什么是元宇宙？如何用Web3.0筑好元宇宙的底层网络架构

作者：张平  中国工程院院士、北京邮电大学教授

元宇宙这个词语，可以追溯到1992年的科幻小说《雪崩》，其中描述了一个比地球还要巨大的元宇宙世界——互联网技术和虚拟现实技术创造出来的虚拟世界。如今，历经30年的时光，究竟什么是元宇宙？元宇宙会给人类带来哪些改变？这些问题，仍未找到答案。

元宇宙或将催生人类文明新形态

如果将《西游记》理解为古人对超能力的幻想，那么，它就和现在元宇宙的理念非常切合——孙悟空就相当于“元”，它拥有四个方面的变化。第一是千里眼，电视和视频实现了这个幻想；第二是顺风耳，电话和手机也已实现；第三是一个筋斗能飞十万八千里，飞机也实现了这个幻想。

目前还没有实现的，就是“七十二变”。除了真身以外，其它的变换可以理解为在另一个幻想世界的变化。从这个角度来理解，孙悟空的这个本领与元宇宙“同源”，它阐释了在虚拟世界里，上天入地、造化变形的概念。

1992年，科幻小说《雪崩》描述了互联网技术和虚拟现实技术创造出的巨大元宇宙世界。如果说《西游记》是幻想，到了《雪崩》便有了在技术上实现的可能。及至2021年，脸书（Facebook）改名Meta，向元宇宙领域转型。马克·扎克伯格构思的未来世界，是虚拟世界与现实世界的融合，这是在技术上具有划时代意义的一次更名。

互联网形成了基本的网络化构建人际关系社区的功能，交互和娱乐可以视作元宇宙的雏形。在互联网中，每个人都可以找到自己感兴趣的东西。发展到后期，4G的普及让移动互联网成为现实，人们可以在任何时间，任何地方，和任何人进行交互。人是网络的连接者，互联网将个体直接连接起来。

随着5G的到来，人、机、物之间实现了互接，进入了数字化时代。由于人具有意识，因而可以通过数字化的手段进行思想交互，而物是静态的，对其感知则需要借助5G的强大功能，因而也出现了更多的技术，例如物联网、人工智能、区块链、云计算、大数据、边缘计算等。

数字技术在经济社会各个方面的拓展，使得元宇宙的诞生水到渠成。《西游记》描绘的“七十二变”，到未来将可以在虚拟世界一一实现。

如何实现呢？笔者认为，元宇宙的定义，是虚实相生和人机合一，两者相统一；是在真体、软体和虚体之间进行切换、替换和扮演的循环过程。从技术的角度上看，真体来自现实世界的客观物体。软体是虚拟世界中的镜像世界，它是现实数字化的孪生体，也就是原来真实世界的镜像。虚体是不以现实世界为摹本创造的物体，可以不以现实世界为物本而创造世界。两个世界，三个不同形态的转换便是元宇宙的架构。

由此，元宇宙的认知也由三部分组成，分别是具身认知、离身认知和分身认知。在发展元宇宙的过程中，经济系统与物理系统也是平行而存在的。在经济学上，这种经济系统在未来可能是一个增量——它能为我们产生很多经济价值，这也是人们热衷研究它的原因。开发物理世界，是利用土地、资源、劳动力等给人类带来经济效益。未来，元宇宙将可能替代这种方式，为人类的经济发展提供一个新势能。

元宇宙是人类进化的一个重要分水岭，其会催生现实世界与虚拟世界并存且融合的文明新形态。这种前所未有的情况或将改变人类的生存方式——人是有思维、思考能力的高级智能体，在未来的虚拟世界中，很可能会存在一个与人类一样的高级智能体。它与客观物理世界并存，且能够替人去做决策。

这样的虚拟世界与客观世界的相互作用，将进一步影响政治、经济、网络文化安全等方面。

在社会发展方面，现在姑且可以认为元宇宙是网络虚拟化进程的最终形态，哲学家、科学家还会不断涌现，未来会产生更多高级的遐想，并将成为人类文明演化进程中的一个重要历史性节点。这可能会引发正反两个结果——坏的结果，彻底滑向虚拟化陷阱，成为人类依赖的数字空间；好的结果则是与现实社会耦合增强，对现实社会进行有益补充。

我们需要做的，是要防止滑向坏的结果，避免步入虚拟化陷阱。需要注意以下几个方面：首先是防止知识停滞，因为元宇宙所有的知识是已知的，要避免沉浸其中，不再创造新的知识。其次是防止确定的世界，因为元宇宙数字化程序无自然随机性，要避免成为逻辑和计算的环节，不再出现任何意外的改变。最后是防止探索的缺乏，要避免元宇宙演化成安乐的漩涡，人们沉浸其中无法自拔。

Web3.0,筑好元宇宙的底层网络架构

国外的元宇宙也有一定发展。以美国为例，其元宇宙的产业链条除了基础设施建设、基础技术支撑外，还包含金融支持的可信虚拟支付体系，以及虚拟货币等支付方法。

元宇宙基础设施包括交互和媒介终端。在基础技术方面，理想的元宇宙的基础技术应支持大规模用户持续在线、高沉浸感、高效的内容生产和去中心化信息存储及认证技术，实现元宇宙1.0的八大元素，包括身份、社交、沉浸感、低延时、多元化、随时随地、文明、经济系统。

