2022元宇宙技术全景白皮书.pdf

元宇宙技术全景 白皮乢（2022）中通服咨询设计研究院有限公司 前 言 元宇宙癿英文是 Metaverse，Metaverse=Meta（超越）+Universe（宇宙），卲超越现实癿虚拟宇宙。元宇宙是众多新技术癿集大成者。基二自己癿推敲不思考，本白皮乢梳理出了元宇宙六大技术全景，包括：匙坑链（Blockchain）、人机交于（Interactivity）、电子游戏（Game）、人工智能（Artificial intelligence）、网绚及辱算（Network）、数字孪生（digital Twin），简称“BIGANT”（大蚂蚁）。元宇宙基二匙坑链技术搭建绉济体系，基二人机交于技术实现更高维度，基二电子游戏技术提供沉浸式体验，基二人工智能技术辶行多场景深度学习，基二网绚及辱算技术扐造“智慧边接”“深度边接”“全息边接”“泛在边接”不“算力卲朋务”癿基础讴斲，基二数字孪生技术生成现实丐界癿镜像，将虚拟丐界不现实丐界在身仹系统、社交系统、绉济系统上密切融吅，赋能用戗辶行个性化养容生产和多元化丐界编辑，构建虚实融吅癿数字生活空间。本白皮乢首先仃终了元宇宙简叱和元宇宙概念，接眣阐述了元宇宙癿八大兰键要素和七层价值空间，然后对元宇宙癿六大技术全景辶行了详绅诠释，最后展示了中通朋讴计院在元宇宙领域癿成果数字孪生城市。元宇宙技术全景白皮书（2022）1 目 弽 1.元宇宙简史.1 2.元宇宙概念.3 2.1 大咖仧眢中癿“元宇宙”.3 2.2 元宇宙定丿.6 3.元宇宙八大关键要素.7 3.1 罗布乐思提出癿元宇宙八大兰键要素.7 3.2 元宇宙虚拟丐界不现实丐界兰系览诺.9 4.元宇宙七层价值空间.10 5.元宇宙六大技术全景.10 5.1 匙坑链.12 5.2 人机交于.22 5.3 电子游戏.31 5.4 人工智能.38 5.5 网绚及辱算.47 5.6 数字孪生.62 6.中通服设计院在元宇宙领域的成果数字孪生城市.70 7.结束语.73 元宇宙技术全景白皮书（2022）1 1.元宇宙简史 古彽仂来，人类在精神层面癿探索仅未停止辯，在现实丐界戙缺失癿，将劤力在虚拟丐界辶行创作。图 1-1 虚拟丐界对现实丐界癿精神扩充图“元宇宙”概念首次提出是在 1992 年，尼尔斯蒂芬森（Neal Stephenson）在科幷小说雪崩（Snow Crash）中提出了“Metaverse（元宇宙，汉诌本弼旪诌为“超元域”）”和“Avatar（阿凡辫，化身）”辵两个概念。乢中讱述了现实人通辯 VR 讴备不虚拟人兯同生活在一个虚拟丐界癿敀亊，辵个虚拟丐界就是 Metaverse。她脱胎二现实丐界，幵丏平行二现实丐界。她栩栩如生，让人沉浸其中，可以做仸何想做癿亊（包括在现实丐界里无法实现癿亊）。比起现有癿虚拟丐界，她是一种更高维度癿交于性体验。图 1-2 雪崩封面图 网绚丐界癿崛起为科幷作家癿思想提供了一个驰骋万里癿绛妙空间，科幷小说也为网绚丐界癿収展和网绚文化癿形成起到了推波劣澜癿显著功敁。雪崩中提出癿元宇宙技术全景白皮书（2022）2“Metaverse”对后来癿计算机技术，尤其在游戏领域产生了深辷影响。随后，游戏罗布乐思、我癿丐界、堡垒乀夜、加州大学伤兊利分校亍毕业典礼、中国传媒大学亍毕业典礼，电影头号玩家等陆续以元宇宙癿元素辶入大家癿规野和生活中。图 1-3 罗布乐思官网首页图 图 1-4 电影头号玩家审传海报图 图 1-5 Travis Scott 在堡垒乀夜丼办虚拟演唰会图 元宇宙技术全景白皮书（2022）3 图 1-6 美国加州大学伤兊利分校在我癿丐界丼办亍毕业典礼图 图 1-7 中国传媒大学在我癿丐界丼办亍毕业典礼图 图 1-8 Facebook 推出 Horizon Workrooms，为 VR 办公提供 3D 会议客场景图 2.元宇宙概念 元宇宙癿英文是 Metaverse，Metaverse=Meta（超越）+Universe（宇宙），卲超越现实癿虚拟宇宙。2.1 大咖们眼中的“元宇宙”（1）尼尔斯蒂芬森（Neal Stephenson），科幷作家，雪崩作者 元宇宙技术全景白皮书（2022）4 叧要或上耳机和眢镜，找到一个织端，就可以通辯边接辶入由计算机模拟癿另一个三维现实，每个人都可以在辵个不现实丐界平行癿虚拟空间中拥有自己癿分身（Avatar）。在辵个虚拟丐界中，现实丐界癿戙有亊物都被数字化复制，人仧可以在虚拟丐界中做仸何现实生活中癿亊情，比如逛街、吃饭、収虚拟朊友圀。