工业元宇宙发展洞察报告(2023).pdf
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1、前言随着元宇宙概第一股 Roblox 上市,元宇宙迅速引发世界关注,国外脸书(Facebook)、微软(Microsoft)、英伟达(NVIDIA)等,国内腾讯、字节跳动、百度等科技公司纷纷布局该领域。元宇宙利用区块链、人工智能、扩展现实(XR)、数字孪生等技术实现对现实世界的有效数字拓展,完成对现实世界的空间延伸、时间延伸和价值延伸,实现虚拟世界和现实世界时空融合。工业元宇宙基于元宇宙的关键特征、要素、相关技术与应用,将扩展现实、数字孪生为代表的新型信息通信技术与工业经济深度融合,从而构建工业元宇宙新型基础设施、应用模式和工业生态,服务于工业经济、赋能工业生产、促进工业领域数字化高质量发展,
2、带动工业企业数字化转型新升级。工业元宇宙通过打造与现实工业经济映射和交互的虚拟世界,构建起工业产品全生命周期的虚实共生、企业和消费者智能高效闭环下的全息智能制造、工业智能经济体系,解决工业多应用场景中的痛点问题。但由于工业元宇宙概念较为前沿,涉及的技术种类复杂,产业类型多,目前工业元宇宙的产业体系尚未建立完善。因此,为统一工业元宇宙的认识,明确工业元宇宙概念,促进工业元宇宙的产业集聚发展,结合2022 中国工业元宇宙产业研究报告、元宇宙通证、中国元宇宙白皮书、元宇宙发展研究报告 1.0、元宇宙特征与属性 START 图谱等材料和权威专家观点,深入调研产业发展状况,针对工业元宇宙的概念、价值、政
3、策、应用、关键要素、技术体系、产业体系以及重点问题进行了详细阐述,尝试定义了工业元宇宙概念、技术体系和产业体系,并对元宇宙未来发展进行了深入思考,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。指导单位:指导单位:中关村区块链产业联盟中关村区块链产业联盟目录一、元宇宙概述.1(一)元宇宙发展脉络.1(二)元宇宙基本内涵和特征.2(三)元宇宙的应用探索及成效.5二、工业元宇宙概念与价值.6(一)工业元宇宙概念.6(二)工业元宇宙的价值.8三、工业元宇宙国内外相关政策.9(一)工业元宇宙国外相关政策.9(二)工业元宇宙国内相关政策.12四、工业元宇宙应用探索.14(一)工业元宇宙变革生产者的操
4、作模式.15(二)工业元宇宙优化设计者的创作过程.17(三)工业元宇宙提升经营者的管理效率.19(四)工业元宇宙丰富服务者的实施手段.22五、工业元宇宙关键要素及发展阶段.24(一)工业元宇宙关键要素.24(二)工业元宇宙发展阶段.25六、工业元宇宙关键技术.27(一)扩展现实技术.28(二)模型技术.29(三)数字孪生技术.29(四)区块链技术.30(五)数字资产与数字身份.30(六)人工智能技术.31七、工业元宇宙产业体系.31(一)工业元宇宙产业布局.31(二)工业元宇宙参与主体.37(三)工业元宇宙主要产业.31八、工业元宇宙需关注的重点问题.38(一)工业元宇宙监管形势将更为严峻.3
5、8(二)信息安全与隐私保护将更加困难.39(三)传统经济体系将迎来巨大冲击.40(四)工业元宇宙标准体系需求更加急迫.40(五)基础设施建设需要跨越式发展.41附件 1:元宇宙大事记.42附件 2:国内元宇宙政策汇编.45参考文献.55工业元宇宙发展洞察报告(2023)1一、元宇宙概述(一)(一)元宇宙发展脉络元宇宙发展脉络元宇宙理念很早有萌芽,1990 年,钱学森先生提出将“Virtual Reality”翻译为“灵境”。钱先生认为“灵境技术及多媒体能大大扩展人脑的知觉,因而使人进入前所未有的新天地,新的历史时代要开始了”。1992 年,尼尔斯蒂芬森(Neal Stephenson)科幻小说
6、雪崩出版,在该书中作者首次使用了“Metaverse”一词。小说描述了一个通过“目镜”可进入,通过“化身”可跨时空交互,实现平行世界的自由穿梭的元宇宙世界。图 1 元宇宙发展时间线工业元宇宙发展洞察报告(2023)2产业界围绕元宇宙开展了很多探索,特别是 3D 游戏、虚拟世界游戏。2021 年 3 月,随着元宇宙概第一股 Roblox上市,元宇宙开始迅速传播,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、百度等公司也纷纷进入。2021 年 10 月份,脸书正式改名为Meta 彻底拥抱元宇宙,使得元宇宙进入了公众视野并成为产业热点。2021 年以来,“元宇宙”这一概念的关
