元宇宙在2021年得到市場(chǎng)的重點(diǎn)關(guān)注。許多企業(yè)都紛紛進(jìn)軍元宇宙，包括知名國(guó)際科技公司例如Meta、微軟、英偉達(dá)等等。除了國(guó)際巨頭外，國(guó)內(nèi)巨頭也有不同程度的布局，例如騰訊、字節(jié)跳動(dòng)、阿里巴巴等等。
如今，元宇宙的發(fā)展依然處于探索之中，仍沒(méi)有確切的定義，但我們能夠確定一些元宇宙的關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)中包括運(yùn)算技術(shù)、展示技術(shù)、傳輸技術(shù)以及建模技術(shù)等。
運(yùn)算技術(shù)
運(yùn)算主要取決于兩個(gè)因素，一個(gè)是硬件(芯片)，另一個(gè)則是算法或是運(yùn)算的方式。元宇宙運(yùn)算的方式很大程度上需要依賴(lài)云計(jì)算。因?yàn)檎故驹O(shè)備不宜過(guò)大，這就決定了展示設(shè)備難以獨(dú)自承擔(dān)元宇宙需要的運(yùn)算，這時(shí)候云計(jì)算就派上了用場(chǎng)。
元宇宙的建設(shè)需要龐大的算力，這也會(huì)間接推動(dòng)芯片的發(fā)展。AMD的CEO蘇姿豐表示，我們正處于一個(gè)高性能計(jì)算大爆發(fā)的時(shí)期，這推動(dòng)了更多計(jì)算的需求，以支持那些影響著我們生活中方方面面的服務(wù)和設(shè)備。
2021年11月9日，英偉達(dá)在GTC全球技術(shù)峰會(huì)上，向市場(chǎng)發(fā)布了一次重大的業(yè)務(wù)更新公告，即英偉達(dá)未來(lái)會(huì)為元宇宙提供基礎(chǔ)技術(shù)服務(wù)，例如芯片。同樣從事圖形顯卡(GPU)開(kāi)發(fā)的AMD，近期也開(kāi)始為元宇宙開(kāi)拓者服務(wù)。11月9日，AMD宣布Meta(前稱(chēng)Facebook)成為其業(yè)務(wù)伙伴，未來(lái)Meta將會(huì)采購(gòu)AMD的芯片，來(lái)滿足Meta從“社交媒體”轉(zhuǎn)型為“元宇宙”公司后對(duì)于數(shù)據(jù)中心以及算力的龐大需求。
VR/AR 產(chǎn)品的崛起也會(huì)帶動(dòng)最核心的元件——芯片的發(fā)展。類(lèi)似于汽車(chē)芯片，如今的VR/AR 芯片已經(jīng)出現(xiàn)了脫離手機(jī)，走向獨(dú)立和定制化的趨勢(shì)。
此前因VR/AR 產(chǎn)品小眾化，鮮少有科技公司專(zhuān)門(mén)為其設(shè)計(jì)芯片。例如2018 年 Oculus 和小米聯(lián)手推出了 VR 一體機(jī)產(chǎn)品 Oculus Go(國(guó)內(nèi)叫小米 VR 一體機(jī))，這款機(jī)器使用的是高通2016年推出的移動(dòng)平臺(tái)處理器旗艦芯片驍龍 821。
此外，2014年的Oculus Rift DK2的熒幕采用三星 Galaxy Note 3 的屏幕?？梢?jiàn)在早期時(shí)候， VR/AR硬件主要依賴(lài)著手機(jī)相關(guān)的供應(yīng)鏈。
但隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大，VR/AR 產(chǎn)品周邊的技術(shù)鏈也會(huì)得到蓬勃發(fā)展的機(jī)會(huì)，尤其是芯片。2018年，高通公司發(fā)布了 XR1芯片，一個(gè)針對(duì)VR/AR 產(chǎn)品所設(shè)計(jì)的芯片。如今大賣(mài)的Oculus Quest 2采用的是高通XR2芯片(XR1的第二代)。Oculus Quest 2的大賣(mài)也促使高通逐漸在VR/AR 技術(shù)鏈發(fā)力。傳聞高通在XR2 成功之后成立了專(zhuān)門(mén)的部門(mén)以及團(tuán)隊(duì)持續(xù)設(shè)計(jì)針對(duì) VR / AR 設(shè)備的芯片。
