大发展后组合形成的虚拟融合的新型智能互联网，包括在社交系统、生产系统、经济系统上发挥着重要的影响

多方位交叉定义元宇宙

• 时空性方面
  • 元宇宙是一个空间维度上的虚拟而时间维度上真实的数字世界
• 真实性方面
  • 既有现实世界的数字化复制物，也有虚拟世界的创造物
• 独立性方面
  • 是一个与外部真实世界紧密相连，又高度独立的平行空间
• 连接性
  • 是一个把网络、硬件终端和用户囊括进来的一个永久的，广覆盖的虚拟现实系统

元宇宙的发展方向

• 虚拟世界
  • 结合数字内容创造、3D渲染、XR、AI等技术实现较高的沉浸式虚拟世界
• 去中心化的领域
  • 基于区块链设施结合NFT、GAMEFI、DAO和DEFI的应用逻辑实现新型生产关系和生产要素的去中心化权重的Web3领域
• 去中心化技术
  • 区块链 - 元宇宙技术基础设施
    • 涉及范围：物联网、云计算、5G网络、大数据、人工智能
    • 特征：去中心化、开放性、独立性、安全性、匿名性
    • 本质：一种数据以区块为单位产生和存储、并按照时间顺序收尾相连形成链式结构，同时通过密码学保证交易不可篡改、不可伪造及数据传输访问安全的去中心化账本、存储于区中的数据或信息
    • 关键技术：对等网络、密码学算法、共识算法、账本存储模型、智能合约和虚拟机、区块链治理。其中密码学算法与共识算法是最核心的关键技术；
    • 元宇宙的区块链：区块链实现了自治、让参与方、中心系统按照公开算法，规则形成一种自动协商一致的机制。元宇宙不只是体验者，也是内容创作者，因为区块链的存在，内容也是创作者的资产(形成NFT)，激发用户的创作和参与热情；
  • NFT 技术
    • 概述：通证(Token)是区块链系统中应用最广的技术，非同质化通证(Non-Fungible Token， NFT)是通证的一种，区块链系统中描述唯一性实物资产的技术；
    • 区块链中的NFT
      • 生态：元宇宙中所有的动作行为和客体都可以通证化，根据数字实体特征，主要包括三类，数字化指代、虚拟实体、虚拟原生实体
      • 业务展望：元宇宙的NFT将拥有更广泛的使用场景，零售服务行业，社交活动、社交媒体市场、多人游戏、NFT借贷平台、赏金、抵押贷款、DeFi等；
  • 云计算发展趋势
    • 混合多云：由多个云服务组成，公有云和私有云相结合的云计算方法，其来自多个云供应商的公共云或私有云
    • 分布式云：将公有云服务分布到不同的物理位置，而服务的所有权、运营、治理、更新和发展仍然由原始公有云提供商负责
    • 算网融合：核心是通过自动化和智能化的调度与编排，使用户在任何场景下无感知的将计算需求与云端多级计算服务能力连接适配，实现算力产生、调度、交易、消费的闭环，形成算网一体的新型可信共享计算服务模式

元宇宙发展阶段分析

• 初级阶段：以炒概念圈资本为主，以游戏的形式出现，通过大型的沙盒模拟引擎，实现对应的元宇宙概念应用；
• 过度阶段：以虚拟现实VR、AR为主，通过视觉沉浸的方式，进一步的优化元宇宙的应用；
• 沉浸阶段：脑机接口技术普及，达到可以通过电信号模拟使得大脑产生不同的真实画面，通过控制神经及大脑使得使用者睡眠；

