元宇宙：關(guān)鍵在產(chǎn)業(yè)

田豐

近來，元宇宙概念持續(xù)升溫，Roblox、Facebook、微軟、騰訊、商湯等科技公司紛紛加速元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。中國科研優(yōu)先探索“人腦感知融合”“AI與人腦認(rèn)知融合”、通信高質(zhì)量發(fā)展（5G），美國則優(yōu)先布局移動(dòng)終端（AR眼鏡）。

其實(shí)在“元宇宙”這個(gè)新概念誕生之前，人類在科學(xué)、科幻領(lǐng)域?qū)Υ嗽缬刑剿鳌?/p>

早在30年前，錢學(xué)森先生給汪成為院士的信中，便將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）定義為“靈境”， “（靈境技術(shù)）能大大擴(kuò)展人腦的知覺，使人進(jìn)入前所未有的新天地，新的歷史時(shí)代要開始了！”“靈境技術(shù)是繼計(jì)算機(jī)技術(shù)革命之后的又一項(xiàng)技術(shù)革命。它將引發(fā)一系列震撼全世界的變革，一定是人類歷史中的大事?！?/p>

2016年，劉慈欣的短篇科幻小說《不能共存的節(jié)日》提出了人類走向宇宙和龜縮虛擬空間的哲學(xué)命題。

筆者更愿意把元宇宙定義為實(shí)體空間的搜索引擎，它以數(shù)字技術(shù)為基石，帶來人機(jī)之間的自然交互，帶來沉浸式視聽、觸覺、氣味的體驗(yàn)升級，為提升產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率服務(wù)。筆者把它稱之為“產(chǎn)業(yè)元宇宙”。

在科技興國、實(shí)干興邦的創(chuàng)新大潮中，如果把元宇宙看作是前沿?cái)?shù)字科技的集成體，其關(guān)鍵價(jià)值應(yīng)是賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，積極推動(dòng)數(shù)字世界與物理世界的融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

基石

無數(shù)字技術(shù)，便難談產(chǎn)業(yè)元宇宙。

數(shù)字技術(shù)是推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)“雙融合”的大引擎。以人工智能技術(shù)為例，其既能成為推動(dòng)新醫(yī)藥、新材料、新能源發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，又能成為各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新型生產(chǎn)力，是典型的“跨圈生產(chǎn)力”。

其他跨圈型技術(shù)，比如VR/AR（虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、實(shí)時(shí)三維技術(shù)（Real-Time 3D），正在突破影視、游戲、社交媒體的邊界，在汽車制造、交通運(yùn)輸、建筑設(shè)計(jì)、城市治理、醫(yī)療健康等實(shí)體產(chǎn)業(yè)落地生根。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力，便來自“數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”，規(guī)模化價(jià)值則來自“產(chǎn)業(yè)數(shù)字化”。2020年數(shù)據(jù)顯示，在中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)體中，“數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”占比為19%，而“產(chǎn)業(yè)數(shù)字化”占比高達(dá)81%。

在新冠疫情流行、全球經(jīng)濟(jì)下行背景下，數(shù)字經(jīng)濟(jì)可以說是中國經(jīng)濟(jì)的“穩(wěn)定器”。

中國信通院發(fā)布的《2021年中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展白皮書》《2021年全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)白皮書》數(shù)據(jù)顯示，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)占GDP比例為39%，是世界范圍內(nèi)數(shù)字經(jīng)濟(jì)增速最快的國家之一。

在國家戰(zhàn)略中，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度之快、輻射范圍之廣、影響程度之深前所未有，正在成為重組全球要素資源、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、改變?nèi)蚋偁幐窬值年P(guān)鍵力量。數(shù)字經(jīng)濟(jì)事關(guān)國家發(fā)展大局，是把握新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革新機(jī)遇的戰(zhàn)略選擇。

伴隨數(shù)字經(jīng)濟(jì)滲透率在服務(wù)業(yè)（40.7%）、工業(yè)（21%）、農(nóng)業(yè)（8.9%）的快速提升，實(shí)體產(chǎn)業(yè)將完成“數(shù)字孿生”（數(shù)字化）、“數(shù)字交互”（網(wǎng)絡(luò)化）、“數(shù)字智能”（智能化）的三步走。與此同時(shí)，我國經(jīng)濟(jì)也將受益于數(shù)字技術(shù)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)的普惠作用，從“不平衡發(fā)展”轉(zhuǎn)向“平衡發(fā)展”，從“資源粗放型發(fā)展”轉(zhuǎn)向“資源集約型發(fā)展”，從“高速發(fā)展”轉(zhuǎn)向“高質(zhì)量發(fā)展”。

