文章来源《产业元宇宙》
第一节 产业元宇宙的技术架构与框架
产业界经历过个人计算机、互联网、移动互联网三次信息技术的洗礼和升级后,世界范围内的第四次数字化迁移正在推动着产业元宇宙的概念和实践不断发展。
产业元宇宙的技术内涵是非常丰富的,涵盖企业研发、生产、交易、流通和融资等各个环节的整条产业链,所涉及的技术很广泛,包括无线通信、云计算、工业互联网、人工智能、机器感知与认知、数字孪生、区块链、虚拟现实和增强现实等。
各项技术决定了产业元宇宙在虚实映射与虚实交互中的实用性、完整性,并为达到提升产业生产和服务效率、优化资源配置的预期目标提供助力。
一、产业元宇宙四层技术框架
在以智能制造为核心,自动化和信息化融合的工业互联网浪潮下,产业元宇宙正在日新月异的信息技术环境、海量数据基础和持续演进的产业目标引领下,依托于无线通信、云计算、大数据平台、人工智能、工业互联网等基础设施,在综合标准体系的支撑下,以虚拟现实和增强现实及区块链等通用技术为导向,持续搭建和完善技术框架体系,深刻变革人类的生产和生活。
下文将从基础设施、标准体系、工具集和行业应用这四个从底向上的层次,来阐述产业元宇宙的技术框架。

图 2.1 产业元宇宙全产业价值链图谱
(一)基础设施
新型基础设施是面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。
结合产业发展需求和规律,产业元宇宙基础设施包括通信基础设施、算力基础设施、大数据基础设施、人工智能基础设施、工业互联网基础设施等。
产业元宇宙通信基础设施方面,5G 的高速率、低时延、大规模设备连接等特性为产业元宇宙环境中的各种应用创新提供了通信基础条件。
反过来,产业元宇宙也提供了 5G 大规模应用的场景,从而不断提升 5G 网络覆盖率。
5G 在电力、港口、矿山、制造等垂直行业的探索,可赋能现有生产环节,促进企业数字化转型。
当前,5G 结合生产制造、质量检测、故障运维、物流运输、安全管理等工业环节,已经形成了远程设备操控、机器视觉质检、厂区智能物流、无人智能巡检等多个典型应用场景,前景无限。
产业元宇宙算力基础设施方面,云计算依托于资源共享,可实现规模经济,是算力基础设施中重要的组成部分。
云计算可以划分为基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)等三种类型。
IaaS 指用户可以直接在远程硬件设备和相关软件环境中构建平台和应用;
PaaS 是为用户提供应用软件的开发、测试、部署和运行环境的服务;
SaaS 是以互联网为载体,以浏览器为交互方式,把服务器端的程序提供给用户来使用的应用模式。
云计算是各个科技巨头争夺的焦点。
除了云计算,边缘计算也是算力基础设施中重要的组成部分。
工业生产线上的传感器、工件、机器人、虚拟现实和增强现实等应用都要求快速响应。
在产业元宇宙环境中,可以利用边缘计算实现本地缓存和过滤数据,完成计算,减少时延的同时减轻云计算的带宽和处理能力的压力。
随着算力技术的不断提升,通过云计算和边缘计算结合,降低了对终端设备性能的门槛要求,行业应用有实现更高渗透率的潜力。
产业元宇宙大数据基础设施方面,为了应对数据巨量化、多样化和服务化带来的挑战,大数据基础设施通过汇聚结构化数据、非结构化数据、日志数据等,提高各行业在数字化时代的数据能力,释放数据潜力,实现产业智能。
数字化转型日益深入,数据量呈现爆炸式增长,新技术不仅带来数据量激增,同时还带来数据多样化。
一是数据来源多样化,例如,来自不同终端设备的数据、生产数据、设备日志、办公数据、文件系统等;
二是数据类型多样化,不但有结构化数据、非结构化数据,还有日志数据。
数据的多样化使数据的存储和分析变得更加复杂。
数据不但需要存储和备份,还需要最大限度地被利用。
把数据从成本变成服务,才能释放数据潜能,创造价值。
例如,如何利用设备日志数据,分析系统存在的隐患及故障,提高运维管理水平;如何充分利用闲置的备份数据进行应用研发和测试等。
大数据基础设施具备汇聚及处理数据的能力,也能利用分析技术,挖掘数据,提炼并形成知识。
产业元宇宙人工智能基础设施方面,以高质量网络为关键支撑,以数据资源、算法框架、算力资源为核心能力要素,人工智能基础设施能够长期提供智能化服务。
在前文已经谈过的算力和大数据基础设施上,算法框架走过了发展初期、稳定期和热点期三个发展阶段。
在发展初期,主要提供 K-Means 聚类、支持向量机、贝叶斯分类、决策树等传统统计学习算法,极大降低了机器学习算法的应用门槛;
在稳定期,主要提供卷积神经网络、循环神经网络等深度学习算法,提高了算法智能的水平;
在热点期,主要提供强化学习、迁移学习等全新算法能力。
现阶段,人工智能基础设施从认知心理学、脑科学及人类社会历史中汲取灵感,并结合跨领域知识图谱、因果推理、持续学习等技术,实现沟通、表达、整合、规划、推理和决策能力等,以达到胜任人类所有工作的目标。
产业元宇宙工业互联网基础设施方面,作为制造业资源共享的载体,工业互联网基础设施下连万物,上接行业应用,万物连接的是设备、系统、软件工具、车间工厂等,应连尽连,汇聚全部生产要素,盘活企业数据,能帮助企业降本增效。
从订单、物流、批发、经营到终端零售,信息技术解决了制造业的后端问题。
在前端,比如研发设计、原料采购、加工制造等,前端的生产要素正在形成规模集聚,发挥数据最大的赋能价值以带动全生命周期能力水平的提升。
加强工业互联网基础设施建设,帮助解决核心零部件和元器件、先进基础工艺、关键基础材料、产业技术基础等制造业中前端环节所面对的问题,是实现大范围智能制造目标的可行途径。
(二)标准体系
不断夯实产业元宇宙基础设施的今天,结合发展需求,产业界需加快研究制定亟须的标准,实现标准与产业元宇宙发展的同步推进,提供具备先进性、适用性和有效性的标准体系。
标准体系可划分为共性标准、网络标准、算力标准、大数据标准、工业平台标准、开发工具标准、行业应用标准和安全标准等。
共性标准主要包括产业元宇宙的通用性、指导性标准,包括术语定义、架构、测试与评估、供应链与产业链等标准。
网络标准主要包括企业内网与外网、产业园区网络、网络设备、网络资源和管理、互联互通互操作等标准。
规范时间敏感网络、软件定义网络、组网技术、运营维护、多源异构数据互通的架构要求等技术标准。
算力标准主要包括集群系统、边缘平台、边云协同等标准。
规范计算资源管理、可伸缩性、容错性、算力度量与可信、资源协同、服务协同等标准。
大数据标准主要包括数据交换、管理、建模、服务等标准。
规范不同系统之间数据交换体系架构、互操作、性能等要求。
规范数据的存储结构、数据字典、元数据、数据生命周期管理、数据质量要求等。
规范物理实体(设备、产线、产品等)在虚拟空间中的映像及相互关系,包括静态属性数据描述,运行状态等动态数据描述。
规范大数据存储、分析、可视化服务、数据共享等标准。
工业平台标准主要包括服务管理、应用管理、数字孪生等标准。
规范工业平台的体系架构、选型指南、监测分析、解决方案,不同平台之间的数据流转、业务衔接与迁移,基于平台的个性化定制,工业数字孪生开发、构建和运维等相关要求。
开发工具标准主要包括开发语言、环境、方法、过程、接口集成和组件封装等相关标准。规范服务发布和管理、运行资源管理、开发语言和建模语言、开发环境和工具、应用接口与集成等相关要求。
行业应用标准主要包括应用需求、业务模型、应用模式、应用评价、质量保证、安全防护等的标准。
规范面向产品设计、仿真验证、工艺设计、生产制造、个性化和差异化客户需求等场景的行业应用相关要求。
安全标准主要包括安全管理、安全应用与服务、数据安全等标准。
