文章来源《政务元宇宙》
▷新型基础设施与装备是政务元宇宙的技术要素，政务元宇宙的发展必将带动新型基础设施建设和装备普及
。▷政务元宇宙的交互技术与装备包括数字人技术、AR 设备、VR 设备、MR 设备、脑机接口等。
▷政务元宇宙的关键技术主要包括渲染引擎、AIoT、数字孪生、知识图谱与政务大脑等。
新型设施与装备是政务元宇宙的技术要素，涵盖数字人技术、虚拟现实、AIoT、数字孪生、人工智能、知识图谱、三维建模、渲染引擎、云计算、5G、数据中心等多个层次多种技术。
图 6-1 政务元宇宙技术架构
政务元宇宙的技术架构，以当前信息技术架构为基础，以人工智能、物联网、数字孪生、三维建模、渲染引擎、虚拟现实等关键技术持续进步为依托，不断发展演变。
政府可以利用元宇宙虚实融合的特性，在原有数字城市、智慧城市的建设基础上，结合这些关键技术，以数字人为统一入口，为公众提供各类政务与公共服务，使公众足不出户就可以享受到政务信息咨询、政务事项办理、远程医疗问诊等服务。
政务元宇宙的技术体系包括交互技术与装备、核心关键技术、新型基础设施等。
其中，交互技术与装备包括数字人技术、AR 设备、VR 设备、MR 设备、脑机接口等。
核心关键技术包括支撑政务元宇宙的一些核心技术和认证机制，如数字孪生、渲染引擎、AIoT、区块链、智能合约等。
新型基础设施包括 5G、6G 在内的下一代网络、CPU/GPU、AI 芯片、基带芯片及各类传感器相关的硬件层，以及与操作系统、数据库、编译系统和各类中间件相关的基础软件层。
第一节 元宇宙交互技术与装备
元宇宙中的交互技术与装备主要包括数字人技术、AR 设备、VR 设备、MR 设备、脑机接口等，本节主要对前四种技术与装备进行介绍。
一、数字人技术
数字人精致的面容、流畅的表达、优美的体态，离不开语音识别、语音合成、自然语言理解、动作捕捉、表情生成、唇动拟合等丰富的技术进行驱动加以支撑。
基于内容的数字人形象驱动是元宇宙中的关键技术，其中的典型技术是基于语音驱动的高写实三维人脸动画生成技术。
该技术根据生成或输入的语音，结合给定的高写实三维人脸几何模型，通过深度学习算法寻找语音与人脸几何模型之间的联系，以找到通过输入语音数据来操纵人脸几何模型的运动，进而自动生成高写实人脸动态表情，达到音唇同步的效果。
该技术能够考虑语音中的重音、情感等因素，生成比传统动画制作方式更加生动逼真的动画。
这将大大优化元宇宙中数字人的显示和交互效果，数字人的形象表现将更加生动，提升政务元宇宙中虚拟会议、政务交互、办事引导等以人机交互为核心功能的用户体验。
另一类数字人形象驱动是动作捕捉，动作捕捉是通过惯性或光学方式记录并处理用户的动作，生成对应的数字人动作动画的过程，主要用于进行用户化身数字人的驱动。
身体捕捉、手部捕捉、面部捕捉这三个方向的动作捕捉技术近些年均取得了长足发展，尤其是基于计算机视觉的光学式非标定动作捕捉系统，其精度不断提升，成本不断降低，为动作捕捉应用的普及提供了技术基础。
二、VR 设备
VR 设备是利用一个封闭的头戴式设备 ( 如分体式头显、一体式头显 )，模拟并产生一个虚拟世界，为用户提供视觉、听觉等感官的模拟，制造“沉浸感”与“临场感”。
目前，一体机 VR 因其无须外接主机、携带性强等特点成为 VR 设备的主流形态。
随着芯片、算法、传感器等技术的快速发展，一体机 VR 的沉浸感、交互体验显著改善，便携性显著提升，出货量持续增长。
图 6-2 VR 设备分类及对比
三、AR 设备
AR 设备广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及配准、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息投射叠加到真实世界中，实现对真实世界的“增强”。
AR 设备分为佩戴类设备 ( 如 AR 眼镜 ) 和非佩戴类设备 ( 如有镜头的手机和平板电脑 )。
2012 年，谷歌推出了第一款 AR 眼镜 Google Glass。它具有和智能手机一样的功能，可以通过声音控制拍照、视频通话和辨明方向，以及上网冲浪、处理文字信息和电子邮件等。