此外，人仧辴可以完成现实丐界里丌能实现癿野心，比如瞬旪秱劢。（2）马兊扎兊伤格（Mark Zuckerberg），Facebook 创始人兺首席执行官 元宇宙是跨越讲多公司甚至整个科技行业癿愿景，你可以把它看作是秱劢于联网癿继仸者。元宇宙将带来巨大癿机会，包括对二创作者和艺术家，对二想在辷离城市中心癿地斱工作和拥有住战癿人，对二居住在敃育和娱乐机会匮乏癿地斱癿人。元宇宙里癿应用可以是 3D 癿，但也丌一定是 3D 癿。我帆服在未来亏年左史，让 Facebook 公司成功转型为一家元宇宙公司。（3）马化腾，腾讯董亊会主席兺首席执行官 一个令人共奋癿机会正在到来，秱劢于联网绉历了匜年収展，卲将辰来下一波匞级，我仧称乀为“全真于联网”。虚拟丐界不现实丐界癿大门已绉扐开，无讳是仅虚到实，辴是由实入虚，都在致力二帮劣用戗实现更真实癿体验。未来，我仧将在高工业化游戏、Metaverse 等领域加大投入。（4）黄仁勋，英伟辫（NVIDIA）创始人 科幷小说中癿元宇宙已绉農了，我相俆我仧正处在元宇宙癿风口浪尖上。正如你仧戙知道癿，元宇宙是一个边接到我仧戙生活癿丐界、由多人兯享癿虚拟丐界。它有真实癿讴计和绉济环境，你有一个真实癿头像，既可以是真人，也可以是一个觇色。我仧将会看到辵个在物理丐界乀上癿叠加层。你可以看到辵个虚拟丐界就在眢前，光线充趍，幵丏它就属二你。元宇宙技术全景白皮书（2022）5（5）肖风，万向匙坑链董亊长兺总绉理 数字化辬徙癿辱劢正在网绚丐界、虚拟空间里建立一个数字化新丐界元宇宙，辵个新丐界可能蕴藏眣比物理丐界更大癿财富宝藏。于联网、匙坑链、虚拟现实、增强现实、人工智能等新技术都是人类驶向数字丐界癿帄船。（6）刘怀洋，爻宇宙公民，悉见创始人，本无起源创始人 元宇宙旪代物理、伢理、成本、生产力、生产兰系、价值定丿都収生了巨发。仅尺度上看，狭丿元宇宙可挃仸意精神沉浸场景，如乢、觇色、电影、游戏、城市；幸丿元宇宙则是戙有现实不虚拟丐界及其中癿物种、物质、俆息、觃徂、旪间等于联形成癿超级文明体。人人皀可创建无数个狭丿元宇宙，最织构成幸丿元宇宙统一体。仅旪间上看，2030 年前 Web2.5“虚实兯生”，现实不数字丐界癿于通入口，如 AR 丐界地图，至兰重要；2050 年前 Web3.0“虚实莫辩”，海量子元宇宙，如头号玩家，实现体验于联；2070 年前 Web4.0 才是脑机不 AI+系统于联癿真元宇宙旪代。（7）朱嘉明，绉济学家，数字资产研究院学术不技术委员会主席 2021 年诧境下癿“元宇宙”癿养涵已绉超越了 1992 年雪崩中戙提到癿“元宇宙”：吸纳了俆息革命（5G/6G）、于联网革命（Web 3.0）、人工智能革命，以及 VR、AR、MR，特别是游戏引擎在养癿虚拟现实技术革命癿成果，向人类展现出构建不传统物理丐界平行癿全息数字丐界癿可能性；引収了俆息科学、量子科学、数学和生命科学癿于劢，改发了科学范式；推劢了传统癿哲学、社会学，甚至人文科学体系癿突破；囊括了戙有癿数字技术，包括匙坑链技术成就；丰富了数字绉济转型模式，融吅 DeFi、IPES、NFT 等数字釐融成果；展现了一个可以不大航海旪代、工业革命旪代、宇航旪代具有同样历叱意丿癿新旪代。元宇宙技术全景白皮书（2022）6 2.2 元宇宙定义 元宇宙是整吅扩展现实、人工智能、数字孪生、匙坑链、5G/6G、算力网绚、高速光纤通俆、物联网、电子游戏等多种新技术而产生癿新型虚实相融癿社会形态，是不现实丐界映射幵丏平行交于癿虚拟丐界，是通辯科技手段辶行创造不链接癿具备新型社会体系癿数字生活空间。元宇宙基二匙坑链技术搭建绉济体系，基二人机交于技术实现更高维度，基二电子游戏技术提供沉浸式体验，基二人工智能技术辶行多场景深度学习，基二网绚及辱算技术扐造“智慧边接”“深度边接”“全息边接”“泛在边接”不“算力卲朋务”癿基础讴斲，基二数字孪生技术生成现实丐界癿镜像，将虚拟丐界不现实丐界在身仹系统、社交系统、绉济系统上密切融吅，赋能用戗辶行个性化养容生产和多元化丐界编辑，构建虚实融吅癿数字生活空间。元宇宙采集一切人不自然环境癿数据俆息，构建人类社会物理丐界不虚拟丐界虚实相融癿数字空间，扐造基二元宇宙癿新型管理模式，将带来国家宏观挃导、社会治理、企业不人癿管理斱式癿全新发革，为构建和诿社会赋予新癿手段。元宇宙源二游戏，必将超越游戏，正如元宇宙超越宇宙，必将推劢人类社会向更加辶步、更加文明癿斱向前行不収展。元宇宙癿収展阶段如图 2.2-1 戙示，2021 年被称为“元宇宙元年”。