摘要：【目的】元宇宙以其強(qiáng)大的仿真能力為用戶帶來(lái)真實(shí)的沉浸式體驗(yàn)。近年來(lái)，由于人工智能、區(qū)塊鏈技術(shù)和數(shù)字孿生等技術(shù)的快速發(fā)展，元宇宙技術(shù)逐漸顯露出其在產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界的發(fā)展前景。文章旨在探討基于6G網(wǎng)絡(luò)的元宇宙應(yīng)用技術(shù)研究?！痉椒ā吭敿?xì)介紹元宇宙技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，分析元宇宙在演進(jìn)過(guò)程中的若干關(guān)鍵技術(shù)?！窘Y(jié)果】通過(guò)介紹6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的指標(biāo)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，論述6G技術(shù)對(duì)加強(qiáng)元宇宙應(yīng)用中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、提升傳輸速度和擴(kuò)展覆蓋范圍的重要意義?！窘Y(jié)論】文章對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下元宇宙的發(fā)展進(jìn)行展望，強(qiáng)調(diào)在新一輪技術(shù)革新下我國(guó)基于在5G網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)元宇宙關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。

關(guān)鍵詞：元宇宙；6G；沉浸式；虛擬世界；物理世界" " " " " " 中圖分類號(hào)：G232" " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0134（2023）03-023-05" " " " "DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2023.03.004

本文著錄格式：郎大鵬，傅文軍，孫建國(guó).基于6G網(wǎng)絡(luò)的元宇宙應(yīng)用技術(shù)研究[J].中國(guó)傳媒科技，2023（03）：23-27.

導(dǎo)語(yǔ)

美國(guó)小說(shuō)《雪崩》中描繪了一種令人向往的3D虛擬空間，稱作Metaverse。2021年以來(lái)，由于人工智能和各種虛擬化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，研究者基于Metaverse的思想冀望通過(guò)模擬仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬構(gòu)建物理空間，即元宇宙。它具有泛鏈接感知和高度共享特征，形成了最接近真實(shí)世界的交互環(huán)境。[1]學(xué)者們高度評(píng)價(jià)了元宇宙技術(shù)的發(fā)展和未來(lái)，認(rèn)為其核心在于整合先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，對(duì)真實(shí)物理世界進(jìn)行建模和推演，構(gòu)建虛擬身份、設(shè)備和虛擬資產(chǎn)，提供更加真實(shí)的交互生產(chǎn)環(huán)境。[2]

面向6G的信息科學(xué)基礎(chǔ)理論與技術(shù)體系融合發(fā)展研究中，元宇宙既是理論創(chuàng)新也是應(yīng)用創(chuàng)新，它將已經(jīng)成熟應(yīng)用的技術(shù)集成起來(lái)構(gòu)建形成一個(gè)完整的虛擬化環(huán)境，給使用者提供真實(shí)、全方位的交互體驗(yàn)。所采用的基礎(chǔ)包括虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、人工智能（AI）、數(shù)字孿生（DT）、腦機(jī)接口（BCI）和區(qū)塊鏈技術(shù)（BC）等，形成了群聚效應(yīng)，大大加快了生產(chǎn)和社交環(huán)境的實(shí)踐進(jìn)程 。[3]2021年10月Facebook正式更名Meta開(kāi)啟了元宇宙在商業(yè)領(lǐng)域的新時(shí)代。在元宇宙關(guān)鍵技術(shù)快速發(fā)展的背景下，技術(shù)成熟與應(yīng)用整合達(dá)到可用于大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化的階段。正如互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類生活的改變，元宇宙對(duì)生產(chǎn)生活的滲透將對(duì)人類的生活方式、交互方式產(chǎn)生巨大影響。

