元宇宙:元宇宙的四個關鍵技術_LUS

元宇宙在2021年得到市場的重點關注。許多企業都紛紛進軍元宇宙，包括知名國際科技公司例如Meta、微軟、英偉達等等。除了國際巨頭外，國內巨頭也有不同程度的布局，例如騰訊、字節跳動、阿里巴巴等等。

如今，元宇宙的發展依然處于探索之中，仍沒有確切的定義，但我們能夠確定一些元宇宙的關鍵技術，當中包括運算技術、展示技術、傳輸技術以及建模技術等。

運算技術

運算主要取決于兩個因素，一個是硬件（芯片），另一個則是算法或是運算的方式。元宇宙運算的方式很大程度上需要依賴云計算。因為展示設備不宜過大，這就決定了展示設備難以獨自承擔元宇宙需要的運算，這時候云計算就派上了用場。

元宇宙的建設需要龐大的算力，這也會間接推動芯片的發展。AMD的CEO蘇姿豐表示，我們正處于一個高性能計算大爆發的時期，這推動了更多計算的需求，以支持那些影響著我們生活中方方面面的服務和設備。

2021年11月9日，英偉達在GTC全球技術峰會上，向市場發布了一次重大的業務更新公告，即英偉達未來會為元宇宙提供基礎技術服務，例如芯片。同樣從事圖形顯卡（GPU）開發的AMD，近期也開始為元宇宙開拓者服務。11月9日，AMD宣布Meta（前稱Facebook）成為其業務伙伴，未來Meta將會采購AMD的芯片，來滿足Meta從“社交媒體”轉型為“元宇宙”公司后對于數據中心以及算力的龐大需求。

VR/AR 產品的崛起也會帶動最核心的元件——芯片的發展。類似于汽車芯片，如今的VR/AR 芯片已經出現了脫離手機，走向獨立和定制化的趨勢。

此前因VR/AR 產品小眾化，鮮少有科技公司專門為其設計芯片。例如2018 年 Oculus 和小米聯手推出了 VR 一體機產品 Oculus Go（國內叫小米 VR 一體機），這款機器使用的是高通2016年推出的移動平臺處理器旗艦芯片驍龍 821。

Meta元宇宙部門Reality Labs一季度虧損40億美元:4月27日消息，Meta元宇宙部門Reality Labs今年第一季度虧損了40億美元，且Meta預計不僅會持續全年虧損，今年的虧損還將超過2022年。但Meta首席執行官馬克·扎克伯格（Mark Zucker berg）表示，有關Meta正在遠離元宇宙的說法是錯誤的。此前報道，RealityLabs在2022年全年虧損總額達137億美元。（TheBlock）[2023/4/27 14:29:41]

此外，2014年的Oculus Rift DK2的熒幕采用三星 Galaxy Note 3 的屏幕。可見在早期時候， VR/AR硬件主要依賴著手機相關的供應鏈。

但隨著市場的擴大，VR/AR 產品周邊的技術鏈也會得到蓬勃發展的機會，尤其是芯片。2018年，高通公司發布了 XR1芯片，一個針對VR/AR 產品所設計的芯片。如今大賣的Oculus Quest 2采用的是高通XR2芯片（XR1的第二代）。Oculus Quest 2的大賣也促使高通逐漸在VR/AR 技術鏈發力。傳聞高通在XR2 成功之后成立了專門的部門以及團隊持續設計針對 VR / AR 設備的芯片。

另一方面，像蘋果、Meta、Magic Leap 等技術巨頭有可能繼續走自研和定制的方向。據外媒報道，蘋果在 2020 年已經完成 VR/AR 芯片的設計，并委托臺積電進行 5nm 先進制程生產芯片。從高通到蘋果，都已經在芯片這個核心領域傾注心力，未來可以預見的是VR/AR 產品的芯片將迎來一個加速發展的時期。

虛擬世界的運行離不開強大的運算能力，云計算會因為人們持續建設元宇宙而得到十足的發展。元宇宙的數據量爆發導致算力需求激增 ，云計算被認為是元宇宙最重要的基礎設施之一。依靠普通百姓的計算機設備來運行元宇宙龐大的代碼是不現實的，而云計算則是一個很好的解決方案。

