【元宇宙深究】构建元宇宙的十大核心技术

　　在《元宇宙深度研究》过往的六期作品中，我们围绕第一篇内容《什么是元宇宙？一场史无前例的颠覆性变革》展开探讨了空间互联网、虚拟文明两大元宇宙核心概念，那么接下来我们重点聊聊元宇宙的第三大概念：前沿科技大融合。

　　在此之前，我们有必要再次明确：元宇宙不是单一的一台设备或者一款应用，它是一个庞大、分层的架构——就像一座由许多隐藏系统所构建的城市。在本篇文章中，我们将探讨元宇宙的十项核心技术：从五个功能层面出发，深度分析它是如何构成这一架构的。每个“层”就像一座城市的子系统（或理解为一支乐队的各个部分），只有当所有层级相互关联、相互咬合时，元宇宙才会焕发生机。

　　感知层，你可以将它理解为是元宇宙的最底层，这一“层”关乎到元宇宙是如何感知世界，以及用户是如何进入到其中的关键所在。它包括所有捕获物理数据和人类存在的硬件与网络。

　　物联网与传感器网络(IoT and Sensor Networks)。物联网 (IoT) 是指由传感器、摄像头、可穿戴设备和智能设备组成的网络，主要用于收集现实世界的数据。在元宇宙中，物联网设备（从家用传感器到工业摄像头）会将信息传输到虚拟环境。例如，北京和杭州的智慧城市传感器会持续将交通、天气和公共空间映射到真实社区的数字孪生体中。据美国国家医学图书馆一项调查指出：物联网对元宇宙至关重要，因为它能让传感器和电子设备“连接并共享信息”，从而实现人与物之间的自动化交互。在国内，华为和阿里云等公司正在部署边缘物联网平台，将实时数据（例如工厂机器、车辆运动）传输到虚拟仿真环境中。在全球范围内，亚马逊物联网和思科的物联网系统也发挥着类似的作用。传感器本身只能收集原始数据，但当与人工智能和高速网络相结合时，这些现实世界的“输入”可以激活虚拟世界，并将其与现实世界联系起来。

　　XR头显与接口设备(XR headsets and Interface Devices)。扩展现实 (XR) 设备，例如 VR 头戴式设备、AR 眼镜、运动控制器和触觉手套等是人类进入虚拟世界的入口。这些设备让用户能够看到、听到并且感受到数字空间。例如，在 2023 年至 2025 年期间，Meta 的Quest 3和索尼的 PSVR2 等新款头戴式设备在全球上市，国内公司PICO 和 NOLO 则发布了新一代 VR一体机。移动 AR 也在蓬勃发展：微信小程序使用 AR 滤镜进行购物，阿里巴巴的天猫 3D 商城让用户在混合现实中浏览商店。XR硬件只有在元宇宙有可供探索的世界（由3D引擎构建并在强大服务器上运行）且传感器能追踪你的动作时才有用。因此，正如相机需要存储和软件一样，XR头显只有与赋予其虚拟内容意义的人工智能、云和区块链层集成时才能真正闪耀。

　　位于感知层之上的运算层，是处理数据、驱动虚拟环境并使其具备响应能力的“大脑和神经系统”。

　　人工智能与机器学习(Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning)。人工智能算法，特别是机器学习和深度学习才能使元宇宙变得智能且充满活力。人工智能可以解读传感器输入、驱动 NPC（非真实玩家角色）、生成内容带来个性化体验。例如，大型语言和视觉模型（如 OpenAI 的 GPT-4 或 Google 的 Bard）可以让虚拟助手回答问题，而生成式人工智能则可以创建逼真的虚拟角色和场景。人工智能还可以从用户行为中学习，比如购物软件可能会使用机器学习来推荐虚拟服装或 AR 房间布局。在国内，AI巨头们也正在突破这一极限：百度的“文心一言”和阿里巴巴的含光 AI 可以创建逼真的虚拟向导并支持视觉任务。正如上述报告所指出：人工智能是一项变革性技术，在元宇宙的发展中发挥着至关重要的作用，它能使计算机能够“与用户进行智能互动”，并根据个人喜好定制体验。然而，人工智能模型需要大量的计算资源（比如算力、电力等）和来自传感器的真实世界数据来训练；如果没有云/边缘计算和物联网的输入，即使是最智能的人工智能也无法呈现持久的虚拟世界。