1.元宇宙簡(jiǎn)介

1.1" "元宇宙的發(fā)展背景

2021年元宇宙公司“游戲樂(lè)高”Roblox上市，成為世界上最大的多人在線創(chuàng)作虛擬游戲公司；同年，F(xiàn)acebook改名為Meta，將公司未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)確定為元宇宙研發(fā)。Facebook目前已經(jīng)擁有如Meta Quest等一系列VR產(chǎn)品，并針對(duì)協(xié)同工作和多人沉浸式社交展開(kāi)研究。[4]

元宇宙的“沉浸感”在于將二維的圖像和聲音擴(kuò)展到三維空間中，形成完整的感知體驗(yàn)。所有的前瞻性研究都需要基于歷史維度進(jìn)一步完成現(xiàn)實(shí)關(guān)照。在全球新冠疫情的影響下，用戶被動(dòng)地大量采用線上交互，元宇宙為這一需求提供了“全真式”的技術(shù)支撐。產(chǎn)業(yè)界積極整合技術(shù)和產(chǎn)品，圍繞元宇宙打造新技術(shù)，微軟公司收購(gòu)暴雪游戲公司、索尼收購(gòu)Bungie游戲公司、英偉達(dá)和Meta共同推出新一代超算架構(gòu)“人工智能研究超級(jí)集群”。在產(chǎn)業(yè)界積極的參與下，元宇宙的發(fā)展有著無(wú)窮的潛力。

1.2" "元宇宙的發(fā)展現(xiàn)狀

元宇宙的出現(xiàn)不僅帶來(lái)了技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，也在數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)方面為研究者和立法者提出了新的挑戰(zhàn)。在研究元宇宙技術(shù)過(guò)程中，參與方包括企業(yè)、用戶、設(shè)備提供等，都需要提供各類關(guān)鍵信息，如身份信息、位置信息、消費(fèi)信息、銀行賬號(hào)登錄關(guān)鍵隱私數(shù)據(jù)都比以往更有可能受到非法訪問(wèn)。美國(guó)政府針對(duì)這一現(xiàn)象提出“元界”的概念，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵信息的保護(hù)；韓國(guó)政府也大力開(kāi)展元宇宙的研發(fā)，元宇宙交易所交易基金（ETF）吸納大量創(chuàng)新企業(yè)，包括了自動(dòng)駕駛、人工智能和空間經(jīng)濟(jì)等。截至2021年年底，元宇宙ETF總規(guī)模將超過(guò)6億美金。[5]

我國(guó)對(duì)元宇宙也開(kāi)展了廣泛研究與布局試點(diǎn)。2022年7月，上海市發(fā)布《上海市培育“元宇宙”新賽道行動(dòng)方案（2022-2025年）》。[6]方案中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在實(shí)體經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，要以“虛實(shí)交互”和“以虛強(qiáng)實(shí)”作為重點(diǎn)發(fā)展路線，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）作為重點(diǎn)創(chuàng)新路線建設(shè)虛擬數(shù)字空間。

2. 6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1" "6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

2.1.1" "6G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

元宇宙的發(fā)展離不開(kāi)高速先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)有5G網(wǎng)絡(luò)在支持元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景下逐漸顯露出不足。我國(guó)從多個(gè)層面提出展開(kāi)對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。6G技術(shù)在5G的基礎(chǔ)上充分利用太赫茲頻段的通信能力，在多類網(wǎng)絡(luò)通信通道融合的應(yīng)用場(chǎng)景下可以支持無(wú)蜂窩式網(wǎng)絡(luò)，在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代支持物聯(lián)網(wǎng)等連接有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。

第一 ，基于6G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)連接是一種全連接網(wǎng)絡(luò)，集成了地面無(wú)線和衛(wèi)星通信連接。網(wǎng)絡(luò)中整合了衛(wèi)星通信完成全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋，不但完善了互聯(lián)網(wǎng)的連接，也促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備硬件的連接，提升了IoT的發(fā)展。

第二，基于6G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)其本質(zhì)和基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備資產(chǎn)的萬(wàn)物互聯(lián)。[7]其特點(diǎn)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，使用戶的操作、數(shù)據(jù)和感知延伸到了物和物之間，建立了更加廣泛連接的能力。

