关于元宇宙最系统深入的好文：全球视野下的元宇宙全景与展望

袁昱博士，IEEE候任董事兼IEEE标准协会候任主席，是消费技术、交通出行、智能物联、数字化转型等领域富有远见的科学家、发明人和创业者。在IEEE 2021年度选举中，袁博士成功当选IEEE董事（IEEE历史上第一位中国籍董事）和IEEE标准协会主席（IEEE标准协会历史上第一位来自美国以外的主席）。袁博士目前还兼任IEEE董事会战略与协调委员会委员、IEEE技术理事会标准指导委员会委员、IEEE消费技术协会董事、IEEE虚拟现实与增强现实标准委员会主席、IEEE消费技术协会电子游戏与竞技标准委员会主席、IEEE消费技术协会新兴技术标准委员会主席、IEEE光电标准委员会副主席、IEEE消费技术协会区块链标准委员会秘书长、IEEE虚拟现实与增强现实顾问委员会主席、美国国家科学院TRB常设委员会委员、欧盟ARETE顾问委员会委员、中国通信学会区块链委员会副主任委员。

导读：2021年，堪称元宇宙爆发之年，企业家、创业者、投资人、技术达人、专家学者都把目光聚焦于此。关于元宇宙，在搜索引擎上的搜索结果已经超过1亿。到底什么是元宇宙？元宇宙的技术与场景应用到了哪一阶段？元宇宙的发展面临怎样的挑战？未来的元宇宙，会是怎样一幅图景？全球最大的专业技术组织IEEE（电气和电子工程师学会）的候任董事兼IEEE标准协会候任主席袁昱博士，为我们带来了全球视野下的元宇宙全景观察与展望。

【精华速览】

1. 元宇宙发展历史中的四大关键事件

2. 元宇宙的三种体验形态

3. 元宇宙的九大特征（1+7+1）

4. 元宇宙的两类半核心技术

5. 通往元宇宙的两大技术挑战与未来展望

【正文】

感谢各位，我比较有自信和大家分享关于元宇宙的观点，因为在元宇宙相关领域，我一直担任着一些职务，比如：IEEE虚拟现实与增强现实顾问委员会主席，IEEE虚拟现实与增强现实标准委员会主席，IEEE消费技术协会电子游戏与竞技标准委员会主席，IEEE光电标准委员会副主席，和IEEE消费技术协会区块链标准委员会秘书长。大家平时听到元宇宙基本上无外乎XR、光学、区块链等等技术，这些一直是我多年来从事的领域。

在这里我要按照规定作一个Disclaimer（免责声明），今天表达的很多观点是我个人的观点，并不一定和IEEE或者IEEE标准协会的官方立场完全相同。

一. 元宇宙发展历史中的四大关键事件：

我们讲元宇宙，需要先下定义，这个词有来源，不能随便给它定义。

下面从词源角度，来回顾四个重要事件。

1、《雪崩》出版

第一个事件是1992年出版的科幻小说《雪崩》，在这本书里面第一次用到Metaverse这个词，来描述这个小说中的虚拟世界。

2、“第二人生”上线：

接下来的事件是2003年虚拟世界Second Life（第二人生）上线，Second Life被公认是元宇宙的先驱。

3、Roblox上市：

再接下来的事件是Roblox上市。去年3月份Roblox完成IPO，在它的招股书里面明确写到：这是一家元宇宙公司，这是去年“元宇宙”这个词突然大热的关键导火索。比较有趣的是，Roblox这家公司有很长历史，其最早的同名游戏2005年就已经问世。值得一提的是，Roblox招股书里为元宇宙总结了八大特征，被广为引用。大家要注意，国内很多关于元宇宙的报告引用这八大特征的时候，有的比较顾名思义，只看到了关键字，没有去看Roblox后面具体写的是什么。

举例来说，Roblox八大特征里面有一条写的是low friction，直译过来叫低磨擦，国内有很多的报告直接翻译过来是“低延迟”。这就有些想当然了，因为Roblox的本意是指易用性，容易使用。

我分享一个心得，看国内关于元宇宙的报告，首先翻到有引用Roblox的八大特征，如果看把low friction解释成“低延迟”，基本上，别的部分就不用看了。

4、Facebook改名为Meta：

第四个重要事件是Facebook改名Meta。Facebook历史非常悠久，2004年1月份就已经成立，2012年IPO，去年10月份正式改名为Meta。Facebook旗下拥有Meta Quest系列VR头显，它也推出了一系列元宇宙社交和协同工作应用。

