中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书.pdf
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1、致谢致谢在中国联合网络通信集团有限公司的指导下,本白皮书由联通在线信息科技有限公司撰写发布,在编写过程中的有关内容得到了中国信息通信研究院的专业支持。前言前言习近平总书记曾指出,“数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有,正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量”。发展数字经济已经成为国家战略。在当前数字世界和物理世界加速融合的大背景下,“元宇宙”概念持续升温,成为各国政府高度关注的新方向、产业界竞相探索的新赛道、学术界广泛热议的新焦点,是未来数字经济发展的重要载体和综合场景。对我国而言,抢抓元宇宙发展新机遇,全面构筑中国特色社会主义新时代数字“新
2、基建”底座,将成为“十四五”全面拉动数字经济产业发展的国家战略和重要举措。为推动元宇宙技术与产业创新发展,全面展现通信运营商在元宇宙领域的重要地位,联通在线信息科技有限公司组织编写了中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书。白皮书创新勾勒出元宇宙产业视图,从基础设施、软硬件支撑、平台服务、行业应用等维度梳理了元宇宙发展现状及趋势,重点分析了通信运营商在元宇宙产业中发挥的关键作用,系统介绍了中国联通“7 大引擎+1 大平台+1 个联盟”的元宇宙实践思路和方法,最后总结与展望了元宇宙未来发展方向和中国联通未来工作设想。编者希望通过白皮书的发布,能为社会各方提供有益参考。由于元宇宙仍在飞速创新发展,我
3、们对元宇宙的认识还有待进一步深化,白皮书中存在不足之处,敬请大家批评指正。目录一、元宇宙成为未来互联网发展样式.1(一)元宇宙横空出世,多方共促迎来爆发.1(二)元宇宙的爆发是人们对数字世界依赖加深与底层技术的迭代共同作用的结果.2(三)元宇宙是数字经济与实体经济融合的高级形态.3二、元宇宙产业视图.4(一)基础设施层.4(二)基础软硬件支撑层.7(三)平台服务层.9(四)行业应用层.13三、通信运营商将成为元宇宙探索的中坚力量.15(一)元宇宙的实现需要网络基础设施的指数级突破.15(二)元宇宙的落地需要数字技术的融合创新及工程化推进.16(三)元宇宙的发展离不开产业生态的聚合.17(四)通
4、信运营商在元宇宙赛道具备良好基础和领先优势.17四、中国联通将成为国内元宇宙产业创新引领的国家队、主力军和排头兵.18(一)中国联通紧扣新定位、新战略、新主业,构建元宇宙新生态体系.18(二)中国联通依托算网构建七大引擎元宇宙底座.18(三)中国联通元宇宙平台驱动产业发展.24(四)中国联通聚焦数字经济产业场景化落地.28五、总结与展望.33(一)未来应用场景的壮大将推动元宇宙向更开放的方向演进.33(二)中国联通未来设想.35图 目 录图 目 录图 1 各方元宇宙布局历程.2图 2 互联网演进历程.3图 3 元宇宙产业视图.4图 4 中国元宇宙领域各子行业融资总数量与金额.10图 5 中国企
5、业数字人布局.10图 6 全球主流沉浸式内容业务平台对比.11图 7 中国联通元宇宙布局.18图 8 中国联通算力引擎.19图 9 中国联通 AI 引擎.20图 10 中国联通数据引擎.21图 11 中国联通 XR 引擎.22图 12 中国联通 3D 引擎.23图 13 中国联通数字身份引擎.23图 14 中国联通智能算力系统.25图 15 中国联通智能 OS 系统.26图 16 中国联通智能影像系统.26图 17 中国联通数字空间系统.27图 18 中国联通数字资产系统.28图 19 中国联通营业厅元宇宙布局.29图 20 中国联通展馆元宇宙布局.29图 21 中国联通城市元宇宙布局.30图
