重磅：元宇宙产业链生态白皮书（45万字）
文 | 中国电子信息产业发展研究院
江苏省通信学会
前言
元宇宙(Metaverse)的概念最早由美国作家于1992年提出。2021年3月，美国Roblox公司首次将“元宇宙”写进招股说明书，引发了社会各界的关注。2021年10月，Facebook更名为Meta，引发了“元宇宙”概念第二波热潮。国内外巨头企业纷纷布局元宇宙领域。我国一些地方政府也积极布局元宇宙，上海、武汉、合肥、无锡、杭州、南昌、厦门等地先后提出重点发展元宇宙相关产业。元宇宙成为各界关注热点，新模式新业态不断涌现。
赛迪智库电子信息研究所和江苏省通信学会联合编写了《元宇宙产业链生态白皮书(2022年)》，总结了元宇宙产业发展现状，梳理了元宇宙技术体系与产业链各环节发展情况，分析了各地发展现状、投融资情况和产业发展存在问题，提出了若干措施建议，期望进一步统一产业发展共识，为行业管理部门提供决策参考。
全文如下：
元宇宙产业链生态白皮书
中国电子信息产业发展研究院
江苏省通信学会
2022年5月
前言
元宇宙(Metaverse)的概念最早由美国作家于1992年提出。2021年3月，美国Roblox公司首次将“元宇宙”写进招股说明书，引发了社会各界的关注。2021年10月，Facebook更名为Meta，引发了“元宇宙”概念第二波热潮。国内外巨头企业纷纷布局元宇宙领域。我国一些地方政府也积极布局元宇宙，上海、武汉、合肥、无锡、杭州、南昌、厦门等地先后提出重点发展元宇宙相关产业。元宇宙成为各界关注热点，新模式新业态不断涌现。
赛迪智库电子信息研究所和江苏省通信学会联合编写了《元宇宙产业链生态白皮书(2022年)》，总结了元宇宙产业发展现状，梳理了元宇宙技术体系与产业链各环节发展情况，分析了各地发展现状、投融资情况和产业发展存在问题，提出了若干措施建议，期望进一步统一产业发展共识，为行业管理部门提供决策参考。如有商榷之处，欢迎批评指正。
一、元宇宙的发展情况
(一)全球元宇宙发展现状及特点
1.政策层面，美国自上而下鼓励投资与监管并行，日韩出台政策积极推动
美国率先推出元宇宙概念，拥抱创新的同时积极关注数据安全与加密货币监管。对于加密货币实行牌照化管理，因州而异，但框架逐步完善，可执行性强，有效遏制了初期区块链和数字货币领域出现的乱象。韩国表现出对元宇宙强烈的紧迫感，已出现从用户群体到平台搭建者共同营造的元宇宙热潮，政企合作共同布局该领域，2021年11月3日，首尔市政府制定了全球第一个中长期元宇宙政策文件“元宇宙首尔基本计划Basic Plan for Metaverse Seoul)”，宣布建立名为“元宇宙首尔(Metaverse Seoul)”的元宇宙平台。2021年7月，日本经济产业省发布了《关于虚拟空间行业未来可能性与课题的调查报告》，归纳总结日本虚拟空间行业亟须解决的问题，以期能在全球虚拟空间行业中占据主导地位。11月，日本成立“一般社团法人日本元宇宙协会”，将与金融厅等行政机关相互配合，启动市场构建，力争使日本成为元宇宙发达国家。
2.技术层面，基础设施、终端、平台先行，多种技术积累为元宇宙奠定技术基础
美国作为元宇宙开拓者，底层技术领先，产业布局全面。Meta、微软的XR头显设备占据XR半壁江山，占据了元宇宙的硬件接入口；Amazon、微软、Google、IBM等科技巨头在云计算领域的市占率排在全球前列，目前全球90%以上大型游戏公司依托Amazon云在线托管。此外，在算法方面，Google、Mate、亚马逊、微软等科技巨头纷纷布局基础算法框架，开发TensorFlow、MXNet、CNTK、Caffe等一批主流人工智能算法框架;底层工具方面，Unity开发的游戏引擎、EpicGames的虚幻引擎、Decentraland的经济系统等，为元宇宙世界创作者提供了强大的创作工具。
3.应用层面，社交、娱乐、文化领域率先发力，工业制造领域逐步跟进
社交与游戏方面，典型的入局者为Meta，目前已形成了相对全面的业务布局，莉莉丝、罗布乐思等游戏公司相继推出元宇宙相关游戏，索尼依托日本ACG产业积累及丰富的IP资源，旗下Play Station VR在全球销量排名前三。虚拟数字人方面，目前已有众多公司或机构入局虚拟数字人，且技术的仿真效果更加成熟，如入学清华的首个AI虚拟学生“华智冰”、阿里的AYAYI、抖音UP主柳夜熙等。此外，从娱乐等应用场景向外延伸相应的技术应用已应用在演出及会议等领域，2021年11月，贾斯汀·比伯与虚拟音乐会公司WaveVR合作，向全球歌迷献上了一场30分钟的“元宇宙演唱会”。在工业制造方面，美国已将元宇宙成果应用于工业制造领域，宝马使用Omniverse设计整个工厂的数字孪生体系，在真实生产新产品前，完成设计、模拟、优化等一系列复杂的过程。
4.生态层面，产业联盟、龙头企业积极响应，共筑元宇宙生态圈
韩国科学技术和信息通信部在2021年5月发起成立了由政府领导、囊括200多家公司和机构包括SK电讯、现代汽车、韩国移动互联网商业协会等的“元宇宙联盟”，合作进行元宇宙层面的道德与文化实践，分享技术趋势及见解，并启动联合开发项目。中国在各地政府、企业的助推下，相继成立了长三角元宇宙联盟、广州元宇宙创新联盟等产业联盟，致力于协同上下游推进元宇宙发展。三星等巨头也积极为元宇宙搭建资本基础，推出元宇宙基金并大受欢迎。2021年11月，英伟达、Roblox等四家知名科技巨头高管围绕“元宇宙愿景”举行大型讨论会。国内互联网企业抢先布局，通过并购等方式不断完善产业链体系，形成了以龙头企业为核心，版图不断扩展的生态。
(二)我国元宇宙发展现状及特点
1.各地相继出台支持元宇宙相关政策，抢占元宇宙先发优势
部分城市在规划、政府工作报告中先后提及元宇宙。目前，杭州未来科技城发布XR产业发展计划，布局元宇宙，推动产业升级;无锡发布了《太湖湾科创带引领区元宇宙生态产业发展规划》，提出打造国内元宇宙生态产业示范区;北京表示将推动组建元宇宙新型创新联合体，探索建设元宇宙产业聚集区;成都布局成立元宇宙产业联盟，将构建交子大道元宇宙中心;上海市经信委印发的《上海市电子信息产业发展“十四五”规划》中提到对元宇宙的产业布局;厦门市工业和信息化局、厦门市大数据管理局联合发布《厦门市元宇宙产业发展三年行动计划(2022-2024年)》(以下简称《计划》)，力争到2024年，元宇宙产业生态初具雏形。
2.头重脚轻，“元宇宙”发展任重道远
近年来我国ICT产业快速发展，并逐步在虚拟现实/增强现实(VR/AR)终端、通信网络设备、数通设备、液晶显示面板、软件交互等领域取得显著进步，构筑起产业发展长板。一方面，我国ICT行业领域，消费市场规模庞大、行业级应用场景种类繁多、企业应用创新活跃，为“元宇宙”技术蜂巢爆发创新提供有力的市场与智力支撑基础。另一方面，底层技术的缺失也带来了重大的挑战。一是VR/AR头显设备，手机、电脑、电视等消费终端提供“元宇宙”现实世界与数字世界交互的接口或界面，扩大我国终端整机既有制造优势与加速推动“元宇宙”新型智能硬件普及与应用推广爆发，将形成有力互推作用，带来广阔的发展前景。二是缺少XR专业芯片，缺少XR底层开发平台及工具，在“中美贸易”摩擦的今天，给“元宇宙”的发展带来了重大挑战。
二、元宇宙的技术体系与产业链
(一)元宇宙的基本概念
元宇宙(Metaverse)，由美国科幻作家尼尔·斯蒂芬森(NealStephenson)于1992年在其著作《雪崩》中提出，是指一个与现实世界平行、相互影响并且始终在线的数字虚拟世界。人们可在元宇宙中生活、娱乐、工作、交易，比如在虚拟世界中与家人朋友吃饭逛街、用虚拟货币交易等。2021年3月，美国Roblox公司首次将“元宇宙”写进招股说明书，引发了社会各界的关注。2021年10月，Facebook更名为Meta，确定将在未来几年转型成为元宇宙公司，引发了“元宇宙”概念第二波热潮。
业界对“元宇宙”的概念众说纷纭，至今未有被广泛认可的确切定义。国内外科技巨头、企业家、知名学者对“元宇宙”的理解认知主要有五类：一是认为元宇宙是下一代互联网，例如Meta首席执行官扎克伯格说“元宇宙是更好体验版本的互联网”;二是认为元宇宙是新型互联网应用，例如清华大学研究团队提到“元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态”;三是认为元宇宙是数字经济的新形态，例如南京大学钱志新教授讲到“元宇宙是数字技术的大集成，是数字经济的高形态元宇宙”;四是认为元宇宙是数字化手段构建的3D空间，例如英伟达创始人黄仁勋说“现实世界和元宇宙是相连接的，元宇宙是数个共享的虚拟3D世界”;五是认为元宇宙是一种体验，例如杜比实验室首席执行官凯文·叶曼认为元宇宙是一种视听体验。
