工业元宇宙白皮书

工业元宇宙白皮书 牵头编制单位：中国信息通信研究院 工业互联网产业联盟（AII）2023年3月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他文献的内容除外），并受法律保护。 如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟 联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 牵头编写单位： 中国信息通信研究院 参与编写单位： 中国信息通信研究院北京理工大学 北京工商大学 北京航天云路有限公司 美国参数技术公司（PTC） 阿依瓦（北京）技术有限公司富士康工业互联网股份有限公司浪潮工业互联网云洲链 百度在线网络技术（北京）有限公司黑龙江数字化研究院 北京泰尔英福网络科技有限责任公司工业互联网创新中心（上海）有限公司Bentley软件（北京）有限公司 软通智慧科技有限公司中国联通四川省分公司 国际商业机器（中国）投资有限公司 （IBM） 普天信息工程设计服务有限公司北京华创易丰管理技术有限公司 工业互联网产业联盟公众号 前言 ，元宇宙引起全球广泛关注，脸书、微软、英伟达、 2021年3月，随着元宇宙概念第一股Roblox上市 腾讯、字节跳动、百度等纷纷布局相关领域。元宇宙是构建在新型基础设施之上，实现虚拟世界和现实世界时空融合的新一代互联网应用和社会生态。元宇宙通过区块链、人工智能、扩展现实、数字孪生等技术 ，实现对现实世界的镜像映射、时空拓展和价值延伸 ，帮助人们实现在虚拟世界的数字化身，进而借助扩展现实等人机交互手段实现虚拟世界和现实世界的融合。 工业元宇宙是元宇宙重要的应用领域，是基于元宇宙核心基础设施和应用理念，构建的服务于工业经济的新型工业体系、工业生态和工业模式。工业元宇宙可以在虚拟世界中实现对工业全要素、全价值链、全产业链的全息展示和跨时空聚合，并叠加新的社交模式和新型经济模式，进而借助人机交互、数字化身等手段协同开展工业生产经营活动，促进工业转型升级及创新发展。 工业元宇宙概念较为前沿，涉及的技术复杂，产业类型多，工业元宇宙的产业生态体系尚未建立完善 ，但围绕工业元宇宙的应用探索正在逐步展开，国内外都在加强相关布局。为了凝聚共识，引导业界协同开展工业元宇宙探索，工业互联网产业联盟特编制本报告，对工业元宇宙的概念内涵、可能引发的变革、概念框架、支撑体系进行了阐述，并给出了推进建议 ，希望为工业元宇宙的落地应用和产业发展提供参考和借鉴。 白皮书编写组成员： 李海花、刘阳、池程、杨鹏、景浩盟、录天凤、樊森、高琦、刘澍、王亦澎、姚頔、李琦琦、期治博、汤雁斐、童晋、孙银、韩玲、高信波、陈柱铭、黄子沛、景越、王宇鹏、田美园、柴森春、张百海、柴润祺、王乃军 、崔灵果、许继平、姜露、王昭洋、郑治、郎燕、杨卫国、代淑玉、马晨阳、王铭、李程、李响、丁志刚、王润、熊林恺、徐梦非、王春生、冀岩琦、张远峰、马晨光、姚亚静、焦臻桢、张发振、李韩军、吴陈炜、冯源 、张贝莹、杨春强、高亮、陈能技、安宁、兰健、程海旭、庄磊、陈昕、郭惠军、李果、滕护兵 目录 一、工业元宇宙概述1 （一）元宇宙基本内涵1 （二）工业元宇宙基本内涵9 二、工业元宇宙可能引发的变革10 （一）时空交融的平台化设计11 （二）虚实结合的智能化制造11 （三）沉浸体验的个性化定制12 （四）全局可视的网络化协同13 （五）虚实共生的服务化延伸13 （六）全息洞察的数字化管理14 三、工业元宇宙概念框架和发展阶段15 （一）概念框架15 （二）发展阶段19 四、工业元宇宙支撑体系20 （一）总体视图20 （二）基础设施22 （三）交互与应用26 （四）其他支撑27 五、工业元宇宙推进建议27 （一）引导应用创新探索27 （二）加快关键技术创新28 （三）培育关键产品和产业链28 （四）加强基础设施建设28 （五）探索监管机制29 六、发展展望29 一、工业元宇宙概述 （一）元宇宙基本内涵 元宇宙目前尚无完全统一定义，通常来说元宇宙是指利用科技手段创造的与现实世界映射交互的虚拟世界，在此基础上形成具备新型社会经济体系的数字生活空间。