元宇宙及其应用概述

　　文/闫奕霖 张钧亮 刘晨曦 黄淮学院数学与统计学院

　　摘要：元宇宙可以被视为虚拟现实的一个更高级别的概念，它是模拟的三维虚拟世界，用户可以在其中以真实的方式交互并创建内容。元宇宙的应用非常广泛，可以被用来进行虚拟购物、学习、社交、游戏等各种活动，甚至能够扩展到虚拟现实交互式电影和其他娱乐形式中。总体而言，元宇宙被认为将会成为未来互联网的一个重要方向，弥合虚拟与现实之间的鸿沟，使人们能够以全新的方式进行数字体验。本文讲述了元宇宙的内涵、概念及技术方法，多角度分析其应用和发展。

　　关键词：元宇宙技术体系；元宇宙内涵；元宇宙发展

　　引言

　　元宇宙作为一个承载虚拟活动、进行虚实交融的平台，是数字孪生、区块链、AR、VR、5G、云计算等多种信息技术的集成应用。有人认为，随着各类技术的逐步成熟，元宇宙将在短期内从概念走向现实，获得快速发展和应用，是下一代互联网和社会形态；也有人认为，目前元宇宙和数字孪生、虚拟现实并无本质差异，纯属概念炒作；还有人认为，元宇宙获得成熟应用还需要一个漫长的时间，当下应着力于各项核心技术和支撑技术的研发与攻关，并在应用上单点突破，逐步推进。对于“元宇宙”这样一个新的概念，需要正确理解其内涵及技术体系，以理性、积极的态度，客观分析其应用和发展[1]。

　　1. 元宇宙概念及内涵

　　元宇宙是一个新兴的、虚拟的、可扩展的多用户世界，是数字化经济和社会发展的重要方向。它使用区块链技术来保证隐私、所有权和透明度，同时允许个人和组织创建自己的数字资产并在其中进行交互。元宇宙的概念已经引起了全球的关注，并已经成为技术行业讨论的热门话题之一。

　　元宇宙的概念最初在Snow Crash（《雪崩》）这本科幻小说中提出，如今这个概念已在科技实践中具体落地。元宇宙是一个具有高度互动性和社交性的网络空间，它将物理和数字世界连接起来，在其中创造出新的体验和商业价值。通过元宇宙，用户可以探索新的景观和环境，参加社区活动，进行虚拟现实游戏，购物和娱乐，也可以与其他用户进行互动和沟通。

　　区块链技术是元宇宙实现透明度、安全性和去中心化的基础，允许用户拥有完全的控制权并保护他们的个人信息。此外，区块链还能够记录所有的交易和资产，使得用户可以完全掌握自己的数字资产所有权。这给了元宇宙一个透明的、公正的、可靠的基础来促进全球数字资产的社交化和流通性。

　　元宇宙将成为一种全新的价值交换方式。虚拟经济将变得更加个性化、开放和安全，并提供更多种类的数字资产和服务，如虚拟土地、虚拟商品、虚拟劳动力和虚拟金融等。此外，元宇宙也会引起实体经济领域的改变。物联网技术将成为支持元宇宙的基础设施，从而使智能家居、智能工厂等领域的发展变得更加普遍。

　　在未来，元宇宙预计将成为游戏、教育、医疗、娱乐、社交等各行业的重要发展方向。随着新的技术和应用的不断涌现，元宇宙将进一步发展和扩大应用范围，成为数字化时代的新经济和社会生态。

　　2. 元宇宙技术体系

　　元宇宙技术体系主要包括以下六个方面的技术支撑：

　　2.1 区块链技术（blockchain）

　　区块链技术是一种分布式、公开、可信和高效的数据管理方式，被广泛应用于区块链网络中记录数字资产和虚拟财产的所有权和交易信息。与传统数据库不同的是，区块链是一种去中心化的方式，没有单一的控制者，而是由一个网络中的节点共同维护和运行。

　　在元宇宙中，数字资产和虚拟财产的安全性尤为重要，因为这些资产是构建虚拟经济和社会的基础。区块链技术提供了一种去中心化的数据存储和管理方式，并使用密码学的安全机制保证了数据的真实性和不可篡改性，同时可以追踪和记录所有的数据交易和流动，在实现安全的基础上提供了最大的透明度和公正性。

　　除此之外，区块链技术还可以实现数字身份的验证和管理。每个用户可以创建自己的数字身份，并通过区块链技术进行存储和验证。这样，用户的真实身份得以保障，同时也保证了用户对数字资产和虚拟财产的拥有权。

　　2.2 交互技术（interactivity）

　　交互技术是元宇宙的另一个重要组成部分，为用户提供了逼真的环境交互和沉浸式的用户体验。基于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）等技术，交互技术可以让用户在虚拟场景中自由地探索、交互、创造和分享。

　　虚拟现实技术可以将用户带入一个完全虚拟的环境中，并提供逼真的观感和运动感。通过头戴式显示器、手柄、运动捕捉设备等交互设备，用户可以在虚拟环境中执行各种操作，如走路、跑步、打斗、飞行等，获得身临其境的体验。

