元宇宙背后的数学

什么是元宇宙？

元宇宙就是一个基于现代技术创造的平行于现实世界的虚拟现实空间。

是借助于现实之中的VR头盔或者是脑机接口等设备进入一个虚拟现实世界之中，在其中可以进行社交、竞技、生活等活动，沉浸式体验虚拟世界的一切。

简而言之就是基于现代科技设备构建一个与现实世界无二的虚拟世界，而我们则可以在其中生活、社交、工作等等，可以说是一个平行于现实世界的虚拟现实空间。

今天是7月1日，根据最新消息，元宇宙的相关游戏建立登上了热搜，并且引起了相关的热议，那么最近这么火的元宇宙到底是什么东西呢？我们又应该如何实现元宇宙呢？

第一、元宇宙是要给在6年前世界第一次VR大会上提出来的东西，指的是一种虚拟的乌托邦的网络世界概念

在2016年也就是大家公认的VR元年上，许多VR厂商第一次提出了元宇宙概念，这个词其实来源于两个英文字母，也就是超越宇宙的意思，结合VR的主要适用方法，我们可以很容易得到元宇宙的概念，元宇宙实际上指的就是虚拟的一套生活体系，类似于一个虚拟世界中存在人，生活，工作或者睡眠等等和我们现实生活中类似的东西，从而构成一个完整的时间系统，在这个系统中，你可以工作也可以打怪升级，其实就是一个超越现实的一个新的宇宙系统，甚至可以在里面用获得的东西来更换现实生活的东西，类似虚拟货币，这就是元宇宙的大概概念，其实就有点类似于我们之前玩的一些魔兽世界这样的游戏。

第二、如何实现元宇宙看起来困难，其实也没那么困难，主要取决了对于元宇宙的理解

实现元宇宙看起来似乎很困难，首先要构造一个虚拟的网络空间，要有能容纳这么多人的服务器，要在里面还原生活中基本的逻辑概念但是同时又不能太过于乏味，降低玩家兴趣。但是说起来也没那么困难，其实元宇宙这个概念并不是一个严格定义的概念，只要有虚拟世界这个概念其实就类似元宇宙了，不过仍然还是要解决玩家的问题，至少要做到有多个玩家共同参与的开放世界，比如说类似现在的积木世界这样的游戏，就有一种元宇宙的感觉，不过故事背景还不能算元宇宙。

希望以后能够出来越来越多的元宇宙游戏！

最近“元宇宙”成为了热门的词语，很多人去解释“元宇宙”的时候，各种术语，词汇迸发而出，八大要素，十大简称。让人半懂不懂。人们对于不太懂的东西都感觉神秘。很多人眼里“元宇宙”好像就是找到了传说中平行宇宙的入口，还有人说像哥伦布发现新大陆一样，彻底改变人类以后的生活。

只能说“元宇宙”一词，这个名字吓住了很多人，营销做得好。

“元宇宙”实际就是电脑模拟的一个虚拟游戏。最早流行电脑游戏，后来发展成手机游戏，再发展就是VR游戏，3D电影大家肯定都看过，现在VR游戏开始流行，戴上VR眼镜，能更加身临其境的体验游戏。今天拿一个游戏NBA2K22举例子，在游戏里，你可以自己建个虚拟模型，身高，体重，肤色，穿什么衣服，都可以选择，从一个打篮球的菜鸟一步一步成为大神，中间还要训练，谈合同，去街区纹身，找人聊天，买东西，逛公园，打街球等等。这个游戏就是模拟NBA世界。那么“元宇宙”呢，不就是电脑模拟了一个生活的世界？实际早在很多年前，就有很多游戏出了这种模式，模拟人生，我的世界等等都是，还有模拟太空的游戏，游戏早就不是单纯地玩游戏了，现在的大型网游，哪个不是可以看逛街看风景，可以开个人商店，多人聊天，参加各种活动？