综上，我们认为：元宇宙的“元”具备创新、创造的特征，“宇宙”代表时间、空间和人的概念。元宇宙是以信息基础设施为载体，以虚拟现实(VR/AR/MR/XR)为核心技术支撑，以数据为基础性战略资源，构建而成的数字化时空域。
(二)元宇宙的主要特征和技术体系
元宇宙具有虚实融合、去中心化、多元开放、持续演进等特点。伴随新技术的迭代升级和新应用的融合创新，“元宇宙”的内涵外延将不断拓展延伸。
技术演变为“元宇宙”构建平台载体。现实世界技术发展日新月异，为“元宇宙”发展带来契机。以物联网、互联网、5G/6G网络、Wifi6等通信设施及技术为基础，构建“元宇宙”基础设施，为虚实融合及交互提供平台载体。运用云计算、人工智能、区块链等为代表的数字化新技术，将真实宇宙数字化，生成虚拟宇宙，虚拟宇宙具备真实宇宙的所有特性。最后在大数据中心、智能计算中心、边缘计算中心等算力基础设施上，对虚拟宇宙进行再创造，达到虚实融合。
以虚拟现实为核心的信息技术构成“元宇宙”技术主干，推动多类型新兴技术融合创新发展。“元宇宙”以虚拟现实(VR/AR/MR/XR)头显、智能可穿戴、脑机接口等打通与现实世界沉浸式交互的接口，以数字孪生、三维仿真等建模仿真工具、内容制作工具构筑虚实交互体验，以实时渲染、4K/8K超高清视频、三维/全息显示等实现真实、顺畅的交互呈现，最终在基础芯片、元器件、操作系统等软硬件技术基础上构成“元宇宙”终端入口。
图 2.1 元宇宙技术体系
(三)元宇宙产业链构成
“元宇宙”产业链分为基础设施层、核心层和应用服务层。
图2.2元宇宙产业链全景图
基础设施层包含通信网络基础设施、算力基础设施和新技术基础设施，主要负责数据的实时传输与分发、存储计算与处理、挖掘与分析决策。
核心层由终端入口、时空生成、交互体验、产业平台、虚拟社会架构组成。其中终端入口包含接入“元宇宙”的各类终端以及这些终端所需的基础软硬件;时空生成包含将真实物体数字化所需的技术工具;交互体验包含“元宇宙”中的各类交互技术；产业平台包括游戏平台、社交平台等;虚拟社会架构包括安全体系、信用体系等。
应用服务层包含消费端应用服务、行业应用端服务、政府端应用。完整的“元宇宙”形成后，其将赋能工业生产、医疗健康、教育培训、文化娱乐等传统行业，创造信息消费新业态新模式，对人类的生产生活方式带来颠覆式变革。
(四)元宇宙产业地图
按产业链各环节划分，元宇宙重点企业可以归纳为表2.1所示。
三、元宇宙基础设施层发展情况
(一)通信网络基础设施
1.发展特点
通信基础设施作为支撑“元宇宙”运行的血液系统，涵盖了光纤通信、5G/6G移动通信、WIFI6、工业互联网等多类型系统设施，为元宇宙海量元素互联、交互提供连接保障。尤其以5G、千兆光网为代表的“双千兆”网络是当前“元宇宙”建设发展的重要基础设施，基于5G技术增强型移动宽带、超可靠低时延和海量物联三大特性，为元宇宙应用爆发提供坚实连接基础。下面，以“双千兆”网络建设应用和技术走势为例，分析元宇宙网络通信基础设施发展特点。
“双千兆”网络顶层设计持续强化。2021年和2022年政府工作报告提出加大5G网络和千兆光网建设力度，推动5G规模化应用；各部委也相继印发《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》、《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》等行业指导性文件，为我国网络基础设施建设和产业创新发展提供了支撑保障环境。在国家相关顶层规划指导下，各省、市、自治区加快布局，相继印发5G网络基础设施、产业应用创新、行业融合应用等方面的实施方案或行动计划，有力推动国内“双千兆”网络广泛部署。
5G标准化工作持续推进。5G作为支撑经济社会数字化、智能化转型的关键新型基础设施，相关标准、专利布局对产业发展具有重要意义。全球疫情蔓延掣肘5G技术标准时间冻结。2018年主要面向eMBB应用场景的5GRel-15NSA和SA组网标准冻结，受新冠疫情影响，重点面向工业IoT和uRLLC等领域的Rel-16标准推迟至2020年7月冻结，原定于2021年底冻结的Rel-17标准又进一步迟滞至2022年6月，Rel-17标准潜在方向将包括增强覆盖、毫米波通信、面向应急通信和垂直行业应用的终端通信等方向。
网络新基建快速部署筑牢数字底座。我国自5G商用以来基建部署持续加速，各省市从站址规划、资源开放、用电优惠等方面给予有力支持，截至2022年2月末，我国5G基站建设总数达150.6万，覆盖范围不断扩大，且有望在2022年底建成200万座，为“元宇宙”等创新应用提供基础支撑。我国各省市“双千兆”网络将持续展开部署完善，根据《“十四五”信息通信行业发展规划》，到2025年每万人拥有5G基站数量达到26个，各省市在网络基础设施建设方面相继做出规划，将为“元宇宙”高速、海量链接等需求奠定网络底座。
“双千兆”网络赋能“元宇宙”创新应用百花绽放。据工信部《“十四五”信息通信行业发展规划》新闻发布数据显示，截至2021年11月，我国5G应用创新案例已超过1万个，覆盖22个国民经济重要行业。其中，空中课堂、虚拟实验室、智慧校园等应用初具规模，超过600家三甲医院开展了
5G+急诊急救、远程诊断、健康管理等应用，增强现实导游、4K/8K直播等应用在信息消费领域快速发展。此外，电信运营商加速整合数字新媒体业务，提升网络承载能力支持XR应用发展。2021年11月11日，中国移动通信联合会成立元宇宙产业委员会，宣告国内首家元宇宙行业协会正式成立。
2.存在问题或瓶颈
以“双千兆”网络为代表的通信网络基础设施部署完善尚需等待时日。其中，我国5G新基建以SA模式展开建设部署，接入网全覆盖、高速大容量核心网和承载网升级仍需要较长时间，投资建设成本巨大，回报周期较长。
5G基站能源消耗巨大。5G单站功耗约为4G单站的2.5~3.5倍，且5G基站覆盖面积远小于4G基站，以4G基站3倍数量估算，5G基站耗电量将达4G的9倍，电信运营商推进网络基础设施部署与配电运行面临现网电源、配套设备扩容和高昂电费的双重压力。
面向5G毫米波频率规划政策等需进一步明确。未来，网络基础设施建设需综合考虑运营商现有频谱资源与技术、频谱特性、产业链完善程度等因素，推进高频段的资源，如5G毫米波频段规划、开发以及针对不同行业要求专网设施建设，持续发挥5G新基建支撑带动终端产业发展底座作用。
5G+元宇宙创新尚需进一步破题。目前我国5G芯片产业化程度尚不成熟，产业链上游半导体材料制备、芯片制造先进制程工艺整体有待提高。同时，5G+元宇宙创新商业模式探索需进一步加强，5G行业应用创新支撑能力不足，融合应用VR、AR、AI等新一代信息技术的行业应用能力开放、开发共性平台以及相关检测认证平台搭建处于起步阶段，文娱、医疗教育、车联网等应用标准没有统一，互联互通、安全隐私、安全评测认证等要求尚且无法得到有效保障，技术、标准及商业可行性需进一步摸索验证。
3.未来需求及发展趋势
未来，仍需稳步推进网络基础设施部署，夯实元宇宙应用发展底座支撑能力。发挥国家顶层设计指导，推动电信运营商持续展开5G接入网、承载网、核心网网络部署，逐步扩展覆盖范围，加大站址用地、用电支持力度，统筹机房、管线等配套设施建设，推动市政灯杆等社会杆塔资源向5G网络设施开放共享。同时，面向5G三大应用场景，Rel-17潜在技术方案如MIMO增强、节能增强、56G以上频率通信、非陆地网络NR、定位增强技术等，面向物联网、低时延场景的NB-IoT和eMTC增强、IIoT和URLLC增强技术等，将进一步确认。同时，通信技术发展十年一周期，B5G及6G技术将不断演进发展，为满足智慧、深度、全息及泛在连接需求，太赫兹通信、空天地海一体化通信、元宇宙等技术将得到持续深入探索研究。
(二)算力基础设施
1.发展特点
