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超宇宙的六大支撑技术

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元宇宙的六大支撑技术

元宇宙的英文是Universe,元宇宙=Meta (beyond) universe,即超越现实的虚拟宇宙。

宇宙是众多新技术的缩影,包括区块链、人机交互、电子游戏、人工智能、网络与计算、数字孪生(digital Twin)六大技术,统称为“BIGANT”。

具体来说,元宇宙基于区块链技术构建经济体系,基于人机交互技术实现更高维度,基于电子游戏技术提供沉浸式体验,基于人工智能技术进行多场景深度学习,基于网络和计算技术构建“智能连接”、“深度连接”、“全息连接”、“泛在连接”、“计算力即服务”等基础设施,基于两位数孪生技术生成真实世界镜像。将虚拟世界与现实世界在身份系统、社会系统、经济系统上紧密融合,赋能用户生产个性化内容、编辑多样化世界,构建虚实融合的数字生活空间。

区块链技术区块链起源于比特币。2008年11月1日,一位自称中本聪的学者发表了文章《比特币:一种点对点的电子现金交易系统》,阐述了基于P2P网络技术、加密技术、时间戳技术和区块链技术的电子现金交易系统的架构概念,这标志着比特币的诞生。两个月后,2009年1月3日,第一个序列号为0的创世街区诞生了。几天后,2009年1月9日,序列号为1的积木出现了,并与序列号为0的积木连接成一条链,这标志着区块链的诞生。

区块链是一种新的分布式计算和存储范式,整合了现有的技术。从狭义上讲,区块链是将数据块按时间顺序依次连接起来形成的链式数据结构。它是一个分布式账本,确保数据块不能被加密篡改和伪造。从广义上讲,区块链是一种全新的分布式基础设施和计算范式,它使用区块链数据结构来验证和存储数据,使用分布式节点一致性算法来生成和更新数据,使用密码学来访问和传输数据,使用智能契约来编程和操作数据。

元宇宙有自己的经济体系和数字资产的建设,需要区块链科技的强力支持。DeFi具有去中心化、规则透明、开放、高效、可靠、公平和安全的特点,使得元宇宙中的价值归属、流通、发现和虚拟身份认证成为可能。NFT因其独特、不可复制、不可分割的特点,具有收藏的性质,因此可以用来记录和交易数字资产,如艺术品、游戏道具等。

技术XR(Extended Reality)是指通过计算机将现实和虚拟结合起来,创造一个人机交互的虚拟环境。是VR(虚拟现实)、AR(增强现实)、MR(混合现实)等技术的总称。

VR是虚拟世界的模拟。用计算机生成仿真环境,让用户带着设备沉浸在环境中,让人有身临其境的感觉。它强调用户与虚拟世界的实时交互,从而带来封闭的、沉浸式的虚拟世界体验。这个虚拟世界对我们来说不是直接可见的,而是可以用设备(比如戴上VR眼镜)看到的,所以被称为“虚拟现实”。

增强现实是一种将现实世界信息与虚拟世界信息无缝融合的新技术。它模拟物理信息(如视觉、听觉、味觉、触觉、嗅觉等。)在现实世界的某个空间中难以体验到的,然后通过计算机等科学技术叠加到现实世界上,被人的感官感知,从而达到超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体实时叠加。

VR和AR还没到极致,但是有融合的迹象,就是先生把现实世界和虚拟世界混合起来产生了新的视觉环境。环境包含了真实的物体和虚拟的信息,必须是“实时的”才能增强用户体验的真实感,这就是所谓的“混合现实”。

目前用户与AR、VR、XR、MR的交互方式主要有五种:基于眼球追踪的眼控交互、基于自然语言的语音交互、基于肢体的手势交互和基于神经元的脑机(接口)交互。

电子游戏技术电子游戏技术的核心是游戏引擎,游戏引擎包括渲染引擎(即“渲染器”,包括2D图像引擎和3D图像引擎)、物理系统、碰撞检测系统、光影、动画、粒子特效、音效、脚本引擎、文件管理、网络特性、编辑工具、插件、人工智能等。几乎涵盖了开发过程中的所有重要环节。

