【云駐共創】元宇宙漫游指南-基于VR-X3D-Blender交互平臺構建元宇宙

前言

2021年，“元宇宙”悄悄成為了一個風口，在技術演進和人類需求的共同推動下，作為真實世界的延伸與拓展，元宇宙所帶來的巨大機遇和革命性作用是值得期待的，但正因如此，我們更需要理性看待當前的元宇宙熱潮，推動元宇宙產業健康發展。

實際上，元宇宙并不是一個新詞，早在1992年的時候，美國科幻作家尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在他的科幻小說《雪崩》（Snow Crash）中，第一次提出了“元宇宙”（Metaverse）的概念。他幻想著在未來我們很多人將通過虛擬的數字身份進入一個交互性非常強的虛擬空間里，我們所有的工作、生活和娛樂都將在這個虛擬世界里面進行。

而我們今天探討的“元宇宙”，指的就是用互聯網與數字技術打造的一種沉浸感極強的虛擬世界，在這個世界中：人們能夠通過虛擬的數字身份進行交互，并且可以進行創造、共享、共治，甚至產生一些活動。我們把這樣的虛擬世界就統稱為“元宇宙”。

一、元宇宙

1.1 元宇宙的概念

元宇宙( Metaverse)概念起源于1992年美國著名科幻大師尼爾斯蒂芬森的科幻小說《雪崩》。

前身VR-AR-MR

IT和互聯網巨頭十幾年前就已經開始布局。

1.谷歌、微軟、蘋果、Facebook四大科技巨頭在VR\AR方面的部署。

Facebook是最早布局VR領域的科技公司之.一，早在2014年7月， Facebook以20億美元收購了新銳虛擬現實廠商Oculus。扎克伯格表示，“我們正在做一個長期的布局，沉浸式虛擬現實(VR)和增強現實(AR)將成為人們日常生活的一部分”。2021年10月29日， Facebook公司CEO扎克伯格宣布公司正式更名為Meta。

2.國內互聯網巨頭:阿里、騰訊、百度、字節跳動等。

2021年，字節跳動戰略投資部大手筆不斷。90億元收購Pico，距其260億元收購沐瞳科技僅過去了5個月，字節跳動史.上排名前二的收購案就此誕生。

1.2 元宇宙基本特征

為什么互聯網巨頭和IT巨頭這么看重虛擬現實和元宇宙？原因主要有下面這幾個原宇宙的基本特征。

元宇宙基本特征包括:

沉浸式體驗：低延遲和擬真感讓用戶具有身臨其境的感官體驗。

虛擬化分身：現實世界的用戶將在數字世界中擁有一個或多個ID身份。

開放式創造：用戶通過終端進入數字世界。可利用海量資源展開創造活動。

強社交屬性：現實社交關系鏈將在數字世界發生轉移和重組。

穩定化系統：具有安全、穩定、有序的經濟運行系統。

二、元宇宙的理論架構

元宇宙理論架構:

Beamable公司創始人Jon Radoff (喬恩拉多夫)提出了元宇宙的七層理論架構。

2.1構成元宇宙的七層要素

2.2元宇宙跨越虛擬和現實世界:

“在正常人中，沒有分開的觸覺和視覺體驗，只有各種感知以不可能確定的分量融合在一體的體驗。”?????????????????????????????????????——梅洛龐蒂

虛擬世界

區塊鏈框架下的:基于規則與算法運作的社交平臺；基于區塊鏈的數字貨幣與經濟平臺；基于UGC的內容平臺。

虛實界面

XR：VR:虛擬世界完全置換現實世界； MR:現實環境與虛擬環境相互混合；AR:虛擬世界疊加在現實世界上

虛擬數字人，仿真機器人和腦機接口

虛實交互設備的發展

眼:基本實現(眼鏡、屏幕)

耳:基本實現(耳機、音箱)

鼻:初步實現(氣味電影)

舌:尚未起步

身:初步實現(體感設備)

意:初步實現(腦機接口)

現實世界

主權國家框架下的:基于法律與社會規范的社交;基于商品與貨幣自由市場的經濟;自發生成的文化

三、元宇宙的應用

3.1 元宇宙的代表應用

元宇宙的應用最具代表的是SecondLife (翻譯為第二人生,英文縮寫為SL)。

林登實驗室于2003年推出的一個網絡虛擬平臺, VR游戲只提供土地，土地上的一切由人自己決定,宛如盤古開天地之后一般。

在VR虛擬游戲中,玩家可以在VR游戲中做許多現實生活中的事情,如吃飯、跳舞、購物、卡拉OK、開車以及旅游等。通過各種各樣的人類活動,全世界各地的玩家可以相互交流。Second Life是一個網絡VR游戲 +社交網絡+Web 2.0的組合(第二人生)。中國也有一些類似于Second Life的軟件也在開發中,其中比較著名的有HiPiHi、uWorld以及Novoking。