第三，6G技術(shù)對(duì)于支持物聯(lián)網(wǎng)有著更明顯的優(yōu)勢(shì)[8]。物聯(lián)網(wǎng)中包含大量感知設(shè)備、傳輸設(shè)備和計(jì)算設(shè)備，這些設(shè)備不但能感知到環(huán)境信息（射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器），還具備全球定位功能、自助掃描和傳感信息；通過(guò)安裝智能感知的感應(yīng)芯片進(jìn)行高速運(yùn)算，進(jìn)而建立一套新型的一體化網(wǎng)絡(luò)。

2.1.2" "6G技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)

無(wú)人駕駛、無(wú)人機(jī)應(yīng)急通信、沉浸式拓展現(xiàn)實(shí)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興智能服務(wù)依賴于環(huán)境多維信息感知和超強(qiáng)算力，在數(shù)字身份的構(gòu)建上，NFT（非同質(zhì)化通證）藝術(shù)平臺(tái)成為元宇宙特有的同步和仿真平臺(tái)[8]，都對(duì)傳輸速率、端到端時(shí)延、可靠性和功耗等都提出了極高的要求。提升第6代移動(dòng)通信系統(tǒng)（6G）的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生智能感知和算力自適應(yīng)能力。[9]對(duì)傳輸3D數(shù)據(jù)、高清圖像、多源多軌音頻數(shù)據(jù)等具有先天的優(yōu)勢(shì)。在支持室內(nèi)場(chǎng)景中的虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬仿真定位等元宇宙應(yīng)用，6G網(wǎng)絡(luò)定位距離遠(yuǎn)、精度高，可以達(dá)到10厘米；即使是在室內(nèi)運(yùn)動(dòng)定位、集群協(xié)同等場(chǎng)景，精度可達(dá)到1米。相比較現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)速度提高10倍，同時(shí)通信延遲為5G網(wǎng)絡(luò)的十分之一，達(dá)到了0.1毫秒。對(duì)于高安全可靠性應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)控制、數(shù)字孿生的元宇宙仿真應(yīng)用，6G網(wǎng)絡(luò)也有著卓越表現(xiàn)，通信中斷率小于百萬(wàn)分之一。

在5G通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展如火如荼的同時(shí)，6G網(wǎng)絡(luò)短時(shí)間內(nèi)不會(huì)完全取代5G技術(shù)的地位。但是鑒于6G技術(shù)的高并發(fā)、高精度、高容錯(cuò)、高電磁頻譜段等優(yōu)勢(shì)，各國(guó)爭(zhēng)先開(kāi)展6G技術(shù)研發(fā)，Wi-Fi聯(lián)盟于2022年發(fā)布了Wi-Fi CERTIFIED 6 Release2規(guī)范，對(duì)于多用戶、電源管理等方面進(jìn)行規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信效率的提升、覆蓋范圍的擴(kuò)大和容量的增加。

2.1.3" "6G網(wǎng)絡(luò)典型設(shè)備及場(chǎng)景

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大大提高了個(gè)人智能設(shè)備的連接和傳輸速度，在工業(yè)場(chǎng)景下也得到了廣泛的應(yīng)用。5G技術(shù)對(duì)各類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供了有效的支持。通過(guò)快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)建立了民生、工業(yè)、醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域的多種智能應(yīng)用，如智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、智慧醫(yī)療、智慧法庭，以及越來(lái)越受歡迎的沉浸式游戲等。[10]

然而，對(duì)一些新興應(yīng)用和技術(shù)，5G能支持的頻譜越來(lái)越有限，6G技術(shù)可以有效地彌補(bǔ)這一不足。在需要更快速度、更大連接數(shù)量以及多源設(shè)備融合場(chǎng)景下，就需要6G技術(shù)的支持。典型6G網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備包括自動(dòng)駕駛汽車、Wi-Fi植入芯片設(shè)備 、蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、位置及天氣等公共設(shè)備等。

