元宇宙催生了現實世界與虛擬世界并存融合，對世界發展將產生重大影響，本文將著重探討元宇宙概念及意義、相關支撐技術、發展面臨的問題和未來挑戰等。

?

元宇宙的概念及意義

元宇宙的歷史起源可以追溯到《西游記》的誕生。《西游記》是中國文明對世界文明的一個非常大的貢獻，這本書中提到了四個著名的能力：千里眼、順風耳、筋斗云和七十二變。這四個能力不只是天馬行空的想象，其實也是人類對期待的未來的描述。當代，除了七十二變，千里眼、順風耳和飛毛腿都已經通過電視、電話和飛機等發明實現。隨著技術的發展，在未來七十二變也是有可能實現的。1992年的科幻小說《雪崩》中描述了一個利用互聯網技術和虛擬現實技術創造出來的、比地球還要大的元宇宙世界。到2021年，原Facebook公司更名為Meta（元宇宙），致力于實現虛擬世界與現實世界的融合。

早期互聯網時代主要提供了基于人際關系的網絡化社區，如交互和娛樂，這是元宇宙最早的雛形。移動互聯網時代，網絡通信與其他信息技術的快速迭代為元宇宙的發展奠定了技術基礎。到今天的數字化時代，5G相比4G新增了廣泛的接入和可靠的低時延連接，再加上物聯網、人工智能、區塊鏈、云計算、大數據、邊緣計算等數字技術在經濟社會各方面廣泛拓展，使得元宇宙的誕生成為水到渠成的事（見圖1）。

元宇宙的定義是虛實相生和人機合一，包含真體、孿體和虛體三種角色之間的互相切換、扮演和替換。真體是現實世界中的客觀物體，孿體是現實世界數字化的孿生體，而虛體是不以現實世界為摹本創造的物體。用《西游記》中的例子來比喻，孫大圣本身是真體，拔出毫毛吹出的無數個跟自己一模一樣的是他的孿體，他還可以變化成其他真實存在的或想象出來的任意的人和物，這就是虛體。元宇宙包括現實世界和虛擬世界。虛擬世界又分為代表孿體的鏡像世界和代表虛體的擬像世界。真體、孿體和虛體之間有三種轉換，包括真體和孿體之間的切換、孿體和虛體之間的替換，以及真體和虛體之間的扮演。這三種狀態和互相轉換所產生的商業價值構成了一個虛擬的社會經濟系統。

發展元宇宙的重要性?

元宇宙催生了現實世界與虛擬世界并存且融合的新人類文明，是人類進化階段的一個重要分水嶺。元宇宙前所未有的連接將改變人類的生存方式，史無前例的融合將改變世界的發展規律，聲勢浩大的變化將改變普世價值的體系。從這些角度看，元宇宙將重塑世界發展趨勢，關乎國家安全、經濟繁榮和社會進步。

在國家安全方面，元宇宙可能會改變國際合作和競爭的范式，并催生出新型的國際政治意識形態。因此我們需要確保元宇宙意識形態和國家安全，掌握元宇宙話語權和標準制定權。從發展的角度來看，元宇宙一方面會給人類帶來進步，另一方面也會帶來一些潛在的危險。例如，元宇宙作為網絡虛擬化進程的最終形態，成為人類文明演化進程中重要的歷史性節點，同時元宇宙也可能會滑向虛擬化陷阱，成為人類依賴的數字空間。從經濟繁榮的角度來看，元宇宙是以網絡為基礎，各類虛擬現實的應用為承載，融合新型的交互、數字孿生、人工智能、數字內容創作、區塊鏈等多種技術構建的新型社會經濟系統。如圖2所示，不同于過去的規模經濟中實體制造與知識產權分離，以及范圍經濟中線上支付與線下支付的分離，在未來的分布式經濟階段，將會出現數字資本與虛擬共創的融合。因此，元宇宙將推動實體經濟與數字經濟的深度融合，推動數字經濟走向新階段。

?

國外元宇宙技術簡析

目前美國已經產生了元宇宙的產業生態，包括數字化的基礎設施、針對各種元宇宙應用所生成的技術基座、金融支持的與美元錨定的可信虛擬支付，以及在此基礎上發展出的各種元宇宙應用。元宇宙的基礎設施在信息形態方面發生了巨大的變化，從傳統互聯網中的一維信息和移動互聯網支持的二維圖像和音視頻，到未來的Web 3.0、腦機接口和自主智能體、算力網絡、隱私計算、跨鏈計算等技術支撐的三維全景全方位感官空間，元宇宙將為用戶提供更高的沉浸感和交互感。元宇宙的理想運行狀態是大規模的用戶持續在線，高沉浸感和高仿真，高效的內容生產，以及去中心化的信息存儲和認證。這些技術聯合起來構成了元宇宙的技術基座（見圖3）。

