中国人工智能系列白皮书一元宇宙技术(2024 版)

中国人工智能系列白皮书 一元宇宙技术（2024版） 中国人工智能学会二〇二四年七月 《中国人工智能系列白皮书》编委会 主任：戴琼海执行主任：王国胤 副主任：陈杰何友刘成林刘宏孙富春王恩东 王文博赵春江周志华 委员：班晓娟曹鹏陈纯陈松灿邓伟文董振江 杜军平黄河燕 付宜利季向阳 古天龙贾英民 桂卫华焦李成 何清李斌 胡国平 刘民 刘庆峰 刘增良 鲁华祥 马华东 苗夺谦 潘纲 朴松昊 钱锋 乔俊飞 孙长银 孙茂松 陶建华 王卫宁王熙照王轩王蕴红吾守尔·斯拉木 吴晓蓓杨放春于剑岳东张小川张学工 张毅章毅周国栋周鸿祎周建设周杰 祝烈煌庄越挺 《中国人工智能系列白皮书元宇宙技术》编写组 陶建华杨小康何斌王茜莺鲍虎军王琼华祝烈煌何晓冬况铁梅杨艺 - 目 第1章元宇宙技术概述， 1.1元字审技术的发展历程 1.2元宇审产业发展现状 1.2.1海外发展格局1.2.2国内发展情况 .10 1.2.3国内外发展路径对比 .12 1.3元宇审未来发展趋势 1.3.1新信息形态。1.3.2新数字器官， .13 1.3.3新经济模式 14 1.3.4新社会图景 1.4元宇审面临的机遇和挑战。 1.4.1元宇审发展机遇 15 1.4.2元宇宙发展面临的挑战 第2章元宇宙关键技术 16 2.1元字宙技术架构.. 18 2.2元字宙计算. 21 2.2.1分布式并行计算 21 2.2.2元字审典型计算场景， 23 2.3元宇审感知.. 28 2.3.1微透镜列光场感知 28 2.3.2计算光场成像 .29 2.3.3全景成像 32 2.3.4多视图立体成像 33 2.3.5音频感知. 36 2.3.6触觉感知. 2.4元字宙生成 2.4.1三维重建...2.4.2数字人分身重构 46 2.4.3AI内容生成 48 2.5元宇宙协同. 51 2.5.1区块链技术原理 .51 2.5.2区块链关键技术 2.5.3元宇宙协同安全 2.6元宇宙交互.. 2.6.1信息量示... .68 2.6.2多模态交互 71 2.6.3多模态情感计算 第3章元宇审技术平台， .82 3.1典型共性技术平台 3.1.1超高清视音频技术 ..82 2 3.1.2云流染技术84 3.2典型元宇宙硬件平台87 3.3典型元字宙内容构建平台 3.4典型开源技术与工具 第4章元字审典型应用， 4.1文旅元宇审.103 4.2教育元宇审.105 4.3工业元宇审，.108 4.4办公元宇宙. ...111 4.5娱乐元宇宙.113 4.6体育元字审.. 4.7金融元宇宙.118 4.8供应链元字审.121 4.9农业元字宙.123 第5章元宇审安全治理：挑战与策略.126 5.1元宇宙✁安全风险126 5.1.1数据安全与治理 5.1.2网络安全126 5.1.3社会安全.. 5.1.4国家安全.127 5.2元宇宙安全治理✁现实挑战128 5.2.1数字平台✁安全漏润，.128 5.2.2数字资产✁安全保障129 5.2.3国际合作与全球治理 5.3元宇审安全治理✁策略与✁议.130 5.3.1技术层面✁创新与应用.130 5.3.2法律层面✁完善与实施.131 第6章总结与展望，.134 6.1协同多方合作，共同推动元字宙产业发展.134 6.2建立元字宙应用规范和评测平台， 编写人员贡献，159 第1章元宇宙技术概述 1992年，美国著名作家NealStephenson在《SnowCrash》中提到元宇审（Metaverse） 一调，他这样描述：“戴上耳机和目镜，找到连接终端，就能够以虚拟分身的方式进入由计算机模拟、与真实世界平行的虚拟空间。”2020年，新冠疫情的出现使越来越多的人在虚拟空问进行交流、学习和工作，体会到了元字审的价值。 元字宙是一种融合了虚拟现实、增强现实、人工智能等技术的持续性虚拟环境，具 有收敛性、物理持久性、连接感知和共享等特征。在该环境中，人们可以通过虚拟化身 进行互动和交流。