王文喜，周 芳?，萬(wàn)月亮，寧煥生

1) 北京科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，北京 100083 2) 北京銳安科技有限公司，北京 100192 3) 北京市網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，北京 100192 4) 晉中學(xué)院，晉中 030606

1992 年，美國(guó)著名作家Neal Stephenson在《Snow Crash》中提到元宇宙（Metaverse）一詞，他這樣描述：“戴上耳機(jī)和目鏡，找到連接終端，就能夠以虛擬分身的方式進(jìn)入由計(jì)算機(jī)模擬、與真實(shí)世界平行的虛擬空間.”[1]其實(shí)Metaverse這個(gè)概念的思想源頭是由美國(guó)數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)專(zhuān)家Vernor Vinge教授在 1981 年出版的《True Names》中描述的通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)入并獲得真實(shí)感官體驗(yàn)的虛擬世界[2].

在元宇宙時(shí)代，人類(lèi)的生活方式會(huì)受到較大的影響.其一，傳統(tǒng)的哲學(xué)與科學(xué)會(huì)受到巨大的沖擊，需要不斷挖掘和研究新的理論與方法；其二，元宇宙的興起將推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)邁進(jìn)一個(gè)新階段，相應(yīng)地，時(shí)代的演變又進(jìn)一步為技術(shù)的發(fā)展添磚加瓦.元宇宙技術(shù)在融合已有技術(shù)的同時(shí)，也將不斷衍生出更多的新技術(shù).本文先從科學(xué)與技術(shù)的角度論述元宇宙的概念及內(nèi)涵，并總結(jié)了目前從業(yè)者、專(zhuān)家以及學(xué)者對(duì)元宇宙的見(jiàn)解；其次，從技術(shù)維度深入剖析元宇宙，即從網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)、管理技術(shù)、元宇宙虛實(shí)對(duì)象連接、建模與管理技術(shù)以及虛實(shí)空間交互與融合技術(shù)四個(gè)方面闡述元宇宙中涉及的關(guān)鍵技術(shù).最后，對(duì)未來(lái)元宇宙技術(shù)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行歸納與總結(jié).

1 元宇宙概念與內(nèi)涵

元宇宙作為一個(gè)新興的概念，受到了產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、媒體界及公眾的廣泛關(guān)注，但對(duì)于元宇宙的定義及概念還不夠統(tǒng)一和明確，不同從業(yè)者、專(zhuān)家以及機(jī)構(gòu)給出了對(duì)元宇宙的見(jiàn)解，如表1所示.

表1 從業(yè)者、專(zhuān)家以及機(jī)構(gòu)對(duì)元宇宙的不同看法與見(jiàn)解Table 1 Different opinions of practitioners and experts on the metaverse

為進(jìn)一步理解元宇宙的概念及內(nèi)涵，本文從科學(xué)和技術(shù)的角度對(duì)其進(jìn)行剖析，具體如下：

從科學(xué)角度上說(shuō)，元宇宙的誕生是多學(xué)科融合的結(jié)果.元宇宙將促進(jìn)信息科學(xué)、量子科學(xué)、數(shù)學(xué)和生命科學(xué)等學(xué)科的融合與互動(dòng)，創(chuàng)新科學(xué)范式，推動(dòng)傳統(tǒng)的哲學(xué)、社會(huì)學(xué)甚至人文科學(xué)體系的突破.元宇宙，實(shí)質(zhì)上就是廣義網(wǎng)絡(luò)空間[7]，在涵蓋物理空間、社會(huì)空間、賽博空間以及思維空間的基礎(chǔ)上，融合多種數(shù)字技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)、軟硬件設(shè)備和用戶(hù)聚合在一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之中，形成一個(gè)既映射于、又獨(dú)立于現(xiàn)實(shí)世界的虛擬世界.

從技術(shù)角度上說(shuō)，元宇宙不宜稱(chēng)為新技術(shù)，而是現(xiàn)有IT技術(shù)的綜合集成運(yùn)用，它是信息化發(fā)展的一個(gè)新階段.因此，隨著元宇宙的發(fā)展不僅會(huì)促進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的升級(jí)換代，而且也會(huì)促進(jìn)新技術(shù)的出現(xiàn).本文將從技術(shù)維度對(duì)元宇宙中涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行概述，如圖1所示.

圖1 元宇宙技術(shù)路線(xiàn)圖Fig.1 Roadmap of the metaverse technology

2 元宇宙中的網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)是元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施，可為元宇宙提供高速通信、泛在連接以及共享資源等功能，本節(jié)主要介紹5G、6G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)等在元宇宙中的作用.

2.1 高速無(wú)線(xiàn)傳輸——5G、6G

無(wú)論是遠(yuǎn)程執(zhí)行計(jì)算繁重的任務(wù)、訪問(wèn)大型數(shù)據(jù)庫(kù)、還是在用戶(hù)之間提供共享體驗(yàn)，都離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)與通信[8]，元宇宙時(shí)代所需要的沉浸式體驗(yàn)，要求網(wǎng)絡(luò)具有低延遲、大帶寬、高可靠性等特點(diǎn).5G作為新一代信息化基礎(chǔ)設(shè)施的出現(xiàn)，為元宇宙的沉浸式體驗(yàn)提供可能.為了滿(mǎn)足不同行業(yè)和市場(chǎng)的需求，國(guó)際電信聯(lián)盟（The International Telecommunication Union, ITU）將5G劃分為超可靠低延遲通信（Ultra-reliable low-latency communication,URRLC）、增強(qiáng)移動(dòng)帶寬（Enhanced mobile broadband, eMBB）和海量機(jī)器類(lèi)通信（Massive machine-type communications, mMTC）[9], URRLC和eMBB 恰好可滿(mǎn)足元宇宙對(duì)沉浸感體驗(yàn)的需求[10]，眾多學(xué)者近年來(lái)不斷為URRLC和eMBB 做研究，以提高 5G 的通信效率，減少能源消耗.例如，Kumar和Ahmad[11]提出基于 ANFIS 的 5G 新空口技術(shù)（5G New radio, 5G NR）中 URRLC和eMBB多路復(fù)用反應(yīng)策略，為URLLC 流量提供高優(yōu)先級(jí)，同時(shí)保證了 5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中其他 eMBB 流量的可靠性.Malik等[12]提出一種干擾感知無(wú)線(xiàn)資源分配方法，并與傳統(tǒng)的循環(huán)調(diào)度算法作比較，結(jié)果表明，提出的算法比傳統(tǒng)的循環(huán)調(diào)度算法在鏈路可靠性和延遲降低方面有明顯的改善.Buccheri等[13]提出混合重傳策略，以滿(mǎn)足URRLC需求并最小化消耗資源.