算力基础设施，作为“元宇宙”虚拟人、虚拟课堂、虚拟搬动等应用中大规模数据要素挖掘、分析、应用的算力底座，依托数据中心、智能计算中心等实现大数据、云计算、边缘计算、分布式存储等能力支撑。
经济生产生活方式变革加速数据中心数字化进程。疫情常态化防控影响下，远程办公、在线娱乐等需求激增，社会治理数字化进程加快，信息处理、存储量急剧增长，为满足数字化建设需求，全球各地对数据中心IT基础设施的投资持续并进一步扩大。数据中心数字化进程的推进不仅保障远程办公、电商消费等平台经济新业态新模式发展，也为“元宇宙”ToC、ToB全模式业务创新提供算力保障支撑。
国外科技巨头引领“元宇宙”算力基础设施布局。英伟达加快卡位元宇宙GPU、AI、Omniverse底层硬件，提出“GPU+CPU+DPU”3U一体的数据中心新计算架构，构建Omniverse服务器和Omniverse数据中心，布局自动驾驶、机器人、VR等应用领域。谷歌数据中心主要用于搜索、Gmail、YouTube等业务服务，不断强化数据中心设施能源效率，2021年PUE约为1.1，显著优于行业平均值1.59，并计划于2030年实现全部数据中心无碳能源运行。英特尔2022年投资者会议发布新版数据中心路线图，提出客户端能效核与性能核并存，基于首款采用10nm制程的第三代至强可扩展处理器构筑全新数据中心平台，并搭配傲腾持久内存与存储产品组合、FPGA等方案，可提供数据中心、云、5G和智能边缘等领域中计算性能与工作负载优化。
国内政策利好驱动，算力基础设施布局日趋优化。2020年以来，《加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》等新一轮政策推动下，数据中心区域分布由北上广深超一线城市集中分布，逐渐向一线周边城市以及中西部地区转移，截至2020年末，河北、天津、江苏等一线城市周边地区分散部署的数据中心在建机架数位列全国前三。基于政策引导、冷凉气候条件以及能源禀赋等条件，中西部城市也在加速数据中心建设，数据中心网络、运维质量不断完善，冷存储业务、离线计算业务逐步上线。
数据中心云计算能力持续向边缘计算能力下沉。物联网、5G、工业互联网等应用持续发展以及超高清、虚拟现实等边缘刚需场景涌现，将云计算能力由中心下沉到边缘，以云边协同满足多业务场景需求。未来超大规模及企业级数据中心将持续关注运营能力下沉边缘计算站点，包括更强的智能化及控制能力、更加重视可用性及热管理，更多关注各系统的能效表现。
2.存在问题或瓶颈
规模优势不明显，供需结构性失衡。整体来看，我国数据中心规模数量大致供需平衡，但由于数据中心“东部沿海居多，核心城市集中，中、西、北部偏少”的格局，存在供需结构性失衡，即经济发达地区需大于供，经济欠发达地区则供大于需，由于跨省数据传输费用高、数据安全性风险高等瓶颈，难以有效承接东部需求。
数据中心能耗高，PUE提升空间较大。随着数据和应用数量爆发式的增长，由于数据中心机柜数量多、功率大，服务器、存储系统、网络设备及芯片等都需要耗费大量的能源用于维持数据中心运作;与此同时数据中心对环境要求极高，需要依赖空调、水冷机等辅助设备降温，导致数据中心能耗过高，增加了企业数据中心维护成本，成为数字化、绿色化可持续发展的阻碍。大数据中心建设标准尚不完善，运维管理能力相对滞后。
目前，许多地方政府盲目跟风，投入巨资在本地建设大数据中心的，但对大数据中心的内容和作用认识并不明晰，没有形成完整的生态，机架租用率陷入低迷，无法带动产业发展。同时，随着数据中心规模和数量的快速增长，数据中心行业高效运维管理以及人才问题愈发凸显，尤其以西部地区尤为显著。
3.未来需求及发展趋势
未来，随着5G、云计算、大数据、人工智能、全息显示等技术的融合应用，“元宇宙”海量ToC和ToB应用终端用户将对实时高效的算力需求不断提升。未来需求及发展趋势：
一是继续强化统筹，加强数据中心绿色集约建设。2021年以来，新基建、数字经济、碳中和成为了“十四五”期间的重点任务。数据中心作为数字经济关键算力基础设施，具备高科技、高能耗双重特点，发展重点将逐步转向探索减碳、零碳排放的可行路径，统筹规划数据中心建设布局，引导大规模数据中心适度集聚，以数据中心集群为抓手，加强数据中心绿色集约建设，实现数据中心节能减排。
二是提高数据中心效率，完善标准监管评价体系。坚持资源环境优先原则，充分考虑资源环境条件，数据中心优先在能源相对富集、气候条件适宜、自然灾害较少的地区进行建设，提高数据中心能源利用效率。鼓励采用液冷、高压直流、微模块以及虚拟化、云计算等技术方案，充分考虑动力环境系统与IT设备运行状态的精准适配，鼓励采用智能化系统和平台优化数据中心整体能效，持续降低数据中心PUE。完善建设数据中心等算力基础设施的标准、监管评价体系，提升运维管理能力。
(三)新技术基础设施
1.发展特点
区块链技术是元宇宙运行的核心技术，并塑造元宇宙内部经济系统。不可篡改、不可复制的唯一性、智能合约、去中心化作为区块链的四大基本特征，有效助力元宇宙内部经济系统搭建。元宇宙不是简单的虚拟世界，而是类现实的平行世界，这意味着元宇宙内部需要一套完整并可独立运行的经济系统，且元宇宙内部产生的数字资产能在现实世界自由流通，而区块链的不可篡改、不可复制、智能合约、去中心化的特点能让这种想法真正落地。区块链技术目前已经发展至NFT阶段，开启了数字内容资产化时代，受到大量巨头追捧和资金注入，国内互联网大厂也开始尝试数字藏品。
人工智能技术是元宇宙重要的驱动引擎，为元宇宙大量应用场景提供了支持。围绕海量数据分析处理需求而产生的分布式计算、高性能计算、云计算、雾计算、图计算、智能计算、边缘计算、量子计算等“算力”体系将成为元宇宙发展的重要引擎。人工智能、深度学习等“算法”为元宇宙提供智能化支撑，而以5G、NB-IoT、TSN为代表的现代通讯网络将数据、算力与算法紧密地连接在一起，实现了协同作业和价值挖掘。而对大数据的充分挖掘而形成的智慧支撑系统，将成为未来元宇宙高质量发展的强大动力。
2.重点企业及主要产品
(1)OpenSea
最大的去中心化NFT数字商品交易市场，涵盖最广泛的市场类别，包括艺术类、音乐类、域名、游戏资产以及卡牌等。据其官网数据显示，平台上共约有828100种收藏品类型，有超过60万交易用户，NFT数量超过3000万，交易总额已突破110亿美元。
3.存在问题或瓶颈
非同质化代币监管缺位。数字化资产凭证是元宇宙生态的关键要素，而NFT可以成为元宇宙中数字化资产凭证的一种表现形式，并且将随着元宇宙的发展逐步演进。目前有些国内NFT交易平台宣称“持牌经营”“合规交易”“人民币结算”等吸引投资者，一些NFT游戏、交易平台，出于吸引用户、宣传等目的，平台会不定期向用户钱包发放“空投”。对NFT监管缺失，容易导致商家炒作，最终成为“击鼓传花”骗局。
人工智能尚处于感知智能阶段，认知智能瓶颈未能突破，难以有效支撑元宇宙。认知智能是机器以人类语言的理解和常识推理未基本认知逻辑，是人工智能的相对高级的阶段，其关键技术为多步推理和更加准确的常识判断。人机智能交互能力和超大规模的数据集处理能力是推动元宇宙发展重要的突破点，也正是认知智能发力点，目前认知智能的技术水平和人类相比还有一定的差距，难以有效支撑元宇宙发展。
4.未来需求及发展趋势
元宇宙衍生需求推动人工智能快速发展，并诞生依托于元宇宙的人工智能。在游戏测试领域，通过机器学习、计算机视觉对游戏的bug和通关难度进行测试，有效减轻人类测试员工作量，发现游戏死角，提升用户体验。在内容制作领域，通过计算机视觉、自然语言处理技术，全自动生成武器、建筑、环境、音乐。元宇宙产生的海量数据被用于人工智能的训练，人工智能将明显具有驾驭“元宇宙”的能力，会逐步形成“元宇宙”原生的人工智能技术，比现实世界更强，未来可以应用于解决现实世界更加高阶的科研问题。
资产数字化加速，NFT有望在元宇宙将加速推广。NFTs(Non-Fungible Tokens，非同质化代币)是当前区块链技术中最热门的趋势之一。NFT是在区块链上生成的不可复制的唯一代币，首次将稀缺性原则引入了数字资产。NFT为区块链带来了无数的新用例，已超出了艺术品和数字收藏品范畴，NFT正在开创一个"从玩到赚"的游戏新时代，随着元宇宙概念的发展，NFT可能将成为这些虚拟世界的重要组成部分，并在此过程中获得更多的应用。
四、元宇宙核心层发展情况
(一)终端入口