另一方面，像蘋(píng)果、Meta、Magic Leap 等技術(shù)巨頭有可能繼續(xù)走自研和定制的方向。據(jù)外媒報(bào)道，蘋(píng)果在 2020 年已經(jīng)完成 VR/AR 芯片的設(shè)計(jì)，并委托臺(tái)積電進(jìn)行 5nm 先進(jìn)制程生產(chǎn)芯片。從高通到蘋(píng)果，都已經(jīng)在芯片這個(gè)核心領(lǐng)域傾注心力，未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)的是VR/AR 產(chǎn)品的芯片將迎來(lái)一個(gè)加速發(fā)展的時(shí)期。
虛擬世界的運(yùn)行離不開(kāi)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，云計(jì)算會(huì)因?yàn)槿藗兂掷m(xù)建設(shè)元宇宙而得到十足的發(fā)展。元宇宙的數(shù)據(jù)量爆發(fā)導(dǎo)致算力需求激增 ，云計(jì)算被認(rèn)為是元宇宙最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。依靠普通百姓的計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)運(yùn)行元宇宙龐大的代碼是不現(xiàn)實(shí)的，而云計(jì)算則是一個(gè)很好的解決方案。
連接進(jìn)入元宇宙中，我們需要輸入“參數(shù)”，即前往哪里，下哪些指令等等，就好比打游戲敲鍵盤(pán)輸入指令。人們進(jìn)入元宇宙中所輸入的參數(shù)遠(yuǎn)比敲鍵盤(pán)所產(chǎn)生的的指令要復(fù)雜許多，傳感設(shè)備采集我們的“輸入?yún)?shù)”，丟到云端中進(jìn)行運(yùn)算再轉(zhuǎn)換成元宇宙能理解的參數(shù)，從而讓元宇宙里虛擬化的我們能夠動(dòng)起來(lái)或是下指令。
傳達(dá)完了指令，接下來(lái)是元宇宙的建模部分。元宇宙中的一切物體，建筑等都是虛擬化的。這涉及到了建模的部分。英偉達(dá)曾經(jīng)在其線上GTC大會(huì)中穿插了幾秒“假的”黃仁勛以及背景。需要30多位工作人員先使用RTX光線追蹤技術(shù)掃描黃仁勛，拍攝幾千張各種角度的黃仁勛以及廚房照片，在英偉達(dá)開(kāi)發(fā)的虛擬協(xié)作平臺(tái)Omniverse中建?！皬N房”，最后通過(guò)AI結(jié)合，以假亂真。僅僅只是搭建一個(gè)廚房就需要大量的數(shù)據(jù)來(lái)生成以及模擬，更何況是一個(gè)世界。想要搭建一個(gè)逼真且龐大的元宇宙世界，就需要強(qiáng)大的云技術(shù)來(lái)支持強(qiáng)大的模擬能力。
人類(lèi)連接進(jìn)元宇宙需要得到一定的“反饋”，云技術(shù)經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算之后再把“反饋”傳回給我們手邊的設(shè)備，從而給予我們一定的感知反饋。
許多科技公司也都積極布局相關(guān)設(shè)施。例如Unity 最新推出了Unity 云端分布式算力方案。根據(jù)Unity官方的說(shuō)法，該方案可以節(jié)省高達(dá) 70% 以上的運(yùn)算時(shí)間。在提高整體運(yùn)算效率的同時(shí)，也降低了對(duì)本地計(jì)算資源的損耗，大大節(jié)省了成本。

Unity云技術(shù)解決方案
從計(jì)算角度來(lái)看，元宇宙未來(lái)會(huì)是是一種“云-邊-端”協(xié)同的模式。然而目前來(lái)看市場(chǎng)上無(wú)論是云端還是終端，主流芯片的算力儲(chǔ)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了元宇宙應(yīng)用的要求。特別是端側(cè)算力瓶頸巨大，這是因?yàn)槎藗?cè)不僅承擔(dān)了部分智能感知算法，且更重要的是承擔(dān)了最核心的虛實(shí)融合的真實(shí)感圖像渲染算法，這類(lèi)算法算力要求巨大且要求超低功耗，目前主流的端側(cè)計(jì)算芯片(顯示設(shè)備上的芯片)均不滿足如此嚴(yán)苛的技術(shù)指標(biāo)。
彭博社此前預(yù)測(cè)元宇宙在2024年將成為一個(gè)8000億美元的市場(chǎng)。當(dāng)中許多基礎(chǔ)設(shè)施都會(huì)達(dá)到3000億美元的市場(chǎng)。由于運(yùn)算相關(guān)技術(shù)是元宇宙最重要的元素之一，因此保守估計(jì)將達(dá)到1000億美元的市場(chǎng)。這也就促使了許多公司例如英偉達(dá)、AMD、Unity等公司積極布局相關(guān)的業(yè)務(wù)。