6G 作為5G 的必然演進(jìn)方向，6G 將打破時(shí)間、虛實(shí)的限制，為元宇宙的實(shí)現(xiàn)提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ).6G 的出現(xiàn)，更多地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的交互和未來(lái)的共存共生.中國(guó)移動(dòng)通信研究副院長(zhǎng)黃宇紅表示，未來(lái)不僅會(huì)有物理世界，也將有數(shù)字世界，一方面是物理世界的孿生世界，另一方面會(huì)演變成元宇宙和平行世界.未來(lái)，元宇宙將不僅是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬與仿真，更重要的是物理世界與虛擬世界的融合與交互發(fā)展，6G 將對(duì)其發(fā)展提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力.東南大學(xué)尤肖虎教授團(tuán)隊(duì)[14]在“6G 的最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)”一文中，提出 6G無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)有望提供更高的頻譜、能量、更高地傳輸速率、更低傳輸時(shí)延、超大連接密度、更高覆蓋率和亞毫秒級(jí)的時(shí)間同步，6G 所具有的特征將在元宇宙中大顯身手.

在 5G、6G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，利用量子通信保障通信安全方面，Chowdhury等[15]提出基于量子不可克隆性定理和測(cè)不準(zhǔn)原理，量子通信通過(guò)應(yīng)用量子密鑰提供了強(qiáng)大的安全性.

2.2 虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)接——物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）在元宇宙的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展中將發(fā)揮重要作用.虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的泛在連接，離不開(kāi)大量傳感器、智能終端等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)采集和處理數(shù)據(jù)，故物聯(lián)網(wǎng)可為用戶(hù)提供真實(shí)、持久且順暢的交互體驗(yàn)，是虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)接和橋梁.物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)典的三層架構(gòu)，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，與元宇宙的建立緊密聯(lián)系.表2 列舉了近年來(lái)部分學(xué)者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的研究成果，將來(lái)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在元宇宙中的應(yīng)用做好鋪墊，支撐元宇宙的發(fā)展.

表2 近年來(lái)典型的物聯(lián)網(wǎng)研究以支持元宇宙的發(fā)展Table 2 Typical research on the IoT for metaverse in recent years

從物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)來(lái)看，要想支撐元宇宙的發(fā)展，仍存在一些瓶頸，例如，存在于感知層的數(shù)據(jù)爆炸與有限感知資源之間的不平衡問(wèn)題，Shi等[27]提出了將人工智能與選擇性感知相結(jié)合的解決方案；傳感器/制動(dòng)器性能不佳問(wèn)題，Ning和Liu[28]提出使用納米技術(shù)用于改善傳感器/制動(dòng)器的性能（例如，更高的靈敏度和選擇性、更短的響應(yīng)時(shí)間和更長(zhǎng)的使用壽命）.因此，納米材料（如石墨烯、納米線(xiàn)等）的應(yīng)用將為元宇宙的感知與通信領(lǐng)域提供可選性.存在于網(wǎng)絡(luò)層的連接爆炸與高效通信之間的問(wèn)題[29]；存在于應(yīng)用層的應(yīng)用爆炸與精準(zhǔn)服務(wù)之間的矛盾[30]，都是現(xiàn)在正面臨的問(wèn)題.未來(lái)隨著科技的進(jìn)步，解決上述“卡脖子”問(wèn)題，將為構(gòu)建元宇宙提供進(jìn)一步的支撐.

另外，觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)也是支撐元宇宙發(fā)展的一種新的物聯(lián)網(wǎng)形式.觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)是由Fettweis[31]提出，它允許人和機(jī)器能夠在移動(dòng)中和特定空間通信范圍內(nèi)，通過(guò)觸覺(jué)實(shí)時(shí)地與周?chē)h(huán)境進(jìn)行互動(dòng).觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)有潛力使元宇宙更具有沉浸感.5G 關(guān)于低時(shí)延、高可靠性的研究客觀上是為觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)作了鋪墊，Saches等[32]描述了 5G 在觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)（Tactile internet）中發(fā)揮的基礎(chǔ)作用，并展示了 5G新空口技術(shù)（5G NR）和5G 長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（5G LTE）如何實(shí)現(xiàn)有保證的低遲延無(wú)線(xiàn)傳輸，提出了基于分布式云平臺(tái)的 5G 系統(tǒng)架構(gòu)，以滿(mǎn)足觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)可靠性和低延遲方面的苛刻通信需求.Antonakoglou等[33]關(guān)注 5G 如何結(jié)合觸覺(jué)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、雙邊遠(yuǎn)程操作控制方案和觸覺(jué)數(shù)據(jù)處理，讓觸覺(jué)應(yīng)用發(fā)揮作用.

2.3 云計(jì)算、霧計(jì)算與邊緣計(jì)算賦能元宇宙

有十余年發(fā)展史的云計(jì)算，成為元宇宙中可以大量賦能的領(lǐng)域.元宇宙所需要的身份建模、現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的交互以及多元宇宙之間的互動(dòng)，都會(huì)產(chǎn)生難以想象的海量數(shù)據(jù)，這離不開(kāi)云計(jì)算的支持.本節(jié)將從數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩個(gè)維度論述云計(jì)算的重要作用.

(1) 數(shù)據(jù)處理.