　　云、边缘与网络计算(Cloud, Edge and Network Computing)。构建和运行元宇宙庞大的3D世界需要强大的计算能力和高速的网络。云计算可按需提供GPU和存储，用于实时渲染与模拟。例如，全球云计算巨头（AWS、Microsoft Azure、Google Cloud）正在加紧支持元宇宙的工作负载，正如美国一数据中心的一项分析所指出的那样：元宇宙“将需要充足的计算和存储”，而这些提供商拥有“支持元宇宙巨大存储和处理需求”的基础设施。与此同时，边缘计算（将服务器放置在更靠近用户的地方）和 5G/6G 网络可以降低延迟。低延迟网络至关重要：即使是很小的延迟也会破坏沉浸感。诸如支持 5G 的边缘数据中心（例如华为的 5G MEC 或 AWS Local Zones）等技术将实时传输 VR 内容和传感器数据。国内的电信公司（中国移动、中国电信）已经为此目的建立了 5G+元宇宙试验网络。总体而言，云/边缘平台使元宇宙大规模成为可能并使其保持同步。但仅有原始基础设施并不能实现完整的愿景——没有人工智能算法和丰富的内容，所有的计算都只是空洞的马力。换句话说，网络和服务器是高速公路和发电厂；你仍然需要创造性的数据（来自物联网和AI）来驱动更有意义的流量。

　　系统层是中间层，它为元宇宙的身份、安全、价值和治理等提供了支撑。就像城市的法律体系和经济体系的结合。

　　区块链与分布式账本技术(Blockchain and Decentralized Ledger Technology)。区块链（分布式账本技术）在元宇宙中实现了独特的数字资产、加密货币和透明的记录。它使所有权和价值能够“客观地”被追踪。例如，以太坊或其他区块链上的NFT（非同质化代币）可以代表虚拟房地产、艺术品或游戏道具。用户可以真正拥有元宇宙的宝剑或地块，然后进行点对点交易。区块链的“去中心化和透明性”对这种新经济至关重要：它能够确保交易的安全并且防止伪造。正如上述报告所解释的那样，区块链允许“在元宇宙中进行安全且可验证的交易”，从而促进虚拟资产的所有权，同时确保知识产权。在全球范围内，我们看到NFT市场和加密游戏（例如Axie Infinity、Decentraland的LAND）正在兴起。在国内，尽管去中心化加密货币受到限制，但政府也正在积极探索区块链技术。2022年至2024年，政府推出了数字人民币（e-CNY）试点项目，并启动了区块链服务网络（BSN）——一个由国家支持的发行链上资产的平台。据报告《XR and Metaverse in China》指出：中国的BSN和e-CNY可能会“彻底改变元宇宙生态系统内的数字交易、所有权和资产管理”。当然，这些区块链工具只有与其他系统集成才重要：代币需要存在于 3D 空间中，钱包需要身份，并且两者都需要快速的网络和人工智能驱动的安全层。

　　数字身份与认证(Digital Identity and Authentication)。如果说区块链管理的是资产，那么数字身份则管理的是人。统一的数字身份可以让你在跨元宇宙平台证明自己的身份（或至少是虚拟身份）。这可以建立信任和合规性。例如，我国在23年向国际电信联盟（ITU，联合国电信组织）提出了一个针对元宇宙的“统一数字身份系统”。该系统将用户的虚拟化身与现实世界的属性（生物特征、职业等）联系起来，以便追踪和规范不当行为。在全球范围内，像 W3C 的去中心化标识符 (DID) 这样的标准都致力于实现类似的目标：为游戏档案、VR 聊天角色或专业 VR 会议提供统一的可互操作 ID。数字 ID 可实现安全登录、年龄验证和跨平台数据可移植性。如果没有可靠的身份信息，虚拟世界就有可能陷入混乱或欺诈，但有了与区块链和人工智能连接的身份系统，用户可以携带凭证（如文凭、执照或健康状况）进入任何虚拟世界。简而言之，去中心化身份解决方案巩固了虚拟世界的社会结构。

　　这一层可以创造并可视化元宇宙的内容——让我们可以实际地看到并与之互动的环境、物体和化身。

　　3D图形引擎与XR内容工具(3D Graphics Engines and XR Content Tools)。元宇宙内容的核心是实时 3D 引擎和开发平台（例如 Unity、虚幻引擎、Cesium），它们让创作者能够构建沉浸式世界。这些引擎支持渲染、物理和交互。例如，世界各地的游戏工作室都使用 Unity 或虚幻引擎来构建 VR 游戏环境和 AR 应用。此外，像 OpenXR（行业标准 API）这样的工具可以帮助开发者制作可在任何头戴式设备或眼镜上运行内容。在国内，腾讯（Mars 引擎）和字节跳动（体积视频）等公司正在开发类似的工具。此类引擎已在主流应用中得到应用：微软的 Mesh for Teams 使用 Unity 构建 VR 会议室，阿里巴巴的宣和工程虚拟博物馆使用UE4 以 3D 形式重建皇家文物。一项分析指出，“3D程序和引擎、地理空间地图、AR/VR 和 XR”是空间计算的基础。我们可以将其解读为构建元宇宙的 3D 画布。这些工具可以实现从动画角色到城市规模模拟的一切。但图形引擎需要感知层（扫描、激光雷达、图像）的原始数据以及计算层的处理才能产生逼真的视觉效果。它们只有在输入网络和设备时才有用：除非某人的 CPU/GPU（在云端或边缘）能够渲染它，并且AR 头显能够显示它，否则虚幻场景毫无用处。因此，3D 工具与其他所有层级相互关联。