6G網(wǎng)絡(luò)由于其全覆蓋、高速率、強(qiáng)糾錯(cuò)的特點(diǎn)不斷擴(kuò)展了5G在工業(yè)控制和商業(yè)醫(yī)療等領(lǐng)域的設(shè)備計(jì)算能力。 在工業(yè)控制領(lǐng)域中，為了提高現(xiàn)場(chǎng)決策和操作能力，通過(guò)全息通信數(shù)字孿生等技術(shù)全面刻畫和傳輸車間生產(chǎn)環(huán)境；通過(guò)遙控駕駛、自主機(jī)器人等設(shè)備，完成生產(chǎn)任務(wù)。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，6G技術(shù)將廣泛應(yīng)用于IoST領(lǐng)域，如無(wú)人飛行器和小型近地衛(wèi)星等場(chǎng)景，形成萬(wàn)物互聯(lián)全面覆蓋的愿景。

IMT2030（6G）推進(jìn)組于2021年發(fā)布了《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)白皮書》[11]，提出6G技術(shù)向沉浸化、智慧化、全域化的方向發(fā)展，將物理世界與虛擬世界進(jìn)行深度融合，在沉浸式場(chǎng)景構(gòu)建、全息通信、智慧交互和感官互聯(lián)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破。可以說(shuō)，6G技術(shù)的不斷升級(jí)和新標(biāo)準(zhǔn)制定，為元宇宙的發(fā)展提供了通信保障。

2.2" "6G環(huán)境下元宇宙典型應(yīng)用

6G通信技術(shù)在通信連接上滿足了元宇宙在構(gòu)建過(guò)程中的技術(shù)指標(biāo)要求?？萍计髽I(yè)、工業(yè)企業(yè)和研究院所積極展開(kāi)元宇宙技術(shù)在典型應(yīng)用場(chǎng)景中的應(yīng)用，包括消費(fèi)類電子行業(yè)、在線社交、沉浸式游戲，以及對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的升級(jí)改造?！霸钪妗钡母拍钭兓闹匾攸c(diǎn)是其涵蓋性自誕生以來(lái)不斷增強(qiáng)，且不斷產(chǎn)生的新技術(shù)持續(xù)反哺“元宇宙”的藍(lán)圖進(jìn)行擴(kuò)張。[12]

2.2.1" "影音娛樂(lè)

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)的集合。在6G網(wǎng)絡(luò)支持下能夠?qū)崿F(xiàn)更加真實(shí)和實(shí)時(shí)地將虛擬場(chǎng)景和物體展示在用戶面前；結(jié)合全息影像等技術(shù)逐步改變了人與人、人與設(shè)備的交互方式。通過(guò)3D建模、高清渲染、動(dòng)作捕捉設(shè)備的數(shù)據(jù)圖像融合技術(shù)，可以將圖像、聲音甚至其他感官通過(guò)三維的形式展示出來(lái)。

2.2.2" "沉浸式社交

傳統(tǒng)在線社交方式只能通過(guò)屏幕建立端到端的溝通社交方式，形式不外乎文字、視頻等。但是，隨著元宇宙時(shí)代的到來(lái)，通過(guò)全息成像技術(shù)搭建用于社交的虛擬仿真平臺(tái)。平臺(tái)取代當(dāng)前的移動(dòng)終端設(shè)備，可以用身臨其境的方式體驗(yàn)會(huì)議討論、在線游戲，形成新的社交形式。目前支持這類社交和游戲的設(shè)備包括Meta、Oculus等美國(guó)和日本公司。