具有算力動(dòng)態(tài)分配的云計(jì)算是元宇宙最重要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施.元宇宙的構(gòu)建需要一個(gè)強(qiáng)大的算力系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，當(dāng)前的算力架構(gòu)依然無(wú)法滿(mǎn)足元宇宙對(duì)于低用戶(hù)門(mén)檻、高體驗(yàn)感的需求，云計(jì)算一定程度上能夠推動(dòng)算力發(fā)展.日前，元宇宙借助游戲技術(shù)來(lái)展現(xiàn)，大型游戲采用的客戶(hù)端與服務(wù)器結(jié)合的模式，其對(duì)客戶(hù)端設(shè)備的性能和服務(wù)器的承載能力有較高要求[34]，并且在全球范圍內(nèi)集中部署的云數(shù)據(jù)中心[35]，旨在處理來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)或基于嵌入式設(shè)備的實(shí)時(shí)視頻、圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù).例如，Zhang等[36]提出了用于嵌入式設(shè)備實(shí)時(shí)視頻處理的流式云平臺(tái)，并對(duì)該平臺(tái)的處理速度、功耗和網(wǎng)絡(luò)吞吐量等進(jìn)行評(píng)估.

(2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ).

在云上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即云存儲(chǔ)（Cloud storage）,一般不用考慮存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)設(shè)備類(lèi)型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置以及數(shù)據(jù)的可用性、可靠性和安全性等繁瑣的底層技術(shù)細(xì)節(jié)，按需付費(fèi)就可以從云服務(wù)提供商那里獲得近乎無(wú)限大的存儲(chǔ)空間和企業(yè)級(jí)的服務(wù)質(zhì)量[37].近幾年來(lái)學(xué)者們一直在云存儲(chǔ)方面的研究，如Sharma等[38]綜述了區(qū)塊鏈技術(shù)在云存儲(chǔ)安全方面的應(yīng)用；Qiu等[39]提出了基于可逆小波變換的以用戶(hù)為中心的云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保護(hù)方法；Doan等[40]提出云存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性維護(hù)的虛擬服務(wù)器解決方案.

元宇宙在構(gòu)建過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)需要云計(jì)算按需調(diào)配資源，以進(jìn)行海量數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)，但若把所有的資源都集中在云端，那對(duì)于元宇宙的沉浸感體驗(yàn)、負(fù)載均衡以及能量消耗將帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn).對(duì)此，需要在本地部署帶有計(jì)算和存儲(chǔ)功能的設(shè)備，以縮短終端用戶(hù)到計(jì)算和存儲(chǔ)資源的距離，這就需要霧計(jì)算來(lái)支撐[41].霧計(jì)算由終端用戶(hù)層、霧層及云層構(gòu)成，霧層的存在極大地降低傳統(tǒng)云計(jì)算的時(shí)延，可以自己向用戶(hù)直接提供服務(wù)，還可以利用云層強(qiáng)大的算力和存儲(chǔ)能力協(xié)同進(jìn)行服務(wù).

另外，霧計(jì)算中更加靠近邊緣終端的部分，稱(chēng)之為邊緣計(jì)算（Edge computing）.邊緣計(jì)算可將元宇宙計(jì)算所需的大型服務(wù)分解為小巧且易于管理的子任務(wù)，并將這些任務(wù)分散到邊緣節(jié)點(diǎn)去處理.邊緣計(jì)算在物理上更接近終端用戶(hù)，進(jìn)一步將遲延時(shí)間最小化，為用戶(hù)流暢、優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)提供保障[42].另外，當(dāng)元宇宙的內(nèi)容涉及多個(gè)用戶(hù)時(shí)，會(huì)大大增加網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載，Kim[43]提出了一種在邊緣網(wǎng)絡(luò)中基于云 VR 的服務(wù)配置和部署方法，這只是對(duì)其的初步探索.由于云計(jì)算、邊緣計(jì)算以及霧計(jì)算各有優(yōu)缺點(diǎn)及特性，如表3所示，故利用云邊協(xié)同策略降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延及流量負(fù)載[44-45]受到關(guān)注，為元宇宙關(guān)鍵技術(shù)的研究提供一種選擇.

表3 云計(jì)算、霧計(jì)算和邊緣計(jì)算的比較Table 3 Comparison of cloud computing, fog computing, and edge computing

2.4 元宇宙≠下一代互聯(lián)網(wǎng)

元宇宙將用戶(hù)與互聯(lián)網(wǎng)交互的界面（體驗(yàn)感）從“二維”上升到“三維”，將對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和發(fā)展起到推動(dòng)作用.值得注意的是，元宇宙是互聯(lián)網(wǎng)之上的應(yīng)用，二者不宜等同起來(lái)，更不能將元宇宙簡(jiǎn)單地看成下一代互聯(lián)網(wǎng).對(duì)行業(yè)、企業(yè)來(lái)說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)的“升維”將催生新的生產(chǎn)力，但是找到“入口”僅是第一步.還要在技術(shù)層面上，提供更多的連接與通信方式，以及基礎(chǔ)設(shè)施.硬件設(shè)施也要不斷適配升級(jí)，這也將是一個(gè)相對(duì)艱難的探索過(guò)程[46].

3 元宇宙管理技術(shù)

元宇宙管理技術(shù)保障虛擬空間（即賽博空間）與真實(shí)空間（含物理空間、社會(huì)空間及思維空間）的泛在連接與空間融合所需要的軟硬件環(huán)境，主要包括能耗管理、資源管理、會(huì)話(huà)管理、時(shí)空一致性管理等.

3.1 能耗管理

節(jié)能環(huán)保一直是信息系統(tǒng)所追求的，未來(lái)的元宇宙一大挑戰(zhàn)便是能耗.元宇宙中能耗管理的目標(biāo)和理念是實(shí)現(xiàn)最低能耗和綠色能源占比最大化，提高能源利用效率.在元宇宙中，傳感器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及通信基礎(chǔ)設(shè)施（如，5G、6G、云計(jì)算系統(tǒng)等）、虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的交互（如，VR/AR/MR、腦機(jī)接口等）等需要大量的能源消耗.許多學(xué)者提出了能源監(jiān)測(cè)的方法.例如，Somula和Sasikala[47]提出基于物聯(lián)網(wǎng)的方法監(jiān)控負(fù)載消耗并以高效的方式節(jié)約能源.Bi等[48]創(chuàng)建了 Elman遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和指數(shù)電力預(yù)測(cè)模型，幫助減少電力損耗、節(jié)約成本.能源可持續(xù)發(fā)展既是元宇宙的核心約束也是投資機(jī)遇.