元字审超越了物理世界的限制，提供了一个高度沉浸、无缝连接和互动的三维数字空间，允许用户在虚拟世界中创遗、探索、协作和娱乐。元宇审是一个融 合虚拟与现实、打物理世界限制的复票数学生态系统，为用户提供了一个多元化、互 动性强的虚拟世界。元宇审被视为互联网的下一次重大演进，支持实时社交互动、虚拟经济、教育、商业、游戏等多种应用，具有自我组织、自我管理和创新协作的能力。从科学角度上说，元字审的诞生是多学科融合的结果，元字宙将促进信息科学、数学和生 命科学等学科的融合与互动，在涵盖物理空间、社会空间、赛博空间以及思维空间的基础上，融合多种数字技术，将网络、软硬件设备和用户聚合在一个虚拟现实系统之中[1]。 生成 感知协同 计算交互 XR5G 体系五大基础领城构建了元宇宙的完整技术体系 融合多项新兴技术交叉融合描绘了元宇宙的推形 设备 区块链1可穿戴 源起+ Web3" AR/VR等单点核心技术发展支撑了盘实交互 VRAR 1.1元宇宙技术的发展历程 图1-1元宇宙的技术演进 如图1一1所示，“元宇富”的概念随着技术的演进而不断完善。在元宇审概念刚兴 4 超时，业界主要将其认为是VR/AR承载的一种虚实交互应用。随看区块链，5G、Web3.0 和可穿戴设备等相关技术的发展和成熟以及多种技术交义融合，我们看到了元学审的罪 形，即多人可以通过多种方式在元宇宙中完成远程交互、虚实交互。事实上，元宇宙本身不仅包含交互，更包含对世界的感知、数字化、智能化生成等，也对计算、协同等方面有迫切需求，因此融合这五大基础领城的完整技术体系构成了元宇审的新概念。 元字宙是基于多种技术打造的虚实相生的数字世界，图1-2从技术的角度对元字审特点进行概括，其包括沉浸式、拓展性、多元化、永续性、去中心化、实时性等特点。元宇宙中用户不仅仅是观看内容，还可以利用多感官及认知体验，实现全面沉浸式的深度交互。元宇宙社会中，自然人、虚拟人、机器人三者共融共生，建设的环境可以永续运营，也可以发展为意识永生的载体和聚集地，跨越时间、空间乃至意识空间，达到多模互遵。同时，元学审提供了跨虚实和跨生死的多维拓展，包括生存空同方面、规角维度方面、思想实践方面的多重延伸。元字审中用户可以一个身份或多个身份自由活动，内容生态是丰富多元的，同时还可以连接第三方的开放接口共享、修改、建设新内容。 ·虚实相生 ·感官认知 沉漫式永续性 ·协同演进 ·共融共生 ·深度交互·永续运营 的特点 ·生存空间元宇宙多身份自由活动 ·视角维度拓展性多元化丰富内容生态 ·思想实践第三方开放接口 ·时间灵活自治组织 ·空间互通实时性去中心化.智能合约 ·意间瞬移共识机制 图1-2元宇宙的技术特点 元宇审和虚拟现实各自拥有其独特的内涵与应用场景，在定义、界面、持久性、内容、价值、支持技术、应用领域和未来发展等方面存在差异。 定义：虚拟现实是一种通过计算机科技生成的仿真三维环境，用户通过穿戴特制的头戴式显示器、VR眼镜等设备与虚拟环境进行互动，具有类似真实环境的沉浸式体验。元字审是一个基于区块链、数字身份认证和智能合约等技术的虚拟空间，目的是在数字 世界构建一个具有经济、社交和文化价值的生态系统。元宇宙不仅仅是一个虚拟环境， 5 更是一个包含了现实世界和虚拟世界相互交织的综合生态系统。 界面：虚拟现实的界面由穿戴设备（如头戴式显示器和手柄控制器）、摄像头、耳机 等关键设备组成，与用户的感官进行连接，让用户的感官能够沉浸在一个虚拟的或现实的环境中，虚拟现实通常是独立的虚拟体验，不一定与其他平台或服务互通。元字审的 交互方式更加丰富多样，通常使用游戏手柄、键盘、鼠标等传统设备，还支持语音、触摸和动作识别等方式，让用户可以更加灵活地自由互动，并且强调不同虚拟平台之间的互通和互操作，形成一个统一的生态系统。 持久性：虚拟现实通常是短暂的体验，用户退出后虚拟环境可能就不再存在。元字审是一个持续存在的虚拟世界，即使用户退出，元字宙仍然运行并发展。 