元宇宙背後的數學

什麼是元宇宙？

元宇宙就是一個基於現代技術創造的平行於現實世界的虛擬現實空間。

是藉助於現實之中的VR頭盔或者是腦機介面等設備進入一個虛擬現實世界之中，在其中可以進行社交、競技、生活等活動，沉浸式體驗虛擬世界的一切。

簡而言之就是基於現代科技設備構建一個與現實世界無二的虛擬世界，而我們則可以在其中生活、社交、工作等等，可以說是一個平行於現實世界的虛擬現實空間。

今天是7月1日，根據最新消息，元宇宙的相關游戲建立登上了熱搜，並且引起了相關的熱議，那麼最近這么火的元宇宙到底是什麼東西呢？我們又應該如何實現元宇宙呢？

第一、元宇宙是要給在6年前世界第一次VR大會上提出來的東西，指的是一種虛擬的烏托邦的網路世界概念

在2016年也就是大家公認的VR元年上，許多VR廠商第一次提出了元宇宙概念，這個詞其實來源於兩個英文字母，也就是超越宇宙的意思，結合VR的主要適用方法，我們可以很容易得到元宇宙的概念，元宇宙實際上指的就是虛擬的一套生活體系，類似於一個虛擬世界中存在人，生活，工作或者睡眠等等和我們現實生活中類似的東西，從而構成一個完整的時間系統，在這個系統中，你可以工作也可以打怪升級，其實就是一個超越現實的一個新的宇宙系統，甚至可以在裡面用獲得的東西來更換現實生活的東西，類似虛擬貨幣，這就是元宇宙的大概概念，其實就有點類似於我們之前玩的一些魔獸世界這樣的游戲。

第二、如何實現元宇宙看起來困難，其實也沒那麼困難，主要取決了對於元宇宙的理解

實現元宇宙看起來似乎很困難，首先要構造一個虛擬的網路空間，要有能容納這么多人的伺服器，要在裡面還原生活中基本的邏輯概念但是同時又不能太過於乏味，降低玩家興趣。但是說起來也沒那麼困難，其實元宇宙這個概念並不是一個嚴格定義的概念，只要有虛擬世界這個概念其實就類似元宇宙了，不過仍然還是要解決玩家的問題，至少要做到有多個玩家共同參與的開放世界，比如說類似現在的積木世界這樣的游戲，就有一種元宇宙的感覺，不過故事背景還不能算元宇宙。

希望以後能夠出來越來越多的元宇宙游戲！

最近「元宇宙」成為了熱門的詞語，很多人去解釋「元宇宙」的時候，各種術語，詞彙迸發而出，八大要素，十大簡稱。讓人半懂不懂。人們對於不太懂的東西都感覺神秘。很多人眼裡「元宇宙」好像就是找到了傳說中平行宇宙的入口，還有人說像哥倫布發現新大陸一樣，徹底改變人類以後的生活。

只能說「元宇宙」一詞，這個名字嚇住了很多人，營銷做得好。

「元宇宙」實際就是電腦模擬的一個虛擬游戲。最早流行電腦游戲，後來發展成手機游戲，再發展就是VR游戲，3D電影大家肯定都看過，現在VR游戲開始流行，戴上VR眼鏡，能更加身臨其境的體驗游戲。今天拿一個游戲NBA2K22舉例子，在游戲里，你可以自己建個虛擬模型，身高，體重，膚色，穿什麼衣服，都可以選擇，從一個打籃球的菜鳥一步一步成為大神，中間還要訓練，談合同，去街區紋身，找人聊天，買東西，逛公園，打街球等等。這個游戲就是模擬NBA世界。那麼「元宇宙」呢，不就是電腦模擬了一個生活的世界？實際早在很多年前，就有很多游戲出了這種模式，模擬人生，我的世界等等都是，還有模擬太空的游戲，游戲早就不是單純地玩游戲了，現在的大型網游，哪個不是可以看逛街看風景，可以開個人商店，多人聊天，參加各種活動？

也可以說「元宇宙」就是把手機往VR方向發展了而已，現在手機，語音聊天，或者想見誰，直接視頻，逛網店，看電影，玩游戲，買房買車等等。意思就是以後這些東西都可以做成3D的。逛網店，不是手機逛，帶上VR眼鏡，可以看到一個3D的虛擬的店面，以及立體的商品。

