元宇宙是人工智能、虛擬現(xiàn)實、云邊計算等數(shù)字技術的融合應用生態(tài)。隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實、云邊計算等數(shù)字技術的迭代創(chuàng)新，元宇宙技術體系正加速走向成熟并向創(chuàng)新與個性化方向演進，推動新服務、新業(yè)態(tài)發(fā)展，滿足眾多行業(yè)及個人用戶的定制化需求。那么，隨著元宇宙應用的蓬勃發(fā)展，未來元宇宙技術應如何發(fā)展？主要發(fā)展方向是什么？

支撐元宇宙的技術架構

元宇宙不是單一的數(shù)字技術，而是多種數(shù)字技術的融合應用形成的面向未來的智能化數(shù)字空間。元宇宙的技術架構可大致分為支撐層、應用層、交互層三部分（如圖表所示）。

支撐層技術構建了元宇宙的運行環(huán)境，包括固定通信、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等基礎支撐技術，以及云計算、大數(shù)據(jù)、城市信息模型（CIM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等計算與建模技術。固定和移動通信、物聯(lián)網(wǎng)技術為元宇宙中的人、物間自由交互提供信息采集、傳輸、控制等功能支持；區(qū)塊鏈技術保證元宇宙數(shù)據(jù)中的可追溯性和保密性，支撐元宇宙經(jīng)濟體系運轉(zhuǎn)；云邊計算與大數(shù)據(jù)相結合，存儲元宇宙龐大的運行數(shù)據(jù)，提供處理模型間交互所需的計算服務；城市信息模型（CIM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）負責人、物所處環(huán)境的精細數(shù)字模型的生成和管理。

應用層技術是以各領域應用為牽引，實現(xiàn)元宇宙內(nèi)容生產(chǎn)和應用的技術或技術集合，代表性技術包括數(shù)字孿生、人工智能等。數(shù)字孿生是虛實交互的使能技術，可將物理世界中的實體同步到元宇宙中，支撐元宇宙內(nèi)容生產(chǎn)，同時用戶可在元宇宙中感知和操控真實世界中的物理實體，提高交互真實感。人工智能則可將元宇宙中建模等內(nèi)容生產(chǎn)過程、交互等價值創(chuàng)造過程部分或全部自動化、智能化。隨著元宇宙應用需求不斷拓展和深入挖掘，應用層技術將成為技術架構中變化較快、種類豐富的技術類別。我國巨大的市場需求和豐富的應用場景將為未來元宇宙應用層技術發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間。

交互層技術是通過各類（交互式或非交互式）信息輸入輸出設備，以仿真、高效的方式實現(xiàn)物理世界與元宇宙虛擬世界信息交換的技術，是物理世界和虛擬世界的“接口”，包括虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）、混合現(xiàn)實（MR）、腦機接口等。交互層技術作為用戶與元宇宙互動的接口，需要為用戶提供多元的連接方式、擬真的使用體驗與高效的互動方式，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、全息顯示等為用戶提供多種參與元宇宙的方式，通過為用戶提供沉浸式體驗，打破物理世界和現(xiàn)實世界間的“壁壘”，幫助用戶深度參與到元宇宙交互中；腦機接口為用戶提供易學、高效的元宇宙交互方式。

元宇宙技術架構分層

1、支撐層技術構建元宇宙運行環(huán)境。

元宇宙對通信技術的帶寬、時延、可靠性、同時連接數(shù)等性能指標提出了更高要求。在移動網(wǎng)絡方面，為滿足隨時隨地接入元宇宙的需求，5G、6G技術將向更高帶寬、更低時延、更高可靠性、更多同時連接數(shù)的方向發(fā)展。目前，5G毫米波的網(wǎng)絡速度可達5GSub-6GHz的10倍以上，預計6G支持的流量密度和連接密度將達到5G的10倍；在固定網(wǎng)絡方面，元宇宙對網(wǎng)絡吞吐量和連接品質(zhì)提出了更高要求，F(xiàn)5G全光網(wǎng)絡具有傳輸帶寬大、抗干擾性強等優(yōu)勢，可與5G、6G移動網(wǎng)絡協(xié)同實現(xiàn)室內(nèi)外全千兆無縫覆蓋。

元宇宙要求萬物互聯(lián)和虛實共生，物聯(lián)網(wǎng)技術可實現(xiàn)萬物的連接和有序管理，支持感知物體的運行狀態(tài)和物體的遠端操控，是實現(xiàn)萬物互聯(lián)和虛實共生的支撐技術。物聯(lián)網(wǎng)技術通過各種傳感設備和技術，實時采集物體的電、位置、化學、生物等信息，通過智能管理的連接高速傳輸數(shù)據(jù)，實時同步物理世界和元宇宙中物體的狀態(tài)。同時，通過物體上安裝的可操控執(zhí)行器件，可對物體的遠程實時控制。

區(qū)塊鏈提供了元宇宙中的組織模式、治理模式、經(jīng)濟模式所必需的技術架構。在元宇宙中，數(shù)字資產(chǎn)的交易管理是一項重要的經(jīng)濟活動，區(qū)塊鏈技術具有可溯源、不可篡改、透明的特點，可以保證數(shù)字資產(chǎn)的安全性和可信度，滿足數(shù)字資產(chǎn)的確權、交易和管理需要。同時，區(qū)塊鏈還能提供可信的身份驗證、智能合約、去中心化自治組織等功能，為元宇宙的組織模式、治理模式、經(jīng)濟模式提供更多創(chuàng)新可能。