四、元宇宙入口

4.1 ?VR/AR/MR/XR是元宇宙的入口:

永恒的創世沖動，基于上述“虛擬現實補償論”，假定一一個文明為了得到補償而創造虛擬世界的沖動是永恒的，那么在長時段的發展中就必然會創造出一個個虛擬世界，其自身所處的世界也極有可能是上層設計者打造的。這就是Nick Bostrom、Elon Musk等人相信的“ 世界模擬”論。

4.2 宇宙之間的可能層級結構

從統計學角度看，在如此漫長的時間內，很有可能存在一個文明，而且他們找到了非常可信的模擬方法。這種情況一旦存在，那么他們建立自己的虛擬多重空間就只是一個時間問題了。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ——Elon Musk

在認知上，各層級之間具有由上而下的單向性。例如，人類對現實世界( universe)的認知，只能接受一系列任意( arbitrary )的物理常數設定而不知其所以然，元宇宙中的虛擬人對于人類所設定的各種規則也只能被動接受。

在補償上，各層級之間具有由下而上的單向性。

五、元宇宙核心技術

1、推動元宇宙相關技術及行業發展:

目前，大規模元宇宙的產品化還十分遙遠，但虛實融合已是互聯網發展的大趨勢。推動元宇宙相關專精特新技術發展，如:VR、AR、云計算、大數據、物聯網、人工智能，數字孿生、智能硬件。

2、推動元宇宙相關行業發展，如:

智慧城市、智慧園區、智能汽車、電子商務、數字旅游、教育類游戲、心理治療、老人陪伴和國潮時尚。

3、推動中國元宇宙產業全球化。

5.1 元宇宙核心技術: 5G/6G高速通信技術

應用場景：

XR設備要達到真正的沉浸感，需要更高的分辨率和幀率，因此需要探索更先進的移動通信技術以及視頻壓縮算法。

5G的高速率、低時延、低能耗、大規模設備連接等特性，能夠支持元宇宙所需要的大量應用創新。

發展趨勢：

目前，基于5G的“殺手級應用”還未出現，因此市場需求度和滲透率還不高。元宇宙有可能以其豐富的內容與強大的社交屬性打開5G的大眾需求缺口，提升5G網絡的覆蓋率。

5.2 元宇宙核心技術：算力技術(云計算)

應用場景：

云儲存、云計算，特別是云渲染:目前大型游戲采用客戶端+服務器的模式，對客戶端設備的性能和服務器的承載能力都有較高要求，尤其在3D圖形的渲染上完全依賴終端運算。要降低用戶門檻、擴大市場，就需要將運算和顯示分離，在云端GPU上完成渲染。因此，動態分配算力的云計算系統將是元宇宙的一項基礎設施。

發展趨勢：

NVIDIA Omniverse:云端圖形設計與計算平臺，將元宇宙的概念用于開發端。

Epic Cloudgine:為虛幻引擎提供面向元宇宙中海量實時交互式內容的云計算能力。

Microsoft?Azure：2020年7月，微軟將旗下游戲《我的世界》(Minecraft)從亞馬遜云服務(Amazon AWS)轉移到自家Azure云服務。

5.3 元宇宙核心技術: VR/AR/MR/CR等技術

應用場景:

拓展現實包括VR (虛擬現實)、AR(增強現實)、MR(融合現實)。VR提供沉浸式體驗，通過全面接管人類的視覺、聽覺、觸覺以及動作捕捉來實現元宇宙中的信息輸入輸出。

AR則在保留現實世界的基礎上疊加一層虛擬信息。

MR通過向視網膜投射光場，可以實現虛擬與真實之間的部分保留與自由切換。

機器人通過實體的仿真肉 身成為連通元宇宙的另一種渠道。

腦機接口技術的應用正在成為科技巨頭爭奪的焦點，目前主要應用于醫學領域。

發展趨勢：

目前，VR產業中Oculus已有一家獨大之勢，而高通XR2平臺則成為唯一的芯片解決方案。AR技術在蘋果開發者生態的大力扶持下產生了大量優秀產品。MR則是微軟提出的標準，產品為HoloLens。元宇宙有望以UGC內容生態為XR航而言注入活力，打破其內容貧乏的瓶頸。