「元宇宙」確實是科技發展的必然，但不是像很多危言聳聽的人說的那樣對現實世界造成毀滅性的沖擊。

除非現實世界人類的科技已經異常發達，頂峰造極。人類壽命延長到幾百年，幾千年，甚至長生不死。各種疑難雜症，癌症早就已經解決。現實宇宙的秘密早已破解，宇宙對人類不再神秘。人類已經不用吃飯，排泄，靠吸收能量就能存活。人意外死亡後，可以將意識和肉體分離，將意識轉移到所謂的「元宇宙」中繼續生活。

除非以上這些都能做到，才有可能跟很多人說的那樣，「元宇宙」對現實生活造成極大沖擊。因為現實宇宙沒意思了，才去模擬一個新的宇宙，挑戰一下。

你在「元宇宙」裡面的商店買了東西，他還是要通過現實社會的物流給你發過來，不可能憑空變到你面前。你在「元宇宙」里大吃一頓，現實里就一天不餓了？也許千百年後，能實現，但現在還差得遠。所以還是好好活著現實世界裡吧，有那麼多的精力，期盼科技的發展，先去解決現實中那些困擾我們的疑難雜症吧。

一、元宇宙的6大核心技術

分類：

（1）基建：物聯網技術、網路通信及算力技術、數字孿生技術

（2）底層：區塊鏈技術、人工智慧技術

（3）前端：交互技術（全息影象技術、腦機交互技術、感測技術）

1、區塊鏈技術

對於元宇宙，區塊鏈技術極其重要，是元宇宙的重要底層技術，元宇宙的最基礎保障,同樣一個文件很難區分誰是復製品，區塊鏈技術完美的解決了這一點利用防賞改和可追溯性使得區塊鏈天生具備了「防復制」的特點，區塊鏈還為元宇宙帶來去中心化的支撐，為元宇宙提供數據去中心化、存儲-計算-網路傳輸去中心化、規則公開、資產等支持。

2、交互技術

交互技術為元宇宙提供了沉浸式虛擬現實驗階梯，例知VR、AF、MR全息影象技術、腦機交互技術及感測技術等。在這個世界裡，內容可以由用戶自己輸入，帶來了無限可能。

3、網路通信及算力技術（5G6G、雲計算、邊緣計算）

元宇宙的續用會產生巨大的數據吞吐，為了同時滿足高吞吐和低延時的要求,就必須使用高性能通信技術。「5G」具有「高網速、低延遲、高可靠、低功率、海量連接」等特性。「5G」時代的到來，將提供元宇宙的通訊技術支撐。此外，正處於起步階段的元宇宙，若想實現沉浸式、低延遲、高解析度等功能，提供用戶易於訪問、零宕機的良好的用戶體驗，離不開現實世界中數字基礎設施的支撐，包括計算能力、3D視覺效果、虛擬現實技術、互聯網連接和其他技術支撐，雲計算是其中的重要組成部分之一。元宇宙的發展需要大規模的計算和存儲，需要大量的數據交互。真實世界的計算、存儲能力直接決定了元宇宙的規模和完整性。

4、物聯網技術

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，IT行業又叫：泛互聯，意指物物相連，萬物萬聯。由此，「物聯網就是物物相連的互聯網」。這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網路；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯網的定義是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息感測設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網路。感官是真實世界與虛擬「元宇宙」的鏈接，是元宇宙升沉浸感體驗的關鍵所在。物聯網的首要條件是設備能夠接入互聯網實現信息的交互，無線模組是實現設備聯網的關鍵環節。

5、數字孿生技術（游戲引擎、3D建模、實時渲染）

數字孿生是充分利用物理模型、感測器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的模擬過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。

6、人工智慧技術

人工智慧技術是使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規劃等）主要包括計算機實現智能的原理、製造類似於人腦智能的計算機，使計算機能實現更高層次的應用。元宇宙中主要用到其中的計算機視覺、機器學習、自然語音學習、自然語音處理、智能語音等技術支撐。