规范应急响应、运维管理、风险评估、检测评估、安全能力评价、密码应用、安全技术及产品应用、数据分类与分级等的相关要求。
(三)工具集
依托于产业元宇宙基础设施,在综合标准体系的支撑下,在人机交互、去中心化、空间计算、创作者经济和探索发现等层面,已经和必将涌现越来越多的创新硬件与软件工具,为开发各类行业服务和应用提供完整、便利的方法和途径,从人机交互层面、去中心化层面、空间计算层面、创作者经济层面和探索发现层面等角度依次提供工具。
在人机交互层面上,需要有可穿戴设备、虚拟现实与增强现实、手势控制、语音控制等方面的工具。
智能可穿戴设备目前主要应用于健康领域,但先进的交互技术不断发展,使可穿戴设备持续扩展在产业界等其他方面的应用领域,以更加贴近用户习惯的方式,最终实现一种以人为本、自然互动、适合个体的交互。
虚拟现实与增强现实工具是接通元宇宙和现实世界的桥梁,是实现产业元宇宙沉浸感系统的关键。
工具上的屏幕将会逐渐消失,未来的显示设备将轻量化、智能化,甚至到最后实现脑机芯片,因此元宇宙的到来将全面影响人们的生产和生活方式。
面向计算机视觉、语音处理等领域,人工智能应用算法工具是依托基础算法框架的算法工具库,为产业应用开发提供专业技术服务。
在去中心化层面上,需要有边缘计算,需要有区块链等工具来解决所有经济共享及分润等相关问题。
边缘计算软件开发工具包可作为边缘应用运行在边缘节点,用户可根据边缘节点的硬件形态,灵活支持协议报文的接收处理,配合边缘节点的基础功能,可以将硬件接收的数据发送给诸如函数计算等边缘应用进行处理,也可管理接入设备的注册认证等功能。
区块链技术提供了去中心化的清结算平台和价值传递机制,能够保障元宇宙的价值归属与流转,从而保障经济系统的稳定、高效,保障规则的透明和执行的确定性。
NFT,中文译为“非同质化代币”,是区块链框架下代表数字资产的唯一加密货币令牌。
NFT 可与实体资产一样被用来买卖,保证了元宇宙中基础资产的有效确权。在空间计算层面上,需要有三维可视化引擎等方面的工具。
三维可视化引擎负责对数据进行算法驱动,实现在虚拟世界中呈现物理世界的各种要素和关系。
例如,51WORLD 公司为包括东方明珠电视塔和上海中心大厦在内的多个地标性建筑分别建立了模型,并使用来自卫星、无人机和传感器等多源数据,通过算法生成了无数其他建筑、道路、河道和绿地的数字资产,最终转变为以近乎实时速度持续更新的数字孪生场景。
在创作者经济层面上,需要有设计软件和未来的数字资产市场,以支持元宇宙新的工作流和新的商业经济等方面的工具集。
软件开发工具包为开发者提供平面设计、建模、动画、音视频以及交互工具。
运用人工智能可以对生成内容进行审查,保证安全与合法。
产业数字化催生各类资产数字化。为达成市场上数字资产的交易,数字资产的确权必须先进行。
基于数字水印技术和区块链技术,新的数字资产确权方案被提出,具有确权的公平性、完整性和不可欺骗性。
在探索发现层面上,需要有推荐算法、广告网络等,而在更上层,则是社交购物、生产实践体验等方面的工具。
未来随着智能化的发展,各种场景中的应用需要借助推荐技术来进行信息的分发。
推荐系统不能只想到获得商业价值,在用户体验、人文关怀、生态繁荣、弘扬正向价值观等维度也需要有突破,这些多维度的价值越来越重要,会成为推荐系统的核心竞争力。
在经历过文字、图片和视频等不同方式社交的阶段后,我们将在元宇宙环境中展开全新的社交活动,将以前所未有的途径进行对话交流、思想碰撞等,还能化身产业技术人员体验企业生产实践,比如,通过 5G 网络实时传输车间现场及设备内部状态的三维模型至佩戴的显示设备中,人员无须到车间现场就能进行可视化监控和操作设备等。
(四)行业应用
有了产业元宇宙基础设施、标准体系和工具集的坚实基础、方向引导和赋能加持,无论是在电子设备制造、装备制造、钢铁、采矿、电力等重点行业,医疗保健、食品饮料、文化旅游等民生产业,还是在各类型中小企业,各种原创和集成创新应用层出不穷,以解决人们所面临的经济发展、社会民生、全球生态等方面的问题。
在产业元宇宙环境中,开发行业应用可从设计、生产、运输和服务等流程中任一环节切入,决定切入点的是产业相关方痛点而且能够获得数据支撑。
例如,为进行新产品设计和推演,或寻找影响产品质量的关键因素,就可在通信、算力、大数据、人工智能和工业互联网基础设施上,在标准体系的规范下,使用工具集开发各类解决企业和客户痛点的行业应用。
比如在电力行业,康奈尔大学在一个模拟电力系统中验证了一种准确发现电力系统中问题的新型混合解决方案,此混合方案解决了电网中人类难以注意到的各种疑难杂症,并在几秒内就能给出排除故障的方法。
通过在模拟电力系统中的测试,该框架的适用性得到了验证。
比如在医疗保健行业,数据本身具有不可忽视的价值。
然而,产生海量数据只是第一步,只有继续发展新的计算技术与方法、挖掘这些宝贵的数据,才能发现新的生物学现象与规律,并进一步将其运用于生物医学的实践中。
比如在食品饮料行业,粮食与食品安全等重大挑战已成为重塑世界格局、创造人类美好未来的关键因素。
而二氧化碳的转化利用与淀粉类粮食的工业合成,正是应对挑战的重大科技成果之一。
无须进行光合作用将二氧化碳转化为淀粉既是一项创新型的科技成果,又是一项影响全球性的颠覆性技术。
中国科学院天津工业生物技术研究所在人工合成途径构建方面实现了跨越式突破。
该研究所在分子对接实验中,借助计算机模拟,还原物质的三维空间结构、存在环境和相互作用,跨越了从虚拟到现实的鸿沟,设计并筛选出符合条件的路径来实现人工淀粉合成。
比如在各类型中小企业中,产业元宇宙首先为其提供共性服务,包括数字化采购平台、资源对接平台等,打通人、设备、信息系统等环节,不仅能够根据订单情况精准生产,还可以对产品进行全流程质量跟踪,有效提升公司的管理水平和生产效率,让中小企业以较低成本逐步完成数字化改造。
二、产业元宇宙技术特征与优势
在社会需求的牵引下,产业元宇宙包含无线通信、云计算、工业互联网、人工智能、机器感知与认知、数字孪生、区块链、虚拟现实和增强现实等高新技术的集成和应用,其技术特性为超高并发、规模庞大、循序渐进和开放共建,其技术优势为兼容并蓄所带来的丰富性和先进性,多元服务所带来的灵活性和实用性,去中心化所带来的公平性和健壮性。
超高并发特性。
产业元宇宙需要超高并发、实时性的基础设施。在产业应用场景中,监测数据都是带有时间戳并按顺序产生的数据,也形成了对实时数据的分析处理需求。
这些来源于传感器或监控系统的数据被实时地采集并反映出系统或作业的状态,采集频率高、数据量大。
当数据过于庞大,集中化的处理方式就满足不了实时的数据分析需求,这就带来了数据计算向边缘发展的情况,边缘设备及时的、分布式并发的处理方式能够有效地提升时效性数据的价值。
规模庞大特性。
产业元宇宙是规模庞大的系统。当现实生产生活被镜像到一个可以共创共建的虚拟世界中,整个链条产生的价值将远超过现在的互联网。
这就是为什么产业元宇宙如此重要,以及为什么当前的科技巨头都对元宇宙如此重视的原因。
循序渐进特性。
产业元宇宙建设是一个循序渐进的过程。
人类历史上的每一次创新都为人类社会注入一股新的能量,提升社会生产力,使社会焕发活力,促进整个社会的繁荣。
然而从能源、公共卫生、交通、食品、通信与计算等多个领域来看,创新其实是一个跌跌撞撞缓慢变化的过程。
虽然创新不易,但产业元宇宙每做一个专题模块,都能产生对应的价值,这就决定了产业元宇宙技术演进是一个持续上升的过程。
开放共建特性。
产业元宇宙需要一个开放共建生态。
元宇宙未来将围绕一个去中心化的技术平台共建共享来展开,技术平台并非一家或几家公司把持。
产业元宇宙建立在共同制定的标准和协议上,在实践的过程中,需要各方参与者从最底层进行各类标准和协议的匹配、打通。