5.4 元宇宙核心技術: VR/AR/MR/CR等技術

VR虛擬現實技術簡介

虛擬現實( Virtual Reality?) , 簡稱VR技術。這一名詞是由美國VPL公司創建人拉尼爾( Jaron Lanier )在80年代初提出的,也稱靈境技術或人工環境。

虛擬現實技術是一門涉及眾多學科領域的高新技術。它集計算機技術、仿真技術、三維立體設計、圖像處理、模式識別、計算機圖形學、人工智能計算機網絡、多媒體、傳感器技術微電子技術以及并行處理為一體。

利用虛擬現實硬件設備和計算機系統創建一個逼真虛擬環境,用戶在虛擬空間體驗與現實世界相同感受,如:視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、碰撞、移動和搬運動態交互感。

增強現實虛擬現實系統

增強現實虛擬現實系統，增強現實(Augmented Reality , AR)是在虛擬現實(VR)技術基礎上發展起來的,它將計算機生成的虛擬場景疊加到真實場景中,實現對現實的“增強”。

增強現實( Augmented Reality，簡稱AR) , 也被稱之為混合現實，是虛擬現實技術的一個重要分支。通過計算機、網絡以及虛擬現實硬件設備等,將虛擬的信息應用到真實世界,真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個三維立體場景或空間。增強現實技術源于虛擬現實技術是計算機前沿虛擬現實技術的重要分支和研究熱點。

增強現實(AR) ,是虛擬現實技術的進一步拓展,它借助必要的設備使計算機生成的虛擬環境與客觀存在的真實環境( Real Environment ,簡稱RE )共存于同一個增強現實系統中，從感官和體驗效果.上給用戶呈現出虛擬對象與真實環境融為-體的增強現實環境。增強現實技術具有虛實結合、實時交互、三維注冊的新特點,是正在迅速發展的新研究方向。

增強顯示技術實現主要涵蓋增強現實硬件、軟件、跟蹤設備等構成。具體實現包括攝像頭、顯示設備、三維產品模型、現實造型和場景以及相關設備和軟件等。

5.5 元宇宙核心技術:人工智能(AI)

應用場景：

大幅提升運算性能；內容生產，智能生成不重復的海量內容，實現元宇宙的自發有機生長；內容呈現，AI驅動的虛擬數字人將元宇宙的內容有組織地呈現給用戶；內容審查，對元宇宙中無法以以工完成的海量內容進行審查，保證元宇宙的安全與合法。

發展趨勢：

為了在元宇宙中實現最大限度的自由，Al技術需要從傳統的決策樹和狀態機向更高級的深度學習、強化學習發展，從而營造隨機生成、從不重復的游戲體驗，擺脫人工腳本的限制，允許玩家自由探索、創造。

借助AI技術擁有更強大的感知和識別能力。通過AI技術的賦能，AR將實現對場景環境、物體、人物等更加精準的感知與識別，進一步實現虛擬信息與現實世界的完美融合和無縫連接，體驗真實感和內容的數量、應用范圍都將隨之獲得爆炸式提升。

能夠跨平臺支持多種硬件設備。5G將推動IoT設備的全面發展，特別是可穿戴設備，而AR將成為這些設備基礎的交互界面。從手機到眼鏡乃至更多樣的硬件平臺，展現出強大的跨平臺屬性。特別是AR眼鏡，相較于手機其能夠帶來更具包圍感的沉浸式體驗，被認為是更加理想的AR設備。

具備更豐富的多人交互能力。AR創造的虛實融合場景，恰似一個脫離固有屏幕束縛、可以任意創作的數字化空間。借助更加靈活自由的設備與設備之間的連接，多人之間的協作也將迸發出更多創造力。統一的AR云平臺，將實現空間內的多人共享，打造一個全新的信息化世界。

AI和AR的運用，將打破原有的傳統商業模式壁壘，帶來的技術支持將有巨大的開發潛力，相信未來的不久，AI和AR的巧妙結合和開發將會運用到每位用戶的日常生活中，便利人們的方方面面。

5.6 元宇宙核心技術:數字孿生(世界藍圖)

應用場景：

數字孿生即在虛擬空間內建立真實事物的動態孿生體。借由傳感器，本體的運行狀態及外部環境數據均可實時映射到孿生體上。該技術最初用于工業制造領域，而元宇宙需要數字孿生來構建細節極致豐富的擬真的環境，營造出沉浸式的在場體驗。