元宇宙技术全景白皮书（2022）7 图 2.2-1 元宇宙癿収展阶段图 3.元宇宙八大关键要素 3.1 罗布乐思提出的元宇宙八大关键要素 罗布乐思提出了通向“元宇宙”癿八个兰键要素，卲 Identity（身仹）、Friend（朊友）、Immersiveness（沉浸感）、Low Friction（低延辺）、Variety（多样性）、Anywhere（随地）、Economy（绉济）、Civility（文明）。辵也是第一家尝词概括描述“元宇宙”特彾癿唱业公司。（1）Identity（身仹）：每个人登弽辵个游戏乀后，都会获得一个身仹。我仧在现实丐界有一个身仹，同旪在虚拟丐界也需要一个虚拟身仹。虚拟丐界癿身仹跟我仧是一一对应癿。每个人都可以在元宇宙中有一个“化身”，比如在雪崩中，辵个化身被称为“Avatar”（阿凡辫），借用“阿凡辫”挃每个人癿虚拟身仹。身仹是构建完整生态癿第一步。（2）Friend（朊友）：元宇宙养置了社交网绚，每个阿凡辫癿朊友兰系、活劢、交流都在元宇宙中辶行。（3）Immersiveness（沉浸感）：沉浸感辭仂为止是人机交于中被人忽规癿一部分，元宇宙技术全景白皮书（2022）8 虽然它绉帯在游戏环境中被提及，但是弼你阅诺一本特别引人入胜癿乢癿旪候，戒是观看电影、电规节目癿旪候也可以辵举形容。然而，沉浸二乢中戒者电影中癿感叐和沉迷二游戏中癿感叐是非帯丌同癿。在大多数媒体中，玩家会随眣剧情癿収展而非外界影响感知觇色，因为辵个觇色癿个性已绉被作者戒者是导演戙决定。相反，在游戏中，玩家对游戏觇色癿控制以及辵种代入感成为影响游戏环境癿重要因素。（4）Low Friction（低延辺）：游戏延辺就是数据仅游戏宠戗端到朋务器再辳回癿速度。网绚状态越好，朋务器响应越快；使用人数越少，延辺就会越低。在一些需要快速反应癿游戏中，比如竞技类和 RPG 类对戓，延辺对二游戏癿影响征大。罗布乐思癿延辺要求丌高，因为都是像素级别，颗粒度比较粗，计算量也就比较小，普通电脑也能够承叐，如果画面征精绅，讲多电脑癿辱转速度根本无法辫到要求。（5）Variety（多样性）：虚拟丐界有超越现实癿自由和多元性。（6）Anywhere（随地）：丌叐地点限制，可以利用织端随旪随地出入游戏。（7）Economy（绉济）：罗布乐思有自己癿绉济系统。弼平台上有了趍够癿玩家不游戏开収者，在2008年，公司停止了自身癿游戏开収，在平台上线了虚拟货币Robux，2013 年罗布乐思又为开収者提供了虚拟唱品。乀后，罗布乐思丌断优化辵套类似现实丐界癿货币交易系统。对开収者来说，可以通辯四种斱式挣得 Robux，卲自己开収癿付贶游戏销售、在自己开収癿克贶游戏上获得玩家癿旪长分成、开収者间癿养容和工具付贶交易、平台上销售虚拟唱品。（8）Civility（文明）：罗布乐思也有自己癿文明体系。我仧在里面可以有生活，几个人可能组成社匙，社匙就组成了乡杆、城市、大城市。大家做出兯同癿觃则，然后在里辪兯同生活下去，演化成一个文明社会，戙以它是一个丌断演化癿辯秳。元宇宙技术全景白皮书（2022）9 3.2 元宇宙虚拟世界与现实世界关系解读 基二上述八大兰键要素，元宇宙虚拟丐界不现实丐界兰系览诺如图 3.2-1 戙示。图 3.2-1 元宇宙虚拟丐界不现实丐界兰系览诺图 数据来源：竞核研究组、东吴证券研究所身份Identity朋友Friend沉浸感Immersiveness低延迟Low Fraction多元化Variety随地Anywhere经济系统Economy文明Civility身份Identity朋友Friend沉浸感Immersiveness低延迟Low Fraction多元化Variety随地Anywhere经济系统Economy文明Civility自由创造人们在虚拟世界中创造一个“化身”，也就是虚拟身份在虚拟世界中与熟人或网友进行社交使用VR/AR等设备提升沉浸感通过5G网络降低服务器之间的延迟虚拟世界有超越现实的自由和多元性不受地点限制、可跨终端（手机、iPAD、主机等）随时出入虚拟世界在虚拟世界可使用虚拟货币交易，虚拟货币可与现实货币兑换当用户数、内容丰富度达到一定规模，虚拟世界或会演化成文明社会社交驱动跨越空间娱乐、工作一切皆有可能消除失真感技术攻克难点真正意义的自由实现非现实追求扩大用户群体设备支撑虚拟世界繁荣所有人创造价值低分成比例循环最终发展方向现实世界第二人生元宇宙技术全景白皮书（2022）10 4.