总结一下，元宇宙这个词从1992年被发明出来，到现在重新大火，有上述四个大的关键节点。

二、元宇宙的定义：

基于以上这样的一个历程，我给元宇宙下了一个定义：

Metaverse may refer to a kind of experiences in which the outside world is perceived by the users (human or non-human) as being a universe that is actually built upon digital technologies as a different universe ("Virtual Reality"), a digital extension of our current universe ("Augmented Reality" or "Mixed Reality"), or a digital counterpart of our current universe ("Digital Twin"). Named after the universe, a metaverse shall be persistent, and should be massive, comprehensive, immersive, and self-consistent. Described with "meta", a metaverse should be ultra-realistic, accessible, pervasive, and may be decentralized. In a narrow sense, metaverse may be simply defined as Persistent Virtual Reality (PVR). In a broad sense, metaverse is the advanced stage and long-term vision of Digital Transformation.

注：定义的原文为英文，中文参考译文如下：

元宇宙是关于外界被用户（人类或非人类）感知为实际建立在数字技术之上的宇宙的一种体验。这个宇宙或者是——与我们当下的宇宙不同的宇宙（“虚拟现实”）；或者是当下的宇宙的数字扩展（“增强现实”或“混合现实”）；或者是我们当下宇宙的数字对应物（“数字孪生”）。元宇宙既然以宇宙命名，就必须是持久的，而且应该是巨大的、全面的、沉浸的、自洽的。元宇宙既然用“meta”来形容，就应该是逼真的、易用的、泛在的，并且可以是去中心化的。狭义上，元宇宙可以简单地定义为：持久存在的虚拟现实（PVR）。广义上，元宇宙是数字化转型的高级阶段和长期愿景。

我个人的这个定义，经历了很长时间的迭代。元宇宙这个词火起来以后，目前这个定义已经到了第4个版本。我认为这个定义写得还是比较完整，下面给大家分析一下。

三、 元宇宙的三种体验形态

首先是这个定义的第一段，元宇宙是一种体验。

如果仅仅说元宇宙是一个3D空间或者时间，是比较片面的。“宇宙”这个词，本身是一个时空概念，把元宇宙定义为体验，包含时间和空间，是比较恰当的。这样的体验当中，外界是被用户感知为一个宇宙，用户可以是人类用户，也可以是非人类用户，这样我们把人工智能也包含在里面了。

大哲学家乔治●伯克利几百年前就说过，“存在即是被感知”。无论是当下的宇宙还是元宇宙，我们可以统一理解为是体验。

元宇宙实际上是建立在数字技术之上的一种体验，有三种形态：

第一种形态，是与当前宇宙不同的宇宙，就是虚拟现实。

第二种形态，是当前宇宙的数字扩展，就是增强现实或者混合现实。

第三种形态，是当前宇宙的数字对应物或者叫数字副本，就是数字孪生。

右边这张图，源自2018年我和Steve Mann、Tom Furness这两位大咖合写的一篇论文，Steve Mann被公认为是可穿戴和AR之父，Tom Furness被公认为是VR之父。

这张图讲的是扩展现实连续体的概念，就是把我们知道的VR、AR、MR等等各种R，都统一在一张图上，这张图的横轴和纵轴分别是它的现实程度和虚拟程度。

四. 元宇宙的九大特征（1+7+1）

接下来看看元宇宙的特征，我归纳了九大特征，包括一个“必须有”的特征，七个“应该有”的特征，和一个“可以有”的特征。

1）Persistent（持久），元宇宙必须有的也是最重要的特征

我们从词源、从技术的角度说，既然叫做宇宙，首先必须是持久存在的。去年元宇宙这个词火起来以后，我作为从事虚拟现实多年的老兵就在想，元宇宙这个词到底有什么亮点，触碰到了哪些业界“痒点”？客观上看，很多讲元宇宙的文章里把“元宇宙”全文替换为“虚拟现实”也没问题，一点不违和，为什么元宇宙让大家这么兴奋？

我后来发现了元宇宙和虚拟现实的区别。很多虚拟现实的应用，用户每次登录进去以后，这个虚拟世界是重置的、是重新生成的；但元宇宙从它的历史渊源来看，以Second Life为例，这个世界是持久存在的，这样，里面用户的造物留存下来才有意义和价值。

做标准的人都知道，一般用shall表示必须有的特征、should表示应该或推荐有的特征，may表示可以有的特征，所以唯一一个shall我给了persistent，就是持久。