在宏观的技术上，Web3.0是元宇宙的底层网络架构。如何理解Web3.0呢？2014年，Web3.0基金会主席GavinWood发表博文《Web3.0应该是什么样的》，首次系统地提出Web3.0概念，其定义是：在包括区块链技术等一系列技术推动下，形成更加去中心化、更加可信、更加安全的互联网。Web3.0的愿景是用户掌握自己的身份、数据资源、要素。它打破了平台垄断，推动广泛的创新，创造新业务模式和新市场，启动新全球数字经济系统。

Web1.0是将人与人、人和信息之间的交互，变成屏幕上的交互过程。这种信息交互，在计算机互联网时代，是单向阅读式的。到移动互联网时期，智能手机出现了，这就是Web2.0。到了Web3.0，AR、VR技术兴起。此时，算力承载各种应用的半壁江山，云计算、区块链，加上算力网络、隐私计算和跨链计算，构成了现在的区块链，信息形态向沉浸性、交互性、开放性逐渐增强的方向发展。

可以看出，从Web1.0到Web3.0之间是一个逐渐去中心化的历程。Web1.0是可阅读式的互联网，每个人都在网络中下载，网络中下行的链路数据非常多。到了Web2.0，有了双向可写可读的互联网。元宇宙则是Web3.0之上的终极应用生态系统，其构建的网络生态，可信地承载个人的社交身份和资产，以及个人在该社会经济系统中的资源禀赋，价值创造和价值实现，支撑起新的虚拟社会经济系统。

可以看出，元宇宙和Web3.0关系非常密切。从整体上看，元宇宙与Web3.0处于重合状态，即Web3.0的网络生态，与元宇宙的生态构建需求非常匹配。从技术体系看，Web3.0的技术特征需求，补全了元宇宙生态的底层技术支撑。从演进历程看，随着Web3.0技术双向渗透打破虚拟和现实的界限，以及用户身份跨越Web2.0时代大平台中心的生态“鸿沟”，将催生极富想象力和创造力的元宇宙系统。

中国应积极制定元宇宙技术标准和规则

元宇宙构建了虚拟和现实世界的桥梁，让虚拟世界变成了平行宇宙。元宇宙涉及政治、经济、社会、文化、法律、意识形态、网络主权等核心利益。它在国内外已经形成了产业生态，并成了一个增量市场，但我国的元宇宙目前还处于初级阶段，缺乏整体性规划。

这一方面，数据的所有权和使用权等概念正在受到挑战。与试图确定谁“拥有”数据相比，更重要的是谁有权访问、控制和使用数据。我国需要主动开展元宇宙基础设施关键核心技术攻关，避免出现成为元宇宙全球最大数据生产国，而其他国家主导全球元宇宙技术标准和规则的局面。

畅通我国数字经济双循环，需要增强数据、算力等生产要素。只有构建中国自主可控的元宇宙技术标准体系，才有可能以安全的数据要素为核心，分享数据价值。因此，我国必须引领世界元宇宙科技发展前沿，打造完全自主可控的中国元宇宙基础设施与生态环境。

能够形成元宇宙应用的关键是构建可利用的基础技术和支付体系，以及各种元宇宙的应用。总的来说，就是要去中心化，构建“软硬件许可Web3.0”的元宇宙核心技术和标准体系、基础设施、基础技术、支付体系、典型应用，这应该是我国的元宇宙体系架构。

我国在基础设施方面有深厚积累。在通信网络方面，我国在5G时代确立了全球主导地位。针对6G研发，“十四五”规划明确提出要前瞻布局6G网络技术储备，形成了产学研用共同参与的完整6G研发体系。在算力算法方面，我国科研机构构建的算力网络可以支撑泛在互联的实时计算需求，实现通信、网络与计算的高度协同，实现去中心化和系统可控之间的平衡与转化，支撑国家内外双循环的大战略。

在交互媒介与终端方面，我国AR/VR接入技术有长足的进步；在脑机接口等相关技术方面已具有国际先进水平，可以换道超车研究实现面向未来元宇宙需求的脑机接入解决方案。实际上，早在20世纪90年代初，钱学森就对虚拟现实有过展望，并起了一个很有“中国味”的名字——“灵境”，他指出“灵境”技术能“扩展人脑的知觉”，预见到人机深度结合将对人类社会带来深层变革。

应该说，中国版Web3.0基座应该是感、通、算、控一体化。其预期是实现一套元宇宙基础设施技术平台，建设感、通、算、控管一体的信息基座，支持泛在环境精准感知、信息高效传输、协同高速计算、安全可信可管，支撑数字健康医疗、虚拟测试等典型场景。

总的来讲，我国的元宇宙发展，需要在基础理论、核心技术、重大应用三部分上着力发展，需要制定构建详细的技术发展路线与技术底座体系。只有达到理论与实践的统一，才能形成真正的消费元宇宙和产业元宇宙。

编辑：黄飞