彭博社對(duì)元宇宙市場(chǎng)的預(yù)測(cè)
展示技術(shù)
將元宇宙展示給人們觀看的技術(shù)離不開(kāi)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR/AR)。作為連接現(xiàn)實(shí)世界與元宇宙的重要橋梁，如今該技術(shù)已經(jīng)得到了許多人的關(guān)注以及進(jìn)軍，當(dāng)中不乏知名大科技企業(yè)。
“All in”元宇宙的Meta公司早些時(shí)候推出了Oculus系列產(chǎn)品。而2020年推出的Oculus Quest 2被許多知名科技網(wǎng)站評(píng)為最值得入手的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，且其售價(jià)僅有299美元。可以說(shuō)Oculus Quest 2是如今性?xún)r(jià)比最高的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。Oculus Quest 2的推出也幫助Meta公司占據(jù)了75%以上的市場(chǎng)份額(2021年第一季度的出貨量)。
除了Meta公司之外，微軟也有自己的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，稱(chēng)為HoloLens，如今已經(jīng)迭代至第二代了。HoloLens第二代產(chǎn)品的售價(jià)為3500美元，在性?xún)r(jià)比方面較Meta公司的Oculus Quest 2有一定差距。
蘋(píng)果也在積極研究虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，有望在2022年推出產(chǎn)品。擅長(zhǎng)軟硬結(jié)合的蘋(píng)果未來(lái)入局此領(lǐng)域，勢(shì)必會(huì)是一個(gè)強(qiáng)大的對(duì)手。2021年5月，蘋(píng)果公司也以1億美元收購(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)公司NextVR，以增強(qiáng)其在娛樂(lè)和體育領(lǐng)域的VR實(shí)力。
百度公司副總裁馬杰在XR國(guó)際論壇上表示，未來(lái)百度將會(huì)支持元宇宙、VR技術(shù)的發(fā)展。2021年10月19日，中國(guó)聯(lián)通董事長(zhǎng)劉烈宏在2021世界VR技術(shù)大會(huì)上表示，中國(guó)聯(lián)通將推動(dòng)VR技術(shù)的加速發(fā)展。
據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，全球VR設(shè)備出貨量正在提速，預(yù)計(jì)2021-2025年全球VR頭顯出貨量將保持41%的年復(fù)合增速，預(yù)計(jì)2021年的出貨量將由2020年的670萬(wàn)臺(tái)提升到850萬(wàn)臺(tái)，2025年更是將達(dá)到2860萬(wàn)臺(tái)。
元宇宙的定義是為用戶提供身臨其境的體驗(yàn)，如果沒(méi)有展示技術(shù)，那么元宇宙對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)是一具空殼。某些技術(shù)正在等待元宇宙能夠提供更加好，進(jìn)一步的虛擬體驗(yàn)，例如虛擬會(huì)議、虛擬購(gòu)物、虛擬試衣等等。通過(guò)讓購(gòu)物者克服網(wǎng)上購(gòu)物的障礙，在舒適的家里就可以選擇最適合他們的商品。
然而如今的障礙主要在于設(shè)備的高昂價(jià)格，例如VR頭顯，對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)并不是最實(shí)惠的選擇。如今最親民的設(shè)備為Oculus的Quest 2設(shè)備，然而其售價(jià)也需要299美元(約合1892人民幣元)。隨著展示技術(shù)的完善，那么相關(guān)設(shè)備的價(jià)格也會(huì)逐步下降，降落至普通老百姓可以負(fù)擔(dān)的范圍。