相较于其他终端入口，虚拟现实(VR/AR/MR/XR)头显的感知体验和交互特性直接决定了元宇宙对于用户的吸引力，其也是实现计算、感知、交互、融合等功能的重要载体。下文以虚拟现实头显为主要对象，在以下几方面进行分析：
1.发展情况
全球虚拟现实头显市场迎来高速增长，Meta及微软分别居于VR及AR终端市场龙头地位。IDC数据显示，2021年全球VR/AR头显出货量达到1123万台，市场同比增长92.1%。其中VR头显出货量达1095万台，2C端VR头显出货量首次超过2B端，VR头显开启消费级市场之路。预计2022年全球VR头显出货量将突破1573万台，同比增长43.6%。Meta旗下OculusQuest2出货量约880万台，市场占有率80%，已成为全球VR头显市场的代表性产品。AR眼镜市场龙头地位被微软占据。国内品牌方面，字节跳动旗下VR头显品牌Pico市场占有率为6%，全球第二。我国VR头显设备市场较小，2021年出货量不足百万台，其中Pico、爱奇艺瓜分了过半市场份额。虚拟现实头显设备持续发展及迭代，离不开芯片、光学、显示等核心器件的有力支撑。
芯片：高通骁龙XR2成为主流选择，本土化产品实现初步应用。处理器芯片方面，2018年全球首个XR专用芯片高通骁龙XR1平台改变了整个虚拟现实头显的格局，2019年高通推出全球首款支持5G的XR平台——骁龙XR2，其支持3K单眼分辨率、8K360°全景视频、七路并行摄像头，目前已成为2000-4000元消费级产品VR/AR头显的主流选择。
光学器件：VR与AR头显采用的光学方案明显不同。
VR光学器件主要以菲涅尔透镜方案为主，pancake方案市场逐步扩大。目前Meta、Pico等主流VR设备均采用菲涅尔透镜方案，但由于焦距问题头显相对笨重；pancake方案可将整机厚度减少48%、模组厚度减少56%、整机重量40%。
AR光学器件主要分为棱镜、自由曲面、BB(BirdBath)和光波导等方案，其中棱镜方案主要用于骑行头盔等辅助产品，但存在视场角小的问题，典型产品为GoogleGlass;自由曲面方案采用具备一定反射/透射(R/T)值的自由曲面反射镜，可全覆盖佩戴者的眼睛，给用户带来较好的成像质量，但存在重量大、光机透过率较低的问题，代表性产品有日本爱普生公司的BT-200，美国梦境视觉公司的Meta2系列AR眼镜;BB方案则是将来自显示源的光线投射至45度角的分光镜上，分光镜具有反射和透射值(R/T)，允许光线以R的百分比进行部分反射，其余部分则以T值传输，用户可同时看到现实世界的物理对象，以及由显示器生成的虚拟影像。目前市面上的消费级AR眼镜多采用BB方案，如ODGR8和R9，其中ODG有50度的视场角，其光机厚度则超过20mm，透过率较低。光波导方案分为几何光波导和衍射光波导，其中几何光波导又称阵列光波导，其采用半透半反镜阵列作为出瞳扩展器，服从的是入射角等于反射镜的反射定律，对构成全彩显示的三原色的入射光无色散作用，从而可以保证画面无明显的色彩偏差，但由于目前生产工艺及制造的瓶颈，几何光波导显示有明显的光栅条纹，影响可视性。衍射光波导采用的是衍射光栅作为耦入耦出器件，目前使用较多的衍射光栅方案有Hololens的倾斜光栅、MagicLeap的二元光栅以及WaveOptics的圆柱光栅，但无论何种形式光栅，均会出现色散效应，所以无法做到较好的色彩表现，同时衍射光波导的光效相比几何光波导也较差。
近眼显示器件：VR与AR头显对显示器件需求差别较大。VR头显追求高分辨率、大视场角，目前主流产品采用TFT-LCD(快速响应液晶)，其存在显示颗粒感严重、重量大问题。苹果预计2022年第四季度发布VR眼镜，将搭载索尼4KMicroOLED显示屏，相对于TFT-LCD而言，其像素尺寸及屏幕大小均能得到稳步进步。AR头显则追求轻量型、低功耗和高亮度，目前AR头显主要有4种显示器件，分别是硅基LCoS显示器、硅基MicroOLED显示器、硅基MicroLED显示器以及DLP显示器。硅基LCoS显示器的优点是分辨率高，亮度随光源亮度变化，缺点是成像系统复杂，对比度较低;硅基MicroOLED显示器的优点是自发光，成像系统简单，缺点是亮度低，寿命较短;硅基MicroLED显示器的优点是自发光，成像系统简单，亮度与对比度高，缺点是目前彩色技术方案不够成熟，整体良率较低;DLP显示器的优点是光效高，缺点是成像系统复杂，分辨率较低。目前业界普遍认为3-5年内AR头显采用的技术方案为硅基LCoS显示器与单色硅基MicroLED显示器，而5年后则基本采用彩色硅基MicroLED显示器。
2.重点企业及主要产品
2.1终端整机厂商
(1)谷歌：第一款AR眼镜GoogleGlass
GoogleGlass是由谷歌公司于2012年4月发布的一款AR眼镜，集智能手机、GPS、相机于一身，在用户眼前展现实时信息，只需眨眨眼即可拍照上传、收发短信、查询天气路况等操作。用户无需动手便可上网冲浪或者处理文字信息和电子邮件，同时，用户可以用自己的声音控制拍照、视频通话和辨明方向。GoogleGlass主要结构包括，在眼镜前方悬置的一台摄像头和一个位于镜框右侧的宽条状的电脑处理器装置，配备500万像素摄像头，可拍摄720p视频。GoogleGlass的重量只有几十克，内存为682MB，所使用的CPU为德州仪器生产的OMAP4430处理器。2019年，谷歌发布了第二代企业版GoogleGlass。
(2)微软：HoloLens2混合现实头显
微软于2019年11月发布HoloLens2，其搭载了骁龙850计算平台，提供2-3小时的电池续航。此款混合现实头盔提供手部追踪、眼部追踪、语音命令、空间映射、混合现实捕捉、6DoF追踪等功能。2021年美国陆军与微软签订合同，基于HoloLens2打造士兵战术AR头显。
(3)MagicLeap：AR眼镜MagicLeapOne
2017年12月美国公司MagicLeap发布旗下第一款AR眼镜MagicLeapOne，其由3个设备构成，分别为Lightwear头显、内含处理器的Lightpack和拥有6DoF的手持遥控器。MagicLeapOne拥有数字光场、视觉感知、持续对象、声场音频、高性能芯片组和下一代界面等特性，其中数字光场是MagicLeapOne最大的技术特点，它试图将数字光与自然光混合，缩小虚拟世界和真实世界的物体之间的差异。2022年，MagicLeap2将发布，相比上一代重量减轻20%，透光低至0.3%，AR特效更逼真。
(4)Meta：VR行业标杆产品Oculus Quest 2
Meta于2014年收购Oculus公司，于2020年10月发布OculusQuest2，累计销量已突破千万。OculusQuest2使用FastLCD屏，采用高通骁龙XR2处理器，搭载6GB运行内存和128GB/256GB两个存储版本。采用单眼1832×1920显示屏分辨率，支持90Hz刷新率。支持Oculus自带的应用商店以及SteamVR游戏库。OculusQuest2具备5G接入的能力，不仅可以独立运行，还可以连接到PC端，获得PC端的VR游戏库。‘’
2.2光学器件供应商
(1)Lumus：几何光波导方案供应商
Lumus是位于以色列的AR眼镜光学方案厂商，2022年4月其发布了两款AR光学模组新品Maximus1080P与Maximus1440P。两款产品均支持二维扩瞳阵列光波导，具有公司独有的2D反射波导结构优点：户外阳光场景的亮度表现依然出色，图像无失真，电池效率高，颜色均匀，能实现真正的白色等等。这两款AR光学模组预计将在明年出货。
(2)WaveOptic：衍射光波导方案供应商
英国初创公司WaveOptic成立于2014年，在用于AR设备的衍射光波导元件领域处于世界领先水平，特别是二维扩瞳技术独步全球。公司以其雄厚的技术实力获得了国内资本的青睐，曾先后两次获得国内虚拟现实产业巨头歌尔股份注资，并于2018年与歌尔签订产品量产战略协议。2021年5月公司被美国社交巨头Snap以超过5亿美元收购。不同于其他厂商借助各式棱镜或稀有材料，其利用了光导全息和光子晶体，不仅可以减轻产品的重量同时还能保证较好的显示效果。
2.3近眼显示器件供应商
(1)索尼：轻量化4KMicroOLED显示屏
