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2021年10月28日，全球互联网社交媒体巨头脸书（Facebook）宣布将现有公司改名为“meta”，公司未来发展聚焦于建立“元宇宙（metaverse）”。元宇宙概念被瞬间引爆，各大科技公司纷纷跟进，推出技术发展规划；媒体推波助澜，铺天盖地的宣传；资本也摩拳擦掌，跃跃欲试。
公众更多聚焦于游戏、社交、娱乐等2C（面向消费者市场）的元宇宙场景，而元宇宙技术的发展对于2B（面向企业市场）市场会产生革命性的影响。对于正在从制造大国向制造强国转变战略过程中的中国，或更加需要关注元宇宙技术应用于在工业信息化上所可能带来的产业变革。
与此同时，包括元宇宙在内的未来技术发展会不断改变商业世界，也会改变我们的生活以及社会治理方式。在技术规模普及的当代，我们更应考虑科技与人的问题，尤其是如何提前预防技术给人和社会带来的负面影响CONTROL ENGINEERING China版权所有，怎样把科技力量转化成对人更有用的价值。对于热烈讨论的“元宇宙”话题，我们需要对进行热话题背后的冷思考，通过多个角度探讨元宇宙技术的发展如何更普惠、更负责。
01 元宇宙是什么？从“第二人生”说起
“第二人生（Second Life）是一个应用程序，它允许人们在网上的虚拟世界或元宇宙中为自己创建一个数字化身（Avatar），从而拥有第二人生。”这是维基百科上对“第二人生”的描述。是的，元宇宙的概念在差不多二十年前因“第二人生”火爆一时。回答元宇宙是什么，大多可以在“第二人生”中找到答案。
● 在“第二人生”设计的元宇宙秩序中，居民可以在网络虚拟世界中购买地产，在地产上创建和发行各种数字作品，居民对虚拟地产及创建的数字作品拥有所有权。
● “第二人生”中发行了虚拟货币“Linden Dollar (L$)”，用以数字作品交易。Linden Dollar在专门设置的交易所LindeX里可以按动态汇率兑换成美元。
● “第二人生”为公司用户提供了在三维虚拟世界中创建虚拟工作场所的选项，用以员工的会议、活动、培训等沟通类任务，同时也可以提供给客户作为演示中心，试用新产品。例如科技企业IBM在“第二人生”中购买了十多个岛屿，构建了产品培训和演示中心。
● 马尔代夫、瑞典、爱沙尼亚、哥伦比亚、塞尔维亚、北马其顿、菲律宾、阿尔巴尼亚、以色列、马耳他等国政府在第二人生中开建了大使馆。
● “第二人生”的虚拟世界中出现了各种艺术展、体育比赛、远程教育、宗教仪式、科学活动等，甚至还出现了“骚乱”和“示威游行”。“第二人生”中的媒体和社交媒体也自然而然成为虚拟世界中大众传播的重要工具。
● 因其巨大的商业前景，“第二人生”在2006年5月登上了《商业周刊》的封面，报道里特别介绍了一位靠第二人生中数字商品交易而诞生的百万富翁，一时间成为新的社会现象和跨界潮流。
今天公众对于元宇宙讨论的大多数场景，在“第二人生”中或多或少有过落地尝试。自2007年月活用户突破100万里程碑后，“第二人生”开始从巅峰悄然滑落，新一代的年轻人将这种社交沉迷转向Facebook和Instagram。今天，当更新一代的年轻人从Facebook涌向TikTok和Snapchat的时候，已经越过巅峰时刻并麻烦缠身的Facebook突然改名并全面拥抱元宇宙，不由得让人怀疑其真实动机。资本市场的兴奋程度显然超过了科技圈，一个新的投资热点已经呼之欲出，元宇宙会不会再次成为科技泡沫呢？
02 人机交互技术的发展，从1D、2D到3D 交互
1 基于字节流的一维（1D）交互