　　数字孪生与模拟(Digital Twins and Simulation)。元宇宙的一个关键部分是数字孪生——真实物体、地点甚至人物的高保真虚拟复制品。例如，一个城市可以拥有一个数字孪生，映射每条街道和每栋建筑（使用物联网传感器数据和GIS），从而在VR中实现交通和能源模拟。在全球范围内，虚拟新加坡和美国国防部的城市孪生等项目体现了这一趋势。在国内，杭州和深圳等城市已经建立了早期的数字孪生平台，用于城市规划和交通管理。数字孪生技术利用摄影测量、GIS数据和实时传感器反馈，在虚拟空间中映射现实。在电子商务领域，阿里巴巴的淘宝未来城（一个于2022年推出的虚拟世界）就是一种数字孪生购物中心：用户进入一个模拟真实精品店的虚拟购物区。这一层实际上让元宇宙能够“表达”现实世界。但数字孪生需要感知层（传感器、摄像头）来输入数据，计算层来模拟动态，以及系统层来管理版本/数据。换句话说，数字孪生只有将数据通道、云计算和用户交互融合在一起才能大放异彩。

　　融合层可以理解为是元宇宙的顶层，它关乎着以人为中心的融合 (human-centered integration)，即所有底层技术催生的社交空间、经济和治理。这里是人们相遇、交易和共同创造的地方。

　　社交平台与虚拟化身(Social Platforms and Avatars)。这些是元宇宙的服务和社区，从VRChat到Roblox，再到微信的虚拟聚会。它们能让用户以虚拟形象进行社交、分享内容并体验“在场感”。例如，VRChat（一个全球性的VR社交平台）最近在2025年初创下了136,567名同时在线用户的纪录。这展示了当技术栈发挥作用时用户的参与度能有多么的高。在国内，科技公司已经推出了自己的平台：腾讯的 QQ 元宇宙（2023 年 Gucci 虚拟博览会）和字节跳动的篝火晚会瞄准社交聚会，而网易的元宇宙游戏和“网易云课堂”VR 拥有数百万用户。虚拟化身（动画角色）是这里的一个关键子技术，通常由人工智能驱动。虚拟 KOL（AI偶像）和 NPC 填充这些世界。但社交平台只有在身份和经济得到解决的情况下才能蓬勃发展：你需要以自己（或选择的角色）的身份登录，并且需要数字商品/金钱才能互动。这些空间综合了所有层面，比如用于手势/语音的传感器、用于聊天或行为的人工智能、用于跨世界好友列表的区块链等等，这样才能使元宇宙感觉更像是一个活生生的社会。

　　数字经济与治理(Digital Economy and Governance)。最后，每个元宇宙都有其自身的商品、就业和规则经济体。这里的技术包括基于区块链的货币、社区决策协议（DAO），以及政策和审核工具。举个简单的例子：用户设计一件虚拟服饰，将其铸造成NFT，然后在元宇宙代币市场上出售——所有这些都是由这项技术实现的。国内的案例很能说明问题：中国正在将其数字人民币整合到虚拟平台中，这样你就可以用电子人民币购买虚拟商品，并且它正在使用区块链网络（BSN）来支持这种交易。在欧洲/美国，我们看到像 Decentraland 这样的加密元宇宙发行 MANA 代币，NFT 土地以数百万美元的价格出售。治理技术也在这里重叠：智能合约可以自动执行规则（例如“拥有土地以对社区变革进行投票”），而像 DAO 这样的组织则制定社区标准。如果没有下面的层级，这一切都将无法实现：经济体需要身份（谁获得哪种货币），需要安全的账本（区块链），以及内容和用户（XR 和社交平台）来支付。正是这种技术的融合，才让一些专家们将元宇宙比作一座拥有自己政府和经济的城市。

　　总的来说，元宇宙这个整体远大于各个“层”之间的和。没有任何一项单一的发明能够解锁元宇宙——协同效应才是关键。单凭一台设备无法创造一个世界；数据需要处理（AI）、网络需要传输、叙事需要软件......这就像一支乐队：每件乐器（技术）都发挥着各自的作用，但只有它们汇聚在一起，才能演奏出一曲完美的歌。或者像城市规划：传感器是城市的线路和摄像头，人工智能是发电厂，区块链是银行系统，引擎是数字商品的工厂，社交平台是人们聚集的广场。缺少任何一层，结构就会崩塌（没有地基的城市就没有尖塔！）。在构建这些无形地层时，我们应该记住这种协同配合。技术或许隐藏在幕后，但它的影响将塑造数十亿人如何相遇、工作和娱乐——一个层层叠加、点点滴滴构建的未来。

　　除此之外，一定还有更多。这些都是元宇宙底层庞大科技“混搭”的一部分。它们共同构成了一座复杂的城市——一个由世界各地的创新者们共同创造且不断发展的基础设施。

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