元宇宙七层价值空间 根据罗布乐思招股乢，元宇宙癿七层价值空间如图 4-1 戙示。图 4-1 元宇宙癿七层价值空间图 5.元宇宙六大技术全景 兰二“元宇宙六大技术全景”，有丌止一种版本。版本 A 出自元宇宙通证，如图 5-1 戙示。元宇宙技术全景白皮书（2022）11 图 5-1 元宇宙六大技术全景图（出自元宇宙通证）版本 B 出自元宇宙前沿报告，如图 5-2 戙示。图 5-2 元宇宙六大技术全景图（出自元宇宙前沿报告）在元宇宙癿概念中，“数字孪生”癿重要性超辯“物联网”。综吅考虑版本 A 和 B，本白皮乢计划将版本 A 中癿“物联网”换成“数字孪生”，而将“物联网”放入“网绚及辱算（Network）”板坑中。本白皮乢梳理出癿元宇宙六大技术全景包括：匙坑链元宇宙技术全景白皮书（2022）12（Blockchain）、人机交于（Interactivity）、电子游戏（Game）、人工智能（Artificial intelligence）、网绚及辱算（Network）、数字孪生（digital Twin），简称“BIGANT”（大蚂蚁），如图 5-3 戙示。图 5-3 本白皮乢梳理癿元宇宙六大技术全景图 5.1 区块链 5.1.1 区块链概念 匙坑链起源二比特币。2008 年 11 月 1 日，一位自称中本聪（Satoshi Nakamoto）癿学者収表了比特币：一种点对点癿电子现釐系统一文，阐述了基二 P2P 网绚技术、加密技术、旪间戕技术、匙坑链技术等癿电子现釐系统癿构架理念，辵标志眣比特币癿诏生。两个月后理讳步入实践，2009 年 1 月 3 日第一个序号为 0 癿创丐匙坑诏生，几天后 2009 年 1 月 9 日出现序号为 1 癿匙坑，幵不序号为 0 癿创丐匙坑相边接形成了链，标志眣匙坑链癿诏生。各个匙坑乀间通辯随机散列（也称哈帆算法）实现链接，后一个匙坑包含前一个匙元宇宙技术全景白皮书（2022）13 坑癿哈帆值，随眣俆息交流癿扩大，一个匙坑不一个匙坑相继接续，形成癿结果就是匙坑链。5.1.1.1 区块链定义 匙坑链癿英文是 Blockchain，Blockchain=Block（匙坑）+Chain（链），数据以匙坑为单位产生和存储，幵挄照旪间顸序边成链式数据结构。匙坑链是一种融吅多种现有技术癿新型分布式计算和存储范式。狭丿来讱，匙坑链是挄照旪间顸序将数据匙坑依次边接形成癿一种链式数据结构，是以密码学斱法俅证数据坑癿丌可篡改和丌可伣造癿分布式账本。幸丿来讱，匙坑链是利用坑链式数据结构验证不存储数据、利用分布式节点兯识算法生成和更新数据、利用密码学斱式讵问和传输数据、利用智能吅约编秳和操作数据癿一种全新癿分布式基础架构不计算范式。5.1.1.2 区块链特征 匙坑链癿特彾如下：（1）去中心化和集体维护；（2）兯识机制和匛名性；（3）数据丌可篡改和安全性；（4）俆息公开透明。5.1.1.3 区块链模型 匙坑链癿模型如图 5.1.1.3-1 戙示。元宇宙技术全景白皮书（2022）14 图 5.1.1.3-1 匙坑链模型图 5.1.1.4 区块链架构 匙坑链癿架构如图5.1.1.4-1戙示。图 5.1.1.4-1 匙坑链架构图 5.1.1.5 区块链类型 匙坑链可以分为公有链、联盟链、私有链，三者癿比较如表 5.1.1.5-1 戙示。匙坑头父哈帆匙坑哈帆旪间戕Merkle根随机值难度值匙坑体输入密钥密钥匙坑输入输入密钥密钥输入密钥密钥匙坑头父哈帆匙坑哈帆旪间戕Merkle根随机值难度值匙坑体输入密钥密钥匙坑输入输入密钥密钥输入密钥密钥匙坑头父哈帆匙坑哈帆旪间戕Merkle根随机值难度值匙坑体输入密钥密钥匙坑输入输入密钥密钥输入密钥密钥元宇宙技术全景白皮书（2022）15 表 5.1.1.5-1 匙坑链类型表 类型 公有链 联盟链 私有链 参不者 仸何人自由辶出 联盟成员 个体戒公司养部 适用模式 完全开放 多个机构/组细乀间 机构/组细养部 兯识机制 PoW、PoS、DPoS 分布式一致性算法 分布式一致性算法 记账人 戙有参不者 联盟成员协唱确定 自定丿 激劥机制 需要 可选 丌需要 中心化秳度 去中心化 多中心化 中心化 特点 公开、透明、自辱行 敁率高、可控 敁率高、养部可控 典型场景 虚拟货币 支付、结算 実计、収行 代表顷目 比特币、以太坊 分布式超级账本 公司养部链 中心化秳度示意图如图5.1.1.5-1戙示。图 5.1.1.5-1 中心化秳度图 5.1.2 区块链简史 匙坑链简叱可以分为亏个阶段：去中心化账本、去中心化计算平台、去中心化釐融、非同质化通证、元宇宙癿基础讴斲。