6、 22 中国联通景区元宇宙布局.31图 23 中国联通乡村元宇宙布局.31图 24 中国联通教育元宇宙布局.32图 25 中国联通商圈元宇宙布局.32图 26 中国联通通信元宇宙布局.33图 27 元宇宙未来展望.34图 28 中国联通对元宇宙未来演进路径的预判.36中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书1一、元宇宙成为未来互联网发展样式(一)元宇宙横空出世,多方共促迎来爆发(一)元宇宙横空出世,多方共促迎来爆发元宇宙自概念提出以来,热度持续攀升,政府、行业组织、科技企业、通信运营商纷纷入局。政府层面,中、美、日、韩等国政府高度关注元宇宙,国内北京、上海等地方政府积极跟进,相关政策持续出台。行
7、业组织层面,ITU“元宇宙联络组”、“元宇宙标准论坛”等元宇宙行业组织接连成立,发力元宇宙标准制定。科技企业层面,被称为“元宇宙第一股”的游戏公司 Roblox 在 2021 年 3 月登陆纽交所,其在招股书中提到的“Metaverse(元宇宙)”,受到了热衷于追逐新概念的中美互联网与科技行业巨头的广泛关注和热烈追捧。2021 年 10 月,Facebook 正式更名为 Meta,宣布全面进军元宇宙,引发业界大讨论,将热度推向高潮。随后国内外互联网巨头,如微软、腾讯、字节跳动、百度等知名大厂纷纷跻身元宇宙大军,彻底引爆了资本市场。通信运营商层面,中国移动发布谷爱凌数智人 Meet Gu、UFC
8、 数智达人尤子希,并联合厦门打造“元宇宙生态样板城市”;中国电信发布“天翼云图”和“2022 盘古计划”全面卡位元宇宙赛道;中国联通推出自主研发、全栈国产化的元宇宙平台和新一代超写实数字人“安未希”,战略布局元宇宙。在多方共同促进和推动下,元宇宙产业迎来爆发。中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书2图 1 各方元宇宙布局历程(二)元宇宙的爆发是人们对数字世界依赖加深与底层技术的迭代共同作用的结果(二)元宇宙的爆发是人们对数字世界依赖加深与底层技术的迭代共同作用的结果从需求端来看,新冠疫情加速了全社会数字化转型的步伐,加重了人们对数字世界的依赖。基于互联网的数字化发展改变了传统经济的生产方式和商
9、业模式,极大拓展了人们的生活半径,打破了地域阻隔和时空限制,叠加疫情的影响,人们的生活重心不断向虚拟世界转移,远程办公、在线教育为代表的线上业务需求全面爆发。根据国内大数据研究咨询机构 Mob 研究院的数据统计,2020 年新春复工期间,中国共计超过 4 亿用户使用远程办公应用,其中日新增用户逐步走高,2 月 10 日当天突破 400 万,而 2019 年远程办公人数还只有百万规模。在线教育更是成为刚需,疫情期间在线教育行业的日活跃用户数量从平日的 8700 万上升至春节后的 1.27 亿,升幅达 46%。从供给端来看,底层技术迭代引发互联网变革。随着终端设备、通信网络、计算存储等核心科学技术
10、的发展迭代,互联网形态已经完成了从 PC 互联网到移动互联网的变革。在未来,AR/VR、脑机接口、5G/6G、边缘计算等更多新兴技术成熟,必将催生更加沉浸交互、互联互通、实时同步的互联网形态出现。中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书3图 2 互联网演进历程(三)元宇宙是数字经济与实体经济融合的高级形态(三)元宇宙是数字经济与实体经济融合的高级形态当前,产学研各界对于元宇宙的理解拥有各自的诠释与侧重,元宇宙概念边界仍在持续探索。综合产学研各界理解,对于元宇宙的定义主要包括两个方面:一方面强调面向用户入口的前端技术应用,以提升用户体验为基础,强调扩展现实(XR)等技术的应用,通信网络演进路线决定