元宇宙中節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)是建立綠色元宇宙.這需要我們做到兩點(diǎn)：一是不斷創(chuàng)新與發(fā)展先進(jìn)的能源基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的自動(dòng)測(cè)量、收集、存儲(chǔ)、分析等智能化處理，以提高能源的高效循環(huán)利用率為目的，研發(fā)能源循環(huán)設(shè)備，加速能源網(wǎng)絡(luò)的變革；二是優(yōu)化能源管理的算法與模型，通過(guò)對(duì)物理空間、社會(huì)空間及思維空間的資源創(chuàng)建虛擬資源以便實(shí)現(xiàn)能源重組織與優(yōu)化，提高能源利用率.未來(lái)，隨著納米及量子等技術(shù)的成熟，將研發(fā)出新型材料并應(yīng)用于高性能設(shè)備、裝備或平臺(tái)，以獲取納米級(jí)別或量子級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)，從而增強(qiáng)高性能能源使用率、降低能耗[49].

3.2 資源管理

元宇宙，本質(zhì)上就是廣義網(wǎng)絡(luò)空間[7,49]，在涵蓋物理空間、社會(huì)空間、賽博空間及思維空間的基礎(chǔ)上，共享資源.資源管理主要包括資源描述、資源尋址、資源發(fā)現(xiàn)和資源分配等，以滿(mǎn)足元宇宙的低延遲、高度沉浸等需求.目前，在資源管理的四個(gè)典型階段上已經(jīng)有了一些較為成熟的技術(shù)，如表4所示.

表4 資源管理列表Table 4 Resource management technology list

3.3 會(huì)話(huà)管理

元宇宙的會(huì)話(huà)管理，是管理異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中無(wú)處不在的資源和資源用戶(hù)之間的交互[28].在元宇宙中，會(huì)話(huà)管理主要針對(duì)具有動(dòng)態(tài)特性的長(zhǎng)時(shí)間、持久性交互，特別是針對(duì)具有多個(gè)資源用戶(hù)參與的會(huì)話(huà).會(huì)話(huà)管理需要解決切換延遲、瞬時(shí)數(shù)據(jù)包丟失、端到端通信延遲以及跨異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫會(huì)話(huà)切換等問(wèn)題，以提高用戶(hù)的沉浸感體驗(yàn).例如，針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，學(xué)者們研究在5G網(wǎng)絡(luò)上的會(huì)話(huà)管理方法，以盡可能地滿(mǎn)足未來(lái)元宇宙對(duì)實(shí)時(shí)性、低能耗等需求，如，Kim等[51]提出了一種有效的5G系統(tǒng)低延遲通信會(huì)話(huà)管理方案，并且避免了移動(dòng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)和電池消耗.Park等[52]探討了如何在5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的高性能會(huì)話(huà)管理.另外，元宇宙中的會(huì)話(huà)管理還應(yīng)預(yù)防會(huì)話(huà)過(guò)程被攻擊的情況發(fā)生.Nadar等[53]研究了一種針對(duì)破壞性身份驗(yàn)證和會(huì)話(huà)管理攻擊的防御方法.Marlinspike等[54]研究了Sesame算法，對(duì)異步消息進(jìn)行加密，提高會(huì)話(huà)過(guò)程中的安全系數(shù).

3.4 時(shí)空一致性管理

在物理空間、社會(huì)空間及思維空間中的實(shí)體與賽博空間實(shí)體映射過(guò)程中離不開(kāi)時(shí)空一致性管理.元宇宙實(shí)質(zhì)上是廣義網(wǎng)絡(luò)空間，它是一個(gè)虛實(shí)結(jié)合的世界，人在現(xiàn)實(shí)世界中，時(shí)間、空間的連續(xù)和唯一是嚴(yán)格按照物理規(guī)律，若要在虛擬世界中享受到沉浸式體驗(yàn)，故也需要考慮時(shí)空一致性管理.現(xiàn)在已有學(xué)者提出一些管理時(shí)空一致性的方法，例如，時(shí)間同步法、目標(biāo)定位法、時(shí)間配準(zhǔn)法及空間配準(zhǔn)法等時(shí)空一致性管理方案[28].一致的時(shí)空數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界之間的映射非常重要，Atluri等[55]綜述了時(shí)空數(shù)據(jù)的挖掘方法.

4 元宇宙虛實(shí)對(duì)象連接、建模與管理技術(shù)

現(xiàn)實(shí)世界中的人和物以另一種虛擬身份的形式存在于元宇宙，這將構(gòu)建成一種新型的虛擬社會(huì)，并在新的虛擬社會(huì)中重塑數(shù)字經(jīng)濟(jì)體系、社會(huì)關(guān)系等.然而，虛實(shí)對(duì)象的映射與連接、虛擬社會(huì)的構(gòu)建與管理離不開(kāi)X聯(lián)網(wǎng)(Internet of X, IoX)、身份建模、社會(huì)計(jì)算、去中心化管理技術(shù)的支持.

4.1 IoX

X聯(lián)網(wǎng)包括物聯(lián)網(wǎng)、人聯(lián)網(wǎng)和思維聯(lián)網(wǎng).物聯(lián)網(wǎng)（IoT）在物理空間和元宇宙之間建立虛實(shí)對(duì)象的泛在連接，將物理對(duì)象映射到虛擬世界中.人聯(lián)網(wǎng)（Internet of People, IoP）描述的是由各種人類(lèi)節(jié)點(diǎn)組成的互連網(wǎng)絡(luò)[56].節(jié)點(diǎn)的互連離不開(kāi)人與人之間的社會(huì)關(guān)系、以物為媒介的社會(huì)關(guān)系、與時(shí)空屬性相關(guān)的社會(huì)關(guān)系等.在元宇宙時(shí)代，IoP在人類(lèi)社會(huì)和元宇宙之間建立了虛實(shí)對(duì)象的泛在連接，從“社會(huì)關(guān)系的數(shù)字化”過(guò)渡到“人與世界的關(guān)系數(shù)字化”.在元宇宙內(nèi)容不斷豐富的過(guò)程中，不僅僅要賦予虛擬原生人與數(shù)字人身份，還要考慮其認(rèn)知與思維.思維聯(lián)網(wǎng)（Internet of Thinking, IoTk）強(qiáng)調(diào)思維創(chuàng)造的過(guò)程，進(jìn)一步深化思維空間與元宇宙之間的互動(dòng)，使得元宇宙中的對(duì)象擁有自動(dòng)獲取、處理、學(xué)習(xí)和思考知識(shí)的自適應(yīng)感知能力，克服時(shí)間和空間的限制，可在不同的地點(diǎn)和時(shí)間交換思想，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效及便利的合作與交流[57].