云（邊緣）計算是元宇宙的核心算力。云計算以其集中建設、統(tǒng)一運維、按需使用和按量付費的特性，降低了算力的建設和使用成本，為元宇宙提供高性能、低門檻和靈活取用的算力資源。邊緣計算作為云計算的有力補充，彌補了云計算在實時性、對網(wǎng)絡環(huán)境的依賴性等方面的不足，降低了網(wǎng)絡資源開銷，強化了隱私保護。通過合理分工，云邊計算以其高性能、高實時性、和在成本、隱私保護等方面的優(yōu)勢支撐元宇宙運行。

數(shù)據(jù)是元宇宙的基礎構成，元宇宙中海量數(shù)據(jù)的生成、流動、分析、管理、存儲都需要依賴大數(shù)據(jù)技術。在應用深度方面，隨著城市對治理精度的要求不斷提升，通過大數(shù)據(jù)分析原因、預測、輔助決策將逐漸普及。在數(shù)據(jù)治理方面，需要完善大數(shù)據(jù)治理體系，促進與規(guī)范數(shù)據(jù)流通與價值開發(fā)，加強數(shù)據(jù)安全和隱私保護；在數(shù)據(jù)技術方面，隨著萬物智聯(lián)的推進，城市的數(shù)據(jù)量將在元宇宙時代幾何級增長，數(shù)據(jù)技術將向提高通用性、降低應用門檻和增強分析結果的可解釋性等方向發(fā)展。

城市信息模型（CIM）在元宇宙城市場景搭建中具有重要作用，是實現(xiàn)高精度城市虛擬空間構建的關鍵技術，也是智慧城市建設管理的核心組件。CIM基于建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和物聯(lián)網(wǎng)等技術，整合城市地上地下、室內(nèi)室外等多維多尺度城市組件模型數(shù)據(jù)和城市感知數(shù)據(jù)，構建城市信息綜合體，以豐富數(shù)據(jù)支持城市規(guī)劃、應急、交通等領域的輔助決策，助力城市智慧化運行。

2、應用層技術賦能元宇宙內(nèi)容生產(chǎn)。

數(shù)字孿生技術通過物理世界事物的屬性和運行規(guī)律虛擬化，映射生成元宇宙中的數(shù)字模型并及時更新，是物理世界和元宇宙之間的紐帶。元宇宙時代，數(shù)字孿生技術將成為開拓元宇宙虛擬空間的核心技術，孿生數(shù)據(jù)量大幅增加，連接方式多元協(xié)同，虛擬模型集約高效，物理實體被盡可能仿真，服務便捷精準。

人工智能技術，包括自然語言處理、智能語音、計算機視覺等，能夠極大地提升元宇宙的智能化程度。人工智能技術可提高元宇宙內(nèi)容的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，營造優(yōu)質(zhì)的信息生態(tài)。同時，有助于加強實時反饋內(nèi)容的準確性，提升用戶體驗。元宇宙時代，人工智能將繼續(xù)向多模態(tài)、多任務、通用和專用大模型方向發(fā)展，不斷增強模型性能，貫穿元宇宙生態(tài)鏈的各個場景，提升內(nèi)容生產(chǎn)、分發(fā)、應用全過程效率，提高元宇宙的沉浸感、智能度和內(nèi)容多樣性。

3、交互層技術提供元宇宙接入渠道。

虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實技術滿足了元宇宙用戶對視覺、聽覺、觸覺、運動感知等多方面的信息交互的需求，為用戶提供了從二元（視聽）到多元、從“旁觀”到“參與”（如從二維畫面轉(zhuǎn)變成三維環(huán)繞式畫面）的高質(zhì)量沉浸式交互體驗。隨著元宇宙的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實技術作為人進入元宇宙的“接口”，將在交互真實性、使用便捷性、系統(tǒng)反應的即時性等方面快速優(yōu)化，并降低軟硬件成本，以滿足元宇宙推廣普及的需要。

腦機接口技術將為元宇宙帶來革命性的交互體驗。腦機接口設備幫助用戶完成對元宇宙環(huán)境的意念控制和繞過視覺、聽覺等感官的直接反饋，相比現(xiàn)有交互技術，具有虛實融合度高和用戶使用門檻低的優(yōu)勢，普通用戶無需學習即可使用，對殘障人群更有意義，讓視障、聽障等群體與其他用戶一樣暢游元宇宙。目前，腦機接口技術還處于研究探索階段。

主要發(fā)展方向

展望未來，創(chuàng)新、個性化和安全將成為元宇宙技術架構的主要發(fā)展方向。

一是技術創(chuàng)新引領元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當前，人工智能領域大模型、云邊計算領域高性能計算芯片、虛擬現(xiàn)實領域強沉浸感虛擬現(xiàn)實顯示器等為代表的新一輪技術進步正推動元宇宙產(chǎn)業(yè)迎來新一輪的爆發(fā)增長期。這些技術的創(chuàng)新發(fā)展將持續(xù)推動元宇宙產(chǎn)業(yè)變革，創(chuàng)新應用場景和商業(yè)模式。

二是個性化行業(yè)化需求催生新興服務。用戶對個性化、定制化服務的需求將持續(xù)增長，人工智能等領域近期的突破性進展正加速這一進程，從虛擬角色定制到數(shù)字人等個性化數(shù)字產(chǎn)品的生成，新技術推動下的新興服務將為元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供源源不斷的動力。

三是安全與隱私保護需求持續(xù)增長。隨著元宇宙技術在各個領域的廣泛應用，數(shù)據(jù)安全與隱私保護正成為關注的焦點。網(wǎng)絡安全智能化、隱私計算、區(qū)塊鏈、量子通信等技術將加速創(chuàng)新，為元宇宙各項應用提供更完備的數(shù)字身份管理、數(shù)據(jù)加密與訪問控制機制，保障元宇宙空間用戶數(shù)據(jù)安全與隱私。