未来元宇宙技术应如何发展？三大趋势

    元宇宙是人工智能、虚拟现实、云边计算等数字技术的融合应用生态。随着人工智能、虚拟现实、云边计算等数字技术的迭代创新，元宇宙技术体系正加速走向成熟并向创新与个性化方向演进，推动新服务、新业态发展，满足众多行业及个人用户的定制化需求。那么，随着元宇宙应用的蓬勃发展，未来元宇宙技术应如何发展？主要发展方向是什么？

    支撑元宇宙的技术架构

    元宇宙不是单一的数字技术，而是多种数字技术的融合应用形成的面向未来的智能化数字空间。元宇宙的技术架构可大致分为支撑层、应用层、交互层三部分（如图表所示）。

    支撑层技术构建了元宇宙的运行环境，包括固定通信、移动通信、物联网、区块链等基础支撑技术，以及云计算、大数据、城市信息模型（CIM）和地理信息系统（GIS）等计算与建模技术。固定和移动通信、物联网技术为元宇宙中的人、物间自由交互提供信息采集、传输、控制等功能支持；区块链技术保证元宇宙数据中的可追溯性和保密性，支撑元宇宙经济体系运转；云边计算与大数据相结合，存储元宇宙庞大的运行数据，提供处理模型间交互所需的计算服务；城市信息模型（CIM）和地理信息系统（GIS）负责人、物所处环境的精细数字模型的生成和管理。

    应用层技术是以各领域应用为牵引，实现元宇宙内容生产和应用的技术或技术集合，代表性技术包括数字孪生、人工智能等。数字孪生是虚实交互的使能技术，可将物理世界中的实体同步到元宇宙中，支撑元宇宙内容生产，同时用户可在元宇宙中感知和操控真实世界中的物理实体，提高交互真实感。人工智能则可将元宇宙中建模等内容生产过程、交互等价值创造过程部分或全部自动化、智能化。随着元宇宙应用需求不断拓展和深入挖掘，应用层技术将成为技术架构中变化较快、种类丰富的技术类别。我国巨大的市场需求和丰富的应用场景将为未来元宇宙应用层技术发展提供广阔的发展空间。

    交互层技术是通过各类（交互式或非交互式）信息输入输出设备，以仿真、高效的方式实现物理世界与元宇宙虚拟世界信息交换的技术，是物理世界和虚拟世界的“接口”，包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）、脑机接口等。交互层技术作为用户与元宇宙互动的接口，需要为用户提供多元的连接方式、拟真的使用体验与高效的互动方式，虚拟现实、增强现实、混合现实、全息显示等为用户提供多种参与元宇宙的方式，通过为用户提供沉浸式体验，打破物理世界和现实世界间的“壁垒”，帮助用户深度参与到元宇宙交互中；脑机接口为用户提供易学、高效的元宇宙交互方式。

    元宇宙技术架构分层

    1、支撑层技术构建元宇宙运行环境。

    元宇宙对通信技术的带宽、时延、可靠性、同时连接数等性能指标提出了更高要求。在移动网络方面，为满足随时随地接入元宇宙的需求，5G、6G技术将向更高带宽、更低时延、更高可靠性、更多同时连接数的方向发展。目前，5G毫米波的网络速度可达5GSub-6GHz的10倍以上，预计6G支持的流量密度和连接密度将达到5G的10倍；在固定网络方面，元宇宙对网络吞吐量和连接品质提出了更高要求，F5G全光网络具有传输带宽大、抗干扰性强等优势，可与5G、6G移动网络协同实现室内外全千兆无缝覆盖。

    元宇宙要求万物互联和虚实共生，物联网技术可实现万物的连接和有序管理，支持感知物体的运行状态和物体的远端操控，是实现万物互联和虚实共生的支撑技术。物联网技术通过各种传感设备和技术，实时采集物体的电、位置、化学、生物等信息，通过智能管理的连接高速传输数据，实时同步物理世界和元宇宙中物体的状态。同时，通过物体上安装的可操控执行器件，可对物体的远程实时控制。

    区块链提供了元宇宙中的组织模式、治理模式、经济模式所必需的技术架构。在元宇宙中，数字资产的交易管理是一项重要的经济活动，区块链技术具有可溯源、不可篡改、透明的特点，可以保证数字资产的安全性和可信度，满足数字资产的确权、交易和管理需要。同时，区块链还能提供可信的身份验证、智能合约、去中心化自治组织等功能，为元宇宙的组织模式、治理模式、经济模式提供更多创新可能。