4.2 身份建模

隨著多種技術(shù)的融合以及新興技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)入元宇宙的對(duì)象數(shù)量和種類(lèi)將急劇增長(zhǎng)，如何對(duì)物理對(duì)象的身份標(biāo)識(shí)進(jìn)行建模及解析，以實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象在與元宇宙的感知和映射，這將是未來(lái)發(fā)展元宇宙的核心問(wèn)題之一.物理對(duì)象身份標(biāo)識(shí)主要包括唯一標(biāo)識(shí)法和非唯一標(biāo)識(shí)法.其中，唯一標(biāo)識(shí)法采用外界賦予對(duì)象的標(biāo)識(shí)號(hào)，標(biāo)識(shí)身份并應(yīng)用于對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)身份/資源的發(fā)現(xiàn)、尋址和訪問(wèn)等，除了使用Bar Code技術(shù)、QR code技術(shù)、RFID技術(shù)等外界賦予的對(duì)象身份，還有利用對(duì)象的生物屬性、時(shí)空屬性等自身屬性信息進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)[58]，典型的有利用虹膜、人臉、指紋等生物特征標(biāo)識(shí)與解析技術(shù)等.

除元宇宙中映射的物理對(duì)象外，存在于元宇宙的人類(lèi)也需要身份標(biāo)識(shí)，其被稱(chēng)為“虛擬數(shù)字人”.“虛擬數(shù)字人”是元宇宙的重要參與者，也是大眾最能接受的元宇宙表現(xiàn)形式之一.在未來(lái)，元宇宙用戶(hù)分為兩類(lèi)：虛擬原生人和數(shù)字人.虛擬原生人（如，虛擬偶像、虛擬主持人、虛擬記者等），與現(xiàn)實(shí)世界不存在映射關(guān)系，脫離現(xiàn)實(shí)世界而存在；數(shù)字人則是指現(xiàn)實(shí)世界中的人類(lèi)在虛擬世界的數(shù)字分身.無(wú)論是虛擬原生人還是數(shù)字人，都需要身份標(biāo)識(shí)以便對(duì)其管理及研究.目前，身份建模與解析在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域比較常見(jiàn)，如Verma等[59]提出了基于區(qū)塊鏈的身份管理系統(tǒng)建模；Ning等[60]綜述了身份建模與解析現(xiàn)狀，以及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn); Bouras等[61]提出了一種基于輕量級(jí)區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)身份管理方法.未來(lái)，隨著身份建模與解析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，也將是元宇宙時(shí)代重要的研究領(lǐng)域.

4.3 社會(huì)計(jì)算

首先，通過(guò)身份建模技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)、信息以及屬性進(jìn)行描述，構(gòu)建出進(jìn)入元宇宙的實(shí)體對(duì)象.進(jìn)一步，通過(guò)IoP、社會(huì)計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行實(shí)體的關(guān)系建模與行為形式化，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)體的關(guān)聯(lián)及行為挖掘、理解與分析[62].社會(huì)計(jì)算具體包括社交網(wǎng)絡(luò)分析(Social network analysis)、群體智能(Swarm intelligence)、人工社會(huì) (Artificial society)等.社交網(wǎng)絡(luò)分析指的是利用圖論、代理模型等方法對(duì)個(gè)體之間通過(guò)社會(huì)關(guān)系結(jié)成的網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行研究.群體智能指的是在集體層面表現(xiàn)得分散的、去中心化的自組織行為.人工社會(huì)指的是通過(guò)對(duì)復(fù)雜社會(huì)問(wèn)題建立計(jì)算機(jī)模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析并提供決策支持.

社會(huì)計(jì)算以處理社會(huì)關(guān)系為導(dǎo)向.元宇宙的出現(xiàn)，虛擬社會(huì)關(guān)系不會(huì)取代現(xiàn)實(shí)中的社會(huì)關(guān)系，但會(huì)催生線(xiàn)上線(xiàn)下一體的新型社會(huì)關(guān)系.通過(guò)社會(huì)計(jì)算研究人類(lèi)的行為、新型社會(huì)關(guān)系能夠預(yù)測(cè)元宇宙的運(yùn)行規(guī)律及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)在元宇宙中更容易收集用戶(hù)的位置、年齡、偏好等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行深度挖掘以更好地構(gòu)建元宇宙中的社會(huì)運(yùn)行機(jī)制.

4.4 去中心化管理技術(shù)

元宇宙中的對(duì)象在身份建模、IoP、IoTk、社會(huì)計(jì)算等技術(shù)的支持下，擁有獨(dú)立的身份、思維、行為及社會(huì)關(guān)系.根據(jù)需求，可在元宇宙中組建社區(qū)、城市，共同構(gòu)建區(qū)別于或類(lèi)似于現(xiàn)實(shí)世界的法律法規(guī)，衍生出新的虛擬社會(huì)文明.但實(shí)現(xiàn)這一切的前提是，元宇宙需要擁有獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)屬性.元宇宙的每一塊組成部分信奉的是去中心化概念，需要借助去中心化底層技術(shù)來(lái)重塑元宇宙的數(shù)字經(jīng)濟(jì)系統(tǒng).去中心化技術(shù)的典型代表區(qū)塊鏈[63]，借助區(qū)塊鏈加密算法、共識(shí)機(jī)制、智能合約等技術(shù)，可能會(huì)為元宇宙發(fā)展提供新的金融體系，為用戶(hù)提供保險(xiǎn)、交易、證券化等虛擬資產(chǎn)的金融服務(wù)，也可實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)濟(jì)體系的聯(lián)動(dòng).但是元宇宙經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)不等價(jià)于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，它不是互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的復(fù)制品.需要說(shuō)明的是，獨(dú)立的去中心化金融體系，與現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的國(guó)家治理、主權(quán)貨幣等機(jī)制往往是矛盾的，這也許是元宇宙未來(lái)發(fā)展的制約.