11、了其发展水平,随着网络从固定宽带、移动互联网到5G、6G 等高速移动通信技术的发展,用户侧能够实现的前端沉浸式交互应用愈发丰富;另一方面强调面向组织架构的后端技术体系,以分布式架构为基础,强调区块链等技术的应用,互联网演进路线决定了其发展水平,随着互联网从平台化的 Web 1.0,用户生产传播内容的 Web 2.0,到用户对身份、数据及算法拥有更多自主权的 Web 3.0新体系,区块链技术能够使用户对于自己的身份及财富等拥有更为自主的控制。基于以上定义,本白皮书认为,元宇宙是数字与物理世界相互融中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书4通作用的沉浸式互联网,是数字经济与实体经济融合的高级形态,凡
12、是符合以上两方面定义中任意一个的应用都可泛指为元宇宙应用,而严格意义上的元宇宙指的是同时满足以上两方面定义的应用。二、元宇宙产业视图元宇宙的技术架构可用两大部分进行描述,分别对应元宇宙前端和后端的两方面定义。首先是沉浸交互,由终端入口、数字化身、沉浸内容构成;另一个是交易与经济,以分布式为核心理念,基于区块链技术创新性重构了传统的中心化经济体系。总体来看,元宇宙依托新一代信息基础设施和基础软硬件支撑,通过完善并扩充沉浸交互体系,创新性重构交易及经济体系,打造并融通平台服务,并在生产制造、生活消费、公共服务等场景开始了相关探索,其产业生态如图所示。图 3 元宇宙产业生态视图(一)基础设施层(一)
13、基础设施层该层包括了信息通信基础设施和核心技术基础设施。其中信息通中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书5信基础设施主要包括元宇宙所需的网络、计算、存储,负责数据的实时传输与分发、存储计算与处理。核心技术基础设施是指支撑元宇宙构建和运转的核心技术,包括图形图像、数字孪生、人工智能、区块链等技术。具体来看,元宇宙基于图形图像技术构建虚拟图像世界;基于区块链技术搭建虚拟经济体系;基于数字孪生技术实现环境从物理世界到虚拟世界的迁移;基于人工智能技术为元宇宙中用户与用户、用户与系统、不同系统之间的沟通与交流提供技术理论和应用框架。信息通信基础设施发展水平将决定元宇宙沉浸业态。目前,网络、计算、存储等方
14、面的基础设施均已有良好的基础,但仍需进一步升级。网络方面,中国联通实现了 5G 精品网、千兆宽带精品网、政企精品网和算力精品网“四张精品网”的建设,全面实现万兆到楼、千兆到户能力,全面实现重点乡镇以上区域千兆 5G 和千兆光纤“双千兆”全覆盖,全面实现核心网一朵云,支持业务一点开通、全网可达。算力存储方面,根据中国信通院统计,我国数据中心机架规模稳步增长,按照标准机架 2.5kW 统计,截止到 2021 年年底,我国在用数据中心机架规模达到 520 万架,存储容量达 800EB,算力总规模超过140EFlops。但整体上,现有网络、计算、存储等信息基础设施还难以支撑元宇宙沉浸业态对超高内容拟真
15、度、超实时交互自由度、超大规模时空在线连接数方面的需求。如在网络方面,以高分辨率、低时延画面传输实现为例,实现理想元宇宙终端至少 8K 的分辨率,传输速率需要达到 288 至 960 兆每秒;在算力方面,中国工程院院士刘韵洁预测,元宇宙相关技术实现依靠超强算力,未来在 AR/VR、区块链、AI 方面的算力分别需达到 3900、5500、16000EFLPOS。同时,中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书6未来数据规模也将呈指数级增长趋势。据 IDC 报告,全球数据总量2020 年约为 64ZB,2025 年预计达到 180ZB,其中中国也将增长到41ZB。未来信息基础设施的升级将成为关键。四类