技术丰富性和先进性。
产业界在经历过个人计算机、互联网、移动互联网等三次信息技术洗礼和升级后,正悄然发生第四次数字化迁移。
在社会需求的带动下,产业元宇宙兼容并蓄,外向特征明显,积极吸收科学研究、工程制造等领域的先进技术,为企业和客户提供丰富易用的完整解决方案。
技术灵活性和实用性。
产业元宇宙无论在重点行业、民生产业,还是在各类型中小企业中,既有提升自动控制水平、降能耗、降人工成本等方面的共性需求,也有数据采集和智能分析等方面的个性化需求,由此带来提供服务多元化的问题。
灵活采用在不同切入点的应用技术,既能供应共性服务,也能提供个性化定制服务,解决产业痛点和难点。技术公平性和健壮性。
中心化可能导致互联网不再开放,封闭系统制造了信息的孤岛,阻碍了信息的流动。
产业元宇宙是去中心化的,节点、数据、开发者是分散的,每个人都有参与共识的自由,每个人都有参与和退出的权力。
在开源生态蓬勃发展的趋势下,开发者有选择开发工具、语言、架构和组件等方面的权利。
技术不再被大公司所垄断和封闭,合适、实用的工具集和行业应用将脱颖而出。
同时,由于产业元宇宙的处理和控制功能是分布的,任何站点发生的故障都不会给整个系统造成太大的影响。
当系统中的设备出现故障时,可以通过容错技术实现系统的重构,保证系统的正常运行,这体现了产业元宇宙具有较强健壮性。
第二节 产业元宇宙的产业链和价值链
通过上文对产业元宇宙技术框架的解析,我们明确了产业元宇宙构成发展所需要的技术要素及其架构体系。
接下来,我们将探讨产业元宇宙的产业价值链及生态构成,如何塑造产业元宇宙的未来产业格局,以及它将会呈现什么样的形态。
一、产业元宇宙产业价值链分析
由于元宇宙尚且在“骑马圈地”的发展初期,一切皆未定型,因此对于元宇宙产业价值链和产业生态构成的框架梳理和表述,目前在业内尚未达成共识,各家研究机构从不同视角提出许多不错的建议性框架,对于我们理解这个鸿蒙初开的产业及其未来发展格局十分有帮助。
其中,美国风险投资人马修·鲍尔提出的元宇宙产业构成框架,以及美国互联网创业家乔恩·雷道夫(Jon Radoff)提出的元宇宙七层价值链模型在业内影响较大,也获得较多认可。
马修·鲍尔是全球最大的游戏风险基金 Makers Fund 的合伙人,也是 Ball Metaverse Research Partners 的联合创始人,他在《元宇宙框架》(Framework for the Metaverse)一文中对元宇宙提出了一个系统性的思考架构。
他认为应该从硬件、算力、网络、虚拟平台、互联互通工具和标准、支付服务、内容服务和资产、用户行为等八个维度系统性地思考元宇宙的发展。

图 2.2 马修·鲍尔元宇宙框架图
资料来源:Framework for the Metaverse,By Matthew Ball,https://www.matthewball.vc/all/forwardtothemetaverseprimer.
在马修·鲍尔的元宇宙产业框架中,硬件被定义为“用于访问、实现交互或开发元宇宙的物理技术和设备”,其中包括面向消费者的硬件,比如 VR 头盔、手机和触觉手套等,以及面向企业的硬件,比如用于操作或创建虚拟或基于增强现实环境的硬件,如工业相机、投影和跟踪系统以及扫描传感器等;
网络被定义为“由核心供货商、网络、交换中心、路由服务,以及入户运营商所共同保障的永续实时连接、高带宽、去中心化数据传输”;
算力被定义为“支持元宇宙创建和运转的计算能力供应”,支持诸如物理计算、渲染、数据协调和同步、人工智能、投影、动作捕捉和翻译等多样化与高要求的功能;
虚拟平台被定义为“开发和运营沉浸式数字的、通常是三维模拟的环境和世界,用户和企业可以在其中探索、创造、社交和参与各种体验活动及经济活动”,这些活动比如赛车、画画、听课、听音乐,与传统的在线活动和游戏有一定差别,而且开发者和内容创作者可以从创作生产活动中获取大部分收入;
互联互通工具和标准被定义为“作为实际或事实上的交换操作标准的工具、协议、格式、服务和引擎,并使元宇宙的创建、运行和持续改进成为可能”,这些标准支持诸如渲染、物理和人工智能等活动,以及资产格式及其在体验间的导入导出、前向兼容性管理和更新、工具和创作活动、以及信息管理等;
支付服务被定义为“对数字支付流程、平台和操作的支持”,其中包括法币与数字货币的兑换,诸如比特币和以太坊在内的币币交易金融服务,以及其他区块链技术;
内容服务和资产被定义为“与用户数据和身份连接、以虚拟物品和货币为代表的数字资产,及其设计/创造、销售、二次流通、存储、安全保护和财务管理”;用户行为被定义为“消费者及其商业行为”,包括消费和投资、时间和注意力、决策和能力的显著变化。
在此框架下,马修·鲍尔认为,微软拥有全球数亿用户的数据,同时作为全球第二大云计算平台,拥有广泛的工作软件和服务套件,以及 PC、平板、Xbox+Xbox Live 和 HoloLens 等多样化的终端设备,将会在硬件、网络、算力、虚拟平台、互联互动工具和标准等各个层面全面参与并领导元宇宙建设。
Meta 则拥有全球规模最大的用户群和海量的用户数据,积累了大量半导体和脑机计算接口的专利,以及数十亿现金、数千名世界级工程师,代表一个新的计算平台,在硬件、网络和算力方面发力,通过参与元宇宙建设有机会成为下一个 Android 或 iOS(因此是 Oculus)。
亚马逊作为全球最大的云计算平台,则可以作为网络和算力基础设施,重构互联互通标准和协议,深度参与并影响元宇宙的未来形态。
谷歌作为全球最大的互联网数据平台和操作系统平台,且拥有多样化可穿戴计算设备,可以从数据开放及消费计算维度参与元宇宙部署。苹果则由于其系统和产品形态的封闭性,不太可能从底层驱动元宇宙,但可以发挥其在消费者终端方面的优势,通过 AR 设备或可穿戴设备成为元宇宙的参与者之一。
其他如 Epic Games 旗下的图形计算引擎 Unreal 和独立的 Unitiy 引擎将作为基础工具在元宇宙构建的虚拟现实世界渲染模拟方面发挥基础性作用。
Epic Games 旗下的 Fortnite、Valve 旗下的 Steam 以及 Minecraft、Roblox、Ubiquity、Singularity 等将作为虚拟平台,为数以亿计的用户提供内容创造、虚拟体验和资产货币化的通道,成为元宇宙产业的重要参与者。
Magic Leap 和 Snapchat 则正在通过开发混合现实硬件和基于位置的数字化身及体验,在元宇宙中发挥重要作用。
当然,马修·鲍尔也谦虚地表示,他这一框架只是个人思考的梳理总结,并不代表产业本身的发展路径和终极形态。
“在通往元宇宙的道路上,不要让任何特定的路径或理想化想法先入为主。
互联网曾经被设想为‘信息高速公路’或‘万维网’,然而这两种描述对于规划 2010 年或 2020 年没有任何帮助,也无法帮助我们理解每个行业如何被互联网重塑。
即使更具体的论述是正确的,正确的结果也不一定从中得出。”[插图]除了上述马修·鲍尔的元宇宙产业框架之外,乔恩·雷道夫提出的元宇宙七层价值链模型也在业内引起了广泛关注。
乔恩·雷道夫是硅谷连续创业家,曾任美国社交媒体公司 GamerDNA 的创始人,目前担任社交游戏发行公司 Disruptor Beam 的首席执行官。
他在其提出的元宇宙价值链模型中,认为我们可以从体验(Experience)、发现(Discovery)、创作者经济(Creator Economy)、空间计算(Spatial Computing)、去中心化(Decentralization)、人机界面(Human Interface)、基础设施(Infrastructure)等七个层面把握元宇宙的价值及生态构成。
