【云驻共创】元宇宙漫游指南-基于VR-X3D-Blender交互平台构建元宇宙

前言

2021年，“元宇宙”悄悄成为了一个风口，在技术演进和人类需求的共同推动下，作为真实世界的延伸与拓展，元宇宙所带来的巨大机遇和革命性作用是值得期待的，但正因如此，我们更需要理性看待当前的元宇宙热潮，推动元宇宙产业健康发展。

实际上，元宇宙并不是一个新词，早在1992年的时候，美国科幻作家尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在他的科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中，第一次提出了“元宇宙”（Metaverse）的概念。他幻想着在未来我们很多人将通过虚拟的数字身份进入一个交互性非常强的虚拟空间里，我们所有的工作、生活和娱乐都将在这个虚拟世界里面进行。

而我们今天探讨的“元宇宙”，指的就是用互联网与数字技术打造的一种沉浸感极强的虚拟世界，在这个世界中：人们能够通过虚拟的数字身份进行交互，并且可以进行创造、共享、共治，甚至产生一些活动。我们把这样的虚拟世界就统称为“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年美国著名科幻大师尼尔斯蒂芬森的科幻小说《雪崩》。

前身VR-AR-MR

IT和互联网巨头十几年前就已经开始布局。

1.谷歌、微软、苹果、Facebook四大科技巨头在VR\AR方面的部署。

Facebook是最早布局VR领域的科技公司之.一，早在2014年7月， Facebook以20亿美元收购了新锐虚拟现实厂商Oculus。扎克伯格表示，“我们正在做一个长期的布局，沉浸式虚拟现实(VR)和增强现实(AR)将成为人们日常生活的一部分”。2021年10月29日， Facebook公司CEO扎克伯格宣布公司正式更名为Meta。

2.国内互联网巨头:阿里、腾讯、百度、字节跳动等。

2021年，字节跳动战略投资部大手笔不断。90亿元收购Pico，距其260亿元收购沐瞳科技仅过去了5个月，字节跳动史.上排名前二的收购案就此诞生。

1.2 元宇宙基本特征

为什么互联网巨头和IT巨头这么看重虚拟现实和元宇宙？原因主要有下面这几个原宇宙的基本特征。

元宇宙基本特征包括:

沉浸式体验：低延迟和拟真感让用户具有身临其境的感官体验。

虚拟化分身：现实世界的用户将在数字世界中拥有一个或多个ID身份。

开放式创造：用户通过终端进入数字世界。可利用海量资源展开创造活动。

强社交属性：现实社交关系链将在数字世界发生转移和重组。

稳定化系统：具有安全、稳定、有序的经济运行系统。

二、元宇宙的理论架构

元宇宙理论架构:

Beamable公司创始人Jon Radoff (乔恩拉多夫)提出了元宇宙的七层理论架构。

2.1构成元宇宙的七层要素

2.2元宇宙跨越虚拟和现实世界:

“在正常人中，没有分开的触觉和视觉体验，只有各种感知以不可能确定的分量融合在一体的体验。”                                     ——梅洛庞蒂

虚拟世界

区块链框架下的:基于规则与算法运作的社交平台；基于区块链的数字货币与经济平台；基于UGC的内容平台。

虚实界面

XR：VR:虚拟世界完全置换现实世界； MR:现实环境与虚拟环境相互混合；AR:虚拟世界叠加在现实世界上

虚拟数字人，仿真机器人和脑机接口

虚实交互设备的发展

眼:基本实现(眼镜、屏幕)

耳:基本实现(耳机、音箱)

鼻:初步实现(气味电影)

舌:尚未起步

身:初步实现(体感设备)

意:初步实现(脑机接口)

现实世界

主权国家框架下的:基于法律与社会规范的社交;基于商品与货币自由市场的经济;自发生成的文化

三、元宇宙的应用

3.1 元宇宙的代表应用

元宇宙的应用最具代表的是SecondLife (翻译为第二人生,英文缩写为SL)。

林登实验室于2003年推出的一个网络虚拟平台, VR游戏只提供土地，土地上的一切由人自己决定,宛如盘古开天地之后一般。

在VR虚拟游戏中,玩家可以在VR游戏中做许多现实生活中的事情,如吃饭、跳舞、购物、卡拉OK、开车以及旅游等。通过各种各样的人类活动,全世界各地的玩家可以相互交流。Second Life是一个网络VR游戏 +社交网络+Web 2.0的组合(第二人生)。中国也有一些类似于Second Life的软件也在开发中,其中比较著名的有HiPiHi、uWorld以及Novoking。