7、注度呈现指数级暴涨,国内外相关要素厂商纷纷提出“元宇宙”发展战略规划,展现出超出想象的发展潜力。2022 年,元宇宙领域继续蓬勃发展,微软巨资收购动视暴雪继续为元宇宙打造添砖加瓦,谷歌与 NBA 合作推出元宇宙项目Google Pixel Arena,Meta 发布四款 VR 原型机,众多科技巨头公司宣布成立元宇宙标准论坛。国内元宇宙市场整体规模持续扩大,据中国元宇宙发展报告(2022)显示国内元宇宙上下游产值已超过 400 亿。2022 年 9 月,世界人工智能大会元宇宙博览会在上海成功举办。(二)(二)元宇宙基本内涵和特征元宇宙基本内涵和特征元宇宙最初多以游戏的方式呈现,并逐渐整合互联网、
8、数字化娱乐、社交网络等功能。长远看,元宇宙作为虚拟世界和现实世界融合的载体,将向整合社会经济与商业生产活动迈进。但总体上,元宇宙还处于萌芽时期,全球尚未对元宇宙的定义和理解形成统一标准。工业元宇宙发展洞察报告(2023)3Roblox 首席执行官 Dave Baszucki 表示,“我们对未来有个共同的愿景,这种愿景有时会被称为“元宇宙”。它能够给全人类带来非凡的体验,有朝一日,人们得以聚集在一起,社交、学习、娱乐、工作,惊叹于元宇宙的奥秘”。Facebook 创始人扎克伯格认为,“你可以把元宇宙看作是一个具身性的互联网。在这里,你不再浏览内容而是在内容中”。中国信息通信研究院金键指出“元宇宙
9、是全人类对科技发展、产业变革、社会治理、环境变化、宇宙认知等提出的新愿景新蓝图,也是高阶数字经济的空间形态”。阿里巴巴达摩院 XR 实验室负责人谭平认为“元宇宙就是 VR/AR 眼镜上的整个互联网。VR/AR 眼镜是即将要普及的下一代移动计算平台,而元宇宙则是互联网行业在这个新平台上的呈现”。综合业界对元宇宙的认识和阐述,我们认为,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。元宇宙利用区块链、人工智能、XR、数字孪生等技术实现对现实世界的有效数字拓展,可以完成对现实世界的空间延伸、时间延伸和价值延伸。工业元宇宙发展洞察报告(2023)4图 2 元
10、宇宙概念图元宇宙正在变革甚至重塑现有互联网生态体系。Roblox公司首席执行官戴维巴舒基提出了元宇宙所需具备的八要素:身份、社交、沉浸感、低延迟、多元化、随地、经济系统、文明。分析师 Matthew Ball 提出元宇宙应具有以下六个特征:永续性、实时性、无准入限制、经济功能、可连接性、可创造性。Beamable 公司创始人 Jon Radoff 提出元宇宙构造七个层面:体验、发现、创作者经济、空间计算、去中心化、人机交互、基础设施。清华大学元宇宙发展研究报告 2.0提到,元宇宙具有时空拓展性、人机融生性和经济增值性三大特征,以及生存空间拓展、视角纬度拓展、感观体验拓展和思想实践拓展四大拓展。
11、概括起来,元宇宙主要具备时空融合性、多元共生性、价值融通性和自主多样性等四大特性。时空融合性是工业元宇宙发展洞察报告(2023)5指元宇宙不仅完成对现实世界的数字拓展,更是在时间和空间上提供了多种发展的可能,时间和空间高度统一。多元共生性是指元宇宙可将多重身份进行统一,化身将成为元宇宙身份的主要特点。价值融通性是指元宇宙实现了现实世界和数字世界的价值流转和融合,新型经济体系将会出现。自主多样性是指元宇宙给予了用户充分的自主和自由,世界更加多样。(三)(三)元宇宙的应用探索及成效元宇宙的应用探索及成效当前游戏和社交领域仍是元宇宙应用的主要方向。游戏领域目前具备了物理、音视频以及一些特殊的内容创作
12、平台,并在平台上产生了大量优秀作品,给予用户优秀的虚拟体验。图 3 游戏引擎在社交领域,传统的文字、视频等社交手段不断被新的方式所取代,虚拟世界、虚拟演唱会、虚拟毕业典礼等新的社交方式不断涌现。工业元宇宙发展洞察报告(2023)6图 4 社交应用随着元宇宙概念的爆发,元宇宙在文旅、体育、房地产、办公等多个领域的探索如火如荼,元宇宙在工业领域的应用同步开启。二、工业元宇宙概念与价值(一)(一)工业元宇宙概念工业元宇宙概念美国 4Sight 首席技术运营官 Wilhelm Swart 表示“工业元宇宙是最具有竞争力的战场”。德勤元宇宙系列白皮书未来已来 全球 XR 产业洞察报告提到,“元宇宙的发展