2）元宇宙应有的7个特征

然后是应该具有的特征。

Massive（巨大）：如果说元宇宙就是一个虚拟房间，把它叫做元宇宙也有点说不过去，所以元宇宙应该是相对大的虚拟环境。

Comprehensive（全面）：元宇宙要足够的复杂，既然我们叫宇宙，就应该从感知交互的角度给用户各种输入，不仅仅是视觉、听觉，还要包括其它各种感觉。同时虚拟世界或者虚拟宇宙本身也要有足够多的细节、足够丰富的内容。

Immersive（沉浸）：沉浸大家很容易理解，但我们没有把它放在shall里。像Second Life，它不是用VR访问的，但也是元宇宙典型的案例。

Self-consistent（自洽）：自洽指的是宇宙本身有一定运行规律，比如说我们现在所处的宇宙，至少当下科学界的共识是希望找到大一统理论。整个宇宙在没有宇宙之外的作用下，单纯靠内部的物理规律（大一统理论），就可以持续地运转下去。同样我们讲一个虚拟的宇宙，为了能够以假乱真也应该遵循自身规律来运行，虽然这个规律不一定和我们当下的宇宙相同。举个例子，我们把一个物理学家灌醉了以后扔进一个虚拟宇宙，他可能都发现不了这个宇宙是虚拟的。自洽是一条重要但很难做到的特征。

Ultra-realistic（逼真）：我们用了Meta这个词，大家可以翻一下这个词根，包括“超越”，“元”，“形而上”等诸多解释。用Meta这个词来形容虚拟宇宙，那就不能太粗糙，应该是非常逼真的。这个逼真既体现在渲染各种细节上，也体现在给用户的各种输入上，包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等等各种感官的输入，还包括虚拟世界的逼真程度。

Accessible（易用）：我们讲到超逼真的系统，还希望它本身不是那么难用。要说这个东西只是在实验室里，以缸中之脑的方式才能用，是没有意义的。这就类似于前面举例子的low friction，从用户的角度容易用，这样用户量才会大，才会成长为一个海量多用户同时在线的系统。

Pervasive（泛在）：元宇宙能够随时随地访问，这样整个生态、元宇宙经济才有可能足够活跃，就像今天用的移动互联网一样。

3）Decentralized（去中心化），元宇宙的或有特征

这一条可能比较有争议，因为很多人基本上把去中心化或者所谓的Web3等同于元宇宙。

我的观点是：我认同去中心化的理念以及这样的技术，在某些情况下，有助于元宇宙生态发展，但并不是必须的。比如回顾前面元宇宙历史中的几大重要事件，不管是Second Life还是其它公司，都没有用过去中心化。包括像Meta，尽管它之前发过币、在Instagram里面加NFT等等，但是至少现在它和元宇宙直接相关的业务，和去中心化目前没有任何关系。

以上就是我们总结的元宇宙的1+7+1，一共9大特征。

五. 元宇宙的两类半核心技术

狭义上讲，元宇宙可以被定义“为持久存在的虚拟现实”，这里我附了一张图来解释元宇宙的核心技术。

有很多我们经常提到的算力、通信、存储、数据、智能等，这些实际上属于普惠或者叫普适性的支撑技术。一旦这些技术发展起来、取得更进一步突破，很多应用或上层技术都会受益。所以我们并不把它们作为元宇宙本身的核心技术。

元宇宙本身的核心技术，归类为两类半。

一类是感知与交互技术：感知与交互技术在图中最底下我用的词是“脑机接口”。现在用的VR、AR的设备，在某种程度上可以理解为广义的脑机接口，因为它其实也是大脑或者意识跟机器之间的感知与交互，只不过它走的不是脑电，而是通过五官进行。

第二类是持久计算技术：我们要创造的元宇宙虚拟世界，一方面需要持久存在，另一方面需要不断地进化和优化。所以这个地方，我创造了一个词叫做“持久计算”，用来概括可以支撑持久存在的虚拟世界的技术，包括相关的计算基础设施、引擎与建模技术等。

还有半类核心技术是虚拟资产：虚拟资产和数字资产还不太一样，数字资产更广义，比如说一个专利授权，或者是一套数据包，也可以叫数字资产。虚拟资产应该说是数字资产的子集，它指虚拟世界当中的物品、内容等等，我把它归类为半类，而且画的是一条虚线。我认为从虚拟资产的交易而言，它是对元宇宙有益的补充和助力，但是并不一定非有不可。

举个例子，链游（区块链上的游戏）。现在游戏业拥有全球数十亿计的玩家，如果都来玩链游，这个前景多么可观，但这个不存在。日常玩游戏的用户和玩链游的不是一个群体，大多数玩游戏的用户是play for fun，为了追求娱乐，而不是为了赚钱。链游本身从商业逻辑上来讲，目前是一个非常小众的需求。我认为它确实对元宇宙有补充或助力，但是我只把它归类为半类，而且用了一条虚线。