(3)元宇宙背後的數學擴展閱讀：搭建元宇宙，目前有哪些技術難題有待突破？

1、新型顯示技術

沉浸式的體驗必然要求沉浸式的顯示技術，目前在AR/VR顯示領域，無論是顯示器件還是圖像處理與渲染演算法，尚不能完全滿足元宇宙應用的技術指標要求。市面上主流的AR/VR顯示器件（主要是光學波導片）大多存在著重量大，功耗大，解析度差，色偏嚴重，常伴有眩暈感等問題，要獲得一款又輕又好的顯示模組，需要材料學與光學的重大突破。

2、算力約束

從計算架構角度看，元宇宙必然是一種「雲-邊-端」協同的模式。然而，目前無論是雲端還是終端，主流晶元的算力儲備遠遠滿足不了元宇宙應用的要求。特別是端側算力瓶頸巨大，這是因為端側不僅承擔了部分智能感知演算法，且更重要的是承擔了最核心的虛實融合的真實感圖像渲染演算法，這類演算法算力要求巨大且要求超低功耗，目前主流的端側計算晶元均不滿足如此嚴苛的技術指標。

3、低時延通訊

元宇宙的核心在於無處不在、無時不在的交互，這些交互了產生天量的實時數據通訊需求。目前5G技術是否能夠完全滿足如此高帶寬、高並發的實時通訊，依然是一個未知數，也許我們要等到6G甚至7G時代的到來才能圓滿解決這些問題。

4、新型感測器技術

元宇宙應用對於用戶態勢感知的需求是前所未有的，對於用戶全維度的信息感知（例如外觀、位置、姿態、運動、各種生命體征、甚至心情、意圖等）需要輕便而高可靠的全系列新型可穿戴感測器。

元宇宙將給我們帶來無限的可能，大眾可以准備擁抱它所帶來的生活和工作方式的改變，期待生活更加美好，人生更加精彩。

而對於相關的企業與投資機構，筆者在這里想說的是，與其熱衷於概念炒作，不如沉下心來積極投入到元宇宙相關支撐技術的研發投入中來。畢竟，如果能突破晶元、顯示器件、感測器、計算架構等「卡脖子」的關鍵核心技術，未來才真正無可限量。

D. 火爆全網的「元宇宙」到底是什麼

最近最熱門的「元宇宙」概念，其實也根本沒大家想的那麼高大上。我們普通人所理解的「元宇宙」，可能是黑客帝國那種腦機接入，可以完全近乎真實的虛擬世界。但這屬於人類現今科學還遠沒辦法達到水平。

所以，現在資本炒作的元宇宙概念，其實只是把游戲產業、電子競技、AR/VR、虛擬社交、線上線下互動，等本來已經在發展的諸多產業和概念，通過元宇宙這個看起來高大上的概念包裝一下，就給人感覺我們一下子要掌控全宇宙了，這就有點離譜了。其實說白了，只是資本為了炒作，舊酒裝新瓶罷了。了，本來互聯網就是營造一個虛擬世界，並且這些年關於線上線下關聯互動也不是啥新鮮事。所謂元宇宙就是互聯網本身，現在只是換了一個更加高大上的名字而已。

至於國內外的高科技公司紛紛布局元宇宙，自然是不想錯過這次財富浪潮，未來的世界500強之中必會有經營「元宇宙」概念的公司，也許未來的世界首富、次富、次次富都會來自於經營「元宇宙」概念的公司。站在風口，豬都能飛起來。有野心、有想法的科技公司不會在岸邊看著洶涌的財富浪潮而無動於衷，那樣會被其他站在「元宇宙」財富浪潮頂端的公司徹底拍死。

E. 元宇宙是誰提出的

元宇宙是經濟學家朱嘉明提出的。元宇宙（Metaverse）是一個虛擬時空間的集合，由一系列的增強現實（AR）、虛擬現實（VR）和互聯網（Internet）所組成。表示「超越宇宙」的概念一個平行於現實世界運行的虛擬空間。

元宇宙實現的形式

原始的元宇宙模式，繪畫，文藝作品，書信來往。語音通信，進化到互聯網高速互動時代。一比一的還原人體所有觸覺，無縫的對接到虛擬世界中。真正建立穩定的另外一個世界。

元宇宙技術的價值恰恰體現在，現實世界的數字化復制，所以才會有鑒權，身份認證，經濟模型的構建，和反饋現實設備的技術研究。一切技術研究都是為了搭建虛擬數字世界和現實世界的聯系。