在乔恩·雷道夫的元宇宙价值链模型中,他将体验定义为是一种“内容社区复合体”,这里的体验不仅是视觉上的三维虚拟体验,甚至并不一定是图形化的沉浸感体验,而是在用户参与内容创造、融入社区对话过程中,由内容、事件和社交互动循环往复形成的一种综合性的沉浸感;
他将发现层定义为是一个将用户引入元宇宙体验的推(push)、拉(pull)过程中的一个庞大的生态系统,包括用户积极寻求体验信息的入境(inbound)发现系统,如用户的实时状态、社区驱动的内容、活动列表、搜索引擎等,或者是用户被动选择参与的出境(outbound)发现系统,如展示广告、通知等;
他将创作者经济层定义为是一个能够通过去中心化和开放式方式为创作者赋能,为人们创造内容提供设计工具、动画系统、资产管理、社交互动、资产变现的货币化技术的综合技术平台;
他将空间计算(Spatial Computing)定义为是可以使人们进入虚拟世界并操纵三维空间的技术堆栈,包括 3D 图形引擎、VR/AR/XR 技术、多任务人机交互界面、地理空间映射、语音和手势识别等;
他将去中心化定义为对内容创作最大化、系统可操作性、创作者数据资产所有权有推动作用的一系列技术创新和实验,包括分布式计算、边缘计算、区块链、AI 代理等;
他将人机界面定义为使人们接入元宇宙,获得元宇宙体验的一系列应用程序和设备,包括智能手机、智能眼镜、可穿戴设备、嵌入式微型传感器、语音和姿势控制设备、脑机接口等;
他将基础设施层定义为支持设备及设备联网、并提供内容的一系列技术,包括 5G、Wifi、云计算、7-1.4 纳米级芯片、GPU、支持微型传感器的微机电系统以及小型化耐用电池等。
总之,乔恩·雷道夫认为,元宇宙不是一个单一的元宇宙平台,而是下一代互联网,它由多个平台构成。
在其七层价值链模型下,乔恩·雷道夫对目前参与元宇宙建设的一些重要厂商的产业链位置分布也做了系统性的梳理,给出了一份全景式的元宇宙市场格局图。
乔恩·雷道夫认为,Unity 作为当前主流 3D 图形引擎,在游戏开发、AR/VR/XR 和元宇宙开发中具有重要作用,其 Unity Ads 广告平台是与 Facebook 和 Google 并驾齐驱的三大互联网广告平台,因此 Unitiy 在发现层、创作者经济层和空间计算层都处于十分关键的地位;
Epic Games 则因为拥有领先的 Fortnite 元宇宙平台、The Epic Games Launcher 游戏分发平台,以及在游戏开发、设计市场拥有巨大影响力的 Unreal 引擎,因此在体验层、发现层、创作者经济层和空间计算层均占有重要地位;
Roblox 则因为成为一个开放式的创作者平台、社交平台和广告平台,同样在体验层、创作者经济层和空间计算层,占有十分重要的地位。

图 2.3 乔恩·雷道夫的元宇宙产业链模型
除了上述元宇宙平台之外,乔恩·雷道夫认为,微软和 Meta 在整个元宇宙产业链中也占有重要地位。
微软因为规模庞大的云计算基础设施 Azure、3D 图形 API DirectX、混合现实平台 Hololens、游戏平台 Xbox,以及元宇宙创作者平台 Minecraft,所以在基础设施层、空间计算层、人机界面层、创作者经济层、发现层、体验层均拥有强大影响力,是元宇宙一个最主要的推动者;
Meta 则因为拥有庞大的社交平台 Facebook 和 Instagram、协作平台 Workrooms、VR 虚拟现实平台 Oculus,及其在用户界面、数字全息图、用于手势识别的人工智能、超级计算、半导体等领域的技术部署,在体验层、发现层、创作者经济层、空间计算层、人机界面层、基础设施层,均有十分强大的产业影响力。
此外,乔恩·雷道夫认为,像苹果、英伟达、谷歌这类产业巨头,也将在元宇宙价值链上展开相应部署,影响力同样不可忽视。
通过马修·鲍尔和乔恩·雷道夫的上述分析,对于元宇宙的价值链构成及市场格局,我们可以初步确立一个完整的系统框架,形成一个宏观产业视野,这对我们进行产业元宇宙价值链分析有十分重要的参考意义。
但是,同时需要注意的是,马修·鲍尔和乔恩·雷道夫二人的分析视角是站在整个元宇宙的角度,或者更多是从体验元宇宙视角上展开的宏观产业透视,其主要逻辑也更偏重游戏、社交、娱乐等体验元宇宙这条主线,其援引的案例也更侧重于像 Meta、Epic Games、Roblox 这类游戏化、社交化的体验元宇宙平台。
当我们梳理产业元宇宙价值链及市场格局构成的时候,可能需要在兼顾现有框架体系下,根据产业元宇宙针对的行业应用场景及属性,进行适当的逻辑重构和价值链节点调整。
结合前文对产业元宇宙的基础定义及技术体系架构梳理,我们认为产业元宇宙价值链的构成应该包括以下四个层次:
基础设施层:基础设施层包括构建产业元宇宙所需要的通信、联网、存储、IoT、算法、区块链等底层技术堆栈及系统,如通信基础设施(如 5G、6G、WiFi 等)、算力基础设施(如云计算、边缘计算、量子计算等)、存储基础设施(云存储、分布式存储)、物联感知基础设施、底层算法基础设施、区块链基础设施(公链)等。
基础开发平台和工具层:我们将基础开发平台和工具层定义为创建产业元宇宙、元宇宙运营及对其后续进行改进所需的基础开发环境和必要开发运维工具集,包括空间计算、人机交互、硬件交互、人工智能、区块链、大数据开发平台及开发工具等。
在这方面如英伟达的 Ominiverse 元宇宙开发平台、图形计算引擎 Unreal 与 Unity,微软的混合现实开发平台 Mesh、Meta 的虚拟现实开发平台 Oculus,以及区块链 DApp 开发平台与 Dao 开发平台等。
场景及功能应用层:我们将场景及功能应用层定义为基于产业元宇宙的基础开发平台和工具,针对设计研发、生产制造、生产协作、生产分配、营销推广等特定产业作业流程和业务场景展开的二次开发形成的技术堆栈及解决方案,如数字孪生、工业仿真、AI 无人制造、数字人、去中心化金融、NFT 等。
行业解决方案层:行业解决方案层则是基于基础开发平台和场景功能开发,将部分功能或应用进行开发整合或系统集成,针对智慧城市、交通出行、旅游、教育、医疗、能源管理等行业提供的特定行业元宇宙方案,比如城市元宇宙中的智慧城市方案、教育元宇宙中的内容创作和教学解决方案、医疗元宇宙中的虚拟手术室或远程协同方案等。

图 2.4 产业元宇宙四层价值链模型
产业元宇宙四层价值链模型不仅对价值链分层做了简化,而且针对产业元宇宙的特殊属性,对产业链价值要素做了重新归类和划分。
尽管这一模型未必对产业元宇宙的实际发展路径做出百分百准确的预测,但在目前情况下,基本可以对我们理解产业元宇宙的产业逻辑及产业要素提供了一个较为清晰的分析参考框架,权当抛砖引玉,为后续产业元宇宙发展研究提供一个基础。
二、产业元宇宙产业链地图及关键节点代表厂商
在上述产业元宇宙价值链分析框架基础上,我们也可以初步对目前起步阶段的产业元宇宙产业链格局进行轮廓性的描述,并且也可以从各个产业链节点上的代表性玩家的产业部署动作上去把握产业格局的未来走势。
我们的产业元宇宙地图与乔恩·雷道夫的产业地图有着较为明显的差异,考虑到产业元宇宙 To B(对企业的市场)的产业属性,我们首先将体验元宇宙中 To C(对个人的市场)的游戏、社交、娱乐平台排除在外,更多将产业链构成放在 To B 的场景中来描述,把握各个重要厂商价值输出与输入之间的上下游协同关系。
我们认为,在产业链条上游构成环节是基础设施技术供应商,其中包括诸如高通、华为、AT&T 等 5G、6G、Wi-Fi7 等通信网络技术研发服务企业,以及包括亚马逊、微软 Azure、阿里云、腾讯云等云计算服务厂商,还包括像 Google、特斯拉、商汤等人工智能底层算法研发企业,还有像英特尔、AMD、英伟达等芯片研发企业,甚至包括像以太坊、Polkadot、Cardano 等区块链公链基础设施,这些机构提供的通信、联网、存储、IoT、算法、区块链等底层技术堆栈及系统,是构建产业元宇宙的基本前提。