區(qū)塊鏈技術(shù)主要包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、數(shù)字加密技術(shù)、分布式存儲(chǔ)、共識(shí)機(jī)制和智能合約等[64]，這也決定了基于區(qū)塊鏈的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)將為元宇宙經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ).因?yàn)椋瑪?shù)字加密技術(shù)在區(qū)塊鏈中具有核心地位，可以保證元宇宙用戶(hù)身份信息和交易數(shù)據(jù)的安全，文獻(xiàn)[64]中簡(jiǎn)要介紹了哈希函數(shù)、對(duì)稱(chēng)加密算法、非對(duì)稱(chēng)加密算法、數(shù)字簽名等加密技術(shù)原理；分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)（例如，Storj,IPFS），將數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以保證數(shù)據(jù)的安全與隱私；雖然共識(shí)機(jī)制在公鏈和私鏈/聯(lián)盟鏈上有很大的差別，公鏈上使用的POW/POS共識(shí)機(jī)制[65]，私鏈上使用PBFT及其變種算法的共識(shí)機(jī)制，但元宇宙將會(huì)基于區(qū)塊鏈形成自己的共識(shí)機(jī)制，去約束去中心化網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)分散節(jié)點(diǎn)，并驗(yàn)證每個(gè)節(jié)點(diǎn)的身份產(chǎn)生信任，保障元宇宙的去中心化價(jià)值網(wǎng)絡(luò)；基于以太坊的智能合約，一旦寫(xiě)入無(wú)法篡改的特點(diǎn)及其可追蹤性，為元宇宙用戶(hù)提供可信交易.

除此之外，還有一些去中心化交易載體、組織機(jī)構(gòu)也為元宇宙經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)建設(shè)增磚添瓦.目前，去中心化交易載體——數(shù)字貨幣，幣種已達(dá)21種[66]，包括MANA, AXS, SAND, CHR, TLM, SLP, ILV,ALICE, STARL, GHST, DPET等.另外，非同質(zhì)化代幣（Non-fungible token, NFT）的出現(xiàn)引爆了元宇宙，可充當(dāng)元宇宙激勵(lì)環(huán)節(jié)的媒介.它表示獨(dú)特物品所有權(quán)的代幣，包含特定商品或資產(chǎn)的獨(dú)特信息，實(shí)現(xiàn)虛擬物品的資產(chǎn)化，由于自身的數(shù)字稀缺性被率先應(yīng)用于收藏、藝術(shù)品以及游戲場(chǎng)景.去中心化自治組織（Decentralized Autonomous Organization,DAO）將組織的管理和運(yùn)營(yíng)規(guī)則以智能合約的形式編碼在區(qū)塊鏈上，從而在沒(méi)有集中控制或第三方干預(yù)的情況下自主運(yùn)行[67].去中心化交易所（Decentralized Exchange, DEX）將資金保管在用戶(hù)的錢(qián)包中，交易平臺(tái)只負(fù)責(zé)提供數(shù)字貨幣流動(dòng)性，撮合交易由智能合約來(lái)完成.現(xiàn)在DEX比較著名的有基于以太坊網(wǎng)絡(luò)的Uniswap、Sushiswap、IDEX、Bancor、Kyber，基于幣安智能鏈的 Pancakeswap，基于Heco鏈上的MDEX[68].

去中心化管理技術(shù)不僅在構(gòu)建元宇宙經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)上起到了關(guān)鍵性作用，而且去中心化數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)與管理等方面至關(guān)重要.如，數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)過(guò)于集中，會(huì)出現(xiàn)單點(diǎn)故障和數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，文獻(xiàn)[69]提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)、門(mén)限代理重加密技術(shù)以及IPFS技術(shù)的去中心化數(shù)據(jù)共享方案；文獻(xiàn)[70]提出了基于分布式賬本的去中心化存儲(chǔ)系統(tǒng)框架，以提供可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù).因此未來(lái)去中心化管理技術(shù)將作為核心技術(shù)之一，保障元宇宙數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)體系的安全，同時(shí)也能保障元宇宙中用戶(hù)的信息安全.

5 元宇宙虛實(shí)空間交互與融合技術(shù)

虛實(shí)世界的交互、虛實(shí)世界視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)的統(tǒng)一，是元宇宙虛實(shí)空間融合的基石，這離不開(kāi)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、電子游戲及腦機(jī)接口等技術(shù).

5.1 擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)——從“二維界面”到“三維場(chǎng)景”

在較長(zhǎng)的一段時(shí)間，人們與機(jī)器的交互拘泥于鍵盤(pán)、鼠標(biāo)及顯示屏等外部設(shè)備.隨著科技的進(jìn)步，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生，將人機(jī)交互從二維界面過(guò)渡到了三維交互，大大增加了人們的沉浸感體驗(yàn)，這逐步變成了構(gòu)建元宇宙技術(shù)支柱之一.實(shí)現(xiàn)其中的交互效果，XR及全息影像將承擔(dān)重要角色.

虛擬現(xiàn)實(shí) (Virtual reality, VR)是一個(gè)先進(jìn)的、理想化的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，為用戶(hù)提供了完全沉浸式的體驗(yàn)，讓他們感覺(jué)自己置身于現(xiàn)實(shí)世界.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (Augment reality, AR) 通過(guò)設(shè)備識(shí)別和判斷（二維、三維、GPS、體感、人臉和其他識(shí)別對(duì)象）將虛擬信息疊加在基于識(shí)別對(duì)象的位置上，并顯示在設(shè)備屏幕上，從而實(shí)現(xiàn)虛擬信息的實(shí)時(shí)交互.混合現(xiàn)實(shí) (Mix reality, MR) 是一種結(jié)合現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的新型可視化環(huán)境.在新的可視化環(huán)境中，物理對(duì)象和數(shù)字對(duì)象實(shí)時(shí)共存和交互.VR/AR/MR的邊界將在未來(lái)變得模糊，成為一種融合產(chǎn)品.目前，元宇宙采用的主要交互方式是為用戶(hù)創(chuàng)建高度交互的虛擬世界.

