元宇宙關鍵技術(美國官方研究如何定義“元宇宙”?關鍵技術與產業布局現狀概覽)
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元宇宙被認為是下一代移動互聯網。當前，各國政府、互聯網巨頭紛紛布局元宇宙。2022年8月，美國國會研究服務局（CRS）發布題為《元宇宙：概念和國會應考慮的問題》（The Metaverse: Concepts and Issues for Congress）的報告，介紹了元宇宙相關概念、關鍵技術、重點企業布局，分析當下存在的風險與機遇。
2021年3月，美國游戲公司Roblox在紐交所上市，成為元宇宙第一股。2021年10月，扎克伯格宣布將把Facebook更名為Meta，同時還公布了打造元宇宙的計劃，希望人們將其視為元宇宙公司。元宇宙被認為是下一代移動互聯網。隨后，全球各國政府、互聯網巨頭紛紛布局元宇宙，2021年也被稱為元宇宙元年。
1.元宇宙概念
元宇宙（Metaverse）的概念最早見于1992年美國科幻作家的《雪崩》一書。目前，元宇宙表示沉浸式和持久的虛擬世界，用戶可以在虛擬世界中與其他用戶及其環境進行交互，參與社交活動，就像現實世界一樣。
部分企業和技術人員認為，元宇宙并不是某個特定的技術，而是用戶與在線技術、服務、平臺等交互方式的變化。有批評人士認為，元宇宙的概念離我們還很遠，其對未來互聯網的重要性被夸大了。許多公司只是對人機交互技術和應用加上了元宇宙的標簽，比如在線視頻游戲。
因此，本文中元宇宙只表示通用概念和相關技術，而非特定的設備、平臺、應用和服務。元宇宙區別于二維（2D）在線應用的3個主要特征是：沉浸式三維（3D）用戶體驗、實時持續網絡訪問、可與網絡平臺互操作。
2.關鍵技術
元宇宙三大關鍵技術項目與發展舉措
元宇宙的許多方面都在不斷涌現，支持沉浸式用戶體驗和其他潛在元宇宙概念的技術也在不斷發展。當前支撐元宇宙的關鍵技術主要包括擴展現實（XR）、先進無線通信技術（5G/6G）和區塊鏈。
2.1 XR
XR（擴展現實）是AR、MR、VR等技術的統稱，通過計算機將真實與虛擬相結合，打造的一個可人機交互的虛擬環境。通過將三類視覺交互技術相融合，為體驗者帶來虛擬世界與現實世界之間無縫轉換的“沉浸感”——沉浸式用戶體驗。→美國防部關鍵技術“擴展現實XR”的軍用優勢與發展現狀
AR（增強現實）：即物理環境和數字對象的重疊。AR技術主要根據現實世界環境為用戶展示信息，是用戶對物理世界感知的增強而非替代，例如在用戶視頻或圖像中過濾重疊的預設數字效果
MR（混合現實）：即物理環境和數字環境混合的環境。除了對物理環境進行數字投影外，MR技術允許用戶與數字和物理對象進行交互。與2D展示相比，MR可以為用戶提供更加自然、動態的數字對象可視化
VR（虛擬現實）：完全沉浸式的數字環境，可以創建沉浸式、3D、計算機生成的、人工環境，VR使用逼真的聲音、圖像和其他數字表示替換了用戶的物理現實，例如將用戶置于游戲虛擬世界的視頻游戲。與AR和MR不同，VR并不融合用戶真實的物理環境
腦機接口（BCI，brain-computer interface）：BCI技術可為用戶與元宇宙的交互提供新的方式。與現有AR、MR、VR設備相比，BCI技術可為元宇宙提供更好的認知用戶接口
2.2 5G和下一代無線網絡（6G）
5G和下一代無線通信技術（6G）可為元宇宙提供所需的高帶寬、低時延的互聯網基礎設施。4G無線通信技術已經無法滿足元宇宙所需的帶寬、延遲、可靠性，而5G和下一代無線通信技術可有效支持數據密集型的元宇宙應用。
5G：國際電信聯盟（ITU）的數據表明，5G技術峰值下載速率可到140Gbps，峰值上傳速率可到65Gbps。據3GPP數據顯示，支持AR/VR應用的5G系統端到端延時要求控制在 5-10ms，且數據上傳、下載速率不小于10Gbps，網絡傳輸可靠性要達到99.9%
6G：6G是5G之后的下一代無線通信技術，目前6G仍在研發的早期階段。美國、中國、印度、日本、韓國和歐洲國家已經啟動了6G研究計劃。6G的預期下載速率可達到1Tbps（1000Gbps），比5G快10-100倍，時延為10-100微秒，網絡延可靠性可達到99.999%
2.3 區塊鏈
區塊鏈和基于區塊鏈的數字資產，如NFT，可用于元宇宙中的貿易和交易。區塊鏈是一種分布式賬本技術，依賴分布式網絡驗證系統來預防錯誤。元宇宙支持者認為元宇宙的成功依賴于成功的虛擬經濟，其中包含虛擬產品、商品、服務的生產、交易和投資。這些活動都需要金融基礎設施來支持貿易和交易。
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基于區塊鏈的數字貨幣可以作為元宇宙中的支付方式。此外，區塊鏈還可以幫助元宇宙在沒有中心化監管主體的情況下實現快速、安全、可信、透明的在線交易。此外，去中心化元宇宙支持者認為區塊鏈可以在元宇宙中作為構造去中心化、分布式應用、服務、平臺和社區的技術基礎。