图 2.5 产业元宇宙产业链格局
资料来源:51WORLD &区动投研。
在产业元宇宙产业链中上游的环节是基础开发平台与工具供应商,其中包括空间计算开发平台服务提供者英伟达的 Ominiverse 开发平台、Epic Games 的 Unreal 开发引擎、Unity 开发引擎,人工智能开发平台 Google AI、OpenAI 等,以及微软的 Mesh 人机交互平台、混合现实开发平台 OpenAR,Meta 的 Oculus 虚拟现实开发平台,以及诸如 Dapper、Theta、Polkadot 等区块链开发平台,这些企业和平台为元宇宙建设开发、内容创造、运营维护、资产货币化提供了基础开发环境和必备工具。
在产业元宇宙产业链中下游的环节是场景及功能应用开发服务的提供者,其中包括诸如虚拟世界广告服务平台 Unitiy Ads、三维虚拟动画开发服务平台 Nexus studios、数字孪生技术服务平台 51World,以及设计可视化、数字营销、展览展示服务平台丝路视觉等服务机构,这些企业提供的技术开发服务可以为企业在产品设计研发、生产制造、生产协作、生产分配、营销推广等特定业务场景提供基础应用和功能组件,形成行业解决方案的构成要素。
在产业元宇宙产业链下游的环节是行业解决方案服务供应商,包括诸如教育服务平台 Minecraft Education,医疗服务平台 Stryker、DeHealth、XRHealth,以及智慧城市平台腾讯 CityBase 等,这些企业提供的服务为教育、医疗、智慧城市等特定行业的元宇宙化运营作业提供了系统的解决方案,可以为相应行业的企业客户提供产业元宇宙服务。
三、上游基础设施代表厂商:高通、亚马逊
在产业元宇宙产业链的上游,高通、亚马逊等巨头在元宇宙基础设施领域的部署值得关注。
高通公司成立于 1985 年,总部设在美国的加利福尼亚,是目前世界上 3G、4G、5G 技术研发的领先企业,其提供的通讯技术服务覆盖了全球多个制造商。
高通在移动通信基带芯片市场竞争中占据了绝对优势,根据 Strategy Analytics 研究报告,2021 年 Q2 高通以 52% 的收入份额领先基带芯片市场,其次是联发科(30%)与三星(10%)。
高通甚至曾经一度占据 4 GLTE 系带芯片市场高达 95%以上的份额。在 Soc 芯片市场,高通也占据领先地位,根据 Omdia 数据,2019 年和 2020 年搭载高通骁龙芯片的智能手机出货量分别为 3.86 亿台和 3.19 亿台,高通骁龙芯片在这两年的市场份额分别为 28%和 25%,是行业头部的手机芯片供应商。
在 5G 市场被华为猛追不舍一度反超之后,现在高通正在参与主导美国联邦通信委员会(FCC)发起的 6G 及人工智能研究计划。
除了在基础通信技术方面持续布局之外,高通现在也在加大对元宇宙基础设施技术的研发,比如高通于 2022 年 2 月 12 日宣布在欧洲新建设一座扩展现实实验室。
据官方介绍,该实验室将分设在欧洲的六个城市,这个数量将不断增加,未来专注于 XR 技术和产品研发,探索方向涵盖先进手部追踪和手势控制、3D 映射和 SLAM/定位服务、多用户体验和图像识别等。
高通表示,高通的技术将开启新的空间计算时代,将通过在欧洲加大对 XR 技术的投资,进一步强化其作为“元宇宙入场券”的地位。
高通设立欧洲扩展现实实验室的首要目标是强化其骁龙 Spaces XR 开发者平台,进而帮助厂商设计轻巧时尚的头戴式眼镜,将产品应用到日常消费、工厂生产、企业运作、教育和医疗保健等场景。
在目前的元宇宙发展中,XR 即扩展现实,被视为“下一代计算平台”,更被认为是实现元宇宙的关键,而高通在这个领域已经有了相当明显的技术优势。
目前 VR 处理器分为手机芯片及专用芯片,以骁龙 820、MTK、三星、麒麟等为代表的手机芯片性能优越,但其功耗与散热问题难以解决且成本较高;
以高通骁龙 865 为基础的 XR 专用芯片是目前 VR 一体机的绝对主力芯片。
据安信证券统计,近期的 VR/AR 新品中,七成产品采用了高通骁龙芯片/处理器。
其次,除硬件外,高通还提供包括平台 API 在内的软件与技术套装以及关键组件选择,产品、硬件设计资料的参考设计,汇总成高通的 XR 开发平台。
其中,骁龙 XR2 平台已有超过 50 款基于该平台的 VR、AR 设备发布,高通 CEO 克里斯蒂亚诺·阿蒙(Cristiano Amon)透露,运行在骁龙 XR 2 平台上 Oculus Quest 2 已售出 1000 万台,是当下最热销的 VR 设备,骁龙 Spaces XR 平台主要面向 AR 应用开发者,联想、Motorola、OPPO 和小米等是其首批合作伙伴。
在 XR 显示技术基础上,元宇宙建设还少不了大量的数据传输与数据交换,这就需要性能卓越的物联网络和射频前端提供支持。
在射频前端和物联网络方面高通都有丰富的技术储备及明显优势,特别是在射频前端领域中。
近年来高通将手机芯片领域的优势地位向射频前端领域拓展,比计划提前一年实现了在智能手机射频前端市场营收第一的目标,已经成为手机端的第一。
与此同时,高通将自己的射频前端技术扩展到其他领域。
2021 年,高通射频前端单元累计出货量达 80 亿个,其中单个组件出货量均超过 3 亿个。根据公司财务报告,2021 年智能手机、射频前端、物联网、汽车四大领域收入分别为 168.3 亿美元、41.58 亿美元、50.56 亿美元、9.75 亿美元。
在智能手机之外,物联网已经发展成为高通第二大创收来源。[插图]元宇宙的完全成型离不开足够快的网速和物联网支持。
在 2021 年 10 月中旬的高通 2021 投资者大会中,高通 CEO 克斯蒂亚诺·阿蒙高调表态:“高通将成为物联网的新前沿,是通往元宇宙的钥匙。”
高通在固定无线接入(FWA)、Wi-Fi 接入点演进和 5G RAN 基础设施等方面具有领先优势。
其中,Wi-Fi 7 可以进一步推进产品的无线化,促进元宇宙成型,而高通在向 Wi-Fi 7 演进的过程中独具优势。
同时在物联网方面,全球超过 30 家终端厂商正在使用高通 5G FWA 解决方案,高通的 5G RAN 平台可使能效提升 50%、总体拥有成本降低 50%,在物联网的发展中占据着关键位置。
高通产品管理副总裁 Ziad Asghar 曾经表示:“高通具备发展元宇宙的关键技术,无论元宇宙以何种形式发展,我们的技术都能够支持厂商来实现这一愿景。”
可见,在产业元宇宙产业链上游的基础设施环节,高通绝对是一个令人无法忽视的领导者角色。除了高通之外,亚马逊也是产业元宇宙上游基础设施,特别是云计算及云存储领域最重要的一个构建者和推动者。
2021 年亚马逊云科技 re:Invent 全球大会上,亚马逊全球副总裁、亚马逊云科技大中华区执行董事张文翊表示:“我们认为元宇宙一定是云计算可以大量赋能的一个领域。
元宇宙本身需要的就是计算、存储、机器学习等,这些都离不开云计算。”
目前亚马逊以云为核心,已形成丰富的元宇宙开发工具矩阵:比如可以支持开发者轻松创建 3D 场景并将其嵌入网页的 VR/AR 开发平台 Amazon Sumerian,可以服务工业 4.0 场景、支持企业部署专有 5G 网络的 Amazon Private 5G,可以支持对现实环境进行数字化仿真模拟的数字孪生技术服务 Amazon IoT TwinMaker,可以支持实时渲染、光线追踪、动态捕捉、粒子特效的图形化开发引擎 Amazon Lumberyard,以及无代码及其学习平台无代码机器学习平台 Amazon SageMaker Canvas。