可以看到，中國GDP中仍有61%的產(chǎn)業(yè)空間沒有被數(shù)字經(jīng)濟(jì)滲透進(jìn)來，這是非常巨大的藍(lán)海市場。在此背景下，發(fā)展以人工智能等為代表的“牛鼻子”科技十分重要，這是產(chǎn)業(yè)元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施。

賦能

元宇宙能夠賦能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、交付等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，其應(yīng)用遍布制造、建筑、汽車、物流、城市、能源等實(shí)體產(chǎn)業(yè)。

第一步是產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化：對生產(chǎn)線或產(chǎn)品進(jìn)行傳感捕捉，形成孿生商品或工廠模型。

第二步是產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)絡(luò)化：通過5G或物聯(lián)網(wǎng)，將生產(chǎn)線環(huán)境與產(chǎn)品數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到AI超算中心上，生產(chǎn)大數(shù)據(jù)在線融合，形成“指標(biāo)孿生”。

第三步則是產(chǎn)業(yè)鏈智能化：基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練出自動(dòng)化或半自動(dòng)化決策模型，沉淀知識圖譜和產(chǎn)業(yè)大腦，通過機(jī)器人或機(jī)器手反向指揮生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整，形成“決策孿生”的價(jià)值閉環(huán)。

數(shù)字空間的虛擬工廠與物理空間的實(shí)體工廠實(shí)時(shí)同步，線上檢測異常、優(yōu)化方案、仿真測試，線下小批量驗(yàn)證、大規(guī)模推廣。產(chǎn)業(yè)元宇宙從數(shù)據(jù)入口、網(wǎng)絡(luò)融合、智能自動(dòng)化逐步升級成熟，共同推進(jìn)“實(shí)體產(chǎn)業(yè)數(shù)字化”和“數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”。

如果說消費(fèi)元宇宙追求大眾客戶的極致體驗(yàn)，產(chǎn)業(yè)元宇宙則追求極致效率與成本。前者通過VR、AR等仿真技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更“真實(shí)”的消費(fèi)者服務(wù)環(huán)境與沉浸式體驗(yàn)，后者則通過數(shù)字孿生、工業(yè)智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)流程再造與產(chǎn)業(yè)能效持續(xù)提升。

在產(chǎn)業(yè)元宇宙中，在新工廠的全生命周期中，包括方案設(shè)計(jì)、模擬測試、建設(shè)運(yùn)營、優(yōu)化改進(jìn)，都能采用數(shù)字化、虛擬化、智能化的手段，實(shí)現(xiàn)預(yù)測與改進(jìn)。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)雙融合的體系內(nèi)，產(chǎn)業(yè)元宇宙與消費(fèi)元宇宙是“一體兩面”。

從設(shè)計(jì)到消費(fèi)，一個(gè)產(chǎn)品基于元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施，能夠同步推進(jìn)數(shù)據(jù)融合、指標(biāo)融合、知識融合、決策融合，充分發(fā)揮線上數(shù)字科研、數(shù)字實(shí)驗(yàn)的實(shí)景設(shè)計(jì)、敏捷迭代、低成本試錯(cuò)、知識圖譜、自主演進(jìn)六大優(yōu)勢，通過線下標(biāo)桿試點(diǎn)形成價(jià)值閉環(huán)。

這成為每一家企業(yè)登陸產(chǎn)業(yè)元宇宙新大陸的戰(zhàn)略必修課。當(dāng)然，這一次產(chǎn)業(yè)革命也必然帶來組織流程、管理制度的全面升級。

在產(chǎn)業(yè)元宇宙中，在新工廠的全生命周期中，包括方案設(shè)計(jì)、模擬測試、建設(shè)運(yùn)營、優(yōu)化改進(jìn)，都能采用數(shù)字化、虛擬化、智能化的手段，實(shí)現(xiàn)預(yù)測與改進(jìn)。

例如，大眾汽車分布在全球的64萬名員工，都能通過Innoactive Hub混合現(xiàn)實(shí)部署平臺(tái)，在新規(guī)劃的虛擬工廠中進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃測試，實(shí)景檢查設(shè)計(jì)環(huán)境中的障礙物、車輛通路、倉儲(chǔ)安全性等精確細(xì)節(jié)。全球采用一致工廠設(shè)計(jì)、檢測方案，高效沉淀出一套知識體系、培訓(xùn)課程，以便培訓(xùn)員工在虛擬實(shí)驗(yàn)室中熟練掌握305種車型的安裝維修技能。