为实现VR头显对清晰度、体积的要求，索尼研发轻量化4KMicroOLED屏幕，产品具备体积小、高分辨率、高对比度、宽色域、快速响应、图像延迟低等特点。像素数量为OLED智能手机屏幕的2倍，而尺寸则缩小近20倍。为了制造此款高密度的微型显示屏，索尼使用了CMOS图像传感器采用的加工和封装技术。
(2)豪威科技：硅基液晶微显示器件(LCoS)
美国半导体公司豪威科技推出具有集成驱动功能和存储器的业界首款硅基液晶(LCOS)微显示器OP02220，该设备结构紧凑、功耗低、性价比高，可用于耐用性强且重量轻的VR/AR头显设备。OP02220的分辨率为1920×1080，采用4.5微米像素技术制造，尺寸为0.39英寸。集成驱动器的功耗低于双芯片解决方案，具有延长电池寿命的效果，同时也节省了电路板空间，助力终端产品轻量化发展。
(3)奇景光电：微软HoloLensLCoS主要供应商
奇景光电成立于2001年，总部位于台湾，从液晶显示器驱动芯片逐渐扩展到所有显示领域的驱动芯片，发展为LCoS行业领导者，产品在分辨率、功耗、尺寸、成本、光学引擎设计和图像质量方面具有优势，成为市场主流LCoS技术提供商，其是微软HoloLens硅基液晶微显示器件(LCoS)的主要供货商。公司LCoS相位调变技术的产品，可将汽车仪表板信息投射在挡风玻璃上，显示在焦点50公分处的焦点平面，相较一般抬头显示器方案，不仅可达到更明亮、更高对比度的影像质量，而且还可以同时显示多个焦点平面影像，并具有更低功耗、更低成本和更小外形尺寸等特点。
3.存在问题或瓶颈
终端整机：高能量密度电池与快充技术不足以支撑终端轻薄化与长续航发展。目前市面主流VR头显形态为一体机式，其无需外接其他终端便可使用，因此电池的能量密度直接关系到终端的续航能力，但目前电池能量密度遭遇瓶颈，无法同时满足终端轻薄化与超长续航。目前，电池体积占到整个VR头显的20%左右，但续航时间仅能达到2-3小时。AR眼镜一般会采用外接电池或其他终端以保证轻薄化发展，但有线连接的使用舒适度大打折扣。此外，尚无针对VR/AR终端的快速充电解决方案，目前充电时间在2小时以上。
光学器件：制造工艺与量产能力阻碍AR眼镜推向消费市场。目前较为成熟的AR光学方案为棱镜、自由曲面、BB(BirdBath)和光波导方案，前三种方案体积较大，限制了其在AR眼镜方面的应用。而光波导的制造流程与半导体制造工艺流程相似，精密化要求较高。目前衍射光波导制备均是基于半导体制备工艺(如光刻、刻蚀工艺)完成。受制备所需的复杂、昂贵的设备限制，生产成本较高，不适合光学模组的大批量制备。若产能和良率无法得到提高，将阻碍AR眼镜推向消费市场。
显示器件：产业链国产化低与供货周期延长。我国新型显示产业“卡脖子”问题短期内难以改变，显示材料、设备等上游环节受制于人，玻璃基板、偏光片、光掩膜版、光刻胶等主要材料国产化率低，关键设备大部分依靠国外厂商，曝光机、蒸镀机、激光退火/剥离设备等核心面板生产线设备及其上游关键零部件均被国际巨头垄断。此外，显示面板制造商面临上游材料、元器件供货紧张情况，长时间会导致显示面板产能供应不足问题。
处理器：元宇宙对芯片算力的需求远超算力增长速度。据英特尔预测，当前处理器算力需提高1000倍方可支撑元宇宙运行，但根据摩尔定律，未来五年算力只会实现8-10倍的增长。英伟达使用多GPU+云计算方案，耗费数天时间仅可完成14秒的黄仁勋“数字替身”，元宇宙对处理器算力提出更高要求，未来架构、神经网络算法等均需在提高计算效率方面发挥作用。
4.未来需求及发展趋势
佩戴更舒适：重量轻、延迟低、续航长。重量方面，当前虚拟现实头显普遍在80g以上(鼻子能够长时间承受的重量大概为30g)，重量主要集中在光学透镜、电池、结构件上，合计占比接近90%，预计光学透镜将向更轻更薄方向升级，电池能量密度将进一步提升，结构件将采用更轻量材料，用料更少。时延方面，延迟主要由计算时延和网络时延导致，未来更高算力的芯片、更高效率的算法有望降低计算时延，对CPU和GPU的性能提出更大挑战，需要先进制造工艺技术支撑。而带宽升级、网络速率提升可改善网络时延。续航方面，计算、显示、电池等技术将得到改善，芯片能耗比提升、显示材质优化、电池能量密度提高。
显示体验：显示、光学器件共同驱动沉浸感升级。近眼显示技术方面，当前主流产品刷新率为90-120Hz，像素密度(PPI)约1000，距离人眼舒适的理想状态(刷新率120Hz以上，PPI超2000)仍有较大差距，VR头显的近眼显示技术将向MicroOLED演进，AR眼镜则向LCoS、MicroLED演进。光学器件方面，当前主流产品视场角约100°，视角分辨率(PPD)仅20，距离人眼舒适的理想状态(视场角150°以上，PPD大于60)仍有较大差距，VR头显光学方案有望向超短焦光学方案升级，AR眼镜光波导方案将更加成熟。
(二)时空生成
1.发展情况
国外企业已建立深厚的技术壁垒，我国企业未推出市场主流产品。我国在此方面起步晚于国外优质同行15年以上，国外领先企业已建立深厚的技术壁垒，当前我国尚无与全球领先企业抗衡的企业。现阶段较为知名的企业为美国的UnityTechnology和EpicGames，两家企业均有15-25年的发展历
程，主流软件开源且历经多轮迭代功能完善，在动画效果、影视渲染、物理及光影效果明显优于其他产品。国内相关软件存在商用成熟度不高、可扩展性有限、应用范围较窄、市场渗透率较低等问题。
3D建模：静态扫描广泛应用，动态光场指引未来。3D建模技术目前主要包含静态扫描技术与动态光场重建两类。静态扫描技术仍为主流，其中相机阵列扫描重建快速发展，目前可实现毫秒级高速拍照扫描(高性能的相机阵列精度可达到亚毫米级)，该技术在国际上已成功商业化，广泛应用于电影、游戏创作。相比静态扫描技术，动态光场重建在搭建精细几何模型之外，还可获得动态数据，高品质呈现光影效果。Microsoft、Google、Intel、Meta等巨头公司都在积极展开相关研究。
实时渲染：硬件与算法突破，渲染真实性与实时性大幅提升。渲染指对三维物体或虚拟场景加入几何、视点、纹理、照明和阴影等信息从而达成从模型到图像的转变，渲染决定了最终作品的质量与风格。渲染技术分为离线渲染和实时渲染，由于“元宇宙”更加注重实时的沉浸式交互，因此实时渲染技术更适用于“元宇宙”。实时渲染指图形数据的实时计算与输出，其每一帧都是针对当时实际的环境光源、相机位置和材质参数计算得出的图像。与离线渲染相比，实时渲染面临可渲染时长短、计算资源有限的问题。随着图形处理器及算法的升级，渲染的真实性和实时性均有明显提升。
开发引擎：第三方商业引擎占比持续提升，Unity与Unreal形成双寡头格局。动视暴雪(无尽引擎)、EA(寒霜引擎)、Take-Two(Rage引擎)等游戏巨头组建庞大的研发团队独立开发自研引擎，国内头部游戏厂商均有自研引擎，但仅限于内部游戏使用。但由于中小厂商或新工作室受制于开发周期与投入预算，同时开发引擎所需技术与其能力不匹配，第三方商业引擎占比持续提升，2021年Unity全球市占率达49.5%，Unreal全球市占率达9.68%，行业双寡头格局基本稳定。越来越多的游戏厂商在商用引擎Unity和Unreal基础上，针对开发特性对引擎进行深度定制化，以适配特定项目的开发。
2.重点企业及主要产品
(1)Autodesk公司：3D建模软件3DMax与Maya应用领域各有侧重
3DMax主要应用于动画制作、游戏制作、建筑效果图、建筑动画等。Maya主要应用于影视领域，比如动画片制作、电影制作、电视栏目包装、电视广告、游戏动画制作等。从操作方面来看，3DMax提供与其他Autodesk产品的强大互操作性。由于设置简单，用户喜欢使用3DMax进行快速建模(通过强大的修改器堆栈)和快速材质编辑，在工作效率方面要优于Maya。Maya提供了大量用于自定义工作流以及关键帧和曲线的工具，Maya的操作界面比3DMax更人性化，操作更加灵活。
(2)EpicGames：虚幻引擎专注高质量游戏渲染，虚幻引擎5强化技术优势
虚幻引擎(UnrealEngine)是一款由EpicGames开发的游戏引擎，如今被广泛应用于开发各种类型3D游戏，也成为EpicGames的核心业务。公司于2020年公布了虚幻引擎5的效果演示，并在2021年推出虚幻引擎5抢先体验版，其中Nanite与Lumen两项全新功能彰显出虚幻引擎在高端渲染领域的优势。Nanite虚拟几何体能够极大丰富多边形建模细节，由数以亿计的多边形组成的影视级美术作品可以被直接导入虚幻引擎，无需像传统游戏建模一样拓扑、烘焙贴图、设置LOD。Lumen则提供了一套全动态全局光照解决方案，能对场景和光照进行实时反应，且无需专门的光线追踪硬件，