全息影像是通過(guò)光學(xué)的手段呈現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)技術(shù)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子成像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物.利用相干光干涉，記錄光波的振幅信息和相位信息，得到物體包含形狀、大小等的全部信息.全息影像技術(shù)是真正的三維立體影像，用戶(hù)在不借助可穿戴設(shè)備的情況下，就可以在不同的角度裸眼觀看全息影像.隨著技術(shù)的發(fā)展，全息影像技術(shù)可以模糊現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的邊界，這將為真正實(shí)現(xiàn)元宇宙打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

5.2 電子游戲技術(shù)——游戲“泛化”打造元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景

電子游戲技術(shù)，是元宇宙的最直觀的表現(xiàn)方式，不僅可以為元宇宙提供內(nèi)容創(chuàng)作平臺(tái)，還可以實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)、社交場(chǎng)景的聚合.元宇宙產(chǎn)品實(shí)質(zhì)是游戲的泛化（娛樂(lè)游戲、嚴(yán)肅游戲等），比如，美國(guó)著名歌手Travis Scott在《堡壘之夜》舉辦元宇宙演唱會(huì)；GUCCI與Roblox推出的“元宇宙GUCCI品牌展覽會(huì)”；歐萊雅發(fā)布的全球首個(gè)品牌虛擬代言人“M姐”等等.游戲開(kāi)發(fā)中，最重要的是游戲引擎，類(lèi)似于制造機(jī)床的母機(jī)床，這也將是大規(guī)模元宇宙平臺(tái)的“卡脖子”技術(shù)之一.游戲引擎的出現(xiàn)降低了游戲設(shè)計(jì)者及開(kāi)發(fā)者建立虛擬場(chǎng)景的難度，使他們無(wú)需從基礎(chǔ)的代碼做起.其發(fā)展決定了元宇宙中NPC建模、場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染、用戶(hù)操作與交互等方面的質(zhì)量及性能，讓用戶(hù)有更加接近于真實(shí)世界的體驗(yàn).目前，比較知名的游戲引擎如表5所示.

表5 典型游戲引擎概述Table 5 Overview of representative game engines

5.3 腦機(jī)接口技術(shù) — 助力元宇宙“虛實(shí)相生”

腦機(jī)接口(Brain-computer interface, BCI)是通過(guò)識(shí)別大腦信號(hào)，對(duì)大腦活動(dòng)過(guò)程中腦信號(hào)進(jìn)行編碼和解碼.用戶(hù)通過(guò)腦機(jī)接口進(jìn)行操作，如玩游戲、打字等.腦機(jī)接口技術(shù)通過(guò)將個(gè)人的大腦信號(hào)解碼成計(jì)算機(jī)設(shè)備可識(shí)別的命令，將人類(lèi)的神經(jīng)世界和外部物理世界連接起來(lái)[71]，其過(guò)程主要包括：腦電信號(hào)采集、腦信號(hào)處理、設(shè)備控制及信息反饋四個(gè)方面[72].腦機(jī)接口技術(shù)讓人類(lèi)突破身體、可穿戴設(shè)備的限制，特別是可以幫助殘障人士以一種新的姿態(tài)重新融入到社會(huì)中.這種姿態(tài)是意識(shí)與思維的融入，將真正達(dá)到虛實(shí)空間融合，助力元宇宙虛實(shí)相生.

BCI目前已經(jīng)有了許多可行的方法，Abiri等[73]綜述了基于腦電圖的腦機(jī)接口方法，其他學(xué)者基于人工智能算法的腦機(jī)接口進(jìn)行了研究[71,74-75].根據(jù)傳感器和計(jì)算設(shè)備的部署方式，可以分為侵入式接口和非侵入式接口，由于侵入式接口會(huì)對(duì)生物體造成一定的損傷，而且考慮到元宇宙的沉浸式體驗(yàn)，未來(lái)元宇宙研究將重點(diǎn)關(guān)注非侵入式接口的研究，為元宇宙虛實(shí)空間融合奠定基礎(chǔ).

6 元宇宙發(fā)展的四大挑戰(zhàn)

2021年被成為元宇宙元年，自此，“元宇宙”概念和應(yīng)用不斷地出現(xiàn)在我們視野中，國(guó)內(nèi)外許多科技公司（例如，F(xiàn)acebook、英偉達(dá)、字節(jié)跳動(dòng)等）開(kāi)始布局元宇宙.隨著各種信息技術(shù)的逐漸成熟，元宇宙時(shí)代已經(jīng)悄然來(lái)臨，并被應(yīng)用于房地產(chǎn)、服裝、娛樂(lè)、會(huì)議、教育等應(yīng)用場(chǎng)景.當(dāng)前元宇宙正處于一個(gè)起步發(fā)力階段，潛力巨大，但它也會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)，具體如下所示.

6.1 倫理與道德

元宇宙是否能夠被社會(huì)所接受，以及接受之后隨之而來(lái)產(chǎn)生的倫理與道德問(wèn)題，比如，人機(jī)相處、虛擬婚姻家庭、虛假身份和信息、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等[76].也許在未來(lái)，會(huì)有公司/研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)道德與倫理的數(shù)字協(xié)議，作為底層的技術(shù)來(lái)支撐元宇宙的運(yùn)行.元宇宙概念構(gòu)建的是一種高自由度、高包容度的“烏托邦”世界，如何在去中心化的框架中構(gòu)架元宇宙的倫理與道德共識(shí)并被真實(shí)社會(huì)所接受，這需要從多視角進(jìn)行探索.

另外，元宇宙的法律法規(guī)建設(shè)問(wèn)題也需要同步研究.現(xiàn)實(shí)世界里用法律法規(guī)來(lái)約束正常的社會(huì)秩序，而元宇宙還處于初步探索期，是繼續(xù)沿用現(xiàn)實(shí)世界的法律還是依靠群體共識(shí)來(lái)約束元宇宙中人的行為及社會(huì)治理，都需要進(jìn)一步研究.