1969年10月29日，利用分组交换技术，美国斯坦福研究院（SRI）的一台计算机与加州大学洛杉矶分校（UCLA）的一台计算机实现了远程连接，这是计算机网络发展的历史起点。一直到上世纪八十年代初，构成 Internet 架构的TCP/IP协议才开始大规模部署。而在此之前的1978年，伴随着计算机网络在校园里面的逐步延伸，一种纯文字界面的MUD（Multiple User Domain）网络游戏已经开始在北美大学校园里逐渐流行。早期MUD系统由一个服务器负责处理虚拟世界的所有运算，那时候的计算机终端还是文字界面，玩家使用远程终端程序（如telnet）连入服务器即可进行的联机游戏，在客户端的远程终端程序负责显示服务器传回的消息以及将玩家输入的命令发送至服务端。
MUD中玩家扮演虚拟世界中的角色，系统会输出一段简短文字描述玩家所处位置的场景，而玩家也借由输入文字命令与之交互。一维（1D）字符流的输入、输出方式构成了第一代元宇宙的技术基础。
2 鼠标和图形引擎技术带来的2D交互
在计算机进入PC时代以后，随着计算机在图像、图形等方面计算能力的不断加强，利用图形引擎可以渲染出更复杂、更逼真的虚拟世界，MUD开始被图形化，逐步升级成为今天大家熟知的多人在线角色扮演游戏（MMORPGs），比如今天大家熟悉的王者荣耀、魔兽争霸等。
在发明 MMORPG这个名词之前，这种风格的游戏一开始其实就被称呼为图型化MUD。第一代MMORPG游戏设计师也多都源自于MUD的开发者或者玩家，如第一个3D MMORPG游戏Meridian59的开发者Brian Green、索尼在线娱乐的首席创意官Raph Koster、EverQuest游戏的主要设计师Brad McQuaid等。随后不久，就出现了本文第一章中介绍的 “第二人生”，一个没有故事剧本的MMORPG平台。利用计算机图形学技术发展带来的渲染能力，玩家实现了利用鼠标和键盘同虚拟世界实现二维（2D）的互动。
3 AR/VR技术赋能3D交互
随着增强现实 (Augmented reality/AR)和虚拟现实技术 (Virtual Reality/VR)不断发展、成熟，新一代人机交互技术架起了一座打通数字世界和物理世界的桥梁，人机交互的方式从虚拟世界扩展到虚拟和现实世界的二元融合，玩家同虚拟世界实现了空间上的三维（3D）互动。
利用AR技术，用户可以在现实世界中增加虚拟场景，例如一些虚拟物品、人物、数字信息和相关的交互形式等。你可以在逛街的时候像在电商网站上类似的交互方式浏览、搜索附近的商品打折信息、寻求购物路线引导、对商家和产品分享个人评论等。你可以在现实世界中和虚拟世界里的熊猫玩耍、拍照留念。
相对于AR技术，大家或许对VR技术更加熟悉，各种品牌的VR眼镜已经进入寻常百姓家，商场里面有年青人爱玩的VR游戏，戴上VR眼镜，你可以迅速进入3D虚拟时空，把你带入地球另一边正在举行的音乐会现场，也可以瞬间穿越时空，到达太阳系的边缘。VR也被用于很多极限场景下的培训，例如火山口的科考、太空站里面的检修，场景既可以是利用计算机虚拟出来，也可以虚实结合。未来，探险队员可以戴上VR眼镜和控制器远程遥控海底的无人潜艇在马里亚纳海沟采集矿石样本， 外科大夫可以戴上VR眼镜和手术机器人协同给太空站中的宇航员做远程微创手术。
AR/VR技术结合运用于元宇宙场景，一下子打通了虚拟世界和物理世界的界限，结合机器人技术，两个世界的交互提升到可以互操作，两个世界彻底融合。在这一代元宇宙技术框架下CONTROL ENGINEERING China版权所有，会诞生一群新的初创企业、一批新的业务场景、一系列行业被新技术赋能而改造。
03 构建新一代元宇宙所面临的技术挑战
为了实现虚实结合、虚拟世界和物理世界实现互联并可以做到互操作www.cechina.cn，元宇宙需要强大的云和端上的算力支撑。