2.2.3" "工業(yè)制造

元宇宙技術(shù)通過(guò)整合人工智能技術(shù)、融合多源設(shè)備數(shù)據(jù)構(gòu)造與真實(shí)世界接近的虛擬環(huán)境，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和制造流程進(jìn)行仿真，極大地提升了工業(yè)制造行業(yè)的智慧化和科學(xué)化程度。6G技術(shù)不僅在生產(chǎn)環(huán)節(jié)提升數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)速度，而且能低延遲、大流量地整合基礎(chǔ)應(yīng)用，為工業(yè)企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)和服務(wù)市場(chǎng)提供重要支持。

2.3" "6G網(wǎng)絡(luò)下元宇宙關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1" "6G網(wǎng)絡(luò)下元宇宙應(yīng)用架構(gòu)

基于6G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的元宇宙技術(shù)解決了通信鏈路速度、精確度和容錯(cuò)等方面的一系列問(wèn)題，元宇宙中諸多關(guān)鍵技術(shù)得以迅速發(fā)展和整合。這些技術(shù)包括：數(shù)字孿生技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、VR、AR、MR、腦機(jī)接口技術(shù)、動(dòng)作感知技術(shù)、AI和機(jī)器人等技術(shù)。在元宇宙基礎(chǔ)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和頂層應(yīng)用的封層模型下，6G技術(shù)和元宇宙關(guān)鍵技術(shù)的分層模型如圖1所示。[12]

如圖1所示，元宇宙基于6G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境包括硬件基礎(chǔ)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)連接層、服務(wù)與管理層以及開(kāi)放對(duì)接接口層。硬件基礎(chǔ)平臺(tái)以5G網(wǎng)絡(luò)硬件為基礎(chǔ)，主要提供運(yùn)算和存儲(chǔ)資源的硬件支持；網(wǎng)絡(luò)連接層則進(jìn)一步擴(kuò)展5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，提供各類狀態(tài)感知和網(wǎng)絡(luò)連接；服務(wù)與管理層對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中的數(shù)據(jù)控層控制層以及與用戶和安全管控的功能；開(kāi)放對(duì)接層則提供網(wǎng)絡(luò)模塊與元宇宙應(yīng)用的各類接口，如算力、連接和其他應(yīng)用接口。

2.3.2" "6G網(wǎng)絡(luò)下元宇宙的關(guān)鍵技術(shù)

2.3.2.1" 6G技術(shù)與虛擬化技術(shù)

6G技術(shù)在商業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域有著更加廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，元宇宙技術(shù)在虛擬化技術(shù)、人工智能技術(shù)等一系列技術(shù)的基礎(chǔ)上，打通了物理世界和虛擬世界之間的界限，構(gòu)建沉浸式的體驗(yàn)。6G技術(shù)大連接、大數(shù)據(jù)量傳輸和存儲(chǔ)為元宇宙技術(shù)的深入研究和推廣，新興業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了支持。

元宇宙中所采用的虛擬化技術(shù)主要包括：虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)，這幾項(xiàng)技術(shù)合稱擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）技術(shù)。[4]通過(guò)計(jì)算機(jī)將真實(shí)場(chǎng)景整合起來(lái)，創(chuàng)建一個(gè)逼真的交互應(yīng)用環(huán)境。其核心功能是通過(guò)融合環(huán)境、視覺(jué)、聲音和感官等信息創(chuàng)造虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境的切換，形成真實(shí)的“沉浸感”。因此“沉浸感”是元宇宙技術(shù)最顯著的特點(diǎn)之一，具有“沉浸感”的虛擬環(huán)境能夠更有效更直觀地傳遞信息。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)是通過(guò)三維構(gòu)建和交互仿真技術(shù)構(gòu)建的虛擬仿真環(huán)境。近年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在游戲領(lǐng)域、在線直播等場(chǎng)景中得到應(yīng)用。雖然微軟、Meta等公司已經(jīng)陸續(xù)推出VR設(shè)備和應(yīng)用，但是其局限性在于目前無(wú)法滿足元宇宙場(chǎng)景下的精確、實(shí)時(shí)和長(zhǎng)時(shí)間的交互需求。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)不僅要求模擬真實(shí)世界的信息并進(jìn)行展示，還要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和用戶需求疊加更具體的具有指向性的虛擬信息。常見(jiàn)的場(chǎng)景是產(chǎn)品演示、AR建模、場(chǎng)景搭建等，對(duì)于多維數(shù)據(jù)疊加的元宇宙應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