四、元宇宙入口

4.1  VR/AR/MR/XR是元宇宙的入口:

永恒的创世冲动，基于上述“虚拟现实补偿论”，假定一一个文明为了得到补偿而创造虚拟世界的冲动是永恒的，那么在长时段的发展中就必然会创造出一个个虚拟世界，其自身所处的世界也极有可能是上层设计者打造的。这就是Nick Bostrom、Elon Musk等人相信的“ 世界模拟”论。

4.2 宇宙之间的可能层级结构

从统计学角度看，在如此漫长的时间内，很有可能存在一个文明，而且他们找到了非常可信的模拟方法。这种情况一旦存在，那么他们建立自己的虚拟多重空间就只是一个时间问题了。                                                                                                                                                                                                      ——Elon Musk

在认知上，各层级之间具有由上而下的单向性。例如，人类对现实世界( universe)的认知，只能接受一系列任意( arbitrary )的物理常数设定而不知其所以然，元宇宙中的虚拟人对于人类所设定的各种规则也只能被动接受。

在补偿上，各层级之间具有由下而上的单向性。

五、元宇宙核心技术

1、推动元宇宙相关技术及行业发展:

目前，大规模元宇宙的产品化还十分遥远，但虚实融合已是互联网发展的大趋势。推动元宇宙相关专精特新技术发展，如:VR、AR、云计算、大数据、物联网、人工智能，数字孪生、智能硬件。

2、推动元宇宙相关行业发展，如:

智慧城市、智慧园区、智能汽车、电子商务、数字旅游、教育类游戏、心理治疗、老人陪伴和国潮时尚。

3、推动中国元宇宙产业全球化。

5.1 元宇宙核心技术: 5G/6G高速通信技术

应用场景：

XR设备要达到真正的沉浸感，需要更高的分辨率和帧率，因此需要探索更先进的移动通信技术以及视频压缩算法。

5G的高速率、低时延、低能耗、大规模设备连接等特性，能够支持元宇宙所需要的大量应用创新。

发展趋势：

目前，基于5G的“杀手级应用”还未出现，因此市场需求度和渗透率还不高。元宇宙有可能以其丰富的内容与强大的社交属性打开5G的大众需求缺口，提升5G网络的覆盖率。

5.2 元宇宙核心技术：算力技术(云计算)

应用场景：

云储存、云计算，特别是云渲染:目前大型游戏采用客户端+服务器的模式，对客户端设备的性能和服务器的承载能力都有较高要求，尤其在3D图形的渲染上完全依赖终端运算。要降低用户门槛、扩大市场，就需要将运算和显示分离，在云端GPU上完成渲染。因此，动态分配算力的云计算系统将是元宇宙的一项基础设施。

发展趋势：

NVIDIA Omniverse:云端图形设计与计算平台，将元宇宙的概念用于开发端。

Epic Cloudgine:为虚幻引擎提供面向元宇宙中海量实时交互式内容的云计算能力。

Microsoft Azure：2020年7月，微软将旗下游戏《我的世界》(Minecraft)从亚马逊云服务(Amazon AWS)转移到自家Azure云服务。

5.3 元宇宙核心技术: VR/AR/MR/CR等技术

应用场景:

拓展现实包括VR (虚拟现实)、AR(增强现实)、MR(融合现实)。VR提供沉浸式体验，通过全面接管人类的视觉、听觉、触觉以及动作捕捉来实现元宇宙中的信息输入输出。

AR则在保留现实世界的基础上叠加一层虚拟信息。

MR通过向视网膜投射光场，可以实现虚拟与真实之间的部分保留与自由切换。

机器人通过实体的仿真肉 身成为连通元宇宙的另一种渠道。

脑机接口技术的应用正在成为科技巨头争夺的焦点，目前主要应用于医学领域。

发展趋势：

目前，VR产业中Oculus已有一家独大之势，而高通XR2平台则成为唯一的芯片解决方案。AR技术在苹果开发者生态的大力扶持下产生了大量优秀产品。MR则是微软提出的标准，产品为HoloLens。元宇宙有望以UGC内容生态为XR航而言注入活力，打破其内容贫乏的瓶颈。

