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元宇宙面临的主要技术挑战和机遇是什么?

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元宇宙(Metaverse)的关键技术挑战和机会有哪些?

元宇宙的当代

关于元宇宙的定义,我更喜欢马修鲍尔的定义:

“元宇宙是一个大规模、可互操作的实时渲染3D虚拟世界网络,可以由数量不限的用户同步、持续地体验,具有身临其境的感觉,并具有数据的连续性,如身份、历史、权利、对象、通信和支付。”

翻译:Metauniverse是一个网络渲染的超大规模可扩展交互式3D虚拟环境,在其中你可以体验到与真实无限用户的同步持续交互,所有用户都有独立的呈现和数据连续性,后者包括身份、历史、权力、对象、通信和事务。

作者还提到,超宇宙并不是凭空出现的技术。说它是移动互联网的继承者可能更恰当,因为元宇宙并不是从根本上取代互联网,而是在互联网的基础上对其进行迭代改造。

就像移动互联网是60年代到90年代创造的互联网的“继承者”,移动互联网并没有从根本上改变互联网的底层结构。比如数据的交互仍然依赖于基础的传输和管理设备,但是互联网的方式、地点、时间、接入设备都发生了翻天覆地的变化。

超宇宙也将具有类似的变革性,逐渐演变并改变我们的日常生活。

关于元宇宙也有很多误解,最常见的是把虚拟现实(VR)当成元宇宙。其实VR只是体验元宇宙的方式之一。这种错误的认知,相当于把一个个手机APP当成了移动互联网。事实上,每天有数亿人在没有VR设备的情况下,通过手机参与虚拟世界。未来,手机将是参与元宇宙的重要方式之一。

另一个误区是把超宇宙等同于游戏,这其实是一个非常片面的观点。游戏肯定是元宇宙的重要应用之一,但不代表是唯一。超宇宙是现实的镜子,人们可以在其中社交、生活,

办公、生产等。

元宇宙的几个特征

其实超宇宙在别人的作品里有很多名字,比如后宇宙,玄学宇宙,超宇宙,超感空间,虚拟空间等等。但它们的本质是同一个持久的、去中心化的未来的3354在线三维虚拟环境。

持久性:持久性,即将数据(比如内存中的对象)保存到永久存储设备(比如磁盘)。增加“未来”一词意味着这个动作是连续的,生成的数据是连续保存的。

去中心化:对于这个特性,我们可以把支付系统作为一个比喻。比如我们要转账,现有的方式无非是直接银行卡转账或者微信支付宝等支付方式,但它们的共同特点是都需要一个集中的机构来实现转账。对于去中心化,主要区别是没有中心化的组织,所有的交互只需要双方,不需要中心的协助。

在线虚拟环境:这个比较直观。元宇宙基本上是当前设定下真实世界的镜像,所以3D是大概率。所谓虚拟环境,就是现实世界的虚拟化产物。

元宇宙的核心技术

宇宙的创造将需要无数新技术、协议、公司、创新和发现的合作。不太可能出现纯粹的“前元宇宙时代”和“后元宇宙时代”。

相反,随着不同产品、服务、功能的整合、融合,会随着时间慢慢显现。据估计,乐观主义在公共生活中成熟还需要几十年的时间。最简单的情况,双十一购物节的流量都会让互联网巨头关门,更不用说百万人同时在线的同步分享和持续模拟了。

八大核心技术:对于元宇宙来说,以下八大技术基本构成了它的主要框架:硬件、网络、计算、虚拟平台、交换工具和标准、支付、内容服务和资产,最后是用户行为。

1.[硬件]

硬件可以分为消费类硬件和非消费类硬件。

消费类硬件:这部分是常见的手机、手表、VR耳机、VR眼镜。随着这些硬件的不断发展,正朝着更好更强大的传感器、更高性能的电池、更清晰的屏幕、更多样更灵敏的触摸、更清晰的摄像头等方向发展。其本质是提高用户的沉浸感。但是,要想实现完整版的超宇宙设备,还有很大的提升空间。比如人类的视觉范围是210,但大多数VR眼镜只有60左右。

