元宇宙与XR扩展现实：元宇宙如何才能大规模应用？

元宇宙大规模应用的3大关键要素

虽然2022年对元宇宙XR扩展现实的应用已经越来越多，但真正想要实现人人多能用得上，人人都能用得起，人人都愿意用的元宇宙应用，还有很长一段距离。以下是元宇宙大规模广泛应用的三个关键要素。

01 XR 设备必须小巧轻便

理想情况下XR设备可以和一副眼镜一样轻，最大峰值功耗为 1-2 瓦。这为非常小的电子设备和电池留下了空间，它们不适合实时处理高质量 3D 渲染。小尺寸是扩展的先决条件，因为人们不能一天几个小时“戴着游戏笔记本电脑”（甚至是功能强大的手机）。

02 元宇宙应用必须像网页一样具有交互性

这意味着用户可以使用不同计算能力的终端设备进入元宇宙（包括 XR 耳机/智能眼镜或者传统电视、手机、平板电脑或笔记本电脑等。交互性对于元宇宙供应商来说很重要，因为这能决定他们能覆盖的用户群体范围有多大。

03 体验质量不容妥协。

终端用户期望震撼的视觉效果、逼真流畅和身临其境的体验。传统的 2D 用户界面可能会容忍一些不完美，而元宇宙的重要特点恰恰是“存在”的错觉，这必然需要一流的视听质量、高质量的 3D 模型、逼真的光照、高分辨率、高帧率和低延迟以及实时性。粗糙的3D模型和缓慢的帧速率会拉胯整个用户体验，甚至可能会让用户感到（运动）眩晕恶心。好比一个新鲜的虚拟演唱会，刚开始你可能出于好奇去体验一下，但如果体验感不如预期，你绝不会再次参加。相反，如果你参加了一场元宇宙音乐会，具有一流的身临其境的声音和视觉效果，你能身临其境的感受到演唱会的欢快气氛以及强烈的参与感，你下次才会想着再去感受一次。根据麦肯锡的分析表明，体验的真实性和使用频率之间存在高度相关性，这也推动元宇宙企业建立更真实的体验。

元宇宙技术开发标准加速元宇宙大规模应用

前两个要素要求无缝“拆分计算”，这意味着大量的计算需求，尤其是 3D 渲染。很明显在终端来渲染元宇宙的海量计算是不可行，必须在另一台设备上执行或者云端执行。生成的渲染图形帧必须作为高分辨率、高帧率、超低延迟、立体视频流式传输到终端设备。

除了能与任何类型的用户设备的交互操作之外，交互性还需要在服务器端的应用程序级别的工具和平台之间进行适当的交互。多个行业领导者表示，如果元宇宙建立在开放标准的基础上，那么它的潜力将得到最好的发挥。内部标准的制定和发展。

元宇宙汇集了多种技术，高质量元宇宙的开发与部署需要较低门槛的创建标准以及消除技术之间的摩擦。比如上面提到的元宇宙音乐会，大规模和跨平台的高保真、多用户的虚拟体验是许多复杂技术的集成与融合，他们必须适当地与 Meta、Microsoft、Apple、NVIDIA 和其他公司正在创建的平台进行桥接/互操作，开发标准技术的集成和融合对于限制碎片化和确保跨平台应用程序接口以及直接进入不同 XR 设备运行时的高性能访问至关重要。

第三个要素意味着在传统音频、图像和视频之上将出现许多新型的大型数据集，这些数据集需要在元宇宙中高效交换，这些数据集包括身临其境的音频、各种性质的点云、多边形网格、纹理、立体视频、视频 + 用于重新投影的深度图等。真正的元宇宙目和游戏之间的关键区别在于元宇宙的体积对象可能更难以预加载并且将不得不更依赖比游戏更频繁的实时访问和交互，这就不得不实时流式传输（云流化）那些大型 3D 资产。