大大减少了辅助灯的数量，为制作方节省大量精力，同时也丰富了未来游戏场景围绕“光线”的玩法。
(3)Unity：针对VR/AR进行技术优化，超过60%的VR/AR内容均基于Unity打造
VR方面，Unity推出用于VR的高清渲染管线(HDRP)和用于VR的通用渲染管线(URP)。适用于VR的HDRP面向高端PC，能够在不牺牲性能的前提下提供较强的视觉效果;面向VR的URP是一种经过优化的单通道前向渲染循环，可以在移动硬件上实现最优新能。无论是PCVR还是一体机，Unity均提供相应的工具，助力创作者实现最高级别的图形保真度，并针对性能进行优化。AR方面，Unity推出专为AR开发的构建框架，创作者仅需一次开发即可将内容部署在多个AR设备。2020年Unity推出混合和增强现实工作室(MARS)，极大程度减少了自定义编码。同时Unity还推出即时AR功能，助力开发者创建更轻量且可立即加载的即时AR内容和体验。
(4)罗布乐思：RobloxStudio降低进入元宇宙世界的门槛，有利于普通玩家发挥创意与创造性
罗布乐思通过游戏引擎与游戏云为开发者提供实用且易用的创作工具，协助产出新颖的内容及场景。RobloxStudio提供了丰富的素材选择和自由的创作空间，降低了创作门槛、提高了创作自由度。同时，RobloxStudio也在持续迭代引擎，以提升呈现效果的拟真度。在RobloxStudio的发展上，平台持续进行各类引擎的更新与进化，一方面响应当前开发者的使用需求，另一方面为Roblox平台及游戏体验的复杂度提升奠定基础。
(5)英伟达Omniverse平台加速元宇宙底层架构持续完善。
Omniverse是英伟达推出的多用户实时协作开放式平台，用于加快项目设计和生产效率。该平台集中了英伟达旗下GPU、CUDA、实时光线追踪RTX等软硬件技术，通过更高效和兼容的方式为构建元宇宙提供完整的全栈式解决方案，成为元宇宙基础底层服务架构的重要工具。在2021年11月9日的GTC大会上，英伟达推出以OmniverseAvatar、OmniverseReplicator为代表的一系列新平台，加速推动元宇宙底层架构持续完善。OmniverseAvatar是生成交互式AI虚拟化身的技术平台，能够实时链接语音AI、计算机视觉、自然语言理解、推荐引擎和模拟方面的技术。OmniverseReplicator是合成数据生成引擎，能够生成用于训练深度神经网络的物理模拟合成数据。
3.存在问题或瓶颈
我国内容开发企业大部分采用OpenXR、WebXR、Unity等美国企业牵头的标准规范与开发工具。如常用的三维建模软件3DMAX、MAYA、Substance3D等，影视渲染工具VRay、Arnold等，3D影视/游戏引擎Unreal和Unity，3D仿真模拟工具PhysX、Havok、Bullet等。
渲染软件的渲染效果与效率难以兼顾。一是渲染时长短，实时渲染每秒至少需要渲染30帧，即在33毫秒内完成一帧画面渲染。二是计算资源有限，实时渲染受限于时效要求，计算资源一般不能及时调整。以电影《战斗天使阿丽塔》为例，主角共有13万根发丝，每根发丝均需要单独渲染，单帧画面渲染需要100小时，整个影片渲染需3万台电脑支持。
相关软件学习成本高，影响开发者的使用体验。开发者对于UE4的了解程度和使用经验明显不够。UE4各子模块虽然功能强大，但操作复杂，已有操作说明不足以指导新手操作，部分功能甚至没有操作说明，极大增加了开发者的学习难度，新手只能摸石头过河，影响开发者的使用体验。
4.未来需求及发展趋势
跨平台研发技术将为元宇宙发展提供动力。现有智能终端均可作为元宇宙的终端入口，但目前开发引擎无法打破各终端间的壁垒，不同终端平台的应用不互通，比如PC端应用无法在主机端和移动端使用。如何保障一款应用在多种终端上快速移植，同时保障运行流畅和高质量画面感，将成为未来开发引擎技术发展的关键。
云渲染为交互硬件的轻量化、便携化提供基础支持。重云端轻终端的云渲染将更多的图形算力、存储等需求放到云端，终端对于图形算力、存储硬件配置要求大幅降低，为终端交互硬件轻量化、便携化提供了基础SaaS级支持，同时也是对终端硬件制造成本的优化，推动元宇宙消费级硬件的快速渗透。
开发工具朝着开放式、简单化、模块化方向发展。2021年5月EpicGames推出虚幻引擎5(UE5)体验版，其中包含基于OpenXR1.0的VR项目新模板，依托OpenXR的开放性和通用性，U5支持多个VR平台开发，无需针对特定配置进行内容制作。目前支持OculusQuest与Link、OculusRiftS、ValueIndexHTCVive系列、WindowsMR系列。用Roblox平台的开发工具RobloxStudio可支持零编程基础3D内容开发，MCStudio和CoreGmes等大众化开发工具逐渐朝着简单化、轻量化、模块化和可视化方向发展。
(三)交互体验
元宇宙中的交互方式包括语音交互、手势交互、嗅觉、触感、脑机接口等，但单一交互方式只可实现部分沉浸，多模态融合交互方式保障全场景交互体验。多模态交互核心是将物理人100%投射到元宇宙中，形成虚拟化的感官交互，增强交互体验，为元宇宙全场景落地提供技术基础。
1.发展情况
SLAM：提供了三维数字世界的空间定位功能，决定虚拟现实终端交互自由度。即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping，简称SLAM)可帮助虚拟物体空间定位，让虚拟物体获取自己的位置信息，理解真实环境中的高低起伏、障碍物、遮挡关系。SLAM在虚拟现实中最主要的应用就是位置追踪，其主要影响虚拟现实终端的交互自由度——3DoF和6DoF。目前，虚拟现实终端以内向外追踪技术(Inside-outTracking)为主实现头手6DoF。Inside-out依靠计算机的视觉算法实现对目标的追踪。通过在虚拟现实终端上安装摄像头，以实现检测外部环境变化，借助计算机或算法芯片计算虚拟现实终端的空间位置。
语音交互：已实现标准化场景的成熟落地，非标场景仍依赖算法和数据支撑。语音交互包括语音激活、前端处理、语音预处理、语音识别、自然语言处理、语音合成等，消除物理世界与元宇宙之间的数字屏障，使元宇宙交互能够更加实时、自然、真实，语音交互也是元宇宙中数字人所具备的基础能力之一。目前语音交互已在金融、教育、医疗、政务、电商、家居、汽车等场景中得到应用。语音交互高度依赖算法和数据支撑，受开发周期和人力成本高昂的影响，缺乏有效、足够量级的数据支撑模型算法，语音交互在非标准化场景中难以建模。未来随着机器学习技术发展，语音交互将扩大应用范围，最终实现物理世界与元宇宙的自然对话。
动作捕捉：动捕技术侧重明显，逐步形成互补体系。元宇宙中“虚拟人”的肢体动作主要的生成方式是动作捕捉，具体实现方式是光学式、惯性式、电磁式及基于计算机视觉的动作捕捉。光学动作捕捉原理是首先跟踪、识别并命名目标身上各反光标记点，得出目标的基本骨架，再通过空间中多个镜头对标记点位置进行持续跟踪，完成对运动的记录。光学动作捕捉精度较高，但需通过相机的位置角度建立三维空间坐标，对环境要求高，软硬件造价高昂。惯性动作捕捉主要把集成了加速度计、陀螺仪和磁力计的惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)绑在人体的特定骨骼节点上，收集运动目标的各部位速度、姿态、方位等数据，最后建立运动的三维模型。惯性动作捕捉技术高度适应不同的环境，成本相对较低，使用便捷，能在某种程度上弥补光学动作捕捉的缺点，但精度较低，随着连续使用时间的增加产生累积误差，发生位置漂移。基于计算机视觉的动作捕捉技术使用多个不同角度的高速相机对目标进行拍摄，计算机视觉基于拍摄到的二维图像、三维形状特征还原各关节点运动信息。此类动捕技术主要使用光学高速相机，动捕对象通常不需穿着设备，精确度高，成本相对低廉，近些年兴起后获得青睐并在不同行业逐步推广;但计算量庞大、受环境影响大。