16、需求驱动技术融合创新。数字社会的发展衍生出四大新需求,一是身临其境的体验需求。从单一的文字传输到百花齐放的多媒体应用,对于数字世界更具沉浸感的交互体验新需求持续涌现,未来人机交互从依托屏幕的二维视觉向依托 VR/AR 设备、全息投影等多模态沉浸式交互转型需求将日益旺盛。二是海量的内容需求。随着数字经济与实体经济融合程度不断加深,人类对数字内容总量和丰富程度的整体需求不断提高。传统内容生产手段受限于人力有限的制造能力,逐渐无法满足消费者对于数字内容的消费需求,供给侧产能瓶颈日益凸显。三是数据可信流通的需求。面向数据要素的交易流通机制与工业时代形成的经济体系具有显著差异,甚至需要重构式创新才能够满
17、足数字社会的资本要素新需求。四是高带宽低时延的网络需求。数据实时传输、实时音视频通信、多人同时在线的需求,对网络传输的带宽、延迟、可靠性提出新的要求。元宇宙是解决这些需求的一个尝试,将推动多领域技术跨界协同发展。身临其境的体验需求将驱动视、听、嗅、触等各类感知体验的多模态融合,支撑实现元宇宙中的五感融为一体的沉浸式体验;海量的内容需求将驱动人工智能与内容生产技术融合,提升内容复刻增强、编辑驱动、自主创作等方向的智能化水平,加速元宇宙的内容供给;数据可信流通需求将驱动区块链与云计算技术融合,构建可信开放数字底座,支撑元宇宙中身份认证、内容确权、广泛协作等业务需求;高带宽低时延的网络需求将驱动实时
18、音视频与中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书7人工智能、扩展现实等技术深度融合,支撑打造高稳定、高拟真、超低时延的实时互动服务引擎。(二)基础软硬件支撑层(二)基础软硬件支撑层基础软硬件支撑层分为软件和硬件两部分。软件包括工具软件和系统软件。工具软件是指开发引擎、建模软件、渲染引擎、仿真引擎等元宇宙建设工具。建模软件能够对元宇宙中的人物场进行三维建模。渲染引擎能够对模型的纹理、颜色、光影等进行渲染,主流引擎包括Unity 3D、Unreal Engine 等。仿真引擎包括物理仿真引擎、人因仿真引擎等。物理仿真引擎能够通过为刚性物体赋予真实的物理属性的方式来计算运动、旋转和碰撞反映,让虚拟世界
19、中的物体运动符合真实世界的物理定律。人因仿真引擎主要用于人体体力作业的动态、静态模拟和分析。系统软件是指元宇宙终端所需的操作系统等。硬件包括芯片、显示器件、传感器、声学器件、光学器件等,主要支撑元宇宙交互终端,如 XR 头显、裸眼 3D 等终端设备;手柄、摄像头、体感设备等视觉/触觉/力反馈设备;脑机接口、气味模拟系统、味觉模拟器等前沿设备等。国外领先企业已在基础软硬件方面建立深厚技术壁垒。总体来看,元宇宙基础软硬件所需技术实现要求高、开发成本大,目前市场主流产品由国际巨头企业垄断,而我国行业起步晚,整体处于后发跟随状态,需要加大研究投入,提高自身商业成熟度与市场渗透率。工具软件层面,国内发展
20、尚处襁褓,国外已占领市场高地。国外引擎行业双巨头 Unity 及 Unreal 引擎工具已占据 70%以上市场份额,超过 60%的 VR/AR 内容均基于 Unity 打造;Bentley、ANSYS、微软、达索中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书8等国际巨头掌握成熟数字孪生平台,美国空客、洛克希德马丁、SpaceX 等企业持续研究优化数字孪生精度。国内头部厂商自研引擎多限于内部游戏使用,代表性产品仅有在开源基础上构建的 Cocos 引擎;工业仿真软件国产率水平有待提高,目前关键环节占比不足 5%,代表性产品有阿里巴巴城市大脑、腾讯智慧交通仿真平台。系统软件层面,国内仍多以安卓系统为主要操作