5.4 元宇宙核心技术: VR/AR/MR/CR等技术

VR虚拟现实技术简介

虚拟现实( Virtual Reality ) , 简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔( Jaron Lanier )在80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境。

虚拟现实技术是一门涉及众多学科领域的高新技术。它集计算机技术、仿真技术、三维立体设计、图像处理、模式识别、计算机图形学、人工智能计算机网络、多媒体、传感器技术微电子技术以及并行处理为一体。

利用虚拟现实硬件设备和计算机系统创建一个逼真虚拟环境,用户在虚拟空间体验与现实世界相同感受,如:视觉、听觉、触觉、嗅觉、碰撞、移动和搬运动态交互感。

增强现实虚拟现实系统

增强现实虚拟现实系统，增强现实(Augmented Reality , AR)是在虚拟现实(VR)技术基础上发展起来的,它将计算机生成的虚拟场景叠加到真实场景中,实现对现实的“增强”。

增强现实( Augmented Reality，简称AR) , 也被称之为混合现实，是虚拟现实技术的一个重要分支。通过计算机、网络以及虚拟现实硬件设备等,将虚拟的信息应用到真实世界,真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个三维立体场景或空间。增强现实技术源于虚拟现实技术是计算机前沿虚拟现实技术的重要分支和研究热点。

增强现实(AR) ,是虚拟现实技术的进一步拓展,它借助必要的设备使计算机生成的虚拟环境与客观存在的真实环境( Real Environment ,简称RE )共存于同一个增强现实系统中，从感官和体验效果.上给用户呈现出虚拟对象与真实环境融为-体的增强现实环境。增强现实技术具有虚实结合、实时交互、三维注册的新特点,是正在迅速发展的新研究方向。

增强显示技术实现主要涵盖增强现实硬件、软件、跟踪设备等构成。具体实现包括摄像头、显示设备、三维产品模型、现实造型和场景以及相关设备和软件等。

5.5 元宇宙核心技术:人工智能(AI)

应用场景：

大幅提升运算性能；内容生产，智能生成不重复的海量内容，实现元宇宙的自发有机生长；内容呈现，AI驱动的虚拟数字人将元宇宙的内容有组织地呈现给用户；内容审查，对元宇宙中无法以以工完成的海量内容进行审查，保证元宇宙的安全与合法。

发展趋势：

为了在元宇宙中实现最大限度的自由，Al技术需要从传统的决策树和状态机向更高级的深度学习、强化学习发展，从而营造随机生成、从不重复的游戏体验，摆脱人工脚本的限制，允许玩家自由探索、创造。

借助AI技术拥有更强大的感知和识别能力。通过AI技术的赋能，AR将实现对场景环境、物体、人物等更加精准的感知与识别，进一步实现虚拟信息与现实世界的完美融合和无缝连接，体验真实感和内容的数量、应用范围都将随之获得爆炸式提升。

能够跨平台支持多种硬件设备。5G将推动IoT设备的全面发展，特别是可穿戴设备，而AR将成为这些设备基础的交互界面。从手机到眼镜乃至更多样的硬件平台，展现出强大的跨平台属性。特别是AR眼镜，相较于手机其能够带来更具包围感的沉浸式体验，被认为是更加理想的AR设备。

具备更丰富的多人交互能力。AR创造的虚实融合场景，恰似一个脱离固有屏幕束缚、可以任意创作的数字化空间。借助更加灵活自由的设备与设备之间的连接，多人之间的协作也将迸发出更多创造力。统一的AR云平台，将实现空间内的多人共享，打造一个全新的信息化世界。

AI和AR的运用，将打破原有的传统商业模式壁垒，带来的技术支持将有巨大的开发潜力，相信未来的不久，AI和AR的巧妙结合和开发将会运用到每位用户的日常生活中，便利人们的方方面面。

5.6 元宇宙核心技术:数字孪生(世界蓝图)

应用场景：

数字孪生即在虚拟空间内建立真实事物的动态孪生体。借由传感器，本体的运行状态及外部环境数据均可实时映射到孪生体上。该技术最初用于工业制造领域，而元宇宙需要数字孪生来构建细节极致丰富的拟真的环境，营造出沉浸式的在场体验。