另一个重要的技术是实时渲染技术。人们在电脑、电表、手机和虚拟现实眼镜中看到的三维物体都是由2D图像整合而成的。渲染是通过计算机视觉将3D模型转换为2D图像的过程,就像拍摄照片或记录现实生活中的场景一样。实时渲染的本质是图形数据的实时计算和输出。最典型的图形数据源是顶点。顶点包括位置、法线方向、颜色、纹理坐标、顶点权重等。实时渲染技术一直推动着游戏行业的发展。高度真实感和可编程性是实时渲染技术未来发展的两大特征。

此外,三维建模也是视频游戏技术中的一项重要技术。3D建模可以将现实世界中的物体数字化,从简单的几何模型到复杂的人物模型;从静态的单品展示到动态的复杂场景展示。很多行业都会涉及到3D建模,比如影视动画、游戏设计、工业设计、城市设计、建筑设计、室内设计、产品设计、景观设计等等。通过对物理空间的全尺度三维建模,可以得到与现实世界完全一致的数字孪生世界,这也是实现元宇宙的重要基础。未来,三维建模技术的发展将逐步融入大数据、云计算、人工智能等技术,实现自动化建模,为元宇宙的实现提供数字化背板。

AI(人工智能)是一门研究和发展模拟和扩展人类智能的理论、方法、技术和应用系统的新技术科学,涉及信息论、控制论、计算机科学、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑和哲学等自然科学和社会科学。经过半个多世纪的发展,人工智能已经过了简单模拟人类智能的阶段,发展成为研究人类智能活动规律,构造具有一定智能的人工系统或硬件,使其能够进行需要人类智能的工作,扩展人类智能的边缘学科。

目前人工智能技术从能力维度可以分为三类:第一类是运算智能,帮助机器具备“存储和计算”的能力,主要涉及计算机和服务器的存储和计算技术;第二类是感知智能,机器“听、说、看、看”的能力,主要涉及语音合成、语音识别、图像识别等技术;第三类是认知智能,即机器“看得见、想得着”的能力,主要涉及虚拟助理、智能客服、机器翻译等技术。

在元宇宙的各个层面、应用和场景中,人工智能无处不在,比如区块链的智能合约、人机交互中的脑机接口、电子游戏中代码角色甚至剧情的自动生成、元宇宙中虚拟角色的语音识别和语音合成、不同语言之间的机器翻译、AIoT中的网络AI、5G/6G/计算网络、数字结对中的生命周期管理.

和网络计算技术。网络和计算能力是元宇宙无法回避的技术问题。目前,为了满足元宇宙对信息处理的巨大计算能力需求,大量闲置的计算能力被统一管理和调度,通过网络将闲置的计算资源节点连接在一起,然后通过网络将计算资源提供给需要的应用和朋友。这个系统被称为“计算力网络”,它基于网络聚集计算资源,统一管理和调度计算力,实现连接和计算力的全局优化,为上层业务提供计算力服务,最终为客户提供应用。

计算网络是为了应对计算网络的融合趋势而提出的一种新的网络体系结构。网络将从“连接”走向“连接计算”,使计算能力可以在网络中管理、控制和使用。计算网络(Computing network)是一种新型的信息基础设施,它根据业务需求在云、网络、边缘和终端之间分配和灵活调度计算资源、算法资源、存储资源和网络资源。计算网络的目的是构建CPaaS(计算能力即服务)。

未来元宇宙的数据量巨大,对计算能力的需求几乎是无止境的。计算网络将朝着泛在计算和泛在连接紧密结合的方向演进,促进计算和网络的深度融合,为元宇宙提供智能、泛在、灵活、协同、简单、安全的CPaaS。物联网为元宇宙收集海量数据,“空-天-地-海”6G一体化网络架构,为元宇宙提供“智能连接”、“深度连接”、“全息连接”、“泛在连接”,帮助用户实现“思天地,万物随心”的元宇宙般沉浸体验。

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