發展趨勢：

Gartner預計數字孿生市場將從2019年的38億美元增長到2025年的358億美元，復合年增長率為45.4%。

國內主要產品: 華為河圖Cyberverse、百度DuMix AR 51World、UINO優锘。

5.7 元宇宙核心技術:區塊鏈(認證機制)

應用場景：

基于去中心化網絡的虛擬貨幣，使得元宇宙中的價值歸屬、流通、變現和虛擬身份的認證成為可能。具有穩定、高效、規則透明、確定的優點。

此外，NFT (非同質化代幣)由于其獨一無二、不可復制、不可拆的特性，天然具有屬性，因此可以用于記錄和交易一些數字資產，如游戲道具、藝術品等。

《加密貓》是早期基于NFT邏輯的游戲，每只貓都獨一無二的特征組合，可用于交易、。

六、產業元宇宙

6.1 元宇宙在教育場景下的一些探索

關于游戲化教育

教育和游戲應該是相輔相成的關系，才能使得二者都能更進一步更持久地發展下去。教育也是一門藝術，在教育模式的開展過程中不斷融入游戲化的元素，不僅能不斷激發出學習者的學習興趣，還能使得游戲的開發走向變得更為廣闊，且使得游戲氛圍更富有學術氣息。

案例一：迷你編程

游戲化學習簡單有趣，讓青少年所思所想皆可創造。《迷你編程》，通過3D可視化創作，啟蒙青少年對于編程的學習興趣，讓編程學習就像搭積木玩沙盒游戲一樣簡單有趣。

案例二：代碼島

代碼島是一款非常棒、非常受歡迎的以編程為基礎的學習軟件，代碼島內置豐富的代碼小游戲，視頻小課堂以及公開課，學習代碼編程soeasy!可以在這里更好的練習自己的代碼，成為一名資深的碼農!在開放自由的3D世界,用可視化編程積木創造自己的編程作品!

案例三：玩學世界

《玩學世界》是一個基于3D虛擬世界的成長陪伴平臺。《玩學世界》建立3D創作社區( UGC)、提供寓教于樂的3D內容體驗( PGC )、支持多人聯機社交(MMO)、具備經濟系統(NFT) ,為下一代數字原住民打造3D虛擬的元宇宙。

游戲對教育的三層核心價值，游戲動機是挑戰、好奇、控制、幻想、合作、競爭、尊重；游戲思維不僅在模仿而且要超越；游戲精神“游戲”是假的，態度是認真的，過程重于結果。

6.2 產業元宇宙:虛擬與現實交融(互相滲透)

由虛向實:游戲體驗真實化-→游戲元宇宙,由實向虛:產業生產虛擬化-→產業元宇宙。

6.3 關于UGC

UGC社區，全稱是User Generated Content，即用戶生成內容，有別于PGC的社區，UGC的內容供給者與消費者是也必須是同一批人，這就導致其供給水平并不穩定。

在這一前提下，好的平臺規則和平臺氛圍極為重要，因為社區是典型的雙邊市場，任何一端的失衡都會導致社區體驗急劇下滑。

UGC ( User Generated Content )指用戶原創內容,是伴隨著以提倡個性化為主要特點的Web2.0概念而興起的。它并不是某一種具體的業務,而是一種用戶使用互聯網的新方式,即由原來的以下載為主變成下載和上傳并重。隨著互聯網運用的發展，網絡用戶的交互作用得以體現,用戶既是網絡內容的瀏覽者,也是網絡內容的創造者。

游戲UGC并非新概念，但在過去十多年一直不溫不火，如今在元宇宙的催化下方才受到行業討論，甚至有影響整個行業的設計和運營思路的趨勢。

但即便沒有元宇宙的催化，具有UGC屬性的游戲平臺也極有可能是游戲行業未來發展的必然趨勢，文字、音頻、視頻行業早已驗證過這個商業模式。

案例四：迷你世界

案例五：Roblox

Roblox是一個集游戲創作和大型社區的互動平臺，玩家可以通過游戲與朋友聊天、互動以及創作，而Roblox作為一家游戲公司最大的不同是，公司不從事制作游戲的業務而是提供工具和平臺供開發者自由的想象空間，從而創作沉浸式的3D游戲。在Roblox中，每個人都有自己的數字身份來進行社交，甚至平臺上獲得的Robux貨幣可以與真實貨幣轉換。除此之外，Roblox還支持VR設備，增強用戶的沉浸感。以上這些要素都非常接近元宇宙，可以說Roblox是目前與元宇宙最為接近的“世界”之一了。