The Sandbox聯創：元宇宙需要“開放”:3月1日消息，The Sandbox首席運營官兼聯合創始人Sebastien Borget強調，Roblox和堡壘之夜等其他元宇宙平臺不允許用戶在不同平臺之間自由移動數字資產。Borget稱，用戶對這些內容擁有真正的數字所有權是至關重要的，他們是自己虛擬形象的真正所有者，也是他們的可穿戴設備、裝備、土地、房屋以及他們創造和賺取內容的真正所有者。創作者應該獲得“他們所帶來的收入的95%或100%，因為他們為開發做出了貢獻。（Decrypt）[2023/3/1 12:36:28]

連接進入元宇宙中，我們需要輸入“參數”，即前往哪里，下哪些指令等等，就好比打游戲敲鍵盤輸入指令。人們進入元宇宙中所輸入的參數遠比敲鍵盤所產生的的指令要復雜許多，傳感設備采集我們的“輸入參數”，丟到云端中進行運算再轉換成元宇宙能理解的參數，從而讓元宇宙里虛擬化的我們能夠動起來或是下指令。

傳達完了指令，接下來是元宇宙的建模部分。元宇宙中的一切物體，建筑等都是虛擬化的。這涉及到了建模的部分。英偉達曾經在其線上GTC大會中穿插了幾秒“假的”黃仁勛以及背景。需要30多位工作人員先使用RTX光線追蹤技術掃描黃仁勛，拍攝幾千張各種角度的黃仁勛以及廚房照片，在英偉達開發的虛擬協作平臺Omniverse中建模“廚房”，最后通過AI結合，以假亂真。僅僅只是搭建一個廚房就需要大量的數據來生成以及模擬，更何況是一個世界。想要搭建一個逼真且龐大的元宇宙世界，就需要強大的云技術來支持強大的模擬能力。

人類連接進元宇宙需要得到一定的“反饋”，云技術經過一定的運算之后再把“反饋”傳回給我們手邊的設備，從而給予我們一定的感知反饋。

沙特Neom新城科技部門今年已在元宇宙和AI應用投資10億美元:9月30日消息，由沙特王儲小薩勒曼主導的“Neom”新城建設項目科技子公司NEOM Tech&Digital首席執行官Joseph Bradley表示，2022年已在元宇宙和人工智能應用投資10億美元，其中包括一個元宇宙平臺。此外，公司還將更名為Tonomus，因為NEOM致力于將人工智能技術整合到其零碳城市The Line的建設中。該元宇宙平臺將幫助來自世界各地的人們在實際投資這座城市之前進行虛擬訪問。

此前，沙特王儲宣布將斥資5000億美元用于Neom新城建設，建立一個高度自動化、使用太陽能和風能等清潔能源的城市。[2022/9/30 6:04:55]

許多科技公司也都積極布局相關設施。例如Unity 最新推出了Unity 云端分布式算力方案。根據Unity官方的說法，該方案可以節省高達 70% 以上的運算時間。在提高整體運算效率的同時，也降低了對本地計算資源的損耗，大大節省了成本。

Unity云技術解決方案

從計算角度來看，元宇宙未來會是是一種“云-邊-端”協同的模式。然而目前來看市場上無論是云端還是終端，主流芯片的算力儲備遠遠滿足不了元宇宙應用的要求。特別是端側算力瓶頸巨大，這是因為端側不僅承擔了部分智能感知算法，且更重要的是承擔了最核心的虛實融合的真實感圖像渲染算法，這類算法算力要求巨大且要求超低功耗，目前主流的端側計算芯片（顯示設備上的芯片）均不滿足如此嚴苛的技術指標。

V神：“元宇宙”會發生，但不認為現有公司打造的元宇宙有前景:7月31日消息，V神在其社交平臺討論元宇宙話題時表示，“元宇宙”會發生，但他不認為現有公司刻意打造的元宇宙有前景。[2022/7/31 2:49:22]

彭博社此前預測元宇宙在2024年將成為一個8000億美元的市場。當中許多基礎設施都會達到3000億美元的市場。由于運算相關技術是元宇宙最重要的元素之一，因此保守估計將達到1000億美元的市場。這也就促使了許多公司例如英偉達、AMD、Unity等公司積極布局相關的業務。