亚马逊已经与 Meta、Epic Games 等公司展开深度合作,为其提供云计算服务支持。
Epic Games 旗下的元宇宙游戏平台《堡垒之夜》,在全球拥有 3.5 亿用户,其工作负载几乎全部都在亚马逊云科技上。
亚马逊还与 Meta 合作,为其 Meta AI 部门人工智能项目的研发工作提供算力支持。
可以预见,亚马逊目前最主要的云计算、云存储基础设施,以及丰富的元宇宙开发工具矩阵,将会在产业元宇宙产业链上游发挥重要作用,为整个产业链提供基础计算、算力、存储及底层开发技术的支持。
除了高通、亚马逊之外,微软、华为、阿里巴巴、腾讯、百度等企业也在基础设施领域具有雄厚的技术储备,并且也在不同程度上开始元宇宙布局,将会在不同方向上扩充产业元宇宙基础设施版图,发挥各自的价值和影响力。
四、中上游基础开发平台及工具厂商:微软、英伟达、Unity
对于在产业元宇宙产业链中上游环节的基础开发平台与工具供应商,我们需要关注的是微软、英伟达、Unitiy。微软 CEO 萨提亚·纳德拉在 2020 年 4 月举办的 Microsoft Inspire 演讲中提出了微软的元宇宙布局方向是“企业元宇宙”,具体指“随着数字和物理世界的融合而产生的基础设施堆栈的集合体”,是数字孪生、物联网与混合现实的结合。
萨提亚·纳德拉认为,随着真实物理世界和虚拟数字化世界的不断融合,企业元宇宙将成为每个企业必备的一种新型基础设施。
微软将通过 HoloLens、Mesh、Azure 云、Azure Digital Twins 等一系列工具/平台帮助企业客户将数字世界与现实世界融为一体。
微软先后推出 HoloLens、HoloLens 2,通过全息体验重新定义个人计算。
HoloLens 融合了切削边缘光纤和传感器,可提供附加到现实世界各处物理对象之上的 3D 全息影像。
HoloLens 从诞生起,就被定义为生产力设备,可以作为制造、建筑、医疗、汽车、军事等垂直行业的生产力工具。
比如,工业场景中常见的维修需求,工人在维修前戴上 HoloLens,就可以看到维修服务请求以及将要维修的设备的三维图像,图像任一部分都可以放大研究,甚至还可以使用 HoloLens 内置的 Skype 呼叫专家远程支持。
除了提供 HoloLens 混合现实技术平台和基础开发环境之外,微软还将 Mesh 融入 Teams,构建企业元宇宙技术堆栈,通过数字孪生、混合现实和元宇宙应用程序(数字技术基础设施的新层次)实现物理和数字的真实融合。
微软的企业元宇宙技术堆栈具体包括 Azure IoT、Azure 数字孪生、Azure 地图、Azure Synapse 分析、Azure 人工智能&自动化系统、Microsoft Power 平台、Microsoft Mesh &全息镜头。
同时,微软还计划通过 Mesh、Azure 云、Dynamics 365、Windows Holographic、MRTK 开发工具等一系列工具/平台帮助企业客户将数字世界与现实世界融为一体。
Mesh 是微软于 2021 年 3 月推出的一个具有 3D 化身和其他 XR 功能的虚拟平台,可利用 Azure 云平台来促进远程参与者通过 HoloLens 2 和其他设备共享协作体验,用户无须使用 VR/AR 头显,即能以虚拟人物或动画卡通的形式出现在视频会议中,且通过人工智能解读声音。
在 11 月 2 日的 Ignite 大会上,微软提出计划将混合现实会议平台 Microsoft Mesh 融入 Microsoft Teams 中。
微软允许不同位置的用户,通过生产力工具 Teams 加入协作以召开会议、发送信息、处理共享文档等全息体验。
Windows Holographic 平台(Holographic 现已更名为 Mixed Reality)提供全息影像框架、交互模型、感知 API 和 XboxLive 服务。
这意味着所有应用在三维的世界中都将像真实存在的物体一般。
此外,值得一提的是微软与 Unity 合作推出了 MRTK 开发工具,这是一款面向混合现实应用程序的开源跨平台开发工具包。
它提供了一系列组件和功能来加速 Unity 中的跨平台 MR 应用开发。其功能包括:为空间交互和 UI 提供跨平台输入系统和构建基块;
通过编辑器内模拟实现快速原型制作等。MRTK 旨在加快面向 Microsoft HoloLens、Windows Mixed Reality 沉浸式(VR)头戴显示设备和 OpenVR 平台的应用程序开发。
可见,微软的企业元宇宙技术堆栈为中下游产业元宇宙开发提供了一个基础开发环境和开发工具集,支持开发者基于微软的平台进行二次开发,开发针对不同行业和不同企业特定业务场景下的特定应用和解决方案。
微软的平台实力决定了其位于产业链中上游的话语权和技术定义权。英伟达在元宇宙基础开发平台这一环节也同样占据领先地位。
在 2021 年 4 月举行的 GTC 大会上,其创始人黄仁勋介绍了当时正在公测的 Omniverse。
黄仁勋特别表示,这是一个面向企业的设计协作和模拟平台,是全球第一个可以让处于世界各地的 3D 设计团队跨多个软件套件工作,并在同一共享虚拟空间中进行实时协作的技术平台。
“Omniverse 旨在创建共享虚拟 3D 世界,就像尼尔·斯蒂芬森在 20 世纪 90 年代早期的小说《雪崩》中所描述的科幻虚拟空间。”
著名作家、顾问兼 Jon Peddie Research 创始人 Jon Peddie 认为,许多公司一直在谈论元宇宙这个话题,但英伟达是少数几家真正实现其承诺的公司之一。
英伟达的 Omniverse 平台能让设计师、艺术家和审核人员在任何地方通过领先的软件应用在同一个共享的虚拟世界中进行实时合作。
这是一个专为虚拟协作和实时逼真模拟打造的开放式平台。
可以让创作者通过云在软件之间、在本地或世界各地无缝地实时工作。Omniverse 是由五个组件组成的完整生态系统:Nucleus、Connect、套件、仿真和 RTX。
Omniverse 有三个明显特点:
一是可以实现用户和应用软件之间的实时协作;
二是给用户带来实时的速度,离线工作的质量;
三是可以在任意 NVIDIA RTX GPU 上运行,从而可以 RTX 技术助力模拟现实情景。只需构建模型一次,即可在任意地方渲染,在任何设备上实现 NVIDIA RTX 渲染的逼真度。
Omniverse 平台首次在一个共同的虚拟空间中实现了真正的协作式创新,这可能会改变几乎所有的行业。
此外,Omniverse 平台另一大优势是实现了与其他开发设计工具的无缝集成,比如 Adobe、Autodesk、Bentley Systems、Blender、Clo Virtual Fashion、Epic Games、Esri、Golaem、Graphisoft、Lightmap、Maxon、McNeel & Associates、PTC 的 Onshape、Reallusion、Trimble 和 Wrnch 等,均已集成到 Omniverse。
举例来说,如全球领先的开源 3D 动画工具 Blender,加入 Omniverse 平台通用场景描述(USD)支持,能够使艺术家访问 Omniverse 制作流程;
图形设计工具 Adobe 将为 Omniverse 提供 Substance Material 支持的 Substance 3D 插件,为 Omniverse 和 Substance 3D 用户提供全新素材编辑功能。