非消费类硬件:在创建元宇宙时,必然会“复制”现实世界中的场景,所以工业级的工业相机、投影和跟踪系统、扫描传感器等。会派上用场。它能以远超常人的能力更精细地捕捉各种建筑场景。这包括但不限于GPU芯片和服务器,以及网络专用硬件,如光缆或无线芯片组。

2.[网络]

在这里,网络被定义为由主要供应商、网络、交换中心和在它们之间路由的服务以及管理到消费者的“最后一英里”数据的服务提供持久、实时连接、高带宽和分布式数据传输的服务。

带宽、延迟和可靠性是三个最重要的指标。

带宽:单位时间内可以传输的数据量。

延迟:延迟是指数据从一个点传输到另一个点并返回所需的时间。

可靠性:这是一个整体指标,取决于整体的服务质量。

公路是用来描述这三个指标的。带宽是通道的数量。车道越多,同时行驶的汽车就越多。延时可以比喻成一个高速收费站,ETC的延时比人工审核要快很多。如果过往车辆数量巨大,时差会被放大到无法接受的程度。

可靠性取决于高速公路队的整体运作。如果高速公路某段地面不平,及时修复可以带来很高的可靠性,而独留高速公路无疑可靠性较差。

3.[计算]

计算能力将是元宇宙中所有行为的“燃料”。无论是物理计算、渲染、数据协调与同步、人工智能、投影、运动捕捉和翻译等多样且要求苛刻的功能,计算都是必不可少的。比如触觉传感器的信号转换成元宇宙的相应动作,那么复杂的转换就需要计算能力的参与。

元宇宙将有人类历史上最大的持续计算需求,计算能力将决定其规模上限,因为如果计算能力不足,数万人同时在线的元宇宙只能是天方夜谭。毕竟现在各种计算资源都很稀缺,比如CPU,更别说深度学习用的GPU了。所以分布式计算、云计算、隐私计算、边缘计算还有很长的路要走。

4.[虚拟平台]

它被定义为沉浸式数字体验,通常是3D模拟、环境和世界的开发、操作者,用户和企业可以在其中探索、创造、社交和参与各种体验(例如赛车、绘画、上课、听音乐)并从事经济活动。

这和现在的软件平台(手机应用商店)和游戏平台(比如Steam)很像,但区别主要在于规模。元宇宙的虚拟平台包含了大量的开发者和内容制作者。

虚拟平台必须有(相对不受约束的)技术能力去创造(engine studio tools),服务去支撑它(预制件和资产市场,语音聊天,玩家账号,支付服务),经营各种经济(支出和收入等)。).

成功的标志是平台会产生良性循环,更好的技术和工具带来更好的体验,从而带来更多的用户,这意味着可以产生更多的平台利润,通过它可以产生更好的技术和工具,通过创作者/开发者可以获得更多的利润,通过它可以产生更好的体验,从而吸引更多的开发者和更多的用户。

5.[交换工具和标准]

可以理解为编程语言的语法和工具库。作为编程语言,必须有一套标准的语法规则和工具库。只有这样,所有的开发者才能在同一个环境下开发。

这些工具和标准将用于元宇宙的创建、运行和持续改进,同时支持渲染、物理计算和人工智能、经济活动和信息管理。

在这一部分,形成有共识的工具和标准无疑是非常重要的。否则未来会有很多小宇宙,每个小宇宙的标准可能都不一样,甚至差别很大,相互之间的互动会非常困难。

6.[付款]

支持数字支付流程、平台和运营,包括合法获取纯数字货币和金融服务,包括比特币、以太坊等加密货币和其他区块链技术。

元宇宙作为移动互联网的继承者,也定位为人类休闲、劳动、生存的平台。这一愿景的成功取决于超宇宙是否有繁荣的经济。那么现实生活中存在的经济活动在元宇宙中也是存在的,比如企业竞争和不断的颠覆/替代循环,大量盈利的企业(尤其是中小企业),资本流动,消费支出旺盛。