图表 5.用AR增强现实技术重塑艺术展品，艺术家画作结合AR技术，极大地增强观众与画作的互动感，让二维的画作在虚拟世界里流动起来。
从技术的维度看，新一代元宇宙需要利用技术构建以下四层能力：
第一层是几何建模，建立世界的几何模型，包括物体，人物，场景等等。物体要可以被操作，结构要可以重新组合。
图6.大规模场景移动扫描设备
传统计算机几何建模需要利用CAD软件，这需要消耗巨大的专业人力成本，在大规模使用中局限性非常大。结合图像采集、雷达扫描、遥感照片等2D图像数据采集方式通过计算机图形技术进行3D几何重建，是目前经济上可行的一种技术方案，并已经在很多领域开始试用推广。
第二层是模拟仿真，对虚拟世界中的动态行为建模，让虚拟世界活动起来。水要能往低处流，扔一块石头可以打碎玻璃，虚拟角色可以对外部输入做出合理的反应。第一层和第二层的技术能力一起构建了一个虚拟世界。
事实上，这一层的难度用目前的经典计算机体系来解决是极其困难的，即便是模拟出奶泡倒入咖啡这样简单的过程，也需要一个庞大的超级计算机才可以完成。诺贝尔物理奖得主、量子电动力学专家费曼在1981年的一篇文章里面已经给了非常清晰的断言：只有量子计算机才可以完美的解决物理世界模拟的问题，而目前经典计算机只能对这一过程做非常简化的近似模拟。
第三层是虚实融合，虚拟世界的信息叠加到现实世界展示，把虚拟世界的信息和真实世界融合起来。真实世界的任何物品都被一层信息包裹着，并针对不同用户呈现出不同的内容，个性化推荐将无时不刻的发生。AR/VR、脑机接口是目前这一层中的技术研究热点。
第四层是虚实联动，虚拟世界的行为在现实世界产生反馈，把虚拟世界的改变自动闭环到真实世界上。即通过改变虚拟世界而改变对应的真实世界。这个需要依赖机器人技术。这样可以在虚拟世界里面进行仿真、规划，寻找到最优方案，然后自动落实到真实世界。现实世界的机器人、虚拟世界的NPC（non-player character非玩家角色）都需要人工智能技术在底层支撑。
如果将3D元宇宙的技术愿景变成现实，除了虚实融合层需要解决AR/VR技术实用化的门槛，在第一、第二和第四层还有众多的技术难点需要突破。在技术的前方还有脑机接口、强人工智能、量子计算技术需要突破，元宇宙技术的未来将延续技术发展的客观规律、不断迭代，路漫漫其修远兮。
04 元宇宙应用主战场，从2C到2B
在这一轮元宇宙的热烈讨论中，公众多聚焦于游戏、社交、娱乐等2C的场景。事实上，元宇宙技术的发展对于远程工作、电子商务、软件开发、工业设计、智能制造、城市管理等2B的业务场景更容易产生变革性的影响。元宇宙技术所代表的新一代信息化方式和工业化的融合将进一步推动人类社会两个重要发展历史进程的交汇深度和广度，尤其对于中国从制造大国向制造强国转变的战略过程中，迫切需要元宇宙这种构建和支撑两化深度融合的技术体系。
基于元宇宙技术搭建的信息物理系统通过集成先进的IoT、机器人、AR/VR、新一代无线通信和人工智能等技术，构建出物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的数字孪生系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。将元宇宙和智能制造技术相结合，会催生出更智能化的技术装备、协同化的产品创新体系、柔性化的生产方式、集约化的资源利用以及精准化的管理模式。
● 生产流程设计：在元宇宙中，您可以轻松地拖放生产设备、修改生产流程，并通过虚拟世界的仿真模拟来优化制造中的生产效率、提高生产的安全性。