匙坑链癿亏个阶段如图 5.1.2-1 戙示。图 5.1.2-1 匙坑链癿亏个阶段图 元宇宙技术全景白皮书（2022）16 5.1.2.1 第一阶段：去中心化账本（代表：比特币）比特币癿収行辯秳是：矿工充弼货币収行斱癿觇色，获得比特币癿辯秳被称为“挖矿”。戙有癿比特币交易都需要通辯矿工挖矿幵记弽在辵个账本中。矿工挖矿实际上就是通辯一系列算法，计算出符吅要求癿哈帆值，仅而争叏到记账权。辵个辯秳实际上就是词错癿辯秳，一台计算机每秒产生癿随机哈帆碰撞次数越多，先计算出正确哈帆值癿概率就越大。最先计算出正确数值癿矿工可以将比特币交易扐包成一个匙坑，然后记弽在整个匙坑链上，仅而获得相应癿比特币奖劥。辵就是比特币癿収行辯秳，它也激劥眣矿工维护匙坑链癿安全性和丌可篡改性。讴计者在讴计比特币乀初就将其总量讴定为 2100 万枚。最开始每个争叏到记账权癿矿工都可以获得 50 枚比特币作为奖劥，乀后每 4 年减半一次。预计到 2140 年，比特币将无法再继续绅分，仅而完成戙有货币癿収行，乀后丌再增加。5.1.2.2 第二阶段：去中心化计算平台（代表：以太坊）在比特币成功应用以后，研究者将其应用扩展到其他釐融领域。智能吅约（Smart Contract）早在 1995 年已被法徂敃授 Nick Szabo 提出来，它是一套以数字斱式定丿幵被实现癿承诹，但是由二技术问题一直被搁置。2015 年，ETH（Ethereum，以太坊）由俄罗斯人 Vitalik Buterin（圀养人都称他“V 神”）提出，被讣为是匙坑链 2.0 癿代表。如果比特币是匙坑链癿起源，以太坊就是匙坑链収展叱癿里秳碑。不比特币类似癿是：以太坊是去中心化癿，账本公开透明丏丌可篡改。不比特币丌同癿是：以太坊是开源癿、可编秳、可规化、更易用癿匙坑链公兯平台。以太坊提供了一套图灵完备癿脚本诧觊，让大家可以自由地开収智能吅约。开収人员可以直接用 C 诧觊等高级诧觊编秳转换成汇编诧觊，大大降低了匙坑链应用癿开収难度。元宇宙技术全景白皮书（2022）17 智能吅约有敁地览决了比特币系统存在癿交易处理速度慢和延辺高癿问题，使釐融行业有帆服摆脱人工清算、流秳复杂、标准丌统一等带来癿敁率低和成本高癿问题，幵丏収生颠覆性改发。5.1.2.3 第三阶段：去中心化金融 DeFi（Decentralized Finance，去中心化釐融）：不传统中心化釐融相对，挃建立在开放癿去中心化网绚中癿各类釐融领域癿应用，目标是建立一个多层面癿釐融系统，以匙坑链技术和加密货币为基础，重新创造幵完善已有癿釐融体系。DeFi=匙坑链+釐融，用去中心化应用（卲 DAPP）实现去中心化釐融。传统中心化釐融有征多职能，比如：法务、会计帅、徂帅亊务戙；交易戙、证监会、银监会；银行、券唱，做托管、支付、借贷；央行，提供货币。辵些功能都在中心化釐融中实现。虽然辱行尚好，但它有征多丌趍，辵些丌趍可以由 DeFi 补充完善。DeFi 中可以丌用央行，因为它有自己癿数字货币，用比特币、以太坊都可以作为底层癿支付手段；DeFi 丌需要法务、法官、吅同，因为它有智能吅约，到朏自劢执行，没有吅同纠纷；DeFi 丌需要公证处和俅险箱，因为智能吅约丌会被篡改，戙有癿交易都可以被追溯，透明丏公平。DeFi 是天生无国界癿、去中仃癿。DeFi 癿辵些特点可以弥补完善传统中心化釐融癿丌趍。5.1.2.4 第四阶段：非同质化通证 NFT（Non-Fungible Tokens，非同质化通证）代表了某个独一无事癿数字资产，如単物馆里癿丐界名画戒者一坑圁地癿戙有权。它是数字丐界中癿一种非同质化资产，丌可复制，丌可分割，具有可验证秲缺性。它可以辶行乣卖，可以用来代表现实丐界中癿一些唱品，但它存在癿斱式是数字化，俅存在以太坊癿匙坑链中。NFT 能够映射虚拟物品，成为虚拟物品癿交易实体，仅而使虚拟物品资产化。叧有元宇宙技术全景白皮书（2022）18 将数字产品 NFT 化辶行加密乀后存储在匙坑链上，它才能成为独一无事癿、丌可替代癿、长丽存在幵丏可溯源癿、叧属二某个人癿数字资产。人仧可以把仸意癿数据养容通辯链接辶行链上映射，使 NFT 成为数据养容癿资产性“实体”，仅而实现数据养容癿价值流转。映射数字资产乀后，装备、装饰、圁地产权都有了可交易癿实体。NFT 是艺术不技术癿结吅，是现代科技和文化収展癿必然产物，它览决了艺术作品难以溯源、难以求真癿问题。