    云（边缘）计算是元宇宙的核心算力。云计算以其集中建设、统一运维、按需使用和按量付费的特性，降低了算力的建设和使用成本，为元宇宙提供高性能、低门槛和灵活取用的算力资源。边缘计算作为云计算的有力补充，弥补了云计算在实时性、对网络环境的依赖性等方面的不足，降低了网络资源开销，强化了隐私保护。通过合理分工，云边计算以其高性能、高实时性、和在成本、隐私保护等方面的优势支撑元宇宙运行。

    数据是元宇宙的基础构成，元宇宙中海量数据的生成、流动、分析、管理、存储都需要依赖大数据技术。在应用深度方面，随着城市对治理精度的要求不断提升，通过大数据分析原因、预测、辅助决策将逐渐普及。在数据治理方面，需要完善大数据治理体系，促进与规范数据流通与价值开发，加强数据安全和隐私保护；在数据技术方面，随着万物智联的推进，城市的数据量将在元宇宙时代几何级增长，数据技术将向提高通用性、降低应用门槛和增强分析结果的可解释性等方向发展。

    城市信息模型（CIM）在元宇宙城市场景搭建中具有重要作用，是实现高精度城市虚拟空间构建的关键技术，也是智慧城市建设管理的核心组件。CIM基于建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）和物联网等技术，整合城市地上地下、室内室外等多维多尺度城市组件模型数据和城市感知数据，构建城市信息综合体，以丰富数据支持城市规划、应急、交通等领域的辅助决策，助力城市智慧化运行。

    2、应用层技术赋能元宇宙内容生产。

    数字孪生技术通过物理世界事物的属性和运行规律虚拟化，映射生成元宇宙中的数字模型并及时更新，是物理世界和元宇宙之间的纽带。元宇宙时代，数字孪生技术将成为开拓元宇宙虚拟空间的核心技术，孪生数据量大幅增加，连接方式多元协同，虚拟模型集约高效，物理实体被尽可能仿真，服务便捷精准。

    人工智能技术，包括自然语言处理、智能语音、计算机视觉等，能够极大地提升元宇宙的智能化程度。人工智能技术可提高元宇宙内容的生产效率和质量，营造优质的信息生态。同时，有助于加强实时反馈内容的准确性，提升用户体验。元宇宙时代，人工智能将继续向多模态、多任务、通用和专用大模型方向发展，不断增强模型性能，贯穿元宇宙生态链的各个场景，提升内容生产、分发、应用全过程效率，提高元宇宙的沉浸感、智能度和内容多样性。

    3、交互层技术提供元宇宙接入渠道。

    虚拟现实、增强现实和混合现实技术满足了元宇宙用户对视觉、听觉、触觉、运动感知等多方面的信息交互的需求，为用户提供了从二元（视听）到多元、从“旁观”到“参与”（如从二维画面转变成三维环绕式画面）的高质量沉浸式交互体验。随着元宇宙的发展，虚拟现实、增强现实和混合现实技术作为人进入元宇宙的“接口”，将在交互真实性、使用便捷性、系统反应的即时性等方面快速优化，并降低软硬件成本，以满足元宇宙推广普及的需要。

    脑机接口技术将为元宇宙带来革命性的交互体验。脑机接口设备帮助用户完成对元宇宙环境的意念控制和绕过视觉、听觉等感官的直接反馈，相比现有交互技术，具有虚实融合度高和用户使用门槛低的优势，普通用户无需学习即可使用，对残障人群更有意义，让视障、听障等群体与其他用户一样畅游元宇宙。目前，脑机接口技术还处于研究探索阶段。

    主要发展方向

    展望未来，创新、个性化和安全将成为元宇宙技术架构的主要发展方向。

    一是技术创新引领元宇宙产业发展。当前，人工智能领域大模型、云边计算领域高性能计算芯片、虚拟现实领域强沉浸感虚拟现实显示器等为代表的新一轮技术进步正推动元宇宙产业迎来新一轮的爆发增长期。这些技术的创新发展将持续推动元宇宙产业变革，创新应用场景和商业模式。

    二是个性化行业化需求催生新兴服务。用户对个性化、定制化服务的需求将持续增长，人工智能等领域近期的突破性进展正加速这一进程，从虚拟角色定制到数字人等个性化数字产品的生成，新技术推动下的新兴服务将为元宇宙产业发展提供源源不断的动力。

    三是安全与隐私保护需求持续增长。随着元宇宙技术在各个领域的广泛应用，数据安全与隐私保护正成为关注的焦点。网络安全智能化、隐私计算、区块链、量子通信等技术将加速创新，为元宇宙各项应用提供更完备的数字身份管理、数据加密与访问控制机制，保障元宇宙空间用户数据安全与隐私。