● 产品设计：元宇宙可以构建更易于多方互动的开放式产品设计平台，实现将销售商、最终用户等在内的相关方纳入到产品的设计阶段中。平台还可以很容易支持众包式的产品设计方式，根据反馈进行设计迭代，构建协同化的产品创新体系。
● 全供应链可视化：在元宇宙中，客户可以在全供应链数字孪生的3D系统中实时看到所购买商品的交付状态，将供应链流程的可视化提高到前所未有的程度。
05 元宇宙中的公平与正义、法律与伦理
技术改变着商业，也改变着生活和治理方式。在技术规模普及的当代，更应该考虑科技与人和社会的问题，尤其是如何提前预防技术给人和社会带来的负面影响CONTROL ENGINEERING China版权所有，以及怎样把科技力量转化成对人更有用的价值。只有充分考虑到科技的负面影响，甚至是灾难性影响，才能引导我们去找到解决这些负面影响的办法和思路。
首先，尽管称作“元宇宙”，但实际上还是通过信息技术把现实中的人和事虚拟化之后形成新的存在。无论是平台还是政府监管部门，都可以通过一套用户认证和账号体系把虚拟的人及背后的真人映射起来。不管这个账号生成多少个虚拟形象，在数字世界中，只要抓住这一个账号，就抓住了治理方式的关键。
第二，数字化基础设施可采用按等级分类管理的方式，把系统拆解成各个结构体系，通过不同的权重进行分级管理。
第三，需要建立新的法律制度对数据资产予以保护，法制建设应在新技术应用产生的新物种和新应用的基础上进行。
既然虚拟网络世界与真实世界既是孪生的，又是错位的CONTROL ENGINEERING China版权所有，那么现有的法律体系对虚拟世界适不适用？需不需要创造专门的法律体系？面对新的挑战，较好的办法是先倡导道德、伦理、教育、规范和行为约定，在探索出一些治理经验之后，再用法律固化。法律的成本很高，所以，可先用软一些的手段，等发展趋势清晰之后再用法律确认。另外，开发商和技术提供商需要负起责任。无论技术的提供者，还是系统运营者，都应该树立良好的道德，对打造一个积极的虚拟世界承担责任。
技术是中性的，但这一轮技术革命与工业革命的动力技术带来的变革不同。工业革命中，通过动力或机械的变革解放了人类四肢，改变了人类社会的体力结构。人通过蒸汽机、机械系统助力，把想法和动作在系统中放大。当存在一个外在系统能够实现自身体能所能实现的所有功能时，人类整体的体力是在衰退的。换句话说，通过工业技术带来的分工，人的体力能力降低了，更多是通过大脑在工作。与工业革命最大的不同在于，信息革命是把人和物数字化，它构建了一个原子与比特的平行世界，作用于人的大脑，将增强人类的五官感知能力，进而形成了人类社会的意识网络。
不管未来是“元宇宙”也好，虚拟现实技术也好，在各种应用大规模普及后，产生大量数据沉淀，也将会演化为各种强大的智能系统、数据系统，或者成为系统智能。这些系统把人的智力加总在一起，形成了强大的智能。在这个过程中，因为很多时候不需要动脑子，分工给一个“外挂”的系统去解决问题。那么，人整体的智力水平会降低吗？
“元宇宙”超越现有世界，超越了时间和空间，创造出新的数字化身份。这套数字化身份系统在现有世界中可能并不重要，但它能够在虚拟现实中创造出虚拟人物。通过系统，这些虚拟人物会得到“永生”，这些“永生”背后都有各种各样的代理人和代理机器。因此，数字化的身份和形象将会是“元宇宙”讨论的最主要问题。一个有趣的现象是，在“元宇宙”中，虚拟化的人会选择什么性别？涉及的法律问题如何处理？现实中的人可以拥有多个虚拟形象？“元宇宙”中的人类可以存在一百年、一千年控制工程网版权所有，沉淀下的数据在知识产权保护期结束后，会出现什么情况？这些涉及伦理和隐私的问题都需要以善为指针展开讨论。
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