6.4 企業元宇宙:技術應用與市場需求

技術應用：

數字孿生，搭建擬真場景；虛擬數字人，品牌代言推廣；實體機器人，虛實結合營銷互動；VR、AR、MR，元宇宙體驗模式多樣化；虛擬支付體系，營銷閉環完成。

市場需求：

企業需要新型虛擬營銷場景，元宇宙是終極虛擬營銷場景；企業需要新的用戶互動方式，用戶從被動消費到參與生產設計；企業需要有效代言，虛擬人品牌代言規避真人合作風險；企業需要虛實融合的存在形態，需要打破實物與虛擬場景隔閡。

七、實現VR-AR元宇宙交互平臺

7.1 VR-AR頭盔

追溯VR技術的發展歷史，VR技術探索階段( 20世紀50-70年代)，VR技術從實驗室走向實用階段( 80年代初期、中期)到VR技術高速發展期( 80年代末期到21世紀初)。

VR基本征特是多感知性，沉浸感、交互性、想象力(3l)，具有多媒體功能，也具有動畫游戲設計功能，創建逼真三維立體造型和場景，擁有強大的網絡功能( Web3D )，配備虛擬現實硬件設備和程序驅動技術。

AR眼鏡: ThinkReality A6這款采用分體式設計，頭顯端重量約380g，視場角約40°，單眼分辨率為1080p (16: 9)，光學方案為Lumus光波導，從外側看鏡片確實比較薄。

1.硬件方面，A6計算模塊搭載高通驍龍845處理器，續航時間約為4小時。此外，官方宣稱A6還配備Intel Movidius視覺處理芯片，目前還不清楚是位于頭顯部分還是計算模塊內。

2.還支持凝視追蹤，交互方面配備3DoF手柄，同時還支持語音、手勢操作。

7.2基于VR-X3D-Blender交互平臺構建元宇宙

要實現現實世界的數字化，就需要開放的媒體標準，包括文本、圖像、音頻、視頻、3D項目、3D場景和幾何、矢量、序列以及生成和組合這些東西的程序。其中，交互式3D技術是元宇宙的基礎技術。

構建元宇宙需要借助3D技術掃描現實世界，在元宇宙中，優質的用戶體驗來自真正的沉浸感，而沉浸感是基于出色的3D效果。

八、元宇宙風險提示

8.1元宇宙產業發展十大風險

1、資本操縱：

雛形期的元字宙仍存在諸多不確定性，產業和市場都亟需回歸理性。

2、輿論泡沫

非理性的輿論泡沫呼應著非理性的股市震蕩。

3、倫理制約

如何在去中心化的框架中構建元宇宙的倫理框架共識，仍需從多視角去進行探索。

4、壟斷張力

各家巨頭間的競爭態勢決定了其生態的相對封閉性，完全的開放和去中心化很難實現。

5、產業內卷

概念上的突破并未從本質上改變產業內卷的現狀。

6、算力壓力

如何保障云計算穩定性、低成本算力資源等諸多問題都有待解決。

7、經濟風險

經濟風險可能會從經濟風險可能會從實世界。

8、沉迷風險

過度沉浸虛擬世界亦有可能加劇社交恐懼、社會疏離等心理問題。

9、隱私風險

個體隱私數據作為支撐元宇宙持續運轉的底層資源需要不斷更新和擴張，數據資源合規收集、儲存與管理尚待探討。

10、知識產權

多主體協作與跨越虛實邊界的改編應用很可能會引發產權糾紛。

總結

元宇宙是一個共享的虛擬空間，允許個人在數字環境中與其他用戶進行交互。它構建了一個虛擬的世界，使人可以以具體的虛擬形象存在于其中，就像生活在與現實世界平行的世界一樣。

VR和AR技術的興起將塑造網絡的新形式。VR技術會讓用戶在虛擬的網絡世界中擁有更真實、更具體的體驗，使虛擬世界與現實世界的運行模式更加相似；AR技術可以將虛擬世界與現實更緊密地結合在一起。

未來，虛擬世界中的個人形象可能也會成為現實世界中人物形象屬性的一個組成部分。

本文整理自華為云社區【內容共創】活動第13期。

https://bbs.huaweicloud.com/blogs/330939

任務2.

元宇宙漫游指南-基于VR-X3D-Blender交互平臺構建元宇宙

5G游戲 區塊鏈 虛擬化

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