在宏觀意義上，Web 3.0是當前熱議的元宇宙的底層網絡架構。2014年，Web3基金會主席加文伍德（Gavin Wood）首次系統地提出Web 3.0概念，將其定義為在區塊鏈等一系列技術的推動下，變得更加去中心化、更加可信、更加安全的互聯網。Web 3.0的愿景是用戶掌握自己身份數據資源、要素稟賦，從而實現自身經濟價值的互聯網。其價值在于打破平臺壟斷，推動廣泛的、自下而上的創新，創造新業務模式和新市場，啟動新全球數字經濟系統。

從歷史的發展來看，Web 1.0是中心化的閱讀式的互聯網，Web 2.0是中心化的雙向可寫可讀的互聯網，二者都是借助平臺化的系統產生經濟價值。Web 3.0的商務模式雖然還沒有明確出現，但其特征一定是去中心化的，Web 3.0的出現可能會導致互聯網寡頭的終結。而元宇宙則是在Web 3.0之上的一個終極的應用生態系統，可信地承載個人的社交身份和資產，以及個人在該社會經濟系統中的資源稟賦、價值創造和價值實現，支撐起新的虛擬社會的經濟體。

從生態體系看，元宇宙與Web 3.0處于重合狀態，即Web 3.0的網絡生態非常匹配元宇宙的生態構建需求。從技術體系看，Web 3.0的技術特征需求補充了元宇宙生態的底層技術支撐基座的拼圖。從演進歷程看，隨著Web 3.0技術雙向滲透打破虛擬和現實的界限，以及用戶身份跨越Web 2.0時代大平臺中心生態的鴻溝，這將催生極富想象力和創造力的元宇宙系統。

?

我國發展元宇宙面臨的問題

元宇宙代表著一種主流的互聯網經濟體驗模式，預計很快能形成產業生態，是一個增量市場。但元宇宙涉及到國家的政治、經濟、社會、文化、法律、意識形態、網絡主權等核心利益，而目前國際社區基于純軟件協議構建的Web 3.0在可信、可管、可控方面存在隱患，其去中心化的核心思想給我國網絡監管帶來難題，基于美元的支付體系也會形成新的經濟壟斷。

國內元宇宙目前還處于初級發展階段，亟須從頂層設計上進行整體性規劃，是繼續“借船出海”還是自主構建核心技術體系，是我們必須做出回答的戰略問題。從基礎設施上看，網絡的可控性是國家的戰略目標。劉鶴副***在中國工程院第十六次院士大會上提出了“加強網絡信息技術研究，確保網絡技術體系可控性，加強人工智能技術研發，重視區塊鏈、數字貨幣等技術創新”的要求。我國必須主動開展元宇宙基礎設施和關鍵核心技術攻關，避免出現我國成為全球最大的元宇宙數據生產國，而美國主導全球元宇宙技術標準和規則的局面。對此，我國需要進行以下幾個方面的研究：

? 構建數據驅動的數字經濟底層技術屏障

數據的所有權和主權等概念正在受到挑戰，與其擁有數據，不如有權訪問、控制和使用數據。

? 構建分布式扁平化元宇宙經濟形態

分布式經濟是由多個具有對等地位的行為主體共建的一個社會網，通過預設的激勵機制和治理規則，自發地進行社會分工，形成良性的數據分享協同機制。問題是如何構成多樣化的自組織，促進經濟形態扁平化，打破網絡資源天然壟斷，同時確保可管可控，構建實體與虛擬深度融合的元宇宙經濟體。Web 3.0打通了元宇宙虛擬世界和現實的橋梁，讓虛擬世界變成了平行宇宙。區塊鏈技術由于其天然的去中心化價值流轉特征，將為元宇宙提供與網絡虛擬空間無縫契合的支付和結算系統。

? 構建元宇宙經濟數字支付體系

目前的數字人民幣無法在區塊鏈流通，無法被智能合約自動激活使用。數字人民幣上鏈是解決以上問題的可能方案，但也帶來了對區塊鏈的定制化需求，給未來研究和系統實現帶來挑戰。

? 構建我國數字經濟雙循環格局

做強數據、算力等生產要素，暢通我國數字經濟雙循環，既不能全盤照搬國外公司內容主導的元宇宙，又要高度警惕隱形外國版元宇宙。只有構建中國自主可控的元宇宙技術標準體系，才有可能以安全的數據要素為核心，分享數據價值。

構建安全可控的Web 3.0元宇宙基礎設施需要有四個層面的考慮。政治層面上，要嚴防滲透，維護國家意識形態和價值主張。經濟層面上，要突破堵點，發展元宇宙數字新經濟產業，推動現有制造業轉型升級。科技層面上，要超前布局，打破歐美等國在元宇宙基礎設施方面的技術壟斷，掌握核心技術與話語權。網絡安全層面上，要自主可控，保障網絡空間安全與國家安全。因此，我國必須引領世界元宇宙科技發展前沿，打造完全自主可控的中國元宇宙基礎設施與生態環境。

?