眼动追踪：眼动追踪成为VR头显新标配，实现注视点渲染、瞳距自调节、虹膜解锁等功能。基于眼动追踪的注视点渲染技术是优化虚拟现实设备系统资源的高效手段和核心功能，能更有效地维持高帧率和优化系统资源。例如新一代PicoNeo3一体机应用了眼动追踪技术，该技术将帧率提高了78%，进一步提升用户的沉浸式体验。根据VR陀螺消息，索尼PSVR2，以及Meta下一代头显Cambria，不仅在性能规格上有所迭代，同时具备眼动追踪功能。苹果近年来曝光大量头戴式显示器的相关眼动追踪专利，例如结合近红外光源、反射镜、摄像头来对眼球活动进行捕捉和识别的专利，眼动追踪或将搭载在苹果MR产品。其他大厂也在眼动追踪方面进行布局并发售相关产品，HTC推出眼球追踪版ViveProEye，采用Tobii的相关技术；Meta收购初创企业TheEyeTribe，发布光场摄像机眼球追踪专利。
力反馈：使交互体验更加丰富、自然、真实。力反馈技术是一种新型的人机交互技术，它允许用户借助力反馈设备触碰、操纵计算机生成的虚拟物体，并感知物体的运动和相应的力反馈信息，实现人机力觉交互。力反馈系统的实现过程中涉及到以下关键问题：力反馈计算模型设计、碰撞检测、视觉与力觉的同步渲染，相应地产生了针对解决上述问题的一系列算法和接口。力反馈计算模型用于计算元宇宙中物体间交互时产生的力，并由力反馈设备传递给用户。目前，力反馈算法主要采用基于物理建模方法的有限元模型和弹簧—质点模型。有限元模型能够较好地满足交互的真实性需求，但是运算量大、求解过程复杂，难以满足交互的实时性需求;而弹簧—质点模型具有建模过程简单、计算量较小、交互实时性较好的特点。碰撞检测用于实时检测虚拟环境中物体间的碰撞情况，为之后图形信息的绘制及力反馈信息的计算奠定基础。当前的碰撞检测算法主要采用包围盒技术。
视觉与力觉的同步渲染用于保持较低刷新频率的视觉信息(30fps-60fps)和较高刷新频率的力觉信息(1000fps)的一致性。目前，主流的力反馈接口OpenHaptics、CHAI3D等都支持视觉与力觉融合的应用开发。其中，OpenHaptics是SenseAble公司针对Phantom系列力反馈设备研发的开发工具包，包括QuickHapticsAPI、HapticDeviceAPI、HapticLibraryAPI三个不同层次的接口库，能够满足不同用户的设计需求;CHAI3D(ComputerHapticsandActiveInterface)是由斯坦福大学人工智能实验室研发的支持多种力反馈设备的开源开发工具包，它具有较好的可扩展性，允许用户在已有视觉、力觉渲染算法的基础上根据自己的需要设计新的渲染算法，也可以通过添加驱动的方法支持新的力反馈设备。
脑机接口：已可实现听觉、视觉和前庭感觉，距离实现全场景交互还有较长研发周期。脑机接口(BCI)是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立直接交流和控制通路，用户可通过大脑直接表达想法或操纵设备，无需借助语言、手势或其他工具直接进行神经感知，带来超现实、完全沉浸的元宇宙体验。应用于人体的脑机，目前已可用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。其研究的主线是大脑不同寻常的皮层可塑性，通过脑机接口可以像自然肢体那样控制植入的假肢。目前脑机交互可以实现听觉、视觉和前庭感觉，甚至编码肢体运动。当前，Meta、Valve、Neuralink、BrainCo.等企业均有涉足脑机交互领域，但脑机接口技术的实现及应用场景落地难度较大，成熟周期预计将在10年以上。
2.重点企业及主要产品
2.1语音交互
(1)Nuance：全球最大的语音技术公司，专利数量和市场份额遥遥领先
T9智能文字输入法作为旗舰产品，最大优势支持超过70种语言，超过30亿部移动设备内置T9输入法，其已成为业内认同的标准输入法，被众多OEM厂商内置，包括诺基亚、索爱、三星、LG、夏普、海尔等等。T9全球市场占有率超70%，中国超50%。Nuance的产品提供人性化、高效率的电话口语或语言辨识功能，消费者可通过传统的电话系统或行动电话以自然口语交谈的方式完成资料查询及商业贸易，使用轻松。在类似的产品中拥有最高的语音辨识率，英文可达99%。其英文语音产品Dragon Naturally Speaking 9在法律和医院临床记录占据很大市场。
2.2动作捕捉
(1)Xsens：MVN Animate动作捕捉系统
Xsens是全球领先的3D动作捕捉系统，应用于游戏、电影、人体运动分析、电视网红直播、现场娱乐各类专业场景中。MVN的产品系列包括完整一体、可供穿戴的动作捕捉(Mocap)解决方案。Xsens MVN系统操作简易，是其它很多产品无法比拟的，其具有强大且可靠的硬件，能产出可直接使用的数据。此系统是一个惯性动作捕捉系统，可在所有户外条件下传送好莱坞级惯性动捕数据。
(2)OptiTrack：全身动作捕捉系统轻松创建台式应用动作捕捉工作室
整套系统包含动作捕捉相机、动作捕捉软件及其他辅件，使用任何头显或虚拟仿真系统，都能得到极低延迟、流畅的追踪效果。OptiTrack动作捕捉相机V100R2通过USB同步和供电，不需要额外的同步线、电源线。内置可更换镜头，低畸变，高通光量，适合多种应用;片上MJPEG压缩，可以是数据量压缩为原来的1/10，可以用USB总线进行灰度图像的传输;片上预处理功能，Marker点提取红外LED高亮模式，提供更高的LED亮度，可以扩大运动捕捉范围，采用更小的标记点;相机的曝光时间、帧速可调。OptiTrackArena是一款直观的动作捕捉软件，结合了数据捕捉、编辑和输出等功能。运动捕捉技术可以给动画人物赋予自然逼真的动作效果，但通常设备安装比较复杂，需要进行大量的人员培训，而且还必须由多个操作人员共同协作完成。而借助OptiTrackARENA软件，用户既可以充当操作员又可以当作演员，提供了空前的灵活性。ARENA软件与OptiTrackFLEX:V100R2摄像头等动作捕捉工具配合使用，为用户提供了准确的捕捉数据，并可对最终输出序列进行控制。
2.3眼动追踪
(1)Adhawkmicrosystems：小型眼动追踪传感器
AdHawk传感器是将眼动追踪传感器集成到了一个微型MEMS芯片上，以超过相机10倍的速度扫描眼睛上的低功率光束，通过简单的电子测量反射光输出眼睛的坐标。通过对眼球的精确定位和眼球运动的预测，高分辨率中心渲染、边缘模糊的模式得以实现，VR不再需要全图像高分辨率渲染，大大减轻了功率和计算的需求。AdHawk对用户眼球运动数据的采集可以用以分析用户的心理状态、健康情况，比如兴奋、困惑、焦虑，当VR/AR获取这一信息后，可以对画面进行相应的处理，极大增加沉浸感。
2.4力反馈
(1)OWO：VR触觉背心，可模拟30多种不同感觉
西班牙初创公司OWO在CES2022发布了一款VR触觉背心，其特点是采用弹性、透气的莱卡材质，以及无线设计(蓝牙、WLAN)，可模拟自由落体、高速、举重、昆虫叮咬、刀伤、枪伤、穿透伤和触痛等多种体感。用户可以通过配套应用来调整OWO体感服的强度，甚至可以独立关闭特定的体感，比如穿透伤。除了一些痛苦的体感外，OWO体感服的另一个特点是可模拟拥抱的感觉。OWO的目标是提升VR体感服装的舒适感，适用于长时间VR游戏体验。
(2)Dexta：虚拟现实交互手套Dexmo
虚拟现实交互手套Dexmo是一款力反馈手部外骨骼设备，其核心是可变力反馈。根据虚拟物品的形状以及软硬不同，使得每个手指都能感到不同程度的触发力，以及感知到物体的形状，产品便易携带，并且实现了无线连接。Dexmo可以捕捉完整的手部动作，并提供即时力反馈。当用户的虚拟化身遇到一个虚拟物体时，可通过Dexmo的动态握持处理算法来感受到虚拟物体的物理性质，而这个软件会向用户提供各种类型的力反馈。实际上，这个装置会向手指提供反作用力，使得虚拟物体可以提供一种“反推”的感觉，就如同在抓握真实的物体一样。
2.5脑机接口
(1)美国国防部高级研究计划局：进行更高效和更保密的军事通信