以上技術(shù)的疊加和交互是未來(lái)元宇宙發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。一方面，目前主要的硬件平臺(tái)還是手機(jī)、平板等設(shè)備，還缺少相應(yīng)的承載硬件平臺(tái)；另一方面，多種技術(shù)缺少數(shù)據(jù)和設(shè)備融合的成熟算法與經(jīng)驗(yàn)，從使用的角度還遠(yuǎn)未達(dá)到可以大規(guī)模應(yīng)用的程度。元宇宙技術(shù)的革新和發(fā)展，也成為這些關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。

2.3.2.2" 腦機(jī)接口（BCI）

腦機(jī)接口的初衷是將人類大腦中的信息與計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接連接，從而實(shí)現(xiàn)人腦對(duì)計(jì)算設(shè)備的操作。元宇宙的興起要求參與人員與環(huán)境和設(shè)備要有更高效的交互手段?，F(xiàn)有手段主要通過(guò)視頻圖像和動(dòng)作感知與設(shè)備進(jìn)行交互，不但效率低，對(duì)操作人員的身體素質(zhì)、環(huán)境空間也有較高要求?；谀X機(jī)接口的元宇宙應(yīng)用有更強(qiáng)的“沉浸感”，是更加高效和直接的交互方式。

腦機(jī)交互技術(shù)不但提高了人與設(shè)備的交互效率，也讓行動(dòng)不便、學(xué)習(xí)能力受限的人群與正常人一樣擺脫束縛，充分感受虛擬場(chǎng)景中的真實(shí)體驗(yàn)。同時(shí)，有研究表明，提出通過(guò)腦機(jī)接口連接病人與醫(yī)療設(shè)備，可以加速患者肢體恢復(fù)過(guò)程。這一技術(shù)和思路已經(jīng)在其他醫(yī)療過(guò)程中得到了驗(yàn)證并取得良好的效果。

2.3.2.3" 人工智能技術(shù)

近年來(lái)，由于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)在自然語(yǔ)言理解、圖像處理、視頻理解等領(lǐng)域取得了令人矚目的成績(jī)。許多情況下，人工智能的表現(xiàn)已經(jīng)接近甚至超過(guò)了人類的水平。人工智能技術(shù)具備了越來(lái)越高的自主學(xué)習(xí)能力，能夠不斷從現(xiàn)有數(shù)據(jù)、案例中學(xué)習(xí)新的知識(shí)。即使沒(méi)有明確的學(xué)習(xí)結(jié)果，人工智能技術(shù)可以通過(guò)邏輯推理、模糊邏輯處理的方式獲得接近真實(shí)場(chǎng)景的分析結(jié)果。人工智能的算法也不斷優(yōu)化，隨著軟硬件集成度越來(lái)越高，邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，能耗也得到了較好的控制。在元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景中，除了對(duì)多鏈接的異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合處理，人工智能技術(shù)也面臨著更大的挑戰(zhàn)，包括以下兩個(gè)方面。

元宇宙是對(duì)真實(shí)物理世界的虛擬化展示。與傳統(tǒng)的虛擬應(yīng)用相比，元宇宙場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)接入設(shè)備更多、類型更復(fù)雜、數(shù)據(jù)類型更多樣、數(shù)據(jù)量更大、覆蓋范圍更廣，因此基于大數(shù)據(jù)分析的人工智能算法，結(jié)合深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，需要構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)層面的數(shù)據(jù)分析算法。