彭博社對元宇宙市場的預測

來源：彭博社

展示技術

將元宇宙展示給人們觀看的技術離不開虛擬現實（VR/AR）。作為連接現實世界與元宇宙的重要橋梁，如今該技術已經得到了許多人的關注以及進軍，當中不乏知名大科技企業。

“All in”元宇宙的Meta公司早些時候推出了Oculus系列產品。而2020年推出的Oculus Quest 2被許多知名科技網站評為最值得入手的虛擬現實設備，且其售價僅有299美元。可以說Oculus Quest 2是如今性價比最高的虛擬現實設備。Oculus Quest 2的推出也幫助Meta公司占據了75%以上的市場份額（2021年第一季度的出貨量）。

除了Meta公司之外，微軟也有自己的虛擬現實設備，稱為HoloLens，如今已經迭代至第二代了。HoloLens第二代產品的售價為3500美元，在性價比方面較Meta公司的Oculus Quest 2有一定差距。

萬向區塊鏈實驗室與德必集團、上海泰砥共建“外灘元宇宙中心”:3月4日消息，德必集團、萬向區塊鏈實驗室、上海泰砥在上海簽訂戰略合作備忘錄，“外灘元宇宙中心”亦于當日同時在德必外灘8號WE揭牌。同時，未來在外灘元宇宙中心空間的基礎上，上述三方還將不斷努力匯集元宇宙相關產業人才與技術，針對性設立元宇宙投資基金，也將定期舉辦元宇宙概念展覽及主題場景體驗活動。[2022/3/4 13:37:52]

蘋果也在積極研究虛擬現實設備，有望在2022年推出產品。擅長軟硬結合的蘋果未來入局此領域，勢必會是一個強大的對手。2021年5月，蘋果公司也以1億美元收購虛擬現實公司NextVR，以增強其在娛樂和體育領域的VR實力。

百度公司副總裁馬杰在XR國際論壇上表示，未來百度將會支持元宇宙、VR技術的發展。2021年10月19日，中國聯通董事長劉烈宏在2021世界VR技術大會上表示，中國聯通將推動VR技術的加速發展。

據IDC數據顯示，全球VR設備出貨量正在提速，預計2021-2025年全球VR頭顯出貨量將保持41%的年復合增速，預計2021年的出貨量將由2020年的670萬臺提升到850萬臺，2025年更是將達到2860萬臺。

元宇宙的定義是為用戶提供身臨其境的體驗，如果沒有展示技術，那么元宇宙對于人類來說是一具空殼。某些技術正在等待元宇宙能夠提供更加好，進一步的虛擬體驗，例如虛擬會議、虛擬購物、虛擬試衣等等。通過讓購物者克服網上購物的障礙，在舒適的家里就可以選擇最適合他們的商品。

然而如今的障礙主要在于設備的高昂價格，例如VR頭顯，對于大多數人來說并不是最實惠的選擇。如今最親民的設備為Oculus的Quest 2設備，然而其售價也需要299美元（約合1892人民幣元）。隨著展示技術的完善，那么相關設備的價格也會逐步下降，降落至普通老百姓可以負擔的范圍。

目前的展示技術軟肋在于無論是顯示器件還是圖像處理與渲染算法，尚不能完全滿足元宇宙應用的技術指標要求。市面上主流的AR/VR顯示器件大多存在著重量大，功耗大，解析度差，色偏嚴重，常伴有眩暈感等問題，要獲得一款又輕又好的顯示模組，需要材料學與光學的重大突破。展示技術仍然需要一定的時間去沉淀、發展。

通訊技術

元宇宙的一個重要元素是可以與人們連結。元宇宙是基于VR/AR技術實現互動體驗，但VR/AR技術需要消耗大量數據，那么將數據傳輸至云端計算再反饋至設備就是一個很好的方案。然而如今的技術難點在于實現低延遲的連接，這對通訊技術尤其是5G提出了更高的要求。

以往的Oculus 頭顯（例如Oculus Go）基本上都是搭配使用一個智能手機來渲染運算它們的世界，這使得它們變得沉重、發熱，并且圖形效果比 PC 或游戲機所能提供的要差得多。雖然如今最新的Oculus Quest 2則是不需要連接手機，自己就能自行運算，但質感仍然粗糙。顯然要AR/VR設備完全運算虛擬世界的渲染以及運行是不現實的。我們可以借助云計算，將重要輸入參數發往云端，再接收輸出參數。