奧迪生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室，也構(gòu)建了類似“產(chǎn)業(yè)元宇宙”的應(yīng)用。員工在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下，訓(xùn)練以最小空間完成跨國運(yùn)輸中敏感易損汽配件的包裝;在AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)指導(dǎo)下，正確組裝1000多種零配件、產(chǎn)出120種發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。此外，員工還能利用虛擬汽車展廳，為有購買意愿的消費(fèi)者提供VR沉浸式汽車配置選擇。

應(yīng)用

元宇宙部分技術(shù)誕生于娛樂產(chǎn)業(yè)，但成長于實(shí)體產(chǎn)業(yè)。放眼全球，各國積極發(fā)揮創(chuàng)新科技的力量實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，“多元宇宙”紛至沓來。

首先是“地球元宇宙”。歐盟于2020年提出“目的地地球” 計(jì)劃，該計(jì)劃目標(biāo)是在2030年，利用人工智能、高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)分析預(yù)測等領(lǐng)先技術(shù)，建立起覆蓋海洋、陸地、大氣、生物等廣泛對象的高精度地球數(shù)字模型，通過對地球自然系統(tǒng)進(jìn)行高精度動(dòng)態(tài)模擬，提高對風(fēng)暴、洪水等極端天氣事件與自然災(zāi)害的預(yù)測與應(yīng)對能力，實(shí)時(shí)持續(xù)監(jiān)測地球健康狀況，支持歐盟能源環(huán)境政策制定與實(shí)施，為各行各業(yè)提供地球級公共服務(wù)。

2020年，清華大學(xué)與商湯科技合作完成了全國首個(gè)3米分辨率地表覆蓋制圖產(chǎn)品。該技術(shù)利用AI遙感智能解譯深度學(xué)習(xí)算法，能夠區(qū)分出更小的居民點(diǎn)、水塘、農(nóng)田等地表對象。

其次是“工業(yè)元宇宙”。英偉達(dá)發(fā)布的一款企業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)作和模擬平臺(tái)，為全球400多家客戶提供專業(yè)服務(wù)，可讓員工在任何地方自由協(xié)作。寶馬集團(tuán)模擬仿真了全球31家工廠，使全球員工都能在同一個(gè)虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)規(guī)劃新車。英國建筑設(shè)計(jì)公司遍布全球14個(gè)國家的分公司員工，能夠在同一個(gè)虛擬環(huán)境中無縫協(xié)同設(shè)計(jì)建筑方案。

奧迪生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室在Unity引擎上構(gòu)建了虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)組裝生產(chǎn)線、易損汽車零配件包裝培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)、虛擬汽車展廳，供全球員工、合作伙伴、客戶使用。

商湯智慧生活的SenseME、SenseMARS軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)世界與虛擬世界的連接，支持超過4.5億部手機(jī)、AR/VR設(shè)備、智慧大屏、無人機(jī)等智能終端，能夠?qū)崿F(xiàn)工廠、產(chǎn)線的空間數(shù)字化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、工作流程自動(dòng)化。

南方電網(wǎng)的換流站運(yùn)維工作，從依靠人力和紙質(zhì)記錄，向工業(yè)級AR巡檢升級?；贏I+AR技術(shù)的換流站智能運(yùn)檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)識別現(xiàn)場環(huán)境”“檢修說明推送到巡檢人員佩戴的智能設(shè)備上”“遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)快速解決現(xiàn)場難題”“實(shí)時(shí)獲知巡檢人員作業(yè)位置” “開展復(fù)雜設(shè)備拆裝模擬培訓(xùn)”“火情緊急情況演練”等典型生產(chǎn)場景。

最后是“城市元宇宙”。目前，全球多個(gè)城市制定了有關(guān)元宇宙的發(fā)展戰(zhàn)略。韓國首爾市長吳世勛提出了《元宇宙首爾五年計(jì)劃》：在2022年實(shí)現(xiàn)5G信號全覆蓋;從2022至2026年，在首爾分步開發(fā)出虛擬環(huán)境的“市長室”“120中心”“智能工作平臺(tái)”“首爾觀光游”“首爾創(chuàng)業(yè)營”“首爾開放城市大學(xué)”等公共服務(wù)場景，打造“一個(gè)共存的城市、全球領(lǐng)導(dǎo)者、安全的城市和未來的情感城市”。