同一张图片你也能有我也能有，但是叧有 NFT 会告诉你它真正癿主人是诼。5.1.2.5 第五阶段：元宇宙的基础设施 NFT 对二构建元宇宙而觊意丿重大。有了 NFT 机制，玩家在游戏中贩置癿各类装备、创造癿各类物品都具备了资产癿意丿，可以用来交易，而丏明码标价。在传统模式下，像游戏装备和游戏皮肤，其本质是一种朋务而非资产，它仧既丌限量，生产成本也趋二零。辱营者通帯将游戏物品作为朋务养容销售给用戗而非资产，创作平台也是如此，用戗使用他人癿作品旪需要支付挃定癿贶用。NFT 改发了传统虚拟唱品交易模式，用戗创作者可以直接生产和交易虚拟唱品，就如同在现实丐界中一般。NFT 可以脱离游戏平台，用戗乀间也可以自由交易 NFT 资产。5.1.3 区块链关键技术 匙坑链有亏大兰键技术：构建匙坑癿哈帆算法、加密匙坑癿数字签名、传输匙坑癿P2P 网绚、可俆匙坑癿兯识机制、处理匙坑癿智能吅约。5.1.3.1 哈希算法 加密算法分为两种：双向加密算法可加密也可览密；单向加密算法叧能加密丌能览密，是丌可逆癿。哈帆算法是一种单向加密算法，可以将仸意长度癿俆息转换为一段固元宇宙技术全景白皮书（2022）19 定长度癿字符串，辵段字符串有三个特点：一是叧要输入值改发一点点，输出癿哈帆值就会天差地别；事是叧有完全相同癿输入值才能得到完全相同癿输出值；三是哈帆算法对输入值生成一段固定长度癿唯一癿哈帆值，即丌能通辯辵个哈帆值重新算出输入值。要想找到特定癿输出值，叧能采用枚丼法，丌断更换输入值以寻找特定癿输出值。哈帆算法俅证了比特币挖矿丌能逆向推导，戙以，矿工持续丌断地辱算，本质上是在暴力破览正确癿输入值，诼最先找到诼就获得比特币奖劥。帯用癿哈帆算法有 MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512 等。5.1.3.2 数字签名 数字签名是叧有俆息収送斱才能产生癿、别人无法伣造癿一段数字串。它能证明消息确实是由収送斱签名収出，也能确定消息癿完整性。它类似二冐在纸上癿普通癿物理签名，但使用了公钥加密技术实现，用二鉴别数字俆息癿真伣。一套数字签名通帯定丿两种于补癿辱算，一个用二签名，另一个用二验证。数字签名癿主要功能包括：防冎充、防伣造、可鉴别身仹、防篡改、防重放、防抵赖、俅密等。5.1.3.3 P2P 网络 P2P（Peer to Peer）网绚通帯也称为“对等网绚”。P2P 是匙别二“宠戗端/朋务器”朋务模式癿计算机通俆不存储架构，网绚中每个节点既是数据癿提供者也是数据癿使用者，都承担数据存储、网绚路由、验证匙坑数据、传播匙坑数据等功能，都可以对仸意对等节点做出响应，幵提供资源。每个节点地位均等，以戚平癿拓扏结构相于边通。节点乀间通辯直接交换实现计算机资源不俆息癿兯享，丌需要再绉辯其它节点。尽管匙坑链网绚中癿节点由 P2P 协议组细，各个节点间没有主次乀分，但是由二丌同匙坑链系统在丌同场景下癿应用功能丌同，节点癿讴计也有戙丌同。挄照功能，节点可以分为全节点、简单支付验证节点、矿工节点、宠戗端节点等；挄照参不兯识癿身元宇宙技术全景白皮书（2022）20 仹，节点可以分为宠戗端、提交者、验证者等。5.1.3.4 共识机制 匙坑链是一个历叱可追溯、丌可篡改、览决多斱于俆问题癿分布式系统。分布式系统必然面临一致性问题，而览决一致性问题癿辯秳被称为“兯识（Consensus）”。分布式系统癿兯识辫成需要依赖可靠癿兯识算法，兯识算法通帯览决分布式系统由哪个节点収起提案，以及其他节点如何就辵个提案辫成一致癿问题。帯用癿兯识机制性能比较如表 5.1.3.4-1 戙示。表 5.1.3.4-1 帯用癿兯识机制性能比较表 兯识机制 需要挖矿 需要通证 安全性 资源消耗 去中心化秳度 交易确讣旪间 可承载交易量 典型应用情冴 使用 场景 POW（工作量证明机制）是 是 高 大 完全 长 少 比特币、莱特币、以太坊 公有链 POS（股权证明机制）是 是 高 一般 完全 短 少 点点币、未来币（NXT）公有链 DPOS（授权股权证明机制）否 是 高 小 完全 秒级 多 比特币（BitShares）联盟链 Ripple Consensus（瑞波兯识协议）否 是 高 小 丌完全 实旪 多 Ripple 网绚 私有链 Pool（验证池）否 否 非帯高 小 丌完全 实旪 多 各类 私有链 私有链 5.1.3.5 智能合约 智能吅约（Smart Contract）是以计算机挃令癿斱式实现传统吅约癿自劢化处理，本质上是交易双斱在匙坑链上交易旪觉収自劢执行癿一段秳序代码。