综合元宇宙相关定义，可以将元宇宙看作是基于多种信息技术有机结合，沉浸式、自主化、虚实融合的数字网络空间，是基于互联网平台价值重构，身份资产化、内容价值化、开放互通的虚拟经济体系，是基于现实世界社会活动与人际关系时空深度延伸的新型网络社会。元宇宙利用扩展现实、区块链、人工智能、数字孪生等技术实现对现实世界的数字拓展，完成对现实世界的空间延伸、时间延伸和价值延伸。元宇宙概念示意如图1所示。 图1元宇宙概念示意 1.元宇宙概况 通常认为元宇宙概念来源于1992年科幻作品《雪崩》中提到的“Metaverse”。2021年是元宇宙元年，3月份随着元宇宙概念第一股Roblox上市，元宇宙开始进入公众视野，国外脸书、微软、英伟达等科技公司纷纷布局相关领域，国内腾讯、字节跳动、百度等公司也紧随其后，10月份，脸书正式改名为Meta彻底拥抱元宇宙，使得全球范围内掀起了关注元宇宙发展的热潮。自此以后，世界各国开始在扩展现实、人工智能等元宇宙重要的领域开展了布局，政策和产业发展策略等方面也有所倾斜。 （1）主要政策 国外，主要国家在元宇宙技术研发、产业发展、政策监管等方面进行了积极布局。在技术研发上，韩国重点关注元宇宙城市、虚拟数字人、扩展现实等方向，且给予资金支持，2021年5月，韩国科学技术信息通信部发起成立包括现代、SK集团等200多家韩国本土企业和机构的“元宇宙联盟”，专注元宇宙探索。法国在数字资产、扩展现实等方向积极展开探索，于西部卢瓦尔河大区成立了配备虚拟实现工业中心的智能工厂创新科研中心，拟通过虚拟现实技术，开展新型工厂设计、新机器监测、人体工学研究以及员工虚拟培训等研究。在产业发展上，2021年7月，韩国公布《数字新政2.0》，推出数字内容产业培育支 援计划，共投资2024亿韩元，其中投资扩展现实内容开 发、数字内容开发和扩展现实产业基础共计760亿韩元。 2021年11月3日，首尔市长提出首尔愿景2030计划，计 划投资30亿韩元建设元宇宙首尔，涵盖包括经济、教育、 旅游、通信、城市、行政、和基础设施7个领域。韩国产业界对元宇宙关注度极高，主要侧重于元宇宙平台、虚拟人、VR等方面，并初步形成了游戏、虚拟偶像、虚拟世界等领域应用。2021年7月，日本经济产业省发布了《关于虚拟空间行业未来可能性与课题的调查报告》，报告认为，政府应着重防范和解决“虚拟空间”的法律问题，并对跨国、跨平台业务法律适用条款加以完善，政府应与业内人士制定行业标准和指导方针，并向全球输出此类规范。2021年12月，日本成立元宇宙的业界团体“一般社团法人日本元宇宙协会”，启动市场构建，力争使日本成为元宇宙发达国家。2022年4月，日本成立面向应用推进研究和规则完善的“元宇宙推进协议会”。在政策监管上，2021年10月，美国出台《政府对人工智能数据的所有权和监督法案》，要求对人工智能系统所涉及的数据，特别是面部识别数据，进行监管。2022年3月9日，美国总统签署“关于确保数字资产负责任发展”的行政命令，要求各部门通力合作，就数字资产展开相关研究。2022年4月和7月，欧盟分别通过了《数字服务法》和《数字市场法》， 重点关注网络平台内容安全、保护、个人隐私安全以及恶性竞争等关键问题。 国内，元宇宙产业也获得了广泛的重点关注。2021年12月，中央纪委国家监委网站发布《元宇宙如何改写人类社会生活》，提出要“理性看待元宇宙带来的新一轮技术革命和对社会的影响，不低估5-10年的机会，也不高估1-2年的演进变化”。