2019年，DARPA(美国国防部高级研究计划局)选择了6个团队来开发N3神经技术研究计划，旨在为美国军方提供高精度的双向脑机接口系统，使服役人员能够与计算机系统进行通信。未来若脑机接口用于军事通信的技术获得成功，将颠覆现有通信技术的运转模式。此前的通信解密都是在得到对方通信信号的基础上，依据共同、公开的技术知识进行解密。理论上只要有足够的时间，任何加密算法都可以被破译。而脑机接口通信可能在双方的主体意识尚未明确时就已经完成。所以，不仅通信信号难以得到，即使得到信号，也缺乏解密所需的技术知识。
3.存在问题或瓶颈
交互技术，主要包括脑机交互技术、语音交互、手势交互和传感技术等。美国在交互技术成熟度以及终端普及程度上都超过我国。交互技术需要使用各种声、光、热、力、指纹等传感器和微控制器(MCU)。高端传感器的主要供应商还是海外巨头。微控制器分为8位、16位、32位等不同规格，32位属于高端产品，高端MCU芯片主要来自国外的德州仪器、NXP、Microchip、Cypress等公司。
4.未来需求及发展趋势
多元融合交互方式实现现实与虚拟世界的交互。腕带式AR传感器、电子触觉手套/皮肤、嗅觉面罩等新交互方式还在技术孵化期，未来将带来全新的多模态交互体验。元宇宙将突破“2D视觉+听觉”双感官交互阶段，进入多感官融合交互时代，在元宇宙中可同时进行3D视觉、触觉、嗅觉、味觉的交互，目前新兴交互技术大量涌现，在CES2022上，多形态体感设备陆续发布，给元宇宙交互带来了更多可能性，但满足嗅觉、味觉体验的技术尚在孵化期，需要资金、资源、专业人才的推动。
人机交互方式随着计算平台的变革而迭代，持续向人类本能交互方式进化。主机时代，人机交互需要通过键盘，输入文本命令来实现交互。伴随着图形界面和鼠标的出现，计算机进入个人PC时代，通过使用鼠标加键盘，结合“点/敲击、滚动、拖拽”等动作，使用者可向电脑发布指令以实现互动。而在手机时代，伴随交互平台从按键手机向触摸屏手机发展，人机交互模式则经历了从“实体按键+按键输入”(按键输入)到“触摸屏/虚拟按键+轻拍/滑动/缩放”(触控输入)的转变。元宇宙时代，将由屏幕互动转向空间互动、交互界面由命令行界面和图形界面进入自然用户界面，通过手势、眼动等一系列更加自然方式进行人机交互。
(四)产业平台
1.发展情况
元宇宙助力社交平台场景化，游戏化社交体验增强元宇宙社交沉浸感。相较于目前普及率较高的即时通讯，沉浸式社交更追求交互体验，用户将在社交平台上共享时空，进行即时互动。日本社交网站巨头GREE公司认为，社交元宇宙并不只是虚拟世界，让用户感受到社交性的机制更为重要，例如其旗下子公司REALITY为进军元宇宙，首先通过打造八个不同的虚拟空间，融入个人房间、宠物等元素，从而实现元宇宙与日常生活场景的结合。社交元宇宙不仅仅是一个网络社交空间，而是在构建一个社交生态，不同的社交生态将由不同的社交场景进行支撑。元宇宙社交多样化的玩法将充分激活社交场景，提升陌生人社交的积极性。例如Soul将游戏化社交体验作为其核心特征之一，通过脸基尼、3D捏脸、多样化的群聊派对房间、Soul狼人等游戏玩法让用户更容易建立关系。
元宇宙助力社交平台商业变现加速。从长期来看，元宇宙的核心在于经济体系的形成，未来的元宇宙将不仅是用户获得更好的娱乐和体验的地方，同时也会成为创造价值、实现价值和分享价值的平台，而社交元宇宙作为其中一部分，也将催生出不同的商业模式，从而进一步放大社交平台的商业化价值。在元宇宙社交平台中，用户可以在社交空间中打造“创造者经济”模式，利用元宇宙较强的UGC属性，创造和扩大自己的虚拟空间，并通过创造和销售原创物品赚取收入。元宇宙社交平台将拥有自己的虚拟数字货币从而形成专属的经济体系，例如Soul推出的Soul币，用户可以通过Soul币享受虚拟世界、装饰虚拟形象、增加用户之间匹配次数、赠送虚拟礼物等各种服务。
2.重点企业及主要产品
(1)Meta：发布Horizon系列平台，已建立完备的用户原创内容生产能力
Facebook改名为Meta后，全力布局元宇宙，发布元宇宙社交平台Horizon Worlds与办公平台Horizon Workrooms，Horizon系列应用已有百万用户基础。以上两个平台仅对旗下OculusQuest2VR头显开放。HorizonWorlds由社区用户设计和构建，一次最多可以与四个朋友合作构建，所看到和所做的一切均在用户之间同步，营造出较强的共同创造感。目前此款平台依赖游戏吸引用户。HorizonWorkrooms适合远程协同、线上虚拟会议等应用场景，具备AR透视、桌面识别、手势追踪、键盘识别、多任务模式、虚拟化身等功能。
(2)微软：发布混合现实会议平台Microsoft Mesh
2021年3月，微软推出Microsoft Mesh，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HoloLens2和其他设备共享协作体验。微软计划将Microsoft Mesh融入Microsoft Teams中，允许不同位置的用户，通过Microsoft 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，Microsoft Mesh目前正在测试中，将于2022年上半年推出。目前全球有2.5亿人使用Teams，Mesh融入Teams后或将迎来用户规模的高速增长。
3.存在问题或瓶颈
虚拟身份和社交场景化加剧现实社会人际问题。社交元宇宙中对虚拟身份的强调，使得陌生人社交成为未来元宇宙世界中社交模式的主要组成部分。然而，陌生人社交中隐藏着大量的不确定因素和安全隐患，例如隐私风险、用户骚扰、加剧现实社会社交恐惧、社交疏离等问题，而社交元宇宙中场景化带来的沉浸式体验可能进一步将问题放大，从而最终影响社会婚恋观、生育率、代际关系等人际问题。此外，社交场景缺失是当前社交元宇宙面临的主要问题，然而想要建立与现实世界更为接近的虚拟环境将不可避免的牵扯到场景应用上的版权问题，同时给算力和算法带来的压力将进一步扩大。
社交元宇宙或将出现明显社交阶级分层和龙头企业垄断现象。随着元宇宙社交世界场景不断丰富，不同社交场景的门票将具有不同的价值，从而造成元宇宙世界的阶级分化问题。此外，当前社交媒体行业马太效应严重，目前世界各国头部社交媒体公司均开始布局元宇宙社交产业链，例如字节跳动的pixsoul、百度的希壤等，目前元宇宙概念还处于起步阶段，并未出现元宇宙社交龙头，但未来随着元宇宙技术的进一步发展，社交媒体垄断现象可能将会再现。
元宇宙游戏世界内容和身份的审核极具挑战。目前元宇宙大规模的开发和操作技术还未成熟，但未来其相关法律法规和安全技术也亟待丰富与完善，以适应这种独特的虚拟数字环境。在元宇宙世界中，随着用户创作的发展，UGC空间中需要加入强大全面的内容审核机制以保障元宇宙平台的安全。玩家在元宇宙世界拥有“深度伪造”的虚拟身份，用户可能会面临虚拟信息、骚扰和身份盗窃等虚拟世界道德问题，虚拟身份也将涉及到隐私问题，元宇宙庞大的数据追踪能力，可能无法完全保障用户的隐私安全。此外，知识产权和版权问题也需要跟随元宇宙的发展全面更新，面对“游戏即平台”和以UGC为核心的元宇宙，涉及各个领域的大量IP的使用，将会使得知识产权和版权保护更加复杂。
4.未来需求及发展趋势
游戏作为最接近元宇宙的应用形态，迭代发展中关注精品内容及平台价值。在元宇宙推动下，游戏有望达到“游戏即平台”的下一发展阶段，成为承载元宇宙活动的基础平台。
科技革新推动游戏形态随硬件平台迁移，当前游戏行业以移动终端为主，随着元宇宙赋能或将进入基于VR/AR等技术的可穿戴设备时代。元宇宙游戏社区或将借助AI辅助实现创作者经济有效拓展，叠加社交强化，精品内容以及独特服务的价值进一步凸显。传统渠道商话语权或将进一步衰减，NFT及区块链相关技术或将支持元宇宙游戏中经济系统的完善，助力数字经济建设发展。
元宇宙时代助力社交兴趣化场景化，内容UGC/AIGC化发展。截至2021年10月全球社交媒体用户已达到45.5亿，随着Z世代的崛起，社交平台逐渐年轻化，陌生人社交和娱乐化社交兴起，元宇宙的强社交属性或将使社交媒体成为其突破口之一。社交元宇宙将具有虚拟化身、社交资产、沉浸感、经济体系和包容性五大特征，在元宇宙中，线上“第二身份”的构建将使陌生人社交成为主流社交方式之一。VR/AR等设备技术则将为元宇宙社交实现具身传播的场景建构，助力社交平台形成沉浸式场景化。用户可以在社交空间中打造“创造者经济”模式，形成元宇宙社交平台经济体系。
元宇宙赋能“人-货-场”，迈向虚实交互的沉浸...