截至2021年11月，中國已有8個(gè)城市與地區(qū)政府提出構(gòu)建元宇宙，包括上海、深圳、杭州、成都、蘇州、南京、青島、張家界，覆蓋文旅、街道治理、城市服務(wù)等領(lǐng)域。

例如，城市中基于AI+MR技術(shù)的虛擬運(yùn)動(dòng)場館，能夠精準(zhǔn)穩(wěn)定識別運(yùn)動(dòng)員肢體、關(guān)節(jié)動(dòng)作，或通過AI數(shù)字人教練指導(dǎo)家庭用戶科學(xué)健身;跟隨機(jī)場AR智慧導(dǎo)航，可一路直達(dá)登機(jī)口、行李轉(zhuǎn)盤、VIP休息室、停車場、餐館商店;購物節(jié)中隨處可見AR紅包雨、AR廣告牌等百姓互動(dòng)功能……

暢想

如果說產(chǎn)業(yè)元宇宙的發(fā)展分為三個(gè)階段，不同類型的企業(yè)登陸元宇宙時(shí)間不同。

在數(shù)字孿生階段，首先是實(shí)體巨頭開展探索。2013年通用電氣推出工業(yè)云平臺(tái)Predix，2016年西門子推出數(shù)字雙胞胎平臺(tái)MindSphere，其特點(diǎn)是窄帶物聯(lián)網(wǎng)、精準(zhǔn)小數(shù)據(jù)、人工梳理知識圖譜，人工經(jīng)驗(yàn)為主、數(shù)據(jù)為輔。

到了模擬仿真階段，建筑、汽車、工程、制造、交通等公共服務(wù)、創(chuàng)新型企業(yè)，已經(jīng)能用數(shù)字技術(shù)解決實(shí)際產(chǎn)業(yè)問題。2018至今，以Unity、Unreal為代表的游戲引擎，跨界進(jìn)入汽車與建筑設(shè)計(jì)、工程施工評審、智能制造仿真、城市與交通治理等實(shí)體產(chǎn)業(yè)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了以AR/VR、5G混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的模擬仿真階段，其特點(diǎn)是視覺感知、沉浸式可視化、動(dòng)態(tài)同步（實(shí)時(shí)孿生），人工經(jīng)驗(yàn)與大數(shù)據(jù)分析并重。

而未來十年將是智能決策階段，大型企業(yè)將構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)元宇宙平臺(tái)，供大量中小企業(yè)使用，數(shù)字技術(shù)成為新一代實(shí)體經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，日益豐富的知識圖譜孕育產(chǎn)業(yè)大腦。AI大裝置（AIDC）提供充足的科研創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新算力基建，源源不斷的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)如河流般灌入“AI模型工廠”，產(chǎn)出工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)的基礎(chǔ)模型與規(guī)?；L尾場景模型，孵化出大量產(chǎn)業(yè)智能應(yīng)用與在線智能生產(chǎn)服務(wù)。其特點(diǎn)是強(qiáng)算力、大數(shù)據(jù)、富知識、快決策，人工為輔、智能為主。

未來，無論是企業(yè)還是公共服務(wù)結(jié)構(gòu)，無論是處于產(chǎn)業(yè)鏈哪個(gè)環(huán)節(jié)，都能通過產(chǎn)業(yè)元宇宙實(shí)現(xiàn)虛擬原型設(shè)計(jì)和調(diào)試、沉浸式設(shè)計(jì)評審、可視化流體力學(xué)計(jì)算、自主系統(tǒng)模擬、高精度人機(jī)交互界面、技術(shù)人員培訓(xùn)、AR生產(chǎn)指導(dǎo)協(xié)助、數(shù)字化工廠模擬、虛擬裝配過程驗(yàn)證、虛擬營銷廣告活動(dòng)、AR遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)、AR安全指南培訓(xùn)等等。

伴隨產(chǎn)業(yè)元宇宙中人機(jī)交互、機(jī)機(jī)協(xié)作的指數(shù)級增長，AI將推動(dòng)人類快速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸、產(chǎn)業(yè)新知、改進(jìn)方案，AI+AR+5G是產(chǎn)業(yè)元宇宙的三大驅(qū)動(dòng)力。