元宇宙應(yīng)用面臨的更嚴(yán)峻的考驗(yàn)是海量異構(gòu)數(shù)據(jù)在語(yǔ)義層面的融合?；诖髷?shù)據(jù)的人工智能算法能夠?qū)μ囟I(lǐng)域內(nèi)容進(jìn)行深度理解，但是在元宇宙背景下要整合多個(gè)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)內(nèi)容，建立語(yǔ)義一致的虛擬化平臺(tái)。另外，由于數(shù)據(jù)本身的多樣性和不完整性，算法要根據(jù)元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景要求自動(dòng)生成必要信息，包括虛擬的設(shè)備、場(chǎng)景、人物等。這些虛擬信息是提升元宇宙沉浸式體驗(yàn)的關(guān)鍵步驟。

2.3.2.4" 動(dòng)作捕捉與交互技術(shù)

動(dòng)作捕捉技術(shù)是用來(lái)記錄人體關(guān)鍵部位運(yùn)動(dòng)速度、軌跡的技術(shù)。通過(guò)動(dòng)作捕捉技術(shù)將運(yùn)動(dòng)物體的信息進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)，用于后期運(yùn)算和可視化。該技術(shù)第一次大規(guī)模呈現(xiàn)是在2008年電影《阿凡達(dá)》中，虛擬人物能夠完美展現(xiàn)演員身體的運(yùn)動(dòng)。元宇宙題材電影《頭號(hào)玩家》則更加清晰直觀地演繹出動(dòng)作捕捉技術(shù)、沉浸式體驗(yàn)的空間實(shí)現(xiàn)，為用戶提供了逼真舒適的用戶體驗(yàn)。目前，動(dòng)作捕捉技術(shù)比較成熟但是實(shí)現(xiàn)成本較高。元宇宙技術(shù)不但在軟件層面的融合與理解需要進(jìn)一步研究，還要在硬件平臺(tái)的成本和運(yùn)算性能方面實(shí)現(xiàn)突破。

元宇宙為用戶提供的沉浸式體驗(yàn)，需要從聲音、圖像、視頻、環(huán)境等各方面刺激用戶感官。目前已經(jīng)可以用于商用的技術(shù)是VR、全息投影的圖像展示技術(shù)；對(duì)于不規(guī)則獨(dú)特的實(shí)物制造可以通過(guò)3D打印技術(shù)，如零部件、器官、設(shè)備等。交互技術(shù)在各類支撐性技術(shù)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)成為創(chuàng)建元宇宙體驗(yàn)的必要條件。

基于以上分析，元宇宙應(yīng)用的難點(diǎn)在于多應(yīng)用場(chǎng)景的融合，以及基于腦機(jī)接口等高效通信。通過(guò)腦機(jī)接口有效提升用戶與設(shè)備的交互方式，基于6G技術(shù)可以低延遲、高可靠地傳輸數(shù)據(jù)。動(dòng)作感知技術(shù)和交互技術(shù)是元宇宙虛擬平臺(tái)的重要連接，提升了沉浸式體感的可能性，元宇宙有望逐步發(fā)展成為全人類工作和生活的虛擬世界。

3.元宇宙面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

3.1" "腦機(jī)接口數(shù)據(jù)單向傳輸特性

元宇宙技術(shù)從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面為虛擬化環(huán)境和典型應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建提供了新的解決思路。但是在實(shí)踐過(guò)程中，其采用的關(guān)鍵技術(shù)還有大量工作需要完成。目前構(gòu)建元宇宙原型系統(tǒng)的交互方式主要通過(guò)聲光等技術(shù)，包括VR和全息成像。[3]未來(lái)圍繞腦機(jī)接口將能實(shí)現(xiàn)更直接的信息傳遞。但是，就目前的腦機(jī)接口信息交互方式而言，數(shù)據(jù)依然是單向流動(dòng)的，如通過(guò)思考可以控制光標(biāo)、圖像等，而無(wú)法將信息傳遞回大腦。這種信息單向傳遞的方式，阻礙了元宇宙中用戶與環(huán)境、其他設(shè)備的高效交互。