元宇宙核心特征

• 沉浸式体验
  • XR技术的发展拓展实现了技术与脑机技术的不断发展帮助元宇宙实现无处不在的沉浸感，替代手机成为无处不在的入口
• 虚实互动
  • 数字孪生等技术通过模拟和复制物理世界，从而拓展数字世界的边界，元宇宙实现将自然人作为生产主体、逐渐转换为人类+机器人+AI结合的形式，极大加强生产力
• 组织和治理
  • 组织监管：去中心化的组织离不开有力部门的监管，后期将逐渐形成政府协作联合治理的体制，即实现了符合元宇宙特征的法律-「代码即法律，法律即代码」
• 新的经济形态
  • 基于区块链的数字货币、非同质化代币(NFT)与各领域打通会支撑诸多元宇宙的新经济格局，也包括其他领域的不断推进加快了区块链的新格局产生(如Fi+的不断尝试(DeFi/GameFi/SocialFi等))
• 虚拟生命
  • 元宇宙会促进全域身份认证的诞生，需要为个人、资产和组织提供跨平台一致且值得信任的数字身份，元宇宙中的虚拟身份未来会成为新的消费主体，逐步成为虚拟世界的概念

元宇宙六大核心技术群

硬件技术

主要是芯片技术，芯片技术是未来元宇宙的一个核心技术；
主要包括：CPU、GPU、基带芯片、传感器、人工智能芯片；

接入技术层

是元宇宙的入口
主要包括：VR眼镜、头盔显示、脑机接口、裸眼3D，全息等

基础软件

包括操作系统、数据库、编译器、通信协议等

去中心化技术

即是所说的区块链技术，区块链技术主要实现的就是四个功能：数字身份、数字资产、数字货币和数字交易；
主要包括：区块链、NFT、数字货币，在元宇宙中通过区块链来搭建经济体系，随着元宇宙的进一步发展，元宇宙中的经济体系也会得到进一步的升华；

数字创作技术

包括数字孪生、数字原生和虚实共生，数字孪生技术就是把现实的世界通过数据的采集映射到虚拟世界中；
数字孪生构建的虚拟世界，是对物理世界的孪生仿真，其中包括自然环境和人造环境，也包括人类社会主体及其行为的孪生仿真；

数字孪生

数字化转型遵循由实到虚，使用数据对真实物理世界进行进准复刻，打造数字模型，实现对物体实体模型的设计决策和跟踪检测；
数字孪生解决由实到虚的连接问题；数字孪生在数据整合、分析的基础上，在数字空间试试构建物理对象的数字化模型，实现由实到虚；可以将现实世界镜像到虚拟世界中去，即可以在元宇宙里看到很多自己的虚拟分身；
物理信息传递到虚拟世界后，通过模拟、验证、预测和控制物理实体全生命周期行为，进行最优化决策以提高效率，最终实现虚拟实体对物理实体的反馈赋能。由此可见，数字孪生解决方案已经初具产业元宇宙赋能产业、降本增效的雏形；

应用开发技术

优先实现的应用是游戏、社交、媒体、广告等

元宇宙场景分析

• 元宇宙购物
  • 头号玩家中，主角想要购买新衣服与设备时不需要现场试穿和试用，在虚拟世界中体验后便可选择直接送货上门
• 元宇宙教育场景
  • 教育资源智能化
    • 知识丰富的AI教师、智能分析考研提升，根据知识图谱设置个性化、自定义教学场景构建
  • 透明公正的教育环境
    • 基于去中性化的体制，将教学评价机制、学生作品和证书去中心化存储，还可以搭配NFT模式颁发，相关信息基于区块链存储后不可更改
  • 实镜远程教育
    • 提供3D互动的平台和内容，可以在XR等各种新型设备上使用，以提供沉浸式3D交互体验，每个用户都有3D身份和形象

元宇宙产业链图解

元宇宙技术路线

元宇宙核心技术

• 算法与算力
• 通信和网络技术
• 区块链
• 交互技术
• 数字构建

通信与网络技术

元宇宙的相关实现基本都依赖于现有的5G、WiFi6乃至更新一代的通信技术，更高网速、低延时、高可靠、低功率和海量连接才可以满足「元宇宙」所需；

• 场景分析
  • 消费需求
    • 高清3D渲染
    • 云游戏
    • 虚拟线上活动
  • VR需求
    • 立体
    • 互动
    • 实时
  • 5G、WiFi6+
    • 宽带
    • 时延
    • 可靠
• 网络技术浅析
  • 在现在成熟的普遍的4G、WiFi可以实现部分意义上的沉浸式体验，算力也依赖于中心云和边缘云
  • 随着后续的5G、WiFi6+、交互方式、端边云融合等技术的不断突破将解锁更多的相关产品体验