　　增强现实技术则可以将虚拟元素融合到真实环境中，使用户无缝地进行物理和数字世界之间的互动。这种技术可以通过智能手机、平板电脑、头戴装置等多种设备来实现，并已经广泛应用于游戏、教育、医疗等领域。

　　混合现实技术与增强现实类似，但它可以将虚拟元素与真实环境更加深入地融合在一起。例如，用户可以在真实的桌子上创造虚拟物品，并进行滑动、旋转、缩放等操作。这种技术在设计、建筑、工程和教育行业等多个领域都有广泛的应用。

　　2.3 电子游戏技术（game）

　　电子游戏技术在元宇宙中具有重要意义，因为元宇宙最初就是从游戏世界中发展起来的。游戏技术提供了游戏引擎和虚拟物理世界等核心技术，使得开发者可以创建逼真而具有交互性的虚拟环境，让用户能够在其中自由探索和沉浸式体验。

　　游戏引擎是游戏技术的核心，可以实现虚拟物理世界的构建和运行。它包括图形渲染、碰撞检测、动画控制等多个组件，在不同的游戏场景下可以进行自定义设置。游戏开发者可以使用这些组件来创建虚拟世界，生成各种地形、人物、道具等元素，并将其组合起来生成逼真的虚拟环境。目前市面上已经有多款成熟的游戏引擎，如Unity、Unreal Engine等。

　　虚拟物理世界则是游戏技术另一个重要的组成部分。它是指一组仿真引擎和物理引擎的集合，用于模拟各种物理效应和力量变化。通过虚拟物理世界，游戏开发者可以实现虚拟环境中角色的物理运动、重力控制以及各种声音和光影效果等。

　　2.4 人工智能技术（AI）

　　提供智能代理、语音识别、自然语言处理和机器学习等技术，支持虚拟角色的情感交流和自主行为，以及对用户的行为进行个性化推荐和预测。

　　2.5 网络及运算技术（network）

　　人工智能技术在元宇宙中具有重要地位。其提供智能代理、语音识别、自然语言处理和机器学习等技术，可以支持虚拟角色的情感交流和自主行为，以及对用户的行为进行个性化推荐和预测。

　　智能代理是人工智能在元宇宙中的一个重要应用，它们是一类具有一定感知能力的虚拟角色，在虚拟环境中与用户进行情感交互和自主行为。这些代理可以模拟人类面部表情、肢体动作和语音等多种形式来与用户进行沟通，从而引导用户走向更加个性化的虚拟体验。

　　另外，语音识别和自然语言处理技术在虚拟场景中也有广泛的应用。通过语音识别技术，用户可以使用语音指令向虚拟环境发出操作，比如，打开门、切换场景等。自然语言处理则可以使虚拟角色理解和处理自然语言，从而实现更加自然和便捷的虚拟环境交互。

　　此外，机器学习技术在元宇宙中也显得尤为重要。通过该技术，元祖用户的行为和偏好可以被精准地把握和预测，针对不同用户提供个性化的推荐内容和服务。例如，根据用户的兴趣爱好、行为数据、社交互动等多方面信息，可以实现更加贴近用户需求的虚拟营销和广告推送。

　　2.6 物联网技术（internet of things）

　　元宇宙是一个融合了现实世界和虚拟世界的数字空间，可以支持人类在其中进行交互、学习、创造和娱乐等活动。通过将现实中的物理设备和虚拟世界连接起来，可以将元宇宙的场景和应用进一步扩展。例如，可以实现智能家居，让人们通过智能手机或其他设备远程控制家庭电器，管理家庭用电和节约能源；可以打造智能城市，让城市基础设施和服务更加高效、智能化。比如，在公共交通方面，可以通过监测实时路况和公交车位置等信息，为人们提供更准确的出行建议。

　　总之，元宇宙技术体系是一个庞大而复杂的系统，需要多个领域的技术相互支持和协同作用。未来随着技术的发展和完善，元宇宙将会为人们创造更加逼真、自由、开放的数字世界。

　　3. 元宇宙技术的相关应用

　　首先，元宇宙可用于构建虚拟工厂和制造业。通过数字化信息流和透明的数据管理，生产协同可以大幅度提高生产效率和降低成本。虚拟工厂利用物联网技术和智能感知技术，将IoT 设备和传感器与现实世界中的设备互联，形成一个更加智能的制造环境，可以让企业实现高效协作、实时监控和可溯源的生产过程，从而提高产品质量和产出效益。

　　其次，元宇宙还可以用于智能农业的领域。在元宇宙中建立虚拟农场，将各种传感器、设备和处理器等资源进行互联，可以实现对土壤、植被和气象等数据的实时监测和管理，从而提高农业生产效率、减少资源浪费和保护环境。通过智能海量数据分析，也可以帮助农民实现对于种植过程的持续优化和改进。