也可以说“元宇宙”就是把手机往VR方向发展了而已，现在手机，语音聊天，或者想见谁，直接视频，逛网店，看电影，玩游戏，买房买车等等。意思就是以后这些东西都可以做成3D的。逛网店，不是手机逛，带上VR眼镜，可以看到一个3D的虚拟的店面，以及立体的商品。

“元宇宙”确实是科技发展的必然，但不是像很多危言耸听的人说的那样对现实世界造成毁灭性的冲击。

除非现实世界人类的科技已经异常发达，顶峰造极。人类寿命延长到几百年，几千年，甚至长生不死。各种疑难杂症，癌症早就已经解决。现实宇宙的秘密早已破解，宇宙对人类不再神秘。人类已经不用吃饭，排泄，靠吸收能量就能存活。人意外死亡后，可以将意识和肉体分离，将意识转移到所谓的“元宇宙”中继续生活。

除非以上这些都能做到，才有可能跟很多人说的那样，“元宇宙”对现实生活造成极大冲击。因为现实宇宙没意思了，才去模拟一个新的宇宙，挑战一下。

你在“元宇宙”里面的商店买了东西，他还是要通过现实社会的物流给你发过来，不可能凭空变到你面前。你在“元宇宙”里大吃一顿，现实里就一天不饿了？也许千百年后，能实现，但现在还差得远。所以还是好好活着现实世界里吧，有那么多的精力，期盼科技的发展，先去解决现实中那些困扰我们的疑难杂症吧。

一、元宇宙的6大核心技术

分类：

（1）基建：物联网技术、网络通信及算力技术、数字孪生技术

（2）底层：区块链技术、人工智能技术

（3）前端：交互技术（全息影象技术、脑机交互技术、传感技术）

1、区块链技术

对于元宇宙，区块链技术极其重要，是元宇宙的重要底层技术，元宇宙的最基础保障,同样一个文件很难区分谁是复制品，区块链技术完美的解决了这一点利用防赏改和可追溯性使得区块链天生具备了“防复制”的特点，区块链还为元宇宙带来去中心化的支撑，为元宇宙提供数据去中心化、存储-计算-网络传输去中心化、规则公开、资产等支持。

2、交互技术

交互技术为元宇宙提供了沉浸式虚拟现实验阶梯，例知VR、AF、MR全息影象技术、脑机交互技术及传感技术等。在这个世界里，内容可以由用户自己输入，带来了无限可能。

3、网络通信及算力技术（5G6G、云计算、边缘计算）

元宇宙的续用会产生巨大的数据吞吐，为了同时满足高吞吐和低延时的要求,就必须使用高性能通信技术。“5G”具有“高网速、低延迟、高可靠、低功率、海量连接”等特性。“5G”时代的到来，将提供元宇宙的通讯技术支撑。此外，正处于起步阶段的元宇宙，若想实现沉浸式、低延迟、高分辨率等功能，提供用户易于访问、零宕机的良好的用户体验，离不开现实世界中数字基础设施的支撑，包括计算能力、3D视觉效果、虚拟现实技术、互联网连接和其他技术支撑，云计算是其中的重要组成部分之一。元宇宙的发展需要大规模的计算和存储，需要大量的数据交互。真实世界的计算、存储能力直接决定了元宇宙的规模和完整性。

4、物联网技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。感官是真实世界与虚拟“元宇宙”的链接，是元宇宙升沉浸感体验的关键所在。物联网的首要条件是设备能够接入互联网实现信息的交互，无线模组是实现设备联网的关键环节。

5、数字孪生技术（游戏引擎、3D建模、实时渲染）

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

6、人工智能技术

人工智能技术是使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。元宇宙中主要用到其中的计算机视觉、机器学习、自然语音学习、自然语音处理、智能语音等技术支撑。

(3)元宇宙背后的数学扩展阅读：搭建元宇宙，目前有哪些技术难题有待突破？

1、新型显示技术

沉浸式的体验必然要求沉浸式的显示技术，目前在AR/VR显示领域，无论是显示器件还是图像处理与渲染算法，尚不能完全满足元宇宙应用的技术指标要求。市面上主流的AR/VR显示器件（主要是光学波导片）大多存在着重量大，功耗大，解析度差，色偏严重，常伴有眩晕感等问题，要获得一款又轻又好的显示模组，需要材料学与光学的重大突破。