说到虚拟资产，虚拟资产是不是一定要靠区块链来支撑，这也值得打一个问号，所以我也用了一条虚线。比如说我们知道Second Life是最早可以买卖虚拟资产的虚拟世界，包括买卖虚拟房地产，还可以换成真金白银，换成现实世界里的钱。有人在Second Life里盈利达到数百万美元之多，但是Second Life至今也不是运营在区块链之上的，所以虚拟资产是不是一定靠区块链支撑，我们也是用一条虚线。

最后，如果用一句话概括广义的元宇宙，实际上是数字化转型的高级阶段和长期愿景。

现在我们看各国的政策、科技圈比较热的词，大家都有一个感受，数字化转型和碳中和是两个重要的发展方向，这两大发展方向彼此之间还有相关之处。所以我们讲元宇宙是各行各业分别进行数字化转型之后，最后到达的一个融合阶段，所以我们从广义上把元宇宙定义为数字化转型的高级阶段和长期愿景。

六. 通往元宇宙的两大技术挑战与未来展望

接下来我们对元宇宙未来的发展作一个展望。

首先通往元宇宙的路上，我们实际上面临一些重大挑战，目前还远远没有找到解法。

这张图讲的是一个我比较喜欢举的例子：你和朋友一起喝啤酒。现在有不少的VR从业者，觉得我们现在有VR设备，还有VR头盔上面的嗅觉设备，可以模拟喝啤酒的嗅觉，包括未来的味觉。但是我们仍然模拟不出来你喝了啤酒之后酒精作用于身体产生的多巴胺。没有虚拟多巴胺，喝啤酒的体验始终没有那么真实，所以这是一个重大挑战。

重大挑战的原因是什么？

之所以目前在虚拟视觉和听觉方面做得相对较好，最根本的原因是我们能够找到它的外界输入构成的基本元素，比如说光的三原色，声音由不同的频率叠加构成，但触觉、嗅觉和味觉，我们还没有找到公认的构成这些感觉的基本元素。就算找到了这些基本元素，如果我们始终在图中绿色的竖线，也就是在人的感官之外产生输入信号的话，我们也始终找不到解决虚拟多巴胺的方法。还有更多的外界输入和意识互相发生反应的一些效应，是在感官之外无论如何实现不了的，所以我们应该把工作的界面移到图中红色的虚线。红色的虚线是介于你的大脑和感官之间，直接信号输入大脑，换一个词比较能理解，就是直接输入你的意识。我们工作界面下一步的突破，是来自于脑机接口，直接与你的意识之间交互。

再举另外一个例子，也和水有关，就是游泳。做虚拟世界里的水相对来讲比较难，不能说站在水边看，好像是波光粼粼渲染得很逼真就够了。在一个完美的虚拟世界，你可以跳进去游泳，根据身体的动作打起水花来，水花和水波可以作用于身体，让身体感觉到这个作用。如果是多用户，手掀起的水花可以打在另一个人身上。换句话说水这个东西，它应该以粒子的形式、以流体力学的形式去模拟，才能够实现虚拟的游泳，乃至营造多人戏水的感觉。

在这方面，像Second Life、Minecraft等一些先驱应用为我们指出了发展方向。Second Life的一个重大特点是，里面的很多物体是由基本构件组成的，用户可以在里面用这些基本构件，搭建更复杂的物体。Minecraft更是如此，其主要玩法就是以基本的构件搭建物体。虚拟世界的发展方向，应该是自洽地由一系列越来越小、越来越精细的构件组成，这样的虚拟世界才有灵活性，才会更逼真，不会被用户察觉出来它是假的。

现在很多虚拟世界里的桌子，建模的时候就是一个整体，不会被打碎；一堵墙，在一些虚拟世界里用坦克轰它，也不会打碎。随着技术的进展，虚拟世界应该做到更好。

关于元宇宙的发展方向，我作两个预测。

一个是虚拟的感知与交互方面。目前就虚拟的感知与交互而言，我们的脑机接口还是只读的，只读可以实现简单操作，比如戴上脑机接口设备后，仅仅靠思考就可以控制一个玩具车，或者可以打字。我们预测到2025年或者更早的时间，我们仅仅靠思考就可以更加灵活地控制你在虚拟世界的化身，仅仅靠对脑机接口的只读，就能够实现所有的交互。