在英伟达 Omniverse 的构想中,虚拟世界的模拟会加速现实世界的生产和创造,基于 USD 的 Omniverse 可以让设计师在共享空间中协作,一名设计师在一个世界中所做的更改会实时更新给所有相关联的设计人员,本质上就像 3D 设计的云共享文档。
由此可见,英伟达 Omniverse 为设计师、开发者提供了一个基础计算平台和开发工具集成支持,基于 Omniverse 开发者可以针对智能制造、通信、教育、影视传媒等不同行业的作业场景展开二次开发,提供更具有场景针对性的特定应用和相应的行业解决方案。
Omniverse 将彻底改变全球 4000 万 3D 设计师的协同合作方式,公司可以在 Omniverse 中建造虚拟工厂并使用虚拟机器人进行运营,虚拟工厂和机器人则是其物理复制品的数字孪生。
宝马是第一家使用 NVIDIA Omniverse 来设计整个工厂端到数字孪生端的汽车制造商。
Unity 也是一个目前主流的 3D 互动内容创作和运营平台,它最先应用于游戏开发领域,一度占据了游戏开发引擎的半壁河山。
但如今 Unity 已经不仅仅是一款游戏开发引擎,而是一款建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的综合型创作工具。
比如在汽车领域中,Unity 可以帮助设计师实时设计,加速设计开发的效率,也可以实时观察产品效果,不用花更多时间在传统的渲染上。
例如,沃尔沃借助 Unity 的实时 3D 技术,将交互式的虚拟体验引入整车开发流程和营销环节来提高生产效率和销量。
针对智能驾驶和新能源车,Unity 也提供了 HMI 人机交互解决方案,用户可基于 Unity 开发实时车载系统,使仪表盘更智能化。
在后端市场宣传环节,也可通过实时渲染方式在汽车上线后做实时宣传片,方便用户进行查看等。
在建筑领域,Unity 做到了虚实结合——通过虚拟环境实时观察建筑状态,如设备运行的温度、性能等,实现实时预警功能。
Unity 还尝试将“智慧城市”“数字孪生”的概念落地,如上海国际汽车城、香港机场等都与 Unity 进行了合作,打造了集感知、分析、服务、指挥、监察等为一体的综合管理服务平台。
从平台特性视角来看,Unity 本身是一个跨平台引擎,支持包括手机、PC、Switch、PS、Xbox、VR、AR 等几乎所有主流平台,甚至支持不同的端与端之间的同步互联。
Unity 作为虚拟世界的通用创作工具,为打破平台边界、覆盖更多人群、构建社群化链接等多个层面提供助力。
Unity 跨端解决方案一方面提供了更多的开发工具来帮助开发者解决这个问题,另一方面还准备了专业的平台移植团队,带领开发者一起完成移植工作。
与 Unity 类似的还有 Epic Games 旗下的虚幻引擎 Unreal,也从最初的游戏开发引擎向通用虚拟世界创作平台演进。
据官方披露,虚幻引擎 5 将会从三个维度来做尝试:
一是提升引擎的表现效果,让实时渲染细节能够媲美 CG 电影和真实世界的画面表现力;
二是改善迭代效果,让制作者得以将编辑工具中做的任何改变轻松迭代到各种目标设备组织平台上,基本做到“所见即所得”;
第三则是降低门槛,通过提供更丰富、更完善的工具来帮助小团队甚至个人去完成高品质的内容。
微软、英伟达、Unity、Ureal 等基础开发平台和工具集,将会为中下游的企业和开发者提供一个基础的元宇宙开发环境并为其提供工具支持和技术赋能。
五、中下游场景及功能应用开发服务厂商:Soul Machines、Nexus Studios、丝路视觉
由于产业元宇宙尚在发展的萌芽时期,而且这次技术变革主要是由一批传统的通信、云计算、互联网巨头发起,这些机构的技术积累及产业优势主要是在产业链上游,其元宇宙部署也主要在产业链上游及中上游的价值链高价值环节,产业元宇宙产业链中下游和下游环节还不是其发力重点。
因此,中下游场景及功能应用开发就主要是由一些创新型企业来发起并主导,这些企业无论从技术储备还是市场规模上都无法与产业链上游及中上游的巨头们相提并论,而且这一环节目前的影响力看起来并不是那么明显,产业集群效应也不是那么饱满。
然而,这也正是元宇宙创新型企业可以充分发力,参与价值链创新的机会区域。这一产业链节点的价值和机遇,我们可以通过灵魂机器公司(Soul Machines)、Nexus Studios、丝路视觉等几家公司的创新服务窥一斑。
Soul Machines 是一家总部位于新西兰的初创公司,该公司的主要产品是一个人工智能驱动的数字人动画平台,通过该平台创建的人工智能数字人可以用于智能客服、品牌宣传和教育培训等领域。
Soul Machines 由奥斯卡金像奖得主马克·萨加尔(Mark Sagar)和连续创业家 Greg Cross 于 2016 年创立,从奥克兰大学剥离独立运作。
CG 技术先驱 Sagar 和 Cross 携手将 AI、计算人脑模型和体验式学习融合在一起,创造出极其逼真并能做出情感回应的数字人 Digital Heroes,它们具有能使机器与我们面对面交谈的个性和特点,从而将技术变成现实。
Soul Machines 的技术创造了一种新型的客户体验和整体参与方式。众多品牌现在有机会创建数字版本的代言人或完全数字化的员工(类似于服务接待员),从而更有效地与其粉丝和客户互动。
Soul Machines 联合创始人 Greg Cross 在接受媒体采访时表示,Soul Machines 计划为潜在的元宇宙创建“数字劳动力”。
Soul Machines 现正与银行业和金融、软件、汽车、医疗保健、能源、教育行业中的国际大品牌合作,部署世界上第一批数字人。
Soul Machines 的数字人在一个被称为“Humans OS 2.0”的系统上运行。Soul Machines 已经部署了其 HumanOSTM平台,并为零售、汽车、银行和金融领域中多个全球最大的品牌创建了 Digital Heroes,客户包括宝洁(Procter & Gamble)、ABC 银行、苏格拉皇家银行等。
数字人能够增加企业电子商务销售额,推动品牌参与,扩展客户支持,增加当前的劳动力,以指数方式改善消费者数据,提供知识和学习素材,提供支持和陪伴,更关键的是,它能投资于元宇宙的未来。
比如 Soul Machines 和雀巢合作,为雀巢创建了 Cookie Coach 助理 Ruth,用户可以和数字人 Ruth 互动,还可以通过 Ruth 下单。
在数字医疗保健领域,患者可以和医院的数字人助理进行沟通,反馈病情,并得到专业的诊治意见。
Soul Machines 数字人客服已经应用到包括消费品、娱乐、金融服务、卫生保健、教育、公共部门、房地产、零售和电子商务、科技与媒体、电信和呼叫中心的多个领域,成为企业在元宇宙时代与客户沟通互动的重要手段。
Nexus Studios 是一家位于伦敦和洛杉矶的动画、电影和互动工作室。
它由 Charlotte Bavasso 和 Christopher O’Reilly 于 2000 年创立。
Nexus Studios 精通 AR 内容开发,其此前针对谷歌 Pixel 系列手机发布了寻路应用 Hot Stepper、Gruffalo Spotter、Childish Gambino Playmoji。
在 2018 年,它与谷歌 Spotlight Stories 工作室合作开发了其首款 Google Doodle 式 VR 内容 Back to the Moon,受到用户高度欢迎。
近期 Nexus Studios 还与漫威合作,为史诗级电影《永恒族》开发了增强现实体验版本。
