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

    支撐元宇宙的技術架構

    元宇宙不是單一的數字技術，而是多種數字技術的融合應用形成的面向未來的智能化數字空間。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境，包括固定通信、移動通信、物聯網、區塊鏈等基礎支撐技術，以及云計算、大數據、城市信息模型（CIM）和地理信息系統（GIS）等計算與建模技術。固定和移動通信、物聯網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；區塊鏈技術保證元宇宙數據中的可追溯性和保密性，支撐元宇宙經濟體系運轉；云邊計算與大數據相結合，存儲元宇宙龐大的運行數據，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（GIS）負責人、物所處環境的精細數字模型的生成和管理。

    應用層技術是以各領域應用為牽引，實現元宇宙內容生產和應用的技術或技術集合，代表性技術包括數字孿生、人工智能等。數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，支撐元宇宙內容生產，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容生產過程、交互等價值創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展提供廣闊的發展空間。

    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”，包括虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（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，虛擬現實、增強現實、混合現實、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境。

    元宇宙對通信技術的帶寬、時延、可靠性、同時連接數等性能指標提出了更高要求。在移動網絡方面，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、更多同時連接數的方向發展。目前，5G毫米波的網絡速度可達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；在固定網絡方面，元宇宙對網絡吞吐量和連接品質提出了更高要求，F5G全光網絡具有傳輸帶寬大、抗干擾性強等優勢，可與5G、6G移動網絡協同實現室內外全千兆無縫覆蓋。

    元宇宙要求萬物互聯和虛實共生，物聯網技術可實現萬物的連接和有序管理，支持感知物體的運行狀態和物體的遠端操控，是實現萬物互聯和虛實共生的支撐技術。物聯網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據，實時同步物理世界和元宇宙中物體的狀態。同時，通過物體上安裝的可操控執行器件，可對物體的遠程實時控制。

    區塊鏈提供了元宇宙中的組織模式、治理模式、經濟模式所必需的技術架構。在元宇宙中，數字資產的交易管理是一項重要的經濟活動，區塊鏈技術具有可溯源、不可篡改、透明的特點，可以保證數字資產的安全性和可信度，滿足數字資產的確權、交易和管理需要。同時，區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、經濟模式提供更多創新可能。

    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、對網絡環境的依賴性等方面的不足，降低了網絡資源開銷，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勢支撐元宇宙運行。

    數據是元宇宙的基礎構成，元宇宙中海量數據的生成、流動、分析、管理、存儲都需要依賴大數據技術。在應用深度方面，隨著城市對治理精度的要求不斷提升，通過大數據分析原因、預測、輔助決策將逐漸普及。在數據治理方面，需要完善大數據治理體系，促進與規范數據流通與價值開發，加強數據安全和隱私保護；在數據技術方面，隨著萬物智聯的推進，城市的數據量將在元宇宙時代幾何級增長，數據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（GIS）和物聯網等技術，整合城市地上地下、室內室外等多維多尺度城市組件模型數據和城市感知數據，構建城市信息綜合體，以豐富數據支持城市規劃、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容生產。

    數字孿生技術通過物理世界事物的屬性和運行規律虛擬化，映射生成元宇宙中的數字模型并及時更新，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，孿生數據量大幅增加，連接方式多元協同，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容的生產效率和質量，營造優質的信息生態。同時，有助于加強實時反饋內容的準確性，提升用戶體驗。元宇宙時代，人工智能將繼續向多模態、多任務、通用和專用大模型方向發展，不斷增強模型性能，貫穿元宇宙生態鏈的各個場景，提升內容生產、分發、應用全過程效率，提高元宇宙的沉浸感、智能度和內容多樣性。

    3、交互層技術提供元宇宙接入渠道。

    虛擬現實、增強現實和混合現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”（如從二維畫面轉變成三維環繞式畫面）的高質量沉浸式交互體驗。隨著元宇宙的發展，虛擬現實、增強現實和混合現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、系統反應的即時性等方面快速優化，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境的意念控制和繞過視覺、聽覺等感官的直接反饋，相比現有交互技術，具有虛實融合度高和用戶使用門檻低的優勢，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。

    主要發展方向

    展望未來，創新、個性化和安全將成為元宇宙技術架構的主要發展方向。

    一是技術創新引領元宇宙產業發展。當前，人工智能領域大模型、云邊計算領域高性能計算芯片、虛擬現實領域強沉浸感虛擬現實顯示器等為代表的新一輪技術進步正推動元宇宙產業迎來新一輪的爆發增長期。這些技術的創新發展將持續推動元宇宙產業變革，創新應用場景和商業模式。

    二是個性化行業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字人等個性化數字產品的生成，新技術推動下的新興服務將為元宇宙產業發展提供源源不斷的動力。

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