内容：虚拟现实通常由独立团队开发设计，它的环境、角色和游戏物品部是由这些团队独立开发设计，用户通常是虚拟内容的消费者，面不是创造者。元宇审的核心概念是用户可自由交换，这就意味着数据和资源的所有者是社区中的所有人，它的环境也可以由社区成员自己构建设计，成为一个更加开放和互动的环境。元宇审鼓励用户生成内容，用户可以在元字审中创造和交易虚拟物品，甚至构建自己的虚拟空问。 价值：虚拟现实通常被视为游戏或娱乐的平台，元宇宙更多地重视于价值的保护和创造。元宇宙是一个真正的数字生态系统，由用户构建，不受中央机构控制，用户在这 个环境中购买、出售、拥有、授权和交换任何在元字审中出现的数字资产。这提示着创 造优质的虚拟资产以及给予创造者正确回报的机会。正因如此，元审拥有一个商业生 态系统，社区成员通过参与元宇宙的建设，为其他成员创造价值，通过买卖、投资、竞争和合作等方式实现利润，并将此用于推动元字宙社区的发展。 支持技术：虚拟现实主要借助于计算机图形学、计算机视觉和人机交互等技术实现沉浸式体验。元字宙则需借助于区块链技术和智能合约来平衡权益、管理数字资产和验证数字身份。 应用领城：虚拟现实目前主要应用于娱乐、游戏和培训等领域。例如，虚拟现实游 戏可以提供给家身临其现的游戏体验，虚拟现实培训可以为学生或职业人士提供模款 的实战训练环境。元宇审的应用领城则更加广泛，除了虚拟现实的应用外，元宇审还可以支持在线社交、虚拟商店、虚拟会议等各种虚拟场景。在元学审中，用户可以与朋发进行聊天、购物、参加活动，还可以参观博物馆展览等场所，甚至可以创造自己的虚拟 世界。 未来发展：虚拟现实和元宇审是两个快速发展的领域，它们的应用场景各不相间。 虚拟现实更加偏向于单纯地追求沉浸式的视听感知体验，它在游戏、娱乐、技术培训等领域有着广泛的应用。元字宙以建立经济生态系统和数字资产管理为目标，涉及的行业更加广泛，包括金融、房地产、娱乐、艺术，文化等领城。 综上，元字审与虚拟现实之问存在紧密的关系。虚拟现实技术为元字审提供了技术基础和支持，元宇审则为虚拟现实技术提供了广阔的应用场景和发展空间。元宇审是一 个更广泛、更综合的虚拟世界概念，虚拟现实则是一种实现这种世界的技术手段之一。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，两者之问的融合将会更加深入，为用户带 来更加沉漫式和多元化的体验。 元字审作为新一代信息技术发展的集大成者，带动了工业、商业、服务、娱乐等面向消费领城的创新和应用热潮，使得元宇雷审技术在不同行业典型场量中深入应用并持续创新和快逐发展。元字审技术虽然仍处于早期，但一旦落地也可能对诸多行业带来深远影响。元宇审在以下六个领域的应用场景光其值得期待，文化娱乐、虚拟人，教育培训、工业制遗、医疗健康和远程办公等。 1.2元宇宙产业发展现状 1.2.1海外发展格局 元字宙成为全球ICT领域热点议题。自2021年起，元字宙概念快速升温，国内外政府给予高度关注和政策部署，Mea、谷歌、脸书、英伟达等全球市值前十科技企业在内的国内外ICT巨头与初创全业纷纷发声，主要从三个方面展开布局：一是依托消费电 子领域发展大众创新应用，如Meta、苹果等企业重点布局新型智能终端与下一代音视 频。2023年6月，苹果发市首款里程碑式的头戴式设备VisionPro，再次引爆社交媒体， 为产业发展注入强心剂。二是依托工业互联网与云服务领域发展工业、企业元宇宙创新应用，如英伟达、微软等重点布局新型工业仿真、企业办公云服务及配套3D图形算力基础设施。三是依托区块链领域拓展互联网业务新的交易模式与经济活动，如OpenSca。MetaMask等初创企业积极市局元宇审背后的新型数字资产与身份标识。 全球各国企业根据各自的产品与技术特点逐步推动向元字审探索发展，进而影响了各国政府的决策态度和政策导向。企业层面，海外以美国企业最为积极，美国在基础研发与核心技术优势明显，日本，韩国均基于已有的技术生态进行延展或选代升级，巨头 企业布局元