将元宇宙渲染与终端显示分离

访问元宇宙将不仅仅需要超级沉浸式 XR 耳机。XR 将把耳机（根据 IDC 的数据，到 2023 年将超过 2300 万）、眼镜大小的更轻的 XR 查看器和无玻璃自动立体显示器与数十亿更传统的手机、平板电脑、个人电脑和电视结合在一起。传统的平面屏幕将显示虚拟目的地，类似于今天的 3D 游戏。 有一个陷阱。为了体验逼真的 3D 图形，硬核游戏玩家需要为自己配备足够的CPU，而未来典型的大众市场 XR 用户可能只需要一个耳机，但其配备的CPU性能比典型的PC游戏所需GPU低50倍，却能享受同样的图形处理能力。

换句话说，由于用户不会接受“把 Playstation 5 戴在脸上”，而且我们不能假设每个人都愿意购买游戏 PC，因此将元宇宙体验设计为最小计算和功率是明智的。

消耗 1 瓦特的轻型 XR 设备将无法以立体 4K 分辨率执行逼真的体积对象的实时解码和高帧率 3D 渲染。物理定律和硅技术不会给希望留下空间：最新一代游戏 GPU 体积庞大，执行这些任务需要 150 到 300 瓦的功率。试想一下当你的普通手机电压达到 4 瓦以上时，它就会开始发热。再加上冷却风扇和电池的重量，你就会明白为什么我开玩笑说要把 PS5 戴在脸上了。然后，你的移动 GPU 无法达到最终用户期望的渲染质量水平，即使是一些简单的游戏，也不能让沉浸在逼真的 6DoF 体验中。此外，具有一级手机功能的耳机对于普通用户来说仍然过于笨重，且无法接受每天佩戴多个小时。

元宇宙GPU处理能力的差异也与互操作性相关，这是关键用户的第二大需求。如果我们想要真正成为“新 Web”的元宇宙应用程序，我们必须确保任何 XR 设备都可以随时随地访问它们，并具有无缝的互操作性。

如何有效应对用户终端设备图形渲染能力与元宇宙算力之间数量级差距？

随着芯片的不断升级，要解决这个问题不可避免地依赖于良好的旧大型机和客户端-服务器原型，并将它们的现代品牌重塑为拆分计算。在八十年代，一台大型计算机就可以控制数十个甚至数百个用户终端的实时用户界面。同样的概念将回归并实现具有无缝互操作性的沉浸式数字世界：对于简单的任务，大型机可能是随身携带的手机，而一旦需要强大的渲染能力，可以无缝地接入 GPU离用户最近的可用共享计算节点的资源。

在 XR 设备外部执行云渲染也意味着将三维对象流式传输（云流化）到渲染设备，这更有可能很好地连接到互联网，尤其是在数据中心中。XR 设备（通过 Wi-fi 或 5G 无线连接到互联网，由于与中继器的距离、障碍物、并发性和干扰造成的数据包丢失，通常 <50 Mbps）只需要足够的连接性来处理视频流。

对于需要海量 3D 图形的元宇宙应用，渲染和显示势必要分开执行。能够启动和耗散足够功率的渲染设备—无论是手持设备、附近的 PC 还是“云端”某处的强大服务器——将接收压缩的虚拟对象、解码它们、运行应用程序并渲染视口，即最终用户在任何时候任何地方都能访问元宇宙应用，甚至渲染本身实际上也可能在不同机器上的不同阶段分开。

例如，更强大的 GPU 可以计算光照信息——甚至可能使用光线追踪或路径追踪等昂贵的算法，需要比典型游戏引擎光照多 1,000 倍以上的计算能力——而附近功能较弱的 GPU 可能会计算最终渲染.。在其他情况下，对于具有许多用户的复杂 3D 场景，昂贵的照明计算可能会为多个用户“汇集”，生成中间体积数据，然后将其传输到多个本地边缘节点，为每个用户渲染最终视口。无论是执行传统的一体式渲染还是云渲染，渲染服务器都可以在动态层次结构中组织，类似于内容交付网络的缓存服务器实现大规模 Web 内容交付的方式，这种元宇宙基础设施也可以称为“内容呈现网络”（CRN），因为它们是 CDN 的自然（再）演化。然后，生成的渲染视口将通过超低延迟视频流传输到轻型 XR 显示设备。因此，XR 设备只需管理其传感器、处理/发送用户正在做的事情的数据以及解码接收到的高帧率高分辨率视频。

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