发展趋势：

Gartner预计数字孪生市场将从2019年的38亿美元增长到2025年的358亿美元，复合年增长率为45.4%。

国内主要产品: 华为河图Cyberverse、百度DuMix AR 51World、UINO优锘。

5.7 元宇宙核心技术:区块链(认证机制)

应用场景：

基于去中心化网络的虚拟货币，使得元宇宙中的价值归属、流通、变现和虚拟身份的认证成为可能。具有稳定、高效、规则透明、确定的优点。

此外，NFT (非同质化代币)由于其独一无二、不可复制、不可拆的特性，天然具有属性，因此可以用于记录和交易一些数字资产，如游戏道具、艺术品等。

《加密猫》是早期基于NFT逻辑的游戏，每只猫都独一无二的特征组合，可用于交易、。

六、产业元宇宙

6.1 元宇宙在教育场景下的一些探索

关于游戏化教育

教育和游戏应该是相辅相成的关系，才能使得二者都能更进一步更持久地发展下去。教育也是一门艺术，在教育模式的开展过程中不断融入游戏化的元素，不仅能不断激发出学习者的学习兴趣，还能使得游戏的开发走向变得更为广阔，且使得游戏氛围更富有学术气息。

案例一：迷你编程

游戏化学习简单有趣，让青少年所思所想皆可创造。《迷你编程》，通过3D可视化创作，启蒙青少年对于编程的学习兴趣，让编程学习就像搭积木玩沙盒游戏一样简单有趣。

案例二：代码岛

代码岛是一款非常棒、非常受欢迎的以编程为基础的学习软件，代码岛内置丰富的代码小游戏，视频小课堂以及公开课，学习代码编程soeasy!可以在这里更好的练习自己的代码，成为一名资深的码农!在开放自由的3D世界,用可视化编程积木创造自己的编程作品!

案例三：玩学世界

《玩学世界》是一个基于3D虚拟世界的成长陪伴平台。《玩学世界》建立3D创作社区( UGC)、提供寓教于乐的3D内容体验( PGC )、支持多人联机社交(MMO)、具备经济系统(NFT) ,为下一代数字原住民打造3D虚拟的元宇宙。

游戏对教育的三层核心价值，游戏动机是挑战、好奇、控制、幻想、合作、竞争、尊重；游戏思维不仅在模仿而且要超越；游戏精神“游戏”是假的，态度是认真的，过程重于结果。

6.2 产业元宇宙:虚拟与现实交融(互相渗透)

由虚向实:游戏体验真实化-→游戏元宇宙,由实向虚:产业生产虚拟化-→产业元宇宙。

6.3 关于UGC

UGC社区，全称是User Generated Content，即用户生成内容，有别于PGC的社区，UGC的内容供给者与消费者是也必须是同一批人，这就导致其供给水平并不稳定。

在这一前提下，好的平台规则和平台氛围极为重要，因为社区是典型的双边市场，任何一端的失衡都会导致社区体验急剧下滑。

UGC ( User Generated Content )指用户原创内容,是伴随着以提倡个性化为主要特点的Web2.0概念而兴起的。它并不是某一种具体的业务,而是一种用户使用互联网的新方式,即由原来的以下载为主变成下载和上传并重。随着互联网运用的发展，网络用户的交互作用得以体现,用户既是网络内容的浏览者,也是网络内容的创造者。

游戏UGC并非新概念，但在过去十多年一直不温不火，如今在元宇宙的催化下方才受到行业讨论，甚至有影响整个行业的设计和运营思路的趋势。

但即便没有元宇宙的催化，具有UGC属性的游戏平台也极有可能是游戏行业未来发展的必然趋势，文字、音频、视频行业早已验证过这个商业模式。

案例四：迷你世界

案例五：Roblox

Roblox是一个集游戏创作和大型社区的互动平台，玩家可以通过游戏与朋友聊天、互动以及创作，而Roblox作为一家游戏公司最大的不同是，公司不从事制作游戏的业务而是提供工具和平台供开发者自由的想象空间，从而创作沉浸式的3D游戏。在Roblox中，每个人都有自己的数字身份来进行社交，甚至平台上获得的Robux货币可以与真实货币转换。除此之外，Roblox还支持VR设备，增强用户的沉浸感。以上这些要素都非常接近元宇宙，可以说Roblox是目前与元宇宙最为接近的“世界”之一了。

