拯救XR，蘋果力不從心
來源 | 光子星球撰文 | 文燁豪 編輯 | 吳先之 蘋果終于呈上了它的“答卷”。 北京時間6月6日凌晨，蘋果2023年全球開發(fā)者大會（WWDC）如期舉行。作為蘋果CEO庫克口中&ld
2021年可以被稱為“元宇宙”元年。繼2021年3月沙盒游戲平臺Roblox將“元宇宙”概念放入招股書中，被稱為“元宇宙”第一股后，F(xiàn)acebook更名為Meta, 引發(fā)全球范圍內(nèi)資本市場和業(yè)界的廣泛討論，形成元宇宙現(xiàn)象。邁入2022年，元宇宙仍然熱度不減。2021年底上海市正式將元宇宙納入電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃，新年伊始各地陸續(xù)召開的地方兩會中“元宇宙”也成了熱詞。
1. 元宇宙的起源、定義及特征
起源
元宇宙的概念最初來源于1992年出版的美國科幻小說《雪崩》，書中描述了一個平行于現(xiàn)實世界的網(wǎng)絡世界 – Metaverse, 所有現(xiàn)實世界的人在Metaverse中都有一個替身（Avatar）。真實世界的人通過控制其替身，在Metaverse中進行人際交往和競爭以提升自己的地位。Metaverse 由“meta”和“universe”兩個詞組成，意為超越/元宇宙。2021年3月，沙盒游戲平臺Roblox將“元宇宙”概念放入招股書中，被稱為“元宇宙”第一股，隨后Facebook更名為Meta, 進一步引發(fā)全球范圍內(nèi)資本市場和業(yè)界的廣泛討論，形成了“元宇宙”現(xiàn)象。
定義及特征
目前針對元宇宙還沒有公認的定義，從業(yè)界針對元宇宙的諸多討論來看，元宇宙是由包括區(qū)塊鏈、AI、交互傳感技術(shù)等集成類技術(shù)賦能的一個實時在線網(wǎng)絡，是數(shù)字和物理世界相互作用下形成的有機生態(tài)體系，對生活、工作、商業(yè)、經(jīng)濟帶來深遠影響 。
綜合來看，我們認為元宇宙具備如下幾大核心特征：
元宇宙生態(tài)
元宇宙是一個由多種技術(shù)構(gòu)成的生態(tài)體系，它包括感知交互設備、網(wǎng)絡傳輸、芯片算力等基礎(chǔ)硬件，以及在此基礎(chǔ)上，由人工智能、區(qū)塊鏈、云服務等核心技術(shù)共同構(gòu)建的數(shù)字世界。元宇宙在消費者端（to C）、企業(yè)端（to B）、政府端（toG）都可以被廣泛使用，對娛樂、購物、遠程辦公、金融、制造業(yè)、城市治理、研發(fā)等領(lǐng)域帶來深刻影響（圖1）。同時，元宇宙帶動的經(jīng)濟和商業(yè)模式的變革，也必將催生新的產(chǎn)業(yè)，形成新業(yè)態(tài)和新物種。
2. 元宇宙基礎(chǔ)硬件
感知交互設備
目前元宇宙產(chǎn)業(yè)對于交互設備有兩種比較主流的思路，第一種是通過可穿戴設備如XR頭盔、智能手環(huán)、電子皮膚等設備采集人體活動信號，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(nèi)植入或頭部外接的形式，直接采集腦電波或電信號，再經(jīng)計算、編譯等步驟，完成人機交互。以XR設備為交互媒介的研究起步較早，2012年就有比較成功的商用案例，行業(yè)中業(yè)已研發(fā)出了應用于頭部顯示裝備的Inside-out光學跟蹤系統(tǒng)和基于手柄在六自由度運動軌跡（三維空間中動作所包含的前、后、左、右、上、下六個維度）的6DOF動作跟蹤技術(shù)，形成了目前行業(yè)較為成熟的“Insideout+6DOF”的空間定位加動作捕捉解決方案，在Oculus Quest 2、Pico Neo 3和三星Odessey等XR設備上普遍應用。據(jù)IDC統(tǒng)計，2020年全球虛擬現(xiàn)實終端出貨量約為710萬臺，預計2024年終端出貨量將達到7670萬臺。4 而腦機接口的概念目前還處于實驗狀態(tài)，尚無成功商業(yè)落地的案例，因此從技術(shù)儲備角度來看，XR設備是目前最有希望實現(xiàn)元宇宙現(xiàn)階段發(fā)展需求的交互設備，也成為未來元宇宙基礎(chǔ)建設的重點。
網(wǎng)絡傳輸