最难的是脑机接口的写入，纯粹从技术实现的角度来讲，我希望到2035年或者更早的时候，我们能够通过对脑机接口的写入，来模拟外界的一切信号。换句话说，那时候就能实现缸中之脑了。只有这样，才可以真正地让我们在虚拟世界中和朋友聚会，在一起喝啤酒的感受和现实世界当中是没有区别的。当然这存在很多伦理问题，为了避免负面效应，需要我们有伦理、立法等等方面的先行工作。

    第二个发展方向，就是虚拟世界。虚拟世界或者叫虚拟宇宙的要点是，它应当是自洽的，它应该由基本的构件构成，这样才能够具有灵活性。一方面用户可以在里面创造新的物品，另一方面这样的世界能更逼真，更不容易被看出来这是一个假的世界。目前构成虚拟世界的基本构件可以做到砖块级别，通过算力、引擎、建模等方面的进展，预计到2024年可以做到虚拟的沙尘级别，希望到2027年能够做到虚拟的基本粒子级别。

这两个方向大家看起来可能比较科幻，但是我们讲一句话，预测未来最好的方式就是创造未来，作为虚拟现实这个行业的老兵或者说是坚定信仰者，我个人相信这样的未来会实现。

除了技术之外，我们也把现在做的几件事情和大家汇报一下，我起了一个题目“Paving the road to the Metaverse”就是为通向元宇宙铺路。

IEEE有几个我直接或者间接领导的与元宇宙相关的委员会和工作组。我们有IEEE虚拟现实与增强现实标准委员会，在标准委员会下有两个标准工作组，一个是VR/AR的标准工作组，我们之前有过12个标准立项，随着元宇宙的发展趋势我们正在把这些项目进行重新的整合和更新。还有一个叫做移动设备上的AR的标准工作组，这个工作组由国内的商汤牵头，目前是比较活跃的工作组。在标准制定之外，上图左侧我用了一个词“不仅是标准制定”，为此设立了IEEE虚拟现实与增强现实顾问委员会。一方面是配合标准委员会的工作，另一方面也是组织跟VR、AR或者是元宇宙相关的会议、交流、培训、竞赛等等。上图右侧我用的词是“不仅是技术方面”，为此我们打造了一个关于扩展现实的伦理的全球计划。这个工作出了一系列白皮书，关于扩展现实的伦理，大家可以到网上搜，免费下载。

以上是和我直接相关的工作，当然IEEE与元宇宙相关的标准工作不仅仅是这些。比如我们如果把范围扩大到支撑技术，像WiFi（802.11），也是IEEE的标准，而且也一直在快速进展当中。

还跟大家汇报一下，我和盛景一起联合创立的公司叫元创盛景（英文名叫VerseMaker），我们现在正在出一个元宇宙全景与展望系列，这个系列是一个定期更新的报告，今年大概分为三部分，第一部分这个月晚些时候会发布，叫做“全球大咖谈元宇宙”，11位全球大咖谈元宇宙。预计8月份我们会出下一期，关于元宇宙全景与展望的技术、专利和标准篇，我们会盘点相关的技术、专利和标准，以及相关的展望。再过三个月，11月份我们会出一期元宇宙市场与投资的全景与展望。

我们现在还在筹备一个大会，是IEEE的元宇宙大会（IEEE Metaverse    Congress），一方面邀请元宇宙的全球大咖，另外一方面也希望大会本身是以元宇宙的形式呈现。这个大会目前在计划当中，按照规划它会是一个系列活动。我们已经在讲元宇宙，就没有必要搞线下活动了，不但是线上的，而且还应该是元宇宙风格的。目前计划从6月29号开始，可能每个月有1—2场，后续也希望大家持续关注。

还有一件正在做的事情叫做开放元宇宙联盟（Open Metaverse Initiative）。这个开放元宇宙联盟计划由两部分组成，一部分叫做开放元宇宙联合会，它会由IEEE的ISTO的机制来孵化，是一个非营利的501(c)(6)类别的产业组织，我们希望这个组织是以机构或者是以实体作为会员参加的。另外虽然我们界定去中心化并非是元宇宙的必须，为了呼应去中心化这个浪潮，我们还会成立一个开放元宇宙的社区，是以个人为成员的组织，是去中心化的组织。

总的来说，我们认为元宇宙不是某一个巨头公司的事情，人类并不会只有一个元宇宙。元宇宙的建设，我们希望是一个完全开放的理念，希望大家来共同设计、共同建设、共同运营、共同使用和共同获利。

这五个共同，是我们为这个开放元宇宙联盟提出的宗旨，我们在日本已经有了一个相当于分会的组织，在美国、欧洲，相应的建设工作也在筹备过程当中，希望大家持续关注。

【圆石共创汇和盛景信息】

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