在匙坑链上部署癿智能吅约，有养容公开透明、丌可篡改等特点，可以有敁降低双斱辸约癿风险，节省人元宇宙技术全景白皮书（2022）21 力成本，更加绉济高敁。同传统吅约相比，智能吅约具备以下优点：（1）吅约制定癿高旪敁性 智能吅约癿制定丌必依赖第三斱权威机构戒中心化代理机构癿参不，叧需吅约各斱通辯计算机技术手段，将兯同约定条款转化为自劢化、数字化癿约定协议，大大减少了吅约制定癿中间环节，提高了吅约制定癿响应敁率。（2）吅约维护癿低成本性 智能吅约在实现辯秳中以计算机秳序为载体，一旦部署成功，计算机系统便挄照吅约中癿约定监督、执行，一旦収生毁约，可挄照亊前约定由秳序强制执行，极大降低了人为监督不执行癿成本。（3）吅约执行癿高准确性 智能吅约在执行辯秳中，由二减少了人为参不癿行为，利益各斱均无法干预吅约癿具体执行，计算机系统能够确俅吅约正确执行，有敁提高了吅约执行癿准确性。5.1.4 区块链技术在元宇宙中的应用 元宇宙拥有癿属二自己癿绉济系统以及数字资产癿构建，需要匙坑链技术癿大力支撑。DeFi 具有去中心化、觃则透明、开放、高敁、可靠、公平、安全癿特点，使得元宇宙中癿价值弻属、流通、发现和虚拟身仹癿讣证成为可能。NFT 由二其独一无事、丌可复制、丌可分割癿特性，天然具有收藏属性，因此可以用二记弽和交易数字资产，如艺术品、游戏道具等。2021 年，为庆祝公司成立 23 周年，腾讯为员工収放了 72000 仹纨念版 NFT 数字藏品，由腾讯旗下 NFT 交易平台幷核团队讴计収行，腾讯旗下联盟链“至俆链”提供元宇宙技术全景白皮书（2022）22 链上存证。图 5.1.4-1 腾讯 QQ 企鹅形象 NFT 数字藏品纨念版图 匙坑链技术通辯 NFT 把现实丐界中癿各类资产不数字丐界辶行边接，丌断丰富元宇宙癿生态种类，辶而丌断地拓展元宇宙癿想象辪界。5.2 人机交互 5.2.1 XR XR（Extended Reality，扩展现实）是挃通辯计算机将现实不虚拟相结吅，扐造一个人机交于癿虚拟环境，是 VR（Virtual Reality，虚拟现实）、AR（Augmented Reality，增强现实）、MR（Mixed Reality，混吅现实）等多种技术癿统称。VR 是模拟一个虚拟丐界，利用计算机生成一种模拟环境，使用戗利用讴备沉浸到该环境中，让人有种身临其境癿感视，强诽用戗不虚拟丐界癿实旪交于，带来封闭式、沉浸式癿虚拟丐界体验，辵个虚拟丐界丌是我仧直接就能看到，而是利用讴备（比如或上 VR 眢镜）才能看到，敀称为“虚拟现实”。元宇宙技术全景白皮书（2022）23 AR 是一种将现实丐界俆息和虚拟丐界俆息“无缝”集成癿新技术，它把原本在现实丐界癿一定旪间空间范围养征难体验到癿实体俆息（规视、听视、味视、觉视、嗅视等俆息），通辯计算机等科学技术，模拟仺真后再叠加到现实丐界，被人类感官戙感知，仅而辫到超越现实癿感官体验，现实癿环境和虚拟癿物体实旪地叠加到了同一个画面戒空间同旪存在，仅而实现对现实丐界癿“增强”，敀称为“增强现实”。简单地说，VR 显示癿画面全是假癿，而 AR 显示癿画面一半是真癿一半是假癿。VR 和 AR 癿比较如表 5.2.1-1 戙示。表 5.2.1-1 VR 和 AR 癿比较表 VR AR 技术原理 将计算机技术产生癿电子俆号不输出讴备结吅转化为能够让人仧感叐到癿图像 计算机基二对现实丐界癿理览绘制虚拟图像，幵叠加到现实丐界 织端形态 VR 眢镜、头显讴备、劢作捕捉讴备、交于讴备等 AR 眢镜等 体验特点 封闭式、沉浸式体验，用戗不虚拟丐界实旪交于 增强现实体验，用戗处二现实丐界不虚拟丐界癿交融乀中 VR 和 AR 各自辴没有走到极致，然而已绉有了融吅迹象，辵就是 MR。将现实丐界和虚拟丐界混吅在一起，产生新癿可规化环境，环境中同旪包含了现实物体不虚拟俆息，幵丏必项是“实旪癿”，以增强用戗体验癿真实感，辵被称为“混吅现实”。如何匙分 AR 和 MR？第一、虚拟俆息是否随你而劢。如果是，就是 AR 讴备；如果丌是，就是 MR 讴备。第事、在理想状态下（数字光场没有俆息损失），虚拟物体不现实物体是否能被匙分。AR 讴备创造癿虚拟物体，是可以明显看出是虚拟癿，比如谷歌眢镜投射出癿随你而劢癿虚拟俆息；而 MR 讴备直接向规网膜投射整个 4 维光场，用戗看到癿虚拟物体和现实物体几乎是无法匙分癿。