21、系统,字节跳动等少数厂商开展自研尝试。在国外,自研操作系统成为企业战略制高点。如微软的HoloLens2 正是采用其自研的全新多平台操作系统 Windows CoreOS;Magic Leap 自研专为空间计算设计的 Lumin OS;Meta 也加大投入构建完整 AR/VR 操作系统。硬件层面,国外企业深耕行业多年,已经形成了较为深厚的技术壁垒,如高通骁龙 XR2 芯片成为行业主流选择。在国内,近眼显示器件成为我国企业布局重点。京东方拟投资 290 亿元建设第 6 代新型半导体显示器件生产线项目,着力布局VR 显示产品市场。元宇宙将为国产化 XR/3D 引擎带来新机遇。元宇宙有望唤醒游戏娱乐
22、以外的其他应用场景,或将为面向新型终端和场景的国产化XR/3D 引擎带来新机遇。在主机和移动端游戏领域,Unreal 和 Unity分别占据了绝对的领先优势,通过丰富的扩展插件、活跃的社区氛围、强大的跨平台适配能力构筑了坚固的竞争壁垒。元宇宙时代的到来和新型终端的出现,提供了游戏娱乐之外的全新赛道,涌现出工业仿真、虚拟营业厅、虚拟导览、虚拟实验室、远程医疗等应用场景,有望唤醒工业、金融、文旅、教育、医疗等更多行业领域对 XR/3D 内容的需求。多重利好给面向新型终端和场景的国产化 XR/3D 引擎市场的中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书9“破土”提供了契机。(二)平台服务层(二)平台服务层
23、平台服务层包括沉浸交互平台、交易与经济平台。沉浸交互平台主要为元宇宙中的沉浸交互提供技术能力,涉及终端入口、数字化身、沉浸内容等方面。交易与经济平台则是用以保障元宇宙中数字资产和数字身份安全,同时保证系统规则的透明可信执行。需要注意的是,沉浸交互平台和交易经济平台的协同,是元宇宙社会闭环运行的关键。而这也需要两大平台在技术、数据及应用层面的打通和配合。XR 终端是国内外共同布局热点。VR/AR 等元宇宙终端入口已成为国内外布局的共同热点。陀螺研究院数据显示,从 2020 年起,国内外 VR/AR 行业投资情况同频共振,无论金额还是数量均保持逐年递增的态势。2022 年上半年,海外融资并购发生金
24、额已达 250.7 亿元,发生数量 104 起;国内融资并购发生金额已达 61.9 亿元,发生数量68 起。但在 XR 的关键技术方面,我国目前与全球领先水平相比还存在较大提升空间。海外 XR 产业起步相对较早,已有苹果、脸书、英伟达等龙头企业在各个领域储备了相对成熟的解决方案,拥有显著领先优势。相比之下,我国在前瞻性研究方面,特别是近眼显示、感知交互、渲染计算、内容制作与分发等关键技术领域,与全球领先水平相比仍有差距。数字人市场规模有望在我国迎来爆发式增长。随着数字人理论和技术日益成熟,其应用范围与场景不断扩大,我国数字人市场规模有望在近几年迎来爆发式增长。一是多项突破实现技术可用。近几年,
25、在人工智能、虚拟现实等新技术浪潮的带动下,数字人的制作过程得中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书10到有效简化,可实现文本、语音、视频的智能驱动,技术可用性大幅提高。二是元宇宙刺激产业应用。在元宇宙概念的刺激下,数字人正加速从技术创新走向产业应用。据 IT 桔子统计,截至 10 月 27 日,2022 年我国数字领域人投资数量为 52 起,成为我国元宇宙领域中投融资数量最多的子行业。三是产业积极布局数字人。国内互联网头部企业、终端企业、重点行业企业、AI 企业、初创企业等纷纷布局数字人领域,陆续推出一系列产品,包括虚拟主播、虚拟服务、虚拟偶像等典型应用。来源:IT 桔子图 4 中国元宇宙领域
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