NFT是區塊鏈上記錄的包含相關元數據的唯一的數字ID。在與特定資產關聯后，NFT可以用于驗證資產的真實性、所有權、使用權和復制權。NFT和其表示的資產還可以在線交易，支持元宇宙中虛擬商品的交易。
3.企業布局
美國元宇宙企業布局
美國科技巨頭積極布局元宇宙，進行元宇宙投資、技術開發和收購，旨在獲得技術優勢。
Second life公司：是一家成立于2003年的3D虛擬世界公司。創建了在線多人游戲、角色游戲、多媒體、3D平臺，可用來在虛擬空間中進行游戲、交友、參加社交活動，并創建虛擬商品和服務，參加在線課程和會議，就像在虛擬世界中有另一個生命一樣
Facebook：2021年10月，Facebook更名Meta，同時還公布了打造“元宇宙”的計劃，表明Facebook對元宇宙的雄心。除了社交媒體APP外，Meta還聚焦AR/VR相關硬件、軟件、內容以開發沉浸式社交技術和計算平臺。此前，Facebook早在2014年就斥資20億美元收購了一家AR/VR技術公司——Oculus VR。Meta目前正在開發名為“Horizon Worlds”VR服務，用戶可以在該平臺上創建虛擬家庭和辦公空間，并與其他用戶進行交互
微軟：微軟將沉浸式、交互式虛擬游戲空間作為其元宇宙平臺開發的關鍵部分。微軟正在開發協作和通信平臺——Mesh，用戶通過該平臺上可以穿戴MR googles來使用3D形象來進行線上會議
Alphabet（谷歌）：Alphabet投資了AR技術，并計劃將其融入谷歌的基于互聯網的導航、在線協作、視頻內容服務中。谷歌的元宇宙融合了其搜索引擎、人工智能、AR
其他開發元宇宙相關的硬件、軟件、服務、平臺的公司還包括蘋果公司、Roblox、Epic Games等游戲公司
4.風險與挑戰
風險、挑戰與機遇
4.1 風險與挑戰
專家表示了對于元宇宙沉浸性、持續性，及其實時環境的關注，元宇宙中大規模虛擬平臺可能重現現有在線平臺、服務和應用的已有問題，比如內容審核、隱私、競爭和數字鴻溝。國會議員已經表示了對當前在線平臺中這些問題的關注，并可能在元宇宙特定環境下解決這些問題。
也有專家認為支持元宇宙的技術基礎設施目前還不存在，元宇宙相關的政策制定也具有挑戰，因為其發展趨勢目前還不確定。比如，元宇宙在未來的存在形式究竟是一個可互操作的全球性的元宇宙還是多個專有的元宇宙平臺現在也難以確定。
4.2 機遇
元宇宙融合了在線游戲、社交媒體、用戶生成內容，因此研究人員認為元宇宙對于在線游戲和社交媒體公司來說具有很大的機遇，比如可通過在線娛樂、軟件和服務、AR/VR/MR設備和其他XR硬件、數字廣告和其他活動等途徑增加營收。
美國第117屆國會制定了一系列促進元宇宙技術發展的政策，比如：
《21世紀就業法案》（21st Century Jobs Act）提出建立獨立的聯邦技術研究所（Federal Institute of Technology），并提供聯邦資助以支持區塊鏈、通信、VR、AR等特定技術領域的研究。
《美國創新和競爭法案2021》（United States Innovation and Competition Act of 2021）提出將先進通信技術與沉浸式科技作為關鍵技術領域，用來加強美國在全球經濟的競爭優勢和領導地位。該法案還要求對相關關鍵技術的研發、教育和培訓、轉移和商業化提供聯邦資助。
2022年4月，拜登政府聯合61個國家和地區發布《未來互聯網宣言》（Declaration for the Future of the Internet），目標打造開放、免費、全球、可互操作、可靠且安全的互聯網。宣言強調互聯網是單個、去中心化的網絡，不應該分割、促進全球通信和貿易，促進競爭、隱私、尊重人權，支持創新、信任和自由。未來或將開發一個類似的政策框架指導元宇宙的開發。
5.評述
元宇宙被視為互聯網科技行業的新風口。當前，各國政府、互聯網巨頭紛紛布局元宇宙。從當前發展來看，元宇宙具有沉浸式三維（3D）用戶體驗、實時持續網絡訪問、可與網絡平臺互操作等特點。支撐元宇宙的關鍵技術包括擴展現實（XR）、先進無線通信技術和區塊鏈。XR可為用戶與元宇宙的交互提供新的方式，5G和下一代無線通信技術可為元宇宙提供所需的高帶寬、低時延的互聯網基礎設施。區塊鏈和基于區塊鏈的數字資產可用于元宇宙中的貿易和交易。
美國科技巨頭積極布局元宇宙，進行元宇宙投資、技術開發和收購，旨在獲得技術優勢。同時，美國政府也發布了支持元宇宙關鍵技術發展的政策文件。但元宇宙未來的發展仍然具有不確定性，此外元宇宙平臺還有可能重現現有在線平臺、服務和應用的問題，如內容審核、隱私、競爭和數字鴻溝。相信隨著底層技術的發展，元宇宙的發展方向和路線會進一步明晰。