随后陆续出现了第一款风靡全球的 AR 手游——Niantic Labs 公司负责开发和运营的《精灵宝可梦 Go》( Pokémon GO )，第一个最大的 AR 开发平台——苹果公司推出的 AR 开发平台 ARKit，微软公司发布的增强现实设备 HoloLens 的新一代产品——HoloLens 2，能够为用户带来更加生动、逼真、沉浸感更强的 AR 体验。
随着人们对元宇宙概念的关注度持续升温，AR 眼镜作为元宇宙沉浸体验的入口，及下一代移动智能终端，将为人们开启前所未有的生活。
四、MR 设备
MR 设备是指真实世界和虚拟世界融合后产生的新的可视化环境，在该环境下真实实体和数据实体共存并实时交互。
MR 设备在 AR 设备的基础之上更进一步，可实现虚拟对象与现实世界的实时交互，目前多应用于医疗辅助、3D 模型设计、上岗培训、工业维修辅助等。
综上所述，VR 设备能让人完全沉浸在虚拟环境中；
AR 设备能创建一个叠加了虚拟内容的世界，但不能实现与真实环境交互；
MR 设备则是融合了虚拟现实和增强现实，创造出一个虚实结合、虚实交互的可视化世界。
图 6-3 VR/AR/MR 设备对比
资料来源：映维网，国泰君安证券研究
第二节 政务元宇宙的关键技术
对于使用者而言，政务元宇宙的应用场景繁多、展现形式多样，需要一个庞大的技术支撑体系和持续的运营体系作为保障，即需要整合人工智能、大数据、区块链、知识图谱、数字孪生、AIoT、3D 建模、渲染引擎、虚拟现实等多种关键技术。
一、渲染引擎技术
渲染引擎指的是将虚拟的三维模型真实、生动、形象、及时地呈现至用户眼前的技术。
实时渲染是计算机图形学中对交互性要求最高的领域。
在元宇宙的交互中，系统渲染的图像呈现给用户，用户根据所见的图像进行交互反馈，这个反馈进而会影响接下来呈现的图像。
只有这种反馈和渲染循环的速度足够快，用户才能获得沉浸式的体验。
目前，市场上最主流的实时渲染引擎有 Unity 3D 和 Unreal Engine，均为国外渲染引擎，国产化实时云渲染引擎所占份额较低。
构建一套符合信息技术应用创新生态的渲染引擎，对于保障政务元宇宙的构建至关重要。
二、AIoT 技术
“AIoT”即“AI+IoT”，指的是人工智能技术与物联网在实际业务场景中的融合应用。
AIoT 是各传统行业智能化升级的最佳通道，已经成为物联网发展的主流趋势。
利用 AIoT 技术实现元宇宙的智能物联可能会经历三个阶段：单机智能、互联智能、主动智能。
图 6-4 为 AIoT 技术架构。
图 6-4 AIoT 技术架构
资料来源：亿欧网，国盛证券研究所
AIoT 技术可以有效解决政务元宇宙中各智能化系统所需的感知、分析、反馈三大问题。
首先利用物联网设备进行数据获取感知，再利用人工智能技术对海量异构化数据进行分析和处理，最后利用各类交互设备分析处理结果及指令的提示反馈。
三、数字孪生技术
数字孪生技术与 AIoT 技术有一定的相关性，都包含感知、分析、反馈等过程，但二者在各环节的侧重点上有所差异。
数字孪生是通过各种感知技术，对物理空间中的对象进行精确的数字化描述，形成其数字孪生体，再利用数字空间中的知识图谱、人工智能、仿真推演等技术，对该数字孪生体进行分析、诊断和预测，进而形成针对物理空间原始对象的行动决策和执行计划。
数字孪生的核心是“孪生”，即数字孪生体相对于物理对象的物理级精确，包括各类属性的高度保真和各类活动的实时同步。
数字孪生可以用于开展在物理世界中执行成本较高或风险、危害较大的各类实验。
数字孪生在工业领域已有多种成熟应用，如各类工业设计、生产流程的多方案评估和优化。
在政务元宇宙中，数字孪生可以在城市、乡村的建设和管理过程中发挥重要作用。
例如，在数字孪生空间对城市规划进行多套方案模拟，优选出对城市可持续发展最有利的方案，可以提高规划的科学合理性；
在数字孪生空间对地区的空气污染演化趋势进行模拟仿真和治理方案评估，选择经济可行的污染治理方案，实现经济发展和环境保护的平衡发展；
在数字孪生空间对交通系统的人、车、路、场、站等进行全场景要素构建，实现对交通系统运行状态的全景实施监控，并根据交通运输、节假日安排、重大活动场所分布等模型与变量预测交通系统的负载变化情况，制定相应的交通保障预案。
四、人工智能技术与内容审查
在政务元宇宙中，平台内容的爆发会随之产生大量不良信息或错误信息，在虚拟政务大厅的运转中也面临着大量文件审核工作，因此，内容审查将成为政务元宇宙治理的重要内容。