2022年1月，工信部召开中小企业发展情况发布会，提出要注重培育一批深耕专业领域工业互联网、工业软件、网络与数据安全、智能传感器等方面的“小巨人”企业，培育一批进军元宇宙、区块链、人工智能等新兴领域的创新型中小企业。此外，工信部工业文化发展中心于2022年10月发布的《工业元宇宙三年行动计划 （2022-2025年）》，以及工信部、教育部等五部委2022 年11月联合发布的《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》，着重突出了对元宇宙产业发展的重视。目前，我国已有24省市相继发布元宇宙方面的产业发展规划或方案，涉及产业发展、人才引进、税收支持等方面。 （2）发展情况 当前，元宇宙整体还处在探索期，相关技术、产品、平台和应用还需要进一步整合和发展，但关键领域产业布局趋势已经逐渐明朗。 在硬件方面，扩展现实设备、算力芯片和网络基础设施等已成为元宇宙产业关注重点。其中，扩展现实设备已经成为元宇宙最直接入场券，以美国为主的国外厂商占据先发优势，市场占比较高。2021年第一季度脸书旗下的Oculus出货量已占全球VR/AR头显出货量75%，同比增长117%，行业呈现向头部集中的趋势。以GPU为代表的算力正逐步向元宇宙计算核心发展，英伟达在该领域具有绝对的话语权和主导权，在前四大云供应商亚马逊、谷歌、阿里巴巴、Azure中97.4%的AI加速器实例部署了英伟达GPU，同时英伟达主导着人工智能算法训练市场，全球Top500超级计算机中近70%使用了英伟达GPU。以网络为代表的基础设施成为保障沉浸式体验的关键，在传统无线方式不能解决元宇宙终端设备需求的背景下，5G和新的WIFI标准不断出现，华为5G通信天罡基站和巴龙5000等都在向该方向发展。 在核心技术上，人工智能、区块链等成为了重要元宇 宙的重要支撑。其中，人工智能已经成为驱动元宇宙的内在动力，美国围绕人工算法基础框架开展了大量的研究与应用。谷歌、脸书、亚马逊、微软等科技巨头纷纷布局基础算法框架，开发了TensorFlow、MXNet、CNTK、Caffe等重要产品，其中谷歌所研发的TensorFlow已被大量人工智能项目采纳。国内，作为最早“AllinAI”的公司，百度 在AI领域的积累深厚，基于百度大脑的VR2.0产业化平台为产业提供全栈式行业场景应用开发，并提供全链路元宇宙内容生态和AI支撑下的元宇宙新业态。区块链技术作为元宇宙数字身份和数字资产的支撑也获得了飞速发展。据IDC数据显示，我国区块链市场规模已达4.68亿美元，是全球的第二大区块链支出单体。随着产业动能的释放，我国区块链产业链条进一步完善，产业链上、中、下游持续补充，形成了具备成熟度与完备性的全产业链链条，在数字经济带动下，应用领域企业飙升，约占据我国区块链产业链条61.37%，同比增加24.48%。 在应用方面，当前游戏和社交领域仍是元宇宙应用的主要方向。国外作为元宇宙的发起方，在应用方面积累了大量的优质企业，产业发展优势明显。我国科技企业在元宇宙应用领域迅速跟进，以腾讯、字节跳动、华为、阿里巴巴等为代表的巨头整合业务优势迅速布局，以米哈游、莉莉丝等为代表的游戏企业升维游戏场景靠近虚拟世界，游戏公司中青宝、宝通科技、汤姆猫等宣布开发元宇宙概念游戏。整体来看，得益于强大的基建能力及人口规模优势，我国元宇宙科技企业在后端基建、人工智能、内容与场景创新等方面的潜力巨大。 在国家整体层面，美国重视基础研发，尤其在底层架构方面，整体领先水平较高。中国掌握用户基数与社交基 因优势，在后端基建和人工智能领域持续布局和发力。日本有丰富的ACG（动画Animation、漫画Comic、游戏Game）产业基础，其应用已逐步由游戏向其他场景延展。韩国元宇宙由政府引领，应用场景主要由“偶像经济”驱动，并在“虚拟数字人”上有一定技术领先。 2.元宇宙主要特性 元宇宙主要特点是帮助人们实现在虚拟世界的数字化身，进而借助扩展