我國發展元宇宙的方向

相比于美國的元宇宙生態，我國元宇宙發展生態鏈的關鍵在于如何構建許可技術底座以及安全可控的許可支付體系。我國需要加快建設自主可控的Web 3.0技術體系，相比于可信Web 3.0技術，我們需要搭建許可Web 3.0技術。我國的元宇宙采用同國外一樣的體系架構，也包括基礎設施、技術基座、許可支付以及典型應用等（見圖4）。

在通信網絡方面，我國在5G時代確立了全球主導地位，且已經前瞻布局6G網絡，形成了產學研用共同參與的完整的6G研發體系。在算力算法方面，我國科研機構構建的算力網絡可以支撐“靈境泛在互聯”的實時計算需求，實現通信、網絡與計算的高度協同，實現去中心化和系統可控之間的平衡與轉化，支撐國家內外雙循環的大戰略。在交互媒介與終端方面，我國在傳統AR/VR接入設備方面已有長足的進步，在腦機接口等相關技術方面也具有國際領先水平，可以研究實現面向未來元宇宙需求的腦機接入解決方案。

我國戰略科學家錢學森先生在20世紀90年代就對虛擬現實有過展望，起了個中國味特濃的名字——靈境，他認為靈境技術能擴展人腦直覺，預見到人機深度結合將對人類社會帶來深層變革。“靈境”一詞給我們構建中國式元宇宙帶來了啟示，“靈（genie）”就是智能體，包括人類分身和人機融生智能，它能夠適應、改造甚至創造環境，屬于能夠理解人類意圖的高級智能體。“境”則是代表數字孿生或認知孿生的物理世界，數據的探測、傳輸和存儲在其中進行，在未來將成為人類生活、工作和成長的空間（見圖5）。基于此，中國版的元宇宙技術基座是感、通、算、控一體化構建的（見圖6）。我們將這個技術基座稱為“Intelligent-concise”。

在可信感知方面，進行泛在環境和人、機、物、靈全面感知，最終做到人類五感、腦機、機器視覺、自然語言處理等可信、實時的智能感知技術。在可信傳輸方面，關鍵技術是對可信身份的認證和可信傳輸方案的認證。在算/控方面，我們將在隱私保護元宇宙的“靈”學習和“靈”管理方面進行研究，例如，分布式的元宇宙入口設備、聯邦學習的空中計算、智能的邊緣計算、區塊鏈傳輸，以及云服務集群和去中心化的網絡。在這個方向上，我在2019年第1期《通信學報》發表的文章中闡述了對6G技術的展望：6G不僅包含5G涉及的人類社會、信息空間、物理世界（人機物）這三個核心元素，還包含第四維元素——靈。人機物靈的互通，可為用戶提供實時虛擬業務場景，并代理用戶實現相應的需求。

?

建議及總結

以“靈境泛在互聯”為抓手，構建演進版元宇宙的核心問題在于基礎理論研究、核心技術和重大應用三個方面：基礎理論研究中迫切需要新理論的突破，解決“靈”如何表征預處理、意識如何分解等引領國際的基礎前沿重大問題。核心技術攻關中，需要打通虛擬與現實域界，支撐虛擬世界的智能體（靈）和人機物（境）的交互與溝通，打造演進版元宇宙的技術基座。重大示范應用方面，需要主導形成元宇宙系列國際/行業標準，建立產業聯盟，同時以城市社會治理、智能制造、健康、大數據、智慧應用等產業為先導，結合數字孿生、人工智能等其他相關技術，推動元宇宙的產業落地，助力國家經濟發展雙循環戰略。

元宇宙是中國式現代化、新發展理念的核心內容，關乎國家安全、經濟繁榮、社會進步，自主可控的中國式元宇宙是非建不可的，且時機已經成熟。研發中國式元宇宙，掌握系列核心技術，助力中華民族偉大復興，未來可期！

（本文根據CNCC2022特邀報告整理而成）

作者：

張平

中國工程院院士，北京郵電大學教授。IEEE Fellow。網絡與交換技術國家重點實驗室主任，鵬城實驗室寬帶通信部主任。長期致力于移動通信理論研究和技術創新，目前主要研究方向為語義通信和語用達意網絡。

編輯：黃飛

?