　　再次，元宇宙可用于构建虚拟社交平台、虚拟商城、虚拟办公室、虚拟旅游和探险等，在其中可以交友、购物，进行远程协作和沟通，以及探索未知的世界和文化等。

　　还有，元宇宙可以用于能源领域，例如解决能源储存和分配方面的问题。建立虚拟能源场景，可以有效利用太阳能、水能等清洁能源，协助实现稳定、可靠和智能化的能源供应。此外，还可以通过人为干预虚拟能源场景的运行，制定更加精准和高效的能源计划，减少消耗和浪费。

　　最后，元宇宙还可以作为数字孪生的平台。数字孪生是将现实世界中的物理对象和其数字化形式进行对接的技术，可为企业提供各种模拟、测试和优化方案。将现实世界中的设备进行数学建模，在元宇宙中建立虚拟的物理系统，可以实现对其复杂运行过程的精细仿真及优化，有助于降低物理实验和开发成本。

　　以人工智能、大数据、物联网、扩展现实（XR）等为代表的新一代信息技术，正迅速而深刻地推动翻译服务行业从数字化建设向数智化融合的转型升级[2]。在数智化时代，语言服务行业向智慧化发展，“人机共生”成为主流趋势[3-4]。元宇宙作为互联网3.0的延伸，其蕴含的交互技术、区块链技术、物联网技术、人工智能技术、网络和运算技术、电子游戏技术，将会有效克服现有远程口译延时和终端设备性能限制的缺点，消除口译活动参与者的时空距离，生产多种多样的口译内容，满足各方需求，为口译员、口译需求方、语言服务供应商等提供身临其境的沉浸感[5]。

　　总之，元宇宙可以用于构建一个可扩展、可信、可交互的数字世界，应用范围非常广泛，涵盖了人类社会中的许多领域，有着非常广阔的发展前景。

　　4. 元宇宙的发展及思考

　　元宇宙是一种虚拟的、数字的世界，是一种开放的、可扩展的平台，其核心特点是用户可以在其中自由地进行交互和创造。元宇宙不仅是游戏领域的发展方向，同时也是众多行业数字化转型的趋势之一。

　　据Newzoo和伽马数据发布的报告，元宇宙应用将成为互联网娱乐产业的下一个风口，全球元宇宙市场规模将持续增长。同时该报告还指出，中国是元宇宙市场的重要地区，而核心层（满足用户基本的元宇宙生活需求）是目前元宇宙最普及的应用场景之一。

　　对于元宇宙的思考，我们需要关注以下几个方面：

　　（1）技术实现。

　　元宇宙的实现离不开一系列先进的技术，如虚拟现实、增强现实、区块链等。这些技术在将来还会得到进一步发展和应用，在元宇宙的建设中具有重要的作用。

　　（2）业务应用。

　　随着元宇宙的发展，各类业务也将开始在这个空间内落地，例如，虚拟旅游、虚拟购物、虚拟社交等。创新的元宇宙业务应用可以让我们更好地利用数字化手段，为人们带来更便捷和丰富的生活方式。

　　（3）社会治理和伦理问题。

　　元宇宙时代的信息滥用行为相较于互联网时代更具隐蔽性。近年来，传统互联网企业利用垄断地位实施的信息滥用行为逐步被公众知悉，诸如“人脸识别漏洞”“大数据杀熟”“算法歧视”等信息滥用、信息伦理失范案例，已经引起人们的广泛关注。传统的互联网架构和商业模式往往是利用中心化平台实现数据垄断，并通过对数据的深度挖掘和利用，最终实现商业目的变现。然而，元宇宙企业对信息的利用行为更为复杂，信息滥用行为也更为隐蔽[6]。

　　结语

　　未来元宇宙将成为数字化时代的重要组成部分，对于人类社会的发展和变革都具有深远的影响。元宇宙将以消费领域的需求与应用为推手打开广阔的发展空间，驱动建模与仿真、通信技术（含5G、物联网）、扩展现实等关键技术的创新。相关技术也有望进一步在工业场景中深化应用，逐步实现全生命周期的数字化模拟与仿真，把物理世界和虚拟的数字表达深度融合，通过智能化的数据流驱动工业体系的运转。

　　参考文献：

　　[1]王宝友.元宇宙及其应用漫谈[J].传媒,2023,(7):15-16.

　　[2]陈雅云,郭胜男,马晓玲,等.数智融合时代学习分析技术的演进、贡献与展望——2021学习分析与知识国际会议(LAK)评述[J].远程教育杂志,2021,39(4):3-15.

　　[3]王华树,张静.信息化时代口译译员的技术能力研究[J].北京第二外国语学院学报,2015,37(10):25-32.

　　[4]任虎林,宋琳琳,王立非.元宇宙视域下的数字语言服务发展研究[J].北京第二外国语学院学报,2022,44(4):72-84.

　　[5]朱珊,谢洪,万明子.元宇宙视域下远程口译发展探究[J].北京第二外国语学院学报,2023,45(2):60-73.

　　[6]滕长利,邓瑞平.元宇宙时代信息伦理的困境与治理研究[J].图书馆,2023, (2):1-6.

　　作者简介：闫奕霖，本科，研究方向：数学与计算机。

　　基金项目：河南省大学生创新创业训练计划平台——Acat（编号：202210918015）。