6.2 安全與隱私

元宇宙的發(fā)展，會(huì)帶來(lái)眾多的安全與隱私問(wèn)題.其一，國(guó)家信息平臺(tái)整體安全問(wèn)題.元宇宙作為新興的數(shù)字生態(tài)，其將遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊.網(wǎng)絡(luò)攻擊既可針對(duì)元宇宙的最終用戶(hù)和設(shè)備終端，也可針對(duì)元宇宙的運(yùn)營(yíng)商或關(guān)鍵服務(wù)提供商，這將會(huì)影響國(guó)家的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施.而且，元宇宙促進(jìn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的融合，將擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)攻擊的危害性，嚴(yán)重影響國(guó)家信息平臺(tái)的整體安全.另外，由于元宇宙的技術(shù)發(fā)展模式，造成元宇宙產(chǎn)品蘊(yùn)藏較多的設(shè)計(jì)缺陷和漏洞，這將威脅用戶(hù)在元宇宙中的“化身”資產(chǎn)，加大數(shù)字內(nèi)容治理難度.其二，用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全與隱私保護(hù)問(wèn)題.元宇宙的出現(xiàn)，收集個(gè)人數(shù)據(jù)的數(shù)量以及豐富程度是前所未有的.在未來(lái)極有可能是多個(gè)公司/機(jī)構(gòu)一起打造一個(gè)或多個(gè)元宇宙，那么公司/機(jī)構(gòu)之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)消除“數(shù)據(jù)孤島”問(wèn)題以及不同元宇宙之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保障元宇宙中用戶(hù)的隱私及安全成為亟待解決的問(wèn)題.例如，Zhang等[77]從人工智能的角度概述了用戶(hù)訪問(wèn)認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知、危險(xiǎn)行為監(jiān)控和異常流量識(shí)別等方面的研究，為優(yōu)化元宇宙安全與隱私保護(hù)手段提供參考；Falchuk等[78]也提出了在元宇宙中面臨的隱私問(wèn)題.

6.3 技術(shù)的挑戰(zhàn)

當(dāng)前的技術(shù)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)概念中所描述的理想元宇宙，現(xiàn)在進(jìn)入元宇宙空間主要依靠高沉浸感的XR(VR/AR/MR)設(shè)備，但當(dāng)前的虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)很難將設(shè)備小型化、便攜化以及低成本化，供用戶(hù)隨時(shí)隨地的進(jìn)入元宇宙，而且長(zhǎng)時(shí)間佩戴XR設(shè)備會(huì)讓人感覺(jué)不舒服.

元宇宙將會(huì)大量使用人工智能（Artificial intelligence, AI）算法（如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等）.AI三要素，即數(shù)據(jù)、算法及算力，對(duì)元宇宙的建立及發(fā)展具有關(guān)鍵性的作用，助力實(shí)現(xiàn)超越現(xiàn)實(shí)世界限制的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)[79]，但人工智能還存在諸多缺陷[80].利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能語(yǔ)音、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)可以產(chǎn)生逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感覺(jué).不管是硬件發(fā)展水平，還是數(shù)據(jù)、算法、算力的發(fā)展水平使得元宇宙目前遠(yuǎn)不能達(dá)到高沉浸感體驗(yàn)，而且體驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于可靠性、穩(wěn)定性及舒適度等方面具有較高要求，這些都還需要繼續(xù)和深度研究.

6.4 對(duì)現(xiàn)實(shí)國(guó)家主權(quán)的挑戰(zhàn)

元宇宙強(qiáng)調(diào)了去中心化管理、用戶(hù)定制內(nèi)容和高沉浸感等特點(diǎn)，尤其是去中心化的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)模式，一方面，包括貨幣、交易、資產(chǎn)、司法等都嚴(yán)重依賴(lài)現(xiàn)實(shí)世界的相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行約束；二方面，去中心化模式發(fā)展的天花板是現(xiàn)實(shí)世界的各種限制，尤其是超大規(guī)模的元宇宙平臺(tái)實(shí)際上挑戰(zhàn)的是國(guó)家主權(quán).因此，需要辯證地看待元宇宙的發(fā)展：小規(guī)模的元宇宙應(yīng)用（平臺(tái)）可能會(huì)發(fā)展很快很廣泛；中等規(guī)模的元宇宙平臺(tái)（如社交網(wǎng)絡(luò)、購(gòu)物平臺(tái)）受投資規(guī)模及運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)等限制，進(jìn)入的門(mén)檻還是很高的；至于超大規(guī)模的元宇宙社區(qū)，挑戰(zhàn)的是現(xiàn)實(shí)世界的國(guó)家主權(quán)，發(fā)展一定會(huì)受到限制.

7 結(jié)論

元宇宙的誕生將促進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的聯(lián)接與融合，可能會(huì)成為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的新形態(tài)，改變?nèi)藗兊纳罘绞?在元宇宙的發(fā)展初期，技術(shù)是根，技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新是重中之重，本文概述了元宇宙涉及的網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)、管理技術(shù)、虛實(shí)對(duì)象連接、建模與管理技術(shù)和虛實(shí)空間融合技術(shù)，為研究人員提供參考，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)帶動(dòng)產(chǎn)品、場(chǎng)景和應(yīng)用創(chuàng)新.但是，“元宇宙”概念的爆火，其發(fā)展速度、終極形態(tài)，甚至對(duì)哲學(xué)、文化、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)治理，以及對(duì)人類(lèi)的影響都還未知.隨著元宇宙應(yīng)用雛形的落地，賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)也將成為熱點(diǎn)方向，在政府堅(jiān)持以技術(shù)賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)的政策導(dǎo)向下，其在“元宇宙”時(shí)代仍將適用.當(dāng)下“元宇宙”概念逐漸回歸理性，行業(yè)開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)出脫虛向?qū)嵉内厔?shì).此外，隨著元宇宙的發(fā)展和應(yīng)用的逐漸落地，其安全與監(jiān)管問(wèn)題，也將逐步提上日程.總之，無(wú)論處于何種趨勢(shì)，我們要清晰認(rèn)識(shí)、理智決策、穩(wěn)步探索元宇宙！