13、路径包括两个方向:一是由实向虚,基于虚拟世界对于现实世界的模仿,通过构建沉浸式数字体验,增强现实生活的数字体验,强调实现真实体验的数字化。二是由虚向实,超脱对于现实世界的模仿,基于虚拟世界的自我创造,不但能够形成独立于现实世界的价值体系,还能够对现实世界产生影响,强调实现数字体验的真实化”。其中,由实向虚方向,主要源于产业和工业的数字化转型需工业元宇宙发展洞察报告(2023)7求,基于虚拟世界对于现实世界的模仿,通过构建沉浸式数字体验,增强现实生活的数字体验,强调实现真实体验的数字化,工业元宇宙正是这一发展方向的重要内容。2022 年 3 月,中国电子报刊登的工业元宇宙:展现智能制造的未来形态
14、一文中提到,“工业元宇宙即元宇宙相关技术在工业领域的应用,将现实工业环境中的研发设计、生产制造、营销销售、售后服务等环节和场景在虚拟空间实现全面部署”。工业元宇宙是元宇宙在工业领域的应用,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运行体系和工业模式。工业元宇宙通过区块链、人工智能、XR、数字孪生等技术,打通人、机、物、系统等领域的无缝连接,实现数字技术与现实工业结合,促进实体工业高效发展和变革发展。工业元宇宙将促进工业从全面的“务实”走向“虚实结合、共同发展”。一方面,工业元宇宙强化了现实世界与虚拟世界的联动,改变了生产、设计、经营、管理、维护等模式,推动工业的数字化转
15、型。另一方面,工业元宇宙通过数字分身、社交体系、经济体系等,变革工业的组织模式、生产模式和价值链条。工业元宇宙的意义和目的是产生具体产业应用实际价值。与消费场景下诞生超现实的内容创造和用户体验感相工业元宇宙发展洞察报告(2023)8比,工业元宇宙构建的场景和对象是一个确切物理系统,所要解决的问题、组织关系和任务都是明确的。(二)(二)工业元宇宙的价值工业元宇宙的价值工业元宇宙促进工业数字化转型。工业元宇宙通过真实映射与模拟仿真,构建现实世界的拓展和延伸,通过虚实融合实现概念验证、产品测试、仿真运营、虚拟装配等,大幅度提升工业企业生产效率,减少试错和运营成本,解除生产上的空间限制,促进工业全球化
16、生产模式的形成。工业元宇宙激发技术产业创新。元宇宙中数字虚拟人、虚拟营销、虚拟会议等新模式正在向工业领域拓展,进一步带动区块链、人工智能、扩展现实(XR)、数字孪生等技术在工业中的应用,并通过虚拟世界建设汇聚在线资源,将激发巨大技术创新、产业创新和应用创新。同时,工业元宇宙将进一步带动大数据中心、算力基础设施、区块链、工业互联网等基础设施建设,加速构筑数字底座。工业元宇宙加速数字经济发展。全球经济中数字经济的占比持续提升,元宇宙及工业元宇宙发展,将带动数字资产化及数字资产的全球化流动交易,多个国际知名咨询机构公开表示看好元宇宙的未来市场规模。如普华永道预计,2030 年元宇宙市场规模将达到 1
17、.5 万亿美元,彭博行工业元宇宙发展洞察报告(2023)9业则估计届时元宇宙市场规模可以达到 2.5 万亿美元;摩根士丹利预计,未来元宇宙潜在市场空间将超 8 万亿美元。根据元宇宙作者何超的预测:未来 80%的数字财富将在元宇宙中创造。在工业元宇宙方面,亿欧智库2022 中国工业元宇宙产业研究报告提到“中国制造业正在面临制造业外流、地缘经济分裂、劳动力成本上升等灰犀牛风险,元宇宙元年之后,褪去科幻外衣的元宇宙将成为未来 10-20 年的最强科技风口”。Trend Force 集邦咨询数据显示,工业元宇宙将催动全球智能制造市场规模于 2025 年达 5400 亿美元,2021 至 2025 年复
18、合成长率达15.35%。三、工业元宇宙国内外相关政策(一)(一)工业元宇宙国外相关政策工业元宇宙国外相关政策美国率先提出“元界”概念,并持续关注数据安全和隐私保护问题。关于数据安全,美国商品期货交易委员会(U.S.Commodity Futures Trading Commission,CFTC)委员 Brian Quintenz 建议要加强对底层技术,尤其是区块链技术的监管,并通过追究技术开发者责任的方式来保护交易的安全。当前,美国政府对元宇宙相关热点,如 Web3、数字资产等持鼓励态度。2021 年 10 月,提出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