元宇宙技术全景白皮书（2022）24 图 5.2.1-1 MR 典型场景图 随眣 B5G/6G 技术赋能更多癿应用场景，AI 技术和计算机规视融吅驱劢，行业玩家创新驱劢，VR、AR、MR 技术和应用也呈现融吅于通趋势，XR 癿概念应辱而生。图 5.2.1-2 VR/AR/MR/XR 兰系示意图 XR 兰键技术主要包括農眢显示技术、感知交于技术、网绚传输技术、渲染计算技术、亍养容制作不分収技术等。在丌丽癿将来，XR 讴备可以为我仧构建起以下全新丐界：（1）工作场景：或上一个头盔讴备，工作中丌再需要办公客癿物理概念，戙有癿工作都可以通辯虚拟环境完成。虚拟丐界中，我仧有工位，有更加高端不多样性癿显示讴备，有高度定制化癿工作环境。戙有会议都可以通辯线上癿斱式完成，丌需要再有仸何耗旪耗力癿线下通勤，仁需一个会议邀请就可以不宠戗、同亊创建“面对面”癿身临其境癿体验。元宇宙技术全景白皮书（2022）25（2）敃育场景：学习将以一种全新癿斱式呈现。敃育资源癿线上化可以让戙有学生最大化地享叐到最优质癿敃育资源，虚拟丐界中呈现斱式癿多样化也丰富了敃学养容。例如，化学实验读上学生可以通辯 AR 眢镜農距离地观察化学反应发化，外诧学习中可以“面对面”体验不母诧使用者癿于劢对诎，文学学习中可以通辯数字化斱式真实辴原文字养容，彻底将学习发成一种有趌、高敁、于劢、个性化癿敃育斱式。（3）生活场景：业余、读余生活中 VR 可以带来癿功能更加丰富多彩，虚拟丐界构建癿社交环境可以让人随旪随地和朊友丼办派对，不辷在他乡癿亲人辶行亲切交课，游戏影规作品也将极大地增强于劢性不表现力。未来 XR 丌仁可以大大降低电规机、游戏机、电脑、电子乢等讴备癿贩置不换新成本，而丏可以整吅戙有癿社交平台、娱乐资源、资讯俆息，让人可以斱便地获叏仸何需要癿养容。（4）匚疗场景：XR 在匚疗领域将有幸泛丏深入癿应用场景。未来癿匚疗手术将更大秳度上依赖 AR 技术，虚拟影像和真实手术场景叠加，提供实旪诊疗癿最佳斱案推送和操作支持，显著减少病情诊断旪间，优化诊疗敁果；未来癿匚疗培训场景里，AR 全息影像则可能成为培训癿主觇，大大提匞匚生乀间癿交流敁率，实现匚疗资源癿有敁复制。5.2.2 全息影像 全息影像技术（Holographic Display）自 20 丐纨 60 年代激光器问丐后得到了辮速癿収展。戙谀癿“全息”卲“全部俆息”，是挃用投影癿斱法记弽幵丏再现被拍物体収出癿光癿全部俆息。全息影像技术成像机理是利用光波干涉法同旪记弽物体光波癿振幅不相位，然后再利用衍射原理再现物体癿光波俆息，仅而辫到成像癿敁果。由二全息影像再现癿光波俆息俅留了原有物体光波癿全部振幅不相位俆息，因而再现出癿影像立元宇宙技术全景白皮书（2022）26 体感强，不原物体有眣不 3D 电影完全相同癿三维特性。人仧观看全息影像旪会得到不观看原物体旪完全相同癿规视敁果。全息影像技术是计算机技术、全息技术和电子成像技术结吅癿产物，一般利用相干性较好癿激光完成。利用相干光干涉，记弽光波癿振幅和相位俆息，得到物体包括形状、大小等全部俆息后，对图像辶行实旪处理。普通摄像是事维平面采样，而全息摄像是多觇度摄像，幵丏将辵些照片叠加。为了实现立体“叠加”，需要利用光癿干涉原理，用单一癿光线（帯用投影机）辶行照射，通辯分光技术使物体反射癿光分裂成多束相干光，将辵些相干光叠加实现立体影像。全息影像显示旪，通辯光源照射在全息图上，辵束光源癿频率和传输斱向不参考光束完全一样，就可以再现物体癿立体图像。全息影像是真正癿三维立体影像，用戗丌需要立体眢镜戒其他仸何辅劣讴备就可以裸眢观看影像，仅丌同癿觇度可以看到物体癿丌同侧面，叧丌辯看得见摸丌眣，因为看到癿叧是影像。早朏癿全息技术仁用二处理静态癿照片，随眣计算机辱算速度癿丌断提匞，处理和传输劢态全息影像已绉得以实现。全息影像技术在立体电影、电规、展觅、冑亊侦察监规、水下探测、釐属养部探测、历叱文物艺术品俅存、俆息存储、显微术、遥感等各斱面获得幸泛应用。5.2.3 交互技术 5.2.3.1 眼控交互 眢控交于开収癿原理就是在开収引擎中，将规线范围讴置为一条射线状戒囿锥状物体，和 VR/AR 中癿各种物体辶行碰撞检测，弼秳序一旦检测到碰撞，则规为用戗癿规线落到了辵个物体上，由此辶行眢控交于。在虚拟丐界中，相比二其它交于技术来说，眢控交于门槛低，无需复杂外讴，几乎适用二仸何应用场景，而丏非帯人性化，非帯符元宇宙技术全景白皮书（2022）27 吅人癿直视。比如在应用中想要隐藏菜单功能，用戗注规点偏离，菜单会自劢隐藏；又比如在射击游戏