目前的展示技術(shù)軟肋在于無(wú)論是顯示器件還是圖像處理與渲染算法，尚不能完全滿足元宇宙應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)要求。市面上主流的AR/VR顯示器件大多存在著重量大，功耗大，解析度差，色偏嚴(yán)重，常伴有眩暈感等問(wèn)題，要獲得一款又輕又好的顯示模組，需要材料學(xué)與光學(xué)的重大突破。展示技術(shù)仍然需要一定的時(shí)間去沉淀、發(fā)展。
通訊技術(shù)
元宇宙的一個(gè)重要元素是可以與人們連結(jié)。元宇宙是基于VR/AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)互動(dòng)體驗(yàn)，但VR/AR技術(shù)需要消耗大量數(shù)據(jù)，那么將數(shù)據(jù)傳輸至云端計(jì)算再反饋至設(shè)備就是一個(gè)很好的方案。然而如今的技術(shù)難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)低延遲的連接，這對(duì)通訊技術(shù)尤其是5G提出了更高的要求。
以往的Oculus 頭顯(例如Oculus Go)基本上都是搭配使用一個(gè)智能手機(jī)來(lái)渲染運(yùn)算它們的世界，這使得它們變得沉重、發(fā)熱，并且圖形效果比 PC 或游戲機(jī)所能提供的要差得多。雖然如今最新的Oculus Quest 2則是不需要連接手機(jī)，自己就能自行運(yùn)算，但質(zhì)感仍然粗糙。顯然要AR/VR設(shè)備完全運(yùn)算虛擬世界的渲染以及運(yùn)行是不現(xiàn)實(shí)的。我們可以借助云計(jì)算，將重要輸入?yún)?shù)發(fā)往云端，再接收輸出參數(shù)。
而有了更快速的連接方式例如5G，AR/VR設(shè)備將能夠遠(yuǎn)程渲染它們的圖形，進(jìn)一步將結(jié)果快速地發(fā)往我們的AR/VR設(shè)備再顯示，就像顯示器和傳感器集合一樣。
但是，想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要大約 7 毫秒以下的可靠延遲和另一種稱(chēng)為移動(dòng)邊緣計(jì)算的技術(shù)。為此，我們需要獨(dú)立的 5G 網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)此技術(shù)。
移動(dòng)邊緣計(jì)算(MEC)可在蜂窩網(wǎng)絡(luò)邊緣實(shí)現(xiàn)云計(jì)算能力和 IT 服務(wù)環(huán)境。MEC 背后的基本思想是，通過(guò)在更靠近蜂窩客戶的地方運(yùn)行應(yīng)用程序和執(zhí)行相關(guān)處理任務(wù)，可以減少網(wǎng)絡(luò)擁塞并提高應(yīng)用程序的性能。MEC 技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)在蜂窩基站或其他邊緣節(jié)點(diǎn)，并為客戶提供靈活、快速的新應(yīng)用和服務(wù)部署。
5G在過(guò)去兩年中非?；馃幔S多人探討了其應(yīng)用場(chǎng)景，元宇宙會(huì)是5G大展拳腳的重要應(yīng)用場(chǎng)景。5G、6G等相關(guān)的通訊技術(shù)會(huì)在元宇宙風(fēng)潮下得到莫大的發(fā)展，元宇宙也會(huì)因5G、6G等相關(guān)的通訊技術(shù)快速發(fā)展進(jìn)而提供更加真實(shí)的虛擬體驗(yàn)給人們。
元宇宙計(jì)算通過(guò)5G以及更加先進(jìn)的通訊技術(shù)獲得的更多帶寬值意味著元宇宙虛擬世界渲染可以在邊緣設(shè)備上完成并傳輸?shù)接脩舻腣R/AR設(shè)備上，這意味著隨著通訊技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，未來(lái)幾年VR/AR設(shè)備的尺寸可能會(huì)進(jìn)一步縮小，讓用戶使用起來(lái)更加舒適。
建模技術(shù)