这个体验版本可以让用户探索永恒族的世界,与角色会面,并参与剧情活动。
Nexus Studios 使用体感捕捉系统,用摄像机从 100 多个角度记录女演员莉亚·麦克休(Lia McHugh)的表演,为其创建了数字化身,还开发了全新的制作程序,以便在移动设备上实时显示电影级 VFX。
Nexus Studios 展示了增强现实在新媒体中的叙事能力和高保真视觉效果的潜力。
除了影视领域之外,Nexus Studios 还将增强现实技术应用到旅游领域,他们同 SK 电讯、谷歌一起与韩国文化遗产管理局合作,制作了韩国首尔著名文化旅游景点昌德宫的虚拟导游程序,通过 AR 增强型旅游体验,以数字方式绘制整个文化遗址,让人更容易了解昌德宫的历史。
应用这款 AR 增强程序,在神秘的神话生物獬豸的引导下,游客可以发现 12 种独特的互动活动。
他们可以从应用程序中的交互式地图中选择他们自己的参观路线。
游客还可以通过 AR 程序虚拟体验朝鲜王朝真实的风俗和活动,可以与朝鲜王子一起练习射箭,学习古代王朝的舞蹈,探索新文鼓的作用,揭秘隐藏的历史。
游客还可以在院子里更随意地与虚拟的国王和王后互动,合影留念并即时分享照片。
Nexus Studios 还在品牌营销领域做 AR 内容开发,为包括三星、梅西百货、大众汽车、考克斯通信、索尼、优衣库、爱彼迎、OPPO 等客户开发了互动应用,帮助这些品牌通过 AR 增强现实内容与客户互动,增强品牌营销体验。
丝路视觉是国内最早从事数字视觉服务的企业之一,也是国内主要的数字视觉服务供应商之一,提供以 CG 技术为基础的数字视觉综合服务,主要分为 CG 静态视觉服务、CG 动态视觉服务、CG 视觉场景综合服务和其他 CG 相关业务四种业务模块,服务于建筑设计、房地产行业等具有中国特色的传统应用领域,工业/广告、会展行业等新形态商业和展览展示应用领域,以及动漫、游戏、影视等文化创意娱乐产业。
公司目前主要面向建筑、地产、政府、企业和游戏等客户提供 CG 服务,而在影视特效领域主要提供云渲染服务。
海外主要 CG 公司包括专注影视特效 CG 领域的 Dexter、Industrial Light & Magic、Weta Digital、Cinesite,以及提供 CG 综合服务的 Pixomondo、VHO、A52 等。
在产业元宇宙产业形成过程中,像 Soul Machines 的数字人、Nexus Studios 的 AR 内容开发、丝路视觉的 CG 服务和 VR 培训等服务,均与企业客户在品牌营销、客户服务、企业培训等业务场景相结合,提出创新的应用解决方案,成为产业链中的重要构成部分,体现出独特的价值。
六、下游行业解决方案案例:联想数字孪生工厂,微软 Minecraft 教育版,XRHealth 远程医疗
在产业元宇宙产业链下游的行业解决方案供应商,主要依据产业链上游基础设施及中上游基础开发平台,并整合中下游部分业务功能应用,面向城市管理、交通、工业制造、旅游、医疗、能源管理等行业提供专业化的行业业务解决方案。在工业制造领域,联想将数字孪生技术应用于产品设计研发及生产制造环节是一个显著的案例。
在生产制造过程中,产品验证周期长、依赖实物、工艺灵活度不够一直是联想这类制造企业面临的痛点。
几年前,联想开始智能化转型,将数字孪生技术应用于从销售、计划、采购、生产、交付、服务的各个场景。
在传统的产品设计流程中,由于产品设计团队多、跨专业,试制品整合需要大量的时间和精力。
而数字孪生技术可以充分利用信息系统的优势,将相应的单学科设计软件工具的设计图样,集成至 PTC 的 Winchill PLM,形成 3D 数字化样机。
3D 数字化样机具有可视化的特点,可以让设计团队在完整的视图中评审产品,排除问题。
这一应用大幅提高了设计团队的效率和设计品质。
在传统的生产运营流程中,研发设计与制造工艺数据独立管理运行,这就很容易造成信息不对称,导致停线、重工、上市推迟等损失。
联想打破了从研发到制造的“数据孤岛”,通过建立物理产品的数字映射,将产品使用过程中产生的数据形成闭环反馈和优化,打造了数字化工艺解决方案。
利用这一方案,研发人员可以实时查看产品在工厂生产线的工序工艺等制造信息,且一目了然。工厂工艺或制造工程师可以实时查看产品的研发图档、设计要求等信息。
根据订单配置不同,实时生成对应的最佳工艺序列,以可视化的方式呈现给生产线员工。
工厂可以实时收到变更信息,自动更新生产线的可视化工艺。
联想还有一个产品工程化仿真方案。
产品工程化仿真是指物理产品在虚拟空间的数字模型,这个数字模型不仅和现实世界的物理产品形似,能模拟产品的实际运行,还能通过产品在包装过程中反馈的数据,反映产品运行状况,乃至改变产品形态。
在该方案中,处于产品工程验证阶段的制造工程人员可以通过仿真设计图纸提前发现设计问题并进行研发优化,制造工艺人员能够提前规划产能及设备的布置,在整个产品的生命周期内,制造工程人员还可以通过仿真工具分析问题并找到解决方案。
对数字孪生仿真工具的使用构建了一个从产品设计到生产规划、生产工程、生产执行、服务支持的全价值链数字化体系,带来了从研发量产周期到生产效率再到产品质量的全方位提升。
比如,缩短 10%—20%的上市时间,制造效率提升 10%—20%,制造成本降低 10%—20%,质量提升 15%—20%等。
在医疗领域,美国医疗技术公司 XRHealth 也在 2022 年 1 月 5 日宣布进军医疗元宇宙,将与虚拟现实技术公司 HTC VIVE 合作,创建一个虚拟治疗中心,为患者提供远程治疗服务。
XRHealth 将沉浸式 XR 技术、临床医生和高级数据分析工具集成在一个平台上,为患者提供全面的治疗护理解决方案。
通过这个虚拟诊疗平台,临床医生可以用装有 XRHealth 应用程序的 VIVE Focus 3 来创建一个虚拟治疗中心,进行远程诊疗;
患者则可以使用 VIVE Flow,在家中进入虚拟诊疗室,舒适问诊。总部位于美国印第安纳州的医疗设备公司 Zimmer Biomet 最近推出了 OptiVu 混合现实解决方案平台,使用微软的 HoloLens 来创造一种混合现实诊疗环境,通过数据互联模拟现实提供问诊咨询、个性化护理、治疗和诊断服务。
Meta 近期也与 Nexus Studios 通过世界卫生组织(World Health Organization,WHO)合作,推出虚拟医疗培训项目。
Meta 开发了一款程序,培训医护人员掌握新冠肺炎病毒抗疫信息,对类似模拟穿戴和脱下个人防护设备等技能展开培训。
在教育领域,微软则推出 Minecraft 教育版,成为新冠肺炎疫情期间最主要的远程教学平台。
谷歌也于 2021 年 12 月 5 日发布了一个新的人工智能导师平台,为学生提供个性化的阅读理解和写作指导,并根据他们的知识水平、职业目标和兴趣为他们提供学习计划建议。
包括谷歌、微软、联想在内的传统 IT 产业巨头,以及像 Nexus Studios、XRHealth、Zimmer Biomet 这样在各自领域具有创新优势的产业科技公司,虽然在产业元宇宙行业解决方案方面的创新只是刚刚起步,但也已经充分证明了产业元宇宙拥有庞大的企业客户需求和光明的产业前景。
我们有理由相信,这一距离行业和企业客户最近的环节,也正是最有商业机会、最值得展开创业尝试的领域。
通过上述对产业元宇宙价值链条的梳理,我们可以对产业元宇宙上下游产业链的构成和产业格局轮廓有一个初步的把握。
虽然内容描述稍显粗略,对于产业格局的把握也未必全面、准确,但我们相信,从这一尝试出发,产业元宇宙必定是一个值得我们长期关注并为之投入巨大精力的创业蓝海,其中的价值远景值得我们为之认真付出,久久期待。

