元宇宙应用程序的主要组件及其技术

本文我们将讨论元宇宙应用程序的主要组件及其支持技术。

元宇宙主要架构

元宇宙是未来互联网的大革命，可以看作是现在互联网的3D版。当用户在由他们的化身代表的虚拟世界中导航和传送时，这需要物理世界中的用户与虚拟世界中的对应用户的无缝映射。物理-网络映射的概念并不是元宇宙的独有特征，它已被用于许多其他技术，例如网络-物理-系统、数字孪生、混合人-人工智能和人机交互等，这这些都与元宇宙密不可分。元宇宙通过将我们所有的日常生活活动映射和模拟到网络空间，并通过沉浸式和交互式用户体验来丰富这种映射，从而将其扩展到更大的范围。为实现这一目的，元宇宙运行在多层架构中，如下图所示。

01 物理空间

元宇宙的接入点，包括任何能够让用户与元宇宙交互的设备。通用移动设备和计算机可以作为元宇宙接入点，但是当用户从这些设备访问时，用户无法享受元界应用程序提供的许多服务和功能。只有通过 XR 设备和触觉传感器才能提供身临其境的交互式用户体验，其中包括虚拟现实、增强现实、混合现实和扩展现实的传感器和耳机。元宇宙应用接入物联网智能服务，在元宇宙发生的动作可能触发物理空间的物联网智能服务。例如，元宇宙虚拟形象当前位置的温度可以映射到支持物联网的智能家居空调系统的温度，以模拟元宇宙天气。

02 社交空间

在对元宇宙的质疑声中，有人认为元宇宙只是一个通过VR技术增强的3D社交网络。虽然这种说法在某种程度上是正确的，但从某种意义上说，元宇宙将改变我们与社交网络交互的方式，从单一访问点交互到通过 VR 技术访问的 3D 世界导航。然而，元宇宙融合了许多超越传统社交网络的概念，例如虚拟资产交易、虚拟学习环境、虚拟军事训练等。除了传统的社交网络，Metaverse 还集成了社交物联网 (SIoT) 服务提供的用户社交环境。

03 虚拟宇宙

将物理和社会空间实体映射到虚拟空间中。用户由化身代表，而其他物理实体由数字资产代表。虚拟世界的地图可能是现实世界地图的表示，例如世界地图或特定建筑物地图，或者是虚拟地图，例如多人在线游戏中使用的地图。网络物理和数字孪生应用程序与元界应用程序集成，以提供物理世界的真实网络表示。

04 元宇宙引擎

它执行运行虚拟宇宙模拟所需的计算，其中包括虚拟宇宙中的碰撞检测和 3D 物理计算等繁重任务的计算，以及虚拟宇宙的其他需要高计算能力的方面。例如，不可替代令牌 (NTF) 交易的验证需要巨大的计算能力，更不用说数字孪生应用程序的数据处理，以及支持虚拟宇宙模拟的故事讲述和推荐服务等人工智能服务。当前最先进的元宇宙实现在云上执行计算，这限制了模拟容量，并增加了访问延迟。

元宇宙相关技术

元宇宙是下一个版本的 3D 互联网，它实现了沉浸式和可互操作的生态系统的无缝集成，可由用户控制的化身进行导航。这需要将实体从物理和社会空间大规模映射到虚拟世界。为此，元宇宙依赖于由各种尖端技术支持的大量服务。下面，列举了几个元宇宙关键技术。

01 区块链

元宇宙经济涉及交易虚拟资产，在某些情况下还涉及与实体经济的互动。保护和管理虚拟商品和虚拟服务交易产生的大数据需要持久和透明的交易机制。区块链技术可以在这方面发挥重要作用。可以利用区块链来保护虚拟交易并保护数字资产和服务的价值。区块链作为分布式解决方案可以减轻集中交易范式的缺点。

区块链在元宇宙中最有前途的应用之一是 NFT 交易。NFT用于标记数字商品和资产的所有权。在 NFT 交易中使用区块链可以以分布式和去中心化的方式促进点对点数字资产交换。

02 人工智能

人工智能技术在很多方面为元宇宙赋能。深度学习和机器学习算法已被证明可以有效解决复杂问题。这些算法在从大量数据中学习时表现最好，在这方面，元宇宙活动可以产生非常大的数据。AI 在创建逼真的虚拟 3D 世界和自动化元宇宙内容生成方面发挥着重要作用。例如，NVIDIA 推出了 GANverse3D，这是一种基于 AI 的框架，允许内容创作者拍摄真实物体的照片，并使用灯光、物理模型和 PBR 材料自动生成虚拟副本。此外，Facebook 的 PyTorch3D 或 NVIDIA 的 TensorRT 等深度学习库可用于 3D 对象渲染，从而加速虚拟场景的创建并最大限度地降低计算成本。它被认为是最大的支持人工智能的超级计算机之一，致力于应用人工智能来创建元宇宙场景和内容。

03 5G/6G

通过VR技术顺利畅游元宇宙，主要取决于网络时延。由于 VR 技术对延迟敏感并且需要非常短的延迟，因此与元宇宙服务器的通信在这方面起着举足轻重的作用。元宇宙活动会产生海量大数据，例如数百万用户之间的社交交流、高分辨率交互式 3D 动画的传输，这些都需要很高的网络带宽。因此，超越 5G和 6G 网络可能部分满足元宇宙通信需求。5G 和 6G 为海量元宇宙设备提供实时、无处不在和超可靠的通信，支持设备移动性，最高可达 1020 Gbps。

04 XR技术

XR是指虚拟可视化技术，包括虚拟现实、混合现实和增强现实。XR 头戴式头盔和显示器是元宇宙的主要接入点。XR 设备通过多感官大规模 3D 建模让用户享受实时沉浸式交互体验。XR设备和触觉传感器创造了一个视觉逼真的虚拟环境，而物联网智能传感器通过感知周围的物体进行环境数字化。这样，用户就可以不局限于笔记本电脑或智能手机等基于屏幕的设备来访问元界。

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