传统的内容审查针对文本、图片、视频，采用词库过滤、文本分类、序列标注、目标检测、图像分类、人工审核等方式开展。
元宇宙中内容类型的丰富和内容数量的增长将给传统的内容审查工作带来巨大挑战。
基于人工智能技术，政务元宇宙将从针对一维的文字声音、二维的图像视频的内容审查，拓展到针对元宇宙三维内容的审查，高质量地完成对暴恐、色情、广告等不良内容审查工作，助力构建清朗的元宇宙生态。
五、知识图谱技术与政务大脑
在政务元宇宙中，人们与数字人交流的目的是获得高效率的政务服务。
除了在形象上的高度拟人之外，要想使数字人的服务能力接近人甚至超越人，更重要的是靠数字人“大脑”能力的持续进步和完善。
数字人只有拥有高度拟人化的“大脑”，才能真正为用户提供优质的服务，给用户带来亲切感、关怀感与沉浸感。
通过建立政务知识库和知识图谱构建政府数字人大脑的核心，提升数字人交互问答与业务处理能力，以支撑智能问答、业务办理等强业务属性的应用。
智能问答技术能够为数字人添加更好的通用式互动能力。
智能问答通常会涉及问题推荐、意图理解、问题解决等多个环节，智能问答的效果依赖于领域知识图谱的建立和深度学习模型的设计。
知识图谱对于政务元宇宙尤为重要。知识图谱在逻辑结构上可分为数据层与模式层两个层次，数据层主要是由一系列事实组成，而知识以事实为单位进行存储。
模式层构建在数据层之上，主要是通过本体库来规范数据层的一系列事实表达。大规模知识库的构建与应用需要多种智能信息处理技术的支持，包括知识抽取、知识表达、知识融合、知识推理等方面。
知识更新是知识图谱建设的一个重要的环节。
人类的认知能力、知识储备以及业务需求都会随时间而不断增加或者改变。
因此，知识图谱需要与时俱进地运营，扩展现有知识，增加新鲜知识，淘汰陈旧知识。
第三节 政务元宇宙的新型基础设施
政务元宇宙的新型基础设施包括网络层、硬件层、基础软件层，以及安全与标准体系。
一、网络层
低时延、高带宽、稳定、安全的下一代网络是政务元宇宙的基础支撑。
政务元宇宙的不同应用场景对三维显示交互、虚实融合及虚实互动的需求，以及对网络的低时延、确定性、稳定性、安全性等方面提出了更高要求。
例如，用户通过 VR 终端接入时，一般要求动作至显示 ( Motion to Photon，简称为 MTP ) 时延应不大于 20 毫秒，否则会引起晕动症，这种超低时延需求是当前互联网所无法满足的。
所以，支撑政务元宇宙应用的必然是下一代高速网络，只有建立在坚实的网络基础设施之上，虚拟现实、增强现实、混合现实等政务元宇宙的应用场景才能高质量实现。
二、硬件层
政务元宇宙中大量用户同时在线活动、三维展现，对计算机算力提出了更高的要求。在硬件层次，提供算力的核心主要是芯片技术，包括 CPU、GPU、传感器芯片、基带芯片、人工智能芯片等。
目前，这些芯片的处理速度已经可以支撑部分元宇宙应用，但无法满足未来更加广泛的元宇宙应用中的计算需求。
为满足政务元宇宙对超强算力的需求，现有的 CPU、GPU、传感器芯片、基带芯片、人工智能芯片等专业化的芯片需要持续升级，实现算力在数量级上的进步。
三、基础软件层
基础软件层包括操作系统、数据库、编译系统和各类相关的中间件，来操作和管理硬件与各类软件资源。
新型硬件的出现以及政务元宇宙应用的深入，将从上下两个方向为操作系统、编译器、数据库系统和中间件带来升级换代的历史契机。
四、安全与标准体系
2017 年，《中华人民共和国网络安全法》出台；2021 年，《中华人民共和国个人信息保护法》和《中华人民共和国数据安全法》出台，三者共同构成了中国在网络空间管理关于安全和数据保护方面的“三驾马车”，作为个人信息和数据保护领域的重要参考依据。
政务元宇宙涉及的个人和企业信息种类繁多，如何保障用户信息安全是亟待解决的问题。
同时，政务元宇宙还涉及大量的服务事项、机构，需要参与的相关方相互配合，在技术上达成一致的协议，按照约定的事项标准、交互标准进行分工合作。
标准体系的建设是维持元宇宙有效运行的必要措施。
鉴于目前中国元宇宙的迅猛发展，开普云、中关村大数据联盟等机构，正在积极参与编制政务元宇宙业务安全与风险管理体系标准，进一步丰富和完善网络空间安全和管理系统。