区块链

目前区块链已经发展至NFT阶段，开启了数字内容资产化时代

• 主要特征
  • 分布式账本
    • 交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，且每个节点都记录着完整的账目，因为他们都可以参与监督交易的合法性，同时也可以共同为其作证
  • 非对称加密
    • 存储在区块链上的交易信息是公开的，但账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才可以访问到，从而保证了数据的安全性和个人隐私
  • 共识机制
    • 所有记账节点之间都会通过该机制去达到共识，认证一个记录的有效性，这既是认证手段，也是防篡改的手段
  • 智能合约
    • 基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行预先定义好的规则和条款
• NFT可能解决元宇宙生产资料和资产所有权的问题
  • 非同质化代币是一种存储在区块链(数据账本)上的数据单位，它可以代表艺术品等独一无二的数位物品。其是一种加密代币，但比比特币等加密代币不同，NFT不可互换

算力

算力是数字化时代最重要的生产力，元宇宙世界的新能源，可以简单分为基础算力、AI算力和超强算力

数字孪生 - 数字构建核心

基于物联网数据，通过人工智能和大数据分析构建现实物体与环境的全面信息感知，建立物理世界和虚拟世界之间的实时、动态、全面联系，最终愿景是对整个星球的智慧感知与动态拟真

• 数字孪生主要领域
  • 数字孪生空间建设
    • 制造业：通过构建的孪生厂房把实体工厂的每个车间、每条流水线、每个设备人员等进行模拟，从而全面掌握生产过程，及时发现和优化突破相关瓶颈和流程模式
    • 城市管理模式：对城市进行全景可视化和动态智能管理，实现对复杂状况的实时监控和智能分析与模拟预测，从而优化相关模式
    • 农业领域：传感器可以实时获取土壤、气候等农作物的信息，从而掌握和分析农作物的相关规律，监控健康状况
    • 智能建筑：打造虚拟建筑、施工优化、智能家居等
    • 医疗领域：通过分析历史数据库与相关设备如传感器构建患者的数字模型、以便于提前发现疾病的迹象和模拟手术预演和医疗协作，甚至分析相关解决方案等
    • 孪生地球：通过对相关数据的分析，在构建的孪生地球上模拟相关气候、地质、物种等的动态预测变化，做出相关预测结论，提前预防相关事件

感知交互技术

• 拓展现实技术
  • 通过佩戴相关设备如XR眼镜头盔、智能手环等设备进行信息采集，同时通过头显设备做出显示，完成交互
• 脑机接口思路
  • 通过体内植入或头部外接的形式，直接采集脑电波或电信号、再经过计算、编译等步骤，完成人机交互

感知交互 - 人机交互

• 眼部交互
  • 原理就是在开发引擎中，将实现范围设置为圆锥形状的物体，配合XR设备进行各种物体的碰撞检测，一旦检测到碰撞就视为用户的视线落到了物体上，然后进行相关眼控交互
• 手势交互
  • 常规的VR还需要依赖于相关设备进行控制交互，在未来将会通过手势交互来代替相关设备的交互，就和现在的智能手机代替了旧版本的按键交互
• 语音交互
  • 语音交互更趋近于人与人之间的交流方式，今年技术的发展和相关突破，在虚拟世界发展的主线上更自然化、人性化和个性化
  • 发展：GUI（Graphical User Interface，图像交互）到VUI（Voice User Interface，语音交互）再到 DUI(Dialogue User Interface，对话交互）
• 脑机交互
  • 在有机生命形式的脑或神经系统与有计算或处理能力的机器之间，创建用于信息交互的连接通路，实现信息交换与控制，就和复杂的神经网络类似，通过将大脑中的一千亿个神经元组合，从而实现人体的所有交互
  • 马斯克声称已将自己的大脑上传到云端，并和虚拟版的自己交互，并创建了一家名为「Neuralink」的神经技术公司，致力于开发一种脑机接口，允许计算机将 一个人的想法转换为行动，通过思考就可以完成肢体动作 - 在人脑中注入计算机芯片进行信息采集与控制