来源:阿里研究院
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本文介绍了 通过多个角度探讨元宇宙技术的发展如何更普惠、更负责。
你继续向北终于来到嵩山山门之前,但见山上郁郁苍苍,林木茂密,山势甚是雄伟。山门前的空地上耸立着一株大树,树上垂下一条藤曼。
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。
场景 |
元宇宙赋能 |
游戏 |
3D沉浸式游戏体验、游戏场景虚实结合(和虚拟机器人队伍在真实的野外对战) |
旅游 |
时空交互沉浸式游览(在故宫参加光绪皇帝大婚典礼) |
社交 |
跨越地域,面对面社交效果(参加虚拟世界舞会) |
探索 |
探索微观环境(细胞)、遥远太空等人类难以触达的空间(虚拟世界模拟训练,真实世界操控远程机器人) |
办公 |
虚实结合的办公环境,沉浸式交互,远程协作 |
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,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,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,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,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,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。