3.2" "高效自洽的軟硬件平臺(tái)技術(shù)

通過(guò)先進(jìn)的軟硬件技術(shù)構(gòu)成的虛擬世界，為了能夠靈活地?cái)U(kuò)充新的模塊、設(shè)備、功能甚至角色，元宇宙必須是自洽的，即都是由符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的模塊和構(gòu)建構(gòu)成，保證元宇宙在運(yùn)行過(guò)程中具有足夠的靈活性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，由于元宇宙自身具有持久性，系統(tǒng)需要持續(xù)運(yùn)行，所有計(jì)算和感知不能隨意中斷。這些特性要求元宇宙的運(yùn)行需要強(qiáng)大的計(jì)算引擎，目前甚至還無(wú)法對(duì)支持所需算力的硬件規(guī)模進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)。但是可以明確的是，目前現(xiàn)有的硬件平臺(tái)和計(jì)算能力要全面支持元宇宙的功能實(shí)現(xiàn)用戶的沉浸式體驗(yàn)，還需要產(chǎn)業(yè)界和研究界共同努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

3.3" "面向虛擬環(huán)境的立法及倫理難題

所有局限性的發(fā)展意見(jiàn)通常都是源于整體視角的缺失。元宇宙從技術(shù)上是基于互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建的技術(shù)場(chǎng)景?；ヂ?lián)網(wǎng)不是法外之地，隨著元宇宙技術(shù)的不斷成熟，元宇宙中的行為也需要通過(guò)不斷完善立法進(jìn)行約束。比如個(gè)人身份信息、位置信息等隱私信息的保護(hù)和規(guī)范。隨著元宇宙技術(shù)的完善，人在元宇宙中以虛擬身份完成的工作和任務(wù)可能會(huì)對(duì)真實(shí)世界中的人物造成影響。那么對(duì)虛擬世界中的非法行為，應(yīng)當(dāng)有何種法律依據(jù)進(jìn)行處置。這類問(wèn)題的解決將大大促進(jìn)元宇宙技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

正確處理治理秩序和產(chǎn)業(yè)活力之間的關(guān)系，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的必要條件。元宇宙概念的提出和發(fā)展，是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和軟硬件條件的一大考驗(yàn)。元宇宙以超現(xiàn)實(shí)的沉浸感受到產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的歡迎。元宇宙應(yīng)用的核心是基于海量數(shù)據(jù)的人工智能算法的分析，數(shù)據(jù)來(lái)源于各種應(yīng)用、場(chǎng)景；數(shù)據(jù)格式包括文本、圖像、視頻語(yǔ)音、高維數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)范圍可實(shí)現(xiàn)陸?？仗斓娜采w。在基于6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，元宇宙能夠以更高的頻譜、更快的速率、更低的延遲進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和同步。6G技術(shù)已經(jīng)成為連接真實(shí)物理世界與虛擬世界的橋梁。將6G技術(shù)與元宇宙技術(shù)緊密結(jié)合相互促進(jìn)，將會(huì)大大擴(kuò)展元宇宙的應(yīng)用場(chǎng)景，提升產(chǎn)業(yè)和用戶對(duì)元宇宙的接受度，從而激發(fā)新一輪的技術(shù)創(chuàng)新。

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作者簡(jiǎn)介：郎大鵬（1983-），男，黑龍江哈爾濱，教師，哈爾濱工程大學(xué)，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與信息安全；傅文軍（1988-），男，廣西北海，工程師，浙江移動(dòng)信息系統(tǒng)集成有限公司解決方案高級(jí)專家，研究方向?yàn)?G理論研究和數(shù)字化產(chǎn)業(yè)實(shí)踐；孫建國(guó)（1981-），男，黑龍江哈爾濱，教授，西安電子科技大學(xué)杭州研究院院長(zhǎng)助理，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與信息安全。

（責(zé)任編輯：李凈）