元宇宙最大的特點就是完全沉浸感，因此高分辨率、低時延的畫面?zhèn)鬏攲υ钪骟w驗來講是必須項，這對于網(wǎng)絡傳輸?shù)膸挕⒀舆t提出了新的需求，同時元宇宙內(nèi)數(shù)以億計的交互用戶量級將對網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃蕴岢龈咭蟆Ｄ壳爸髁飨M級XR設備分辨率均為2K，部分可達到4K分辨率，但距離理想元宇宙終端至少8K的分辨率還有一定距離。4K分辨率下，經(jīng)H.265標準壓縮比壓縮后，4K內(nèi)容需要的理論傳輸速率需要在12到40兆每秒之間5。根據(jù)中國信通院2021年調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，我國4G移動網(wǎng)絡在重點城市場景中的實際數(shù)據(jù)下載速率整體穩(wěn)定在40兆到80兆每秒之間，5G移動網(wǎng)絡在各重點路段平均下載速率整體穩(wěn)定在600兆至1000兆每秒之間6，可以滿足移動4K分辨率XR設備的對于網(wǎng)絡帶寬的要求。而8K的分辨率是7680×4320，是4K分辨率的4倍，經(jīng)H.265標準壓縮比壓縮后，8K內(nèi)容需要的理論傳輸速率約288至960兆每秒7，遠高于目前我國4G移動互聯(lián)網(wǎng)的平均下載速度。
芯片算力
元宇宙需要大量高質(zhì)量的、獨特的、并且可供自由探索的內(nèi)容豐富和填充其數(shù)字世界，僅靠用戶生成內(nèi)容（UGC，User Generated Content）和平臺生成內(nèi)容（PGC，Platform Generated Content）是遠遠不夠的，隨著人工智能算法的不斷優(yōu)化，芯片所提供的算力不斷提升，人工智能生成內(nèi)容（AIGC，AI-GeneratedContent）逐漸成為業(yè)界對于海量內(nèi)容創(chuàng)作的主要解決方案。但是AIGC需要強AI的支持，目前主流的人工智能訓練多是基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的深度學習網(wǎng)絡，計算量極大，因此業(yè)界通常會選擇利用更高算力的處理器對訓練過程進行加速。
3. 元宇宙核心技術(shù)
區(qū)塊鏈
元宇宙中數(shù)字身份、游戲道具或?qū)Ｓ酗椘返染哂形ㄒ恍院筒豢蓮椭菩缘臄?shù)字資產(chǎn)在元宇宙世界中的交易和流通則更為復雜，因此基于區(qū)塊鏈技術(shù)的非同質(zhì)化代幣（NFT，Non-fungible Token）概念被廣泛應用于此。NFT技術(shù)是區(qū)塊鏈技術(shù)的一個分支，通過將記載著交易信息的憑證電子化，使其可以在區(qū)塊鏈上儲存，并通過區(qū)塊鏈的共識機制廣播至全鏈路確保其實時性和不可篡改性。同時NFT還兼具不可分割、不可復制和唯一性等特征，使其在特殊數(shù)字資產(chǎn)的確權(quán)和交易上有著廣闊的發(fā)展空間，2020年NFT市值達到3.38億美元，同比增長139%，并且截至2021年3月NFT作品單筆成交額最高達6934萬美元（Beeple Everyday, March11th,2021）9。隨著元宇宙概念的興起和人們對于個性化意識的日益提升，NFT概念及其技術(shù)的發(fā)展將會受到持續(xù)關(guān)注。
人工智能
人工智能作為元宇宙的技術(shù)支撐近年來發(fā)展迅速，以美國為首的發(fā)達國家利用互聯(lián)網(wǎng)和科技巨頭大力布局人工智能產(chǎn)業(yè)，已形成較為完善的AI技術(shù)生態(tài)。中國起步稍晚，但得益于人口基數(shù)大，數(shù)據(jù)積累上有天然優(yōu)勢。數(shù)據(jù)量規(guī)模對于算法訓練、人工智能具有十分重要的意義，我國已明確將數(shù)據(jù)作為新時代重要的生產(chǎn)要素10。隨著國產(chǎn)化進度的不斷提升，我國在人工智能領(lǐng)域也具有巨大發(fā)展機遇。
云技術(shù)