说到支付,就不得不提到区块链,它似乎是为元宇宙而生的。简单来说,它具有去中心化,即没有中介产生的额外成本;透明,每一笔交易都是透明公开的;不可篡改;追溯机制;效率高;可以保存很久。

然而,目前的区块链有一个致命的缺点,那就是燃气费,这可以理解为过高的服务费,导致经济活动降温。然而,侧链和跨链技术的出现现在正朝着降低气费的方向发展。我相信在不久的将来,煤气费会降到一个可以接受的水平。

7.[内容、服务和资产]

定义与用户数据和身份相关的数字资产(如虚拟商品和货币)的设计/创建、销售、转售、存储、安全保护和财务管理。

这个定义非常宽泛,不仅包括创作者的创作内容,还包括消费者生产的消费内容。

因为元宇宙能否发展取决于内容,只有足够多的优质内容才能吸引更多的用户,也只有更多的用户才能产生更多的需求,从而实现创作者和消费者之间的良性循环。

8.[用户行为]

这是一个广义的概念,包含了元宇宙中所有“人”的各种行为,包括支出和投资、花费的时间和注意力、决策和能力等。从时间上来说,可以分为短期行为改变和长期行为改变。

短期行为改变:这从疫情开始就有明显的改变,比如人在虚拟世界的时间明显变长,远程学习,网上办公,各种虚拟游戏等。

长期行为改变:超宇宙作为一种新的生活方式,势必会在某些方面永久改变人类的习惯,比如未来的休闲娱乐。

核心原则

在元宇宙中木桶效应会非常明显,元宇宙是一个极其复杂的概念,几乎囊括了所有的高新技术。这对元宇宙的发展有利也有弊。优势在于,超宇宙可以同时整合多种顶尖技术,打造凝聚人类智慧结晶的产品。缺点是超宇宙的终极价值在于体验。如果任何技术在融合过程中未能达到体验的预期,都会对元宇宙的实现产生毁灭性的影响。

比如VR的分辨率达不到预期,网络延迟的问题解决不了,那么最终就达不到完整版的元宇宙。

宇宙当前面临的困难

让我们回到之前提到的木桶效应。作为一个集成了众多高科技技术的复杂项目,MetaUniverse的技术高度未知,但其技术下限是由其短板决定的。

目前看来,超宇宙最大的短板,也就是短期内最大的突破,在于VR和AR设备。为什么这么说?因为现有的芯片、通讯、AI、区块链等。基本可以满足最初的元宇宙构建。但VR/AR设备作为进入元宇宙的重要入口,仍有待完善。

现在的VR/AR设备还是需要降低游戏的码率(清晰度、真实感)来满足基本的流畅度,比如Roblox的块颗粒感。但“真实感”的体验,必须要有足够强的VR/AR才能带来。

从上表可以看出,大部分所需技术已经出现并达到基本要求,但VR/AR设备的研发还远远不能满足需求。不仅是技术深度,货源也远远不够。

宏观趋势

元宇宙的发展趋势可以分为短期和长期。我个人认为,短期来看,与娱乐、游戏、办公、工作场景相关的元宇宙,长期来看,将充满社交场景。

作为木桶效应的短板,VR/AR的发展将在短期内形成虹吸效应、大量资本涌入和技术升级。尤其是对于VR/AR设备,以下五个因素在集体努力下,通过目测会很快得到解决。

从长远来看,元宇宙的几项核心技术也将呈现快速发展的趋势,如软硬件、网络、计算等。

比如网络代表5G,现在只有很少的人在民用。大部分应用场景都没有找到,元宇宙是一个非常合适的应用场景。元宇宙对数据传输能力要求极高,体现在数据传输的量级、速度和稳定性上。

计算能力也是元宇宙迫切需要的,所以芯片是一种实现手段,不仅是CPU和GPU,还有其他种类的特定计算芯片,比如DPU芯片(数据处理芯片)等异构芯片。

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