要成為一個(gè)真正的沉浸式平臺(tái)，元宇宙就需要三維環(huán)境。構(gòu)建元宇宙離不開(kāi)建模，無(wú)論是場(chǎng)景、周邊物品或是虛擬形象。要想實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，開(kāi)發(fā)者們還有很長(zhǎng)一段路要走。畢竟龐大的3D虛擬世界構(gòu)建，需要海量且高質(zhì)量的3D內(nèi)容支撐，以還原真實(shí)世界。
如今的建模主流方式是3D軟件手動(dòng)建模。目前，市場(chǎng)上有大量的專(zhuān)業(yè)3D建模軟件供使用，比如3DMax、Maya、Blender等。不同軟件的建模方式多樣，包括多邊形、曲面、參數(shù)、逆向等，分別適用于動(dòng)畫(huà)、游戲、室內(nèi)設(shè)計(jì)等場(chǎng)景的3D模型創(chuàng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是所建模型精度高，可發(fā)揮想象任意創(chuàng)作。但建模師的學(xué)習(xí)成本往往很高，制作難度較大，制作周期長(zhǎng)。構(gòu)建元宇宙如果使用3D軟件手動(dòng)建模則需要投入大量的人力。
隨著3D建模知識(shí)的普及以及技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)、3D打印以及電商等場(chǎng)景都需要運(yùn)用專(zhuān)業(yè)儀器掃描建模，用于模型重建。這一建模方式的主要儀器類(lèi)型有激光掃描儀、光場(chǎng)掃描儀等。所謂激光掃描建模，是指通過(guò)激光設(shè)備反射信號(hào)測(cè)距，用算法計(jì)算出深度數(shù)據(jù);光場(chǎng)掃描建模則是通過(guò)多相機(jī)陣列攝影，或使用專(zhuān)業(yè)光場(chǎng)設(shè)備掃描建模。使用專(zhuān)業(yè)儀器掃描建模最大的優(yōu)點(diǎn)是可以模擬出與物體表面一致的反射特性，最大程度還原真實(shí)物體材質(zhì)的顏色、紋理和光澤，提高3D物體渲染的逼真度。
專(zhuān)業(yè)儀器掃描建模的速度比手動(dòng)建模快很多，操作難度較低，可以實(shí)現(xiàn)高精度建模。但它的不足在于越高精的儀器設(shè)備，成本越高，而且只能根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的物體進(jìn)行重建，無(wú)法虛擬創(chuàng)作。其對(duì)現(xiàn)實(shí)物體的大小也有一定限制，在建模后仍需專(zhuān)業(yè)3D軟件進(jìn)行編輯處理才能投入使用。
目前市場(chǎng)上最積極布局建模領(lǐng)域的就是Unity公司了。Unity原本是個(gè)專(zhuān)注開(kāi)放游戲引擎的公司。后來(lái)逐漸發(fā)展成開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)交互式實(shí)時(shí) 3D 內(nèi)容的平臺(tái)，不僅面向游戲制作，也應(yīng)用于電影、設(shè)計(jì)、制造、建筑等多個(gè)行業(yè)。
2021年11月10日，Unity正式收購(gòu)視覺(jué)特效公司維塔數(shù)碼。Unity表示本次收購(gòu)的最終目的是將維塔數(shù)碼眾多先進(jìn)的視覺(jué)特效工具送到全世界數(shù)百萬(wàn)創(chuàng)作者和美術(shù)師的手中。集成到Unity平臺(tái)之后，這些工具將為實(shí)現(xiàn)新一代實(shí)時(shí)3D創(chuàng)意內(nèi)容和塑造元宇宙的未來(lái)提供極大幫助。Unity也開(kāi)發(fā)AI幫助人們降低相關(guān)建模的門(mén)檻。
如今市場(chǎng)上對(duì)于建模暫時(shí)沒(méi)有一個(gè)成本低、門(mén)檻低且高效率的建模方法。建設(shè)元宇宙必然需要找到一個(gè)效率高且低成本的方法，這也將會(huì)促進(jìn)建模技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論是相關(guān)軟件，還是背后的技術(shù)以及引擎或是相關(guān)人員的培訓(xùn)等。

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