在算力方面，元宇宙作為完全數(shù)字化虛擬時空，其中人、機、物及其之間的交互都需要依賴相當高的算力，同時作為完全擬真世界，全時域?qū)崟r穩(wěn)定運行對于服務器的可靠性也提出了相當高的要求，普通本地中心化IDC無法滿足，而云計算作為架設在分布式機群上的計算平臺，在滿足元宇宙對于高算力和穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，還兼顧低延遲和不同地區(qū)定制化配置的需求。在存儲方面，元宇宙是基于區(qū)塊鏈技術(shù)來搭建價值和交易體系的，而區(qū)塊鏈的本質(zhì)是通過分布式賬本達到去中心化交易。因此基于云端的分布式計算集群更契合區(qū)塊鏈的去中心化交易思維，同時也避免單個區(qū)塊鏈節(jié)點數(shù)據(jù)過量儲存的問題，同時分布式的數(shù)據(jù)儲存可以通過相互備份形成類似“raid陣列”效果保護數(shù)據(jù)整體一致性，提高數(shù)據(jù)丟失容錯率和數(shù)據(jù)恢復操作空間。在渲染方面，元宇宙作為主打“隨時、隨地”輕量化概念的世界級應用，需要大量的算力進行圖片渲染和物理碰撞模擬，對于終端的性能和承載能力有著極高的要求，有悖于元宇宙“anywhere，anytime”的輕量化設計初衷，也不利于市場推廣，因此利用云渲染可動態(tài)分配算力的優(yōu)勢，分離運算端和顯示端，在云端完成畫面渲染然后利用最近CDN以低延遲推送畫面到終端才是未來云計算在元宇宙的技術(shù)發(fā)展方向。
數(shù)字孿生
數(shù)字孿生作為仿真和模擬領(lǐng)域的前沿技術(shù)，與元宇宙構(gòu)造現(xiàn)實社會的拓展和延伸的概念高度相符，成為元宇宙在虛擬世界中構(gòu)建現(xiàn)實世界數(shù)字孿生體的基礎(chǔ)應用，將極大程度提升元宇宙的構(gòu)建效率與真實體感。隨著底層技術(shù)的發(fā)展和元宇宙概念的火爆，數(shù)字孿生的概念逐漸走入人們的視野，業(yè)界也在積極探索其應用。微軟公司就曾在其模擬游戲《微軟模擬飛行2020》中通過與奧地利初創(chuàng)公司Blackshark.ai合作，基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生技術(shù)生成地球3D數(shù)字孿生體，為玩家提供提供結(jié)合地理空間數(shù)據(jù)和三維模擬環(huán)境的飛行體驗。而美國的Nvidia公司基于現(xiàn)實世界物理定律和邏輯，構(gòu)建并發(fā)布Omniverse開放式創(chuàng)作平臺，利用其強大的PhysX物理模擬引擎和RTX光線追蹤技術(shù)為創(chuàng)作者提供了構(gòu)建數(shù)字化現(xiàn)實世界的技術(shù)平臺，降低了數(shù)字孿生的創(chuàng)作門檻。不僅如此，Nvidia還開發(fā)了Omniverse Avatar工具平臺，集成了基于NLP算法的語音識別與交互、人工智能、視頻渲染等前沿技術(shù)，為基于現(xiàn)實人物照型構(gòu)建虛擬數(shù)字人提供了工作平臺。
4. 元宇宙的十個應用場景展望
十八世紀“科幻小說之父”凡爾納曾在小說中暢想過潛艇和火箭，當時天馬行空的想象如今早已成為現(xiàn)實。人類也許將見證新的科幻照進現(xiàn)實，元宇宙世界正在從科幻小說中逐步脫胎成型。元宇宙技術(shù)雖然仍處于早期，但一旦落地也可能對諸多行業(yè)帶來深遠影響。元宇宙在以下十個領(lǐng)域的應用場景尤其值得期待，包括娛樂、社交、零售、制造業(yè)、金融、醫(yī)療、遠程辦公、教育培訓、研發(fā)、城市治理等。
5. 機遇與挑戰(zhàn)
2021年12月，上海市經(jīng)信委印發(fā)《上海市電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》提出，要加強元宇宙底層核心技術(shù)基礎(chǔ)能力的前瞻研發(fā)，推進深化感知交互的新型終端研制和系統(tǒng)化的虛擬內(nèi)容建設，探索行業(yè)應用。這也是元宇宙首次被納入地方“十四五”規(guī)劃。2022年新年伊始，合肥、武漢等地相繼召開地方兩會，將元宇宙寫入政府工作報告中，杭州、無錫、北京、成都等城市也紛紛提出以產(chǎn)業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等方式切入賽道，布局元宇宙。
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