6.4 企业元宇宙:技术应用与市场需求

技术应用：

数字孪生，搭建拟真场景；虚拟数字人，品牌代言推广；实体机器人，虚实结合营销互动；VR、AR、MR，元宇宙体验模式多样化；虚拟支付体系，营销闭环完成。

市场需求：

企业需要新型虚拟营销场景，元宇宙是终极虚拟营销场景；企业需要新的用户互动方式，用户从被动消费到参与生产设计；企业需要有效代言，虚拟人品牌代言规避真人合作风险；企业需要虚实融合的存在形态，需要打破实物与虚拟场景隔阂。

七、实现VR-AR元宇宙交互平台

7.1 VR-AR头盔

追溯VR技术的发展历史，VR技术探索阶段( 20世纪50-70年代)，VR技术从实验室走向实用阶段( 80年代初期、中期)到VR技术高速发展期( 80年代末期到21世纪初)。

VR基本征特是多感知性，沉浸感、交互性、想象力(3l)，具有多媒体功能，也具有动画游戏设计功能，创建逼真三维立体造型和场景，拥有强大的网络功能( Web3D )，配备虚拟现实硬件设备和程序驱动技术。

AR眼镜: ThinkReality A6这款采用分体式设计，头显端重量约380g，视场角约40°，单眼分辨率为1080p (16: 9)，光学方案为Lumus光波导，从外侧看镜片确实比较薄。

1.硬件方面，A6计算模块搭载高通骁龙845处理器，续航时间约为4小时。此外，官方宣称A6还配备Intel Movidius视觉处理芯片，目前还不清楚是位于头显部分还是计算模块内。

2.还支持凝视追踪，交互方面配备3DoF手柄，同时还支持语音、手势操作。

7.2基于VR-X3D-Blender交互平台构建元宇宙

要实现现实世界的数字化，就需要开放的媒体标准，包括文本、图像、音频、视频、3D项目、3D场景和几何、矢量、序列以及生成和组合这些东西的程序。其中，交互式3D技术是元宇宙的基础技术。

构建元宇宙需要借助3D技术扫描现实世界，在元宇宙中，优质的用户体验来自真正的沉浸感，而沉浸感是基于出色的3D效果。

八、元宇宙风险提示

8.1元宇宙产业发展十大风险

1、资本操纵：

雏形期的元字宙仍存在诸多不确定性，产业和市场都亟需回归理性。

2、舆论泡沫

非理性的舆论泡沫呼应着非理性的股市震荡。

3、伦理制约

如何在去中心化的框架中构建元宇宙的伦理框架共识，仍需从多视角去进行探索。

4、垄断张力

各家巨头间的竞争态势决定了其生态的相对封闭性，完全的开放和去中心化很难实现。

5、产业内卷

概念上的突破并未从本质上改变产业内卷的现状。

6、算力压力

如何保障云计算稳定性、低成本算力资源等诸多问题都有待解决。

7、经济风险

经济风险可能会从经济风险可能会从实世界。

8、沉迷风险

过度沉浸虚拟世界亦有可能加剧社交恐惧、社会疏离等心理问题。

9、隐私风险

个体隐私数据作为支撑元宇宙持续运转的底层资源需要不断更新和扩张，数据资源合规收集、储存与管理尚待探讨。

10、知识产权

多主体协作与跨越虚实边界的改编应用很可能会引发产权纠纷。

总结

元宇宙是一个共享的虚拟空间，允许个人在数字环境中与其他用户进行交互。它构建了一个虚拟的世界，使人可以以具体的虚拟形象存在于其中，就像生活在与现实世界平行的世界一样。

VR和AR技术的兴起将塑造网络的新形式。VR技术会让用户在虚拟的网络世界中拥有更真实、更具体的体验，使虚拟世界与现实世界的运行模式更加相似；AR技术可以将虚拟世界与现实更紧密地结合在一起。

未来，虚拟世界中的个人形象可能也会成为现实世界中人物形象属性的一个组成部分。

本文整理自华为云社区【内容共创】活动第13期。

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

任务2.

元宇宙漫游指南-基于VR-X3D-Blender交互平台构建元宇宙

5G游戏 区块链 虚拟化

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