19、部识别数据进行监管。2022 年 3 月 9工业元宇宙发展洞察报告(2023)10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 8 月,美国国会研究服务局(CRS)发布题为元宇宙:概念和国会应考虑的问题的报告,阐述了元宇宙的相关概念,关键技术,以及重点企业布局,用以分析当下存在的风险及机遇。欧盟在元宇宙上积极开展探索,以法国为代表,其依托政治、科技优势,在时尚领域以及游戏领域中率先形成消费级应用,同时在非同质化通证(NFT)以及工业领域也有所布局。如法国西部卢瓦尔河大区的智能工厂创新科研中心,业务涉及航空、航海、陆运及能源等
20、多个领域,配备虚拟现实工业中心,可通过虚拟现实(VR)技术来设计新型工厂、检测新机器、研究人体工学以及员工培训等,实现了工业元宇宙数字技术和工业生产领域的初步探索。2023 年 7 月 11 日,欧盟委员会通过了名为Web4.0 和虚拟世界的倡议:在下一次技术转型中领先的新战略。欧盟希望通过落实该战略,抓住互联网技术新风口,提高其国际话语权及竞争力。韩国采用政府引领模式积极发展元宇宙,重点关注元宇宙城市、虚拟数字人、XR 等方向,且给予了产业基金支持,并对金融、旅游业、公共服务等元宇宙应用方向有所侧重。2021 年 5 月,韩国科学技术信息通信部发起成立了工业元宇宙发展洞察报告(2023)11
21、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”。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(11.6 亿元),其中 XR 内容开发、数字内容开发和 XR 产业基础共支援 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,未来服务领域涵盖包括经济、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。2023 年 2月,韩
22、国科学技术信息通信部表示,政府将投入 2233 亿韩元(约合人民币 11.9 亿元)扶持元宇宙产业。对关键技术以及医疗、教育、防务、产业、经济等各领域的研发,元宇宙实验室人才培养投入资金,并建立元宇宙企业并购基金,积极支持国内元宇宙企业发展。日本侧重对虚拟空间应用方向的布局,并对加密资产如虚拟货币、NFT 等展开了重点关注。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,成立元
23、宇宙的业界工业元宇宙发展洞察报告(2023)12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”。2023 年,日本成立“元宇宙推进协议会”探讨关于网络虚拟空间运用的法律制度及相关政策建议。(二)(二)工业元宇宙国内相关政策工业元宇宙国内相关政策我国高度重视元宇宙的发展,2022 年 1 月,工业和信息化部在中小企业发展情况发布会上提出要培育一批数字产业化专精特新中小企业,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。2022 年 3月,工业和信息化部工业文化发展中心
24、发布关于征集首批工业文化数字藏品素材的通知,提出将筹建工业元宇宙服务平台,并拟推出工业文化数字藏品。2022 年 10 月,工业元宇宙协同发展组织在北京正式成立,并发布工业元宇宙创新发展三年行动计划(2022-2025 年),提出 3年实现“三个 100”目标,着力推进工业元宇宙全方位健康发展。地方政府出台政策,加速布局元宇宙。截至 2022 年 8月份,我国已有 24 个省市将元宇宙写入政府工作报告、产业规划及扶持政策中。截至 2023 年 1 月,全国范围内已有18 个省级(含直辖市)单位及 22 个市级单位发布了约 90项支持元宇宙产业的政策。其中,北京市于 2023 年 3 月发工业元
25、宇宙发展洞察报告(2023)13布关于推动北京互联网 3.0 产业创新发展的工作方案(20232025 年),提出北京将把握机遇,带动元宇宙等软硬件技术协同创新发展,推动北京率先建成具有国际影响力的互联网 3.0 科技创新和产业发展高地。上海市印发上海市电子信息产业发展“十四五”规划,加强元宇宙底层核心技术基础能力的前瞻研发,推进深化感知交互的新型终端研制和系统化的虚拟内容建设,探索行业应用。为加快推动“元宇宙”领域关键技术的攻关突破,于2023 年 6 月印发上海市“元宇宙”关键技术攻关行动方案(20232025 年)。重庆市在渝北区元宇宙产业创新发展行动计划(2022-2024 年)提出,
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