而有了更快速的連接方式例如5G，AR/VR設備將能夠遠程渲染它們的圖形，進一步將結果快速地發往我們的AR/VR設備再顯示，就像顯示器和傳感器集合一樣。

但是，想要實現這一目標，我們需要大約 7 毫秒以下的可靠延遲和另一種稱為移動邊緣計算的技術。為此，我們需要獨立的 5G 網絡來實現此技術。

移動邊緣計算（MEC）可在蜂窩網絡邊緣實現云計算能力和 IT 服務環境。MEC 背后的基本思想是，通過在更靠近蜂窩客戶的地方運行應用程序和執行相關處理任務，可以減少網絡擁塞并提高應用程序的性能。MEC 技術旨在實現在蜂窩基站或其他邊緣節點，并為客戶提供靈活、快速的新應用和服務部署。

5G在過去兩年中非常火熱，許多人探討了其應用場景，元宇宙會是5G大展拳腳的重要應用場景。5G、6G等相關的通訊技術會在元宇宙風潮下得到莫大的發展，元宇宙也會因5G、6G等相關的通訊技術快速發展進而提供更加真實的虛擬體驗給人們。

元宇宙計算通過5G以及更加先進的通訊技術獲得的更多帶寬值意味著元宇宙虛擬世界渲染可以在邊緣設備上完成并傳輸到用戶的VR/AR設備上，這意味著隨著通訊技術的持續進步，未來幾年VR/AR設備的尺寸可能會進一步縮小，讓用戶使用起來更加舒適。

建模技術

要成為一個真正的沉浸式平臺，元宇宙就需要三維環境。構建元宇宙離不開建模，無論是場景、周邊物品或是虛擬形象。要想實現這一構想，開發者們還有很長一段路要走。畢竟龐大的3D虛擬世界構建，需要海量且高質量的3D內容支撐，以還原真實世界。

如今的建模主流方式是3D軟件手動建模。目前，市場上有大量的專業3D建模軟件供使用，比如3DMax、Maya、Blender等。不同軟件的建模方式多樣，包括多邊形、曲面、參數、逆向等，分別適用于動畫、游戲、室內設計等場景的3D模型創作。它的優點是所建模型精度高，可發揮想象任意創作。但建模師的學習成本往往很高，制作難度較大，制作周期長。構建元宇宙如果使用3D軟件手動建模則需要投入大量的人力。

隨著3D建模知識的普及以及技術的快速發展，工業、3D打印以及電商等場景都需要運用專業儀器掃描建模，用于模型重建。這一建模方式的主要儀器類型有激光掃描儀、光場掃描儀等。所謂激光掃描建模，是指通過激光設備反射信號測距，用算法計算出深度數據；光場掃描建模則是通過多相機陣列攝影，或使用專業光場設備掃描建模。使用專業儀器掃描建模最大的優點是可以模擬出與物體表面一致的反射特性，最大程度還原真實物體材質的顏色、紋理和光澤，提高3D物體渲染的逼真度。

專業儀器掃描建模的速度比手動建模快很多，操作難度較低，可以實現高精度建模。但它的不足在于越高精的儀器設備，成本越高，而且只能根據現實中的物體進行重建，無法虛擬創作。其對現實物體的大小也有一定限制，在建模后仍需專業3D軟件進行編輯處理才能投入使用。

目前市場上最積極布局建模領域的就是Unity公司了。Unity原本是個專注開放游戲引擎的公司。后來逐漸發展成開發和運營交互式實時 3D 內容的平臺，不僅面向游戲制作，也應用于電影、設計、制造、建筑等多個行業。

2021年11月10日，Unity正式收購視覺特效公司維塔數碼。Unity表示本次收購的最終目的是將維塔數碼眾多先進的視覺特效工具送到全世界數百萬創作者和美術師的手中。集成到Unity平臺之后，這些工具將為實現新一代實時3D創意內容和塑造元宇宙的未來提供極大幫助。Unity也開發AI幫助人們降低相關建模的門檻。

如今市場上對于建模暫時沒有一個成本低、門檻低且高效率的建模方法。建設元宇宙必然需要找到一個效率高且低成本的方法，這也將會促進建模技術的發展，無論是相關軟件，還是背后的技術以及引擎或是相關人員的培訓等。

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