2、算力约束

从计算架构角度看，元宇宙必然是一种“云-边-端”协同的模式。然而，目前无论是云端还是终端，主流芯片的算力储备远远满足不了元宇宙应用的要求。特别是端侧算力瓶颈巨大，这是因为端侧不仅承担了部分智能感知算法，且更重要的是承担了最核心的虚实融合的真实感图像渲染算法，这类算法算力要求巨大且要求超低功耗，目前主流的端侧计算芯片均不满足如此严苛的技术指标。

3、低时延通讯

元宇宙的核心在于无处不在、无时不在的交互，这些交互了产生天量的实时数据通讯需求。目前5G技术是否能够完全满足如此高带宽、高并发的实时通讯，依然是一个未知数，也许我们要等到6G甚至7G时代的到来才能圆满解决这些问题。

4、新型传感器技术

元宇宙应用对于用户态势感知的需求是前所未有的，对于用户全维度的信息感知（例如外观、位置、姿态、运动、各种生命体征、甚至心情、意图等）需要轻便而高可靠的全系列新型可穿戴传感器。

元宇宙将给我们带来无限的可能，大众可以准备拥抱它所带来的生活和工作方式的改变，期待生活更加美好，人生更加精彩。

而对于相关的企业与投资机构，笔者在这里想说的是，与其热衷于概念炒作，不如沉下心来积极投入到元宇宙相关支撑技术的研发投入中来。毕竟，如果能突破芯片、显示器件、传感器、计算架构等“卡脖子”的关键核心技术，未来才真正无可限量。

D. 火爆全网的“元宇宙”到底是什么

最近最热门的“元宇宙”概念，其实也根本没大家想的那么高大上。我们普通人所理解的“元宇宙”，可能是黑客帝国那种脑机接入，可以完全近乎真实的虚拟世界。但这属于人类现今科学还远没办法达到水平。

所以，现在资本炒作的元宇宙概念，其实只是把游戏产业、电子竞技、AR/VR、虚拟社交、线上线下互动，等本来已经在发展的诸多产业和概念，通过元宇宙这个看起来高大上的概念包装一下，就给人感觉我们一下子要掌控全宇宙了，这就有点离谱了。其实说白了，只是资本为了炒作，旧酒装新瓶罢了。了，本来互联网就是营造一个虚拟世界，并且这些年关于线上线下关联互动也不是啥新鲜事。所谓元宇宙就是互联网本身，现在只是换了一个更加高大上的名字而已。

至于国内外的高科技公司纷纷布局元宇宙，自然是不想错过这次财富浪潮，未来的世界500强之中必会有经营“元宇宙”概念的公司，也许未来的世界首富、次富、次次富都会来自于经营“元宇宙”概念的公司。站在风口，猪都能飞起来。有野心、有想法的科技公司不会在岸边看着汹涌的财富浪潮而无动于衷，那样会被其他站在“元宇宙”财富浪潮顶端的公司彻底拍死。

E. 元宇宙是谁提出的

元宇宙是经济学家朱嘉明提出的。元宇宙（Metaverse）是一个虚拟时空间的集合，由一系列的增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和互联网（Internet）所组成。表示“超越宇宙”的概念一个平行于现实世界运行的虚拟空间。

元宇宙实现的形式

原始的元宇宙模式，绘画，文艺作品，书信来往。语音通信，进化到互联网高速互动时代。一比一的还原人体所有触觉，无缝的对接到虚拟世界中。真正建立稳定的另外一个世界。

元宇宙技术的价值恰恰体现在，现实世界的数字化复制，所以才会有鉴权，身份认证，经济模型的构建，和反馈现实设备的技术研究。一切技术研究都是为了搭建虚拟数字世界和现实世界的联系。