畜牧元宇宙的應(yīng)用潛力

聶青青

（贛州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西贛州 341000）

1992 年，Neal Stephenson 在科幻小說 《Snow Crash》 中第一次提到了“Metaverse（元宇宙）” 這個概念，“Metaverse” 這個詞由前綴“Meta”（超越）和詞干“Verse”（從“universe” 演變而來）組成。目前，元宇宙尚沒有一個權(quán)威、統(tǒng)一的定義，它仍是一個不斷發(fā)展和演變的概念?！?020-2021 年元宇宙發(fā)展研究報(bào)告》 提出，元宇宙是新型虛實(shí)相融的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會形態(tài)，是現(xiàn)實(shí)世界的鏡像，市民可以與虛擬人交互進(jìn)行內(nèi)容生產(chǎn)和世界編輯。

元宇宙可分割為3 種實(shí)現(xiàn)方式：虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬世界[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是身臨其境的世界，可以通過耳機(jī)和觸覺技術(shù)在數(shù)字世界中觸摸、感受和移動，又名為數(shù)字世界中的物理感官和表征。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）是一種發(fā)生在物理世界中的交互體驗(yàn)，覆蓋著計(jì)算機(jī)生成的對象和環(huán)境，又名為物理世界中的數(shù)字表示。虛擬世界是對元宇宙最開放的解釋，具有化身、皮膚、經(jīng)濟(jì)和社交平臺的傳統(tǒng)游戲本身就可被視為元宇宙。除了現(xiàn)在舉辦的一些虛擬音樂會的較新的游戲變元宇宙之外，還有一些游戲和世界正在區(qū)塊鏈上構(gòu)建，這些游戲和世界能夠創(chuàng)建新的生態(tài)系統(tǒng)和世界，幫助建立橋梁數(shù)字和物理。完全數(shù)字化的世界，具有數(shù)字表示。

作為我國農(nóng)業(yè)的重要組成部分，畜牧業(yè)在我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中貢獻(xiàn)了巨大的力量，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大產(chǎn)業(yè)中不可或缺的重要板塊[2]。因此，在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下，我們更應(yīng)該在“智慧畜牧” 基礎(chǔ)上與時(shí)俱進(jìn)，重視元宇宙與畜牧業(yè)的深度融合發(fā)展，推廣應(yīng)用，從而推動畜牧業(yè)高質(zhì)量、高效率的發(fā)展，為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的全面推進(jìn)做出貢獻(xiàn)。

1 畜牧元宇宙的內(nèi)涵

“畜牧元宇宙” 是一個全新的概念，目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)對其進(jìn)行闡述。為此，本文試對畜牧元宇宙的內(nèi)涵作如下表述：畜牧元宇宙是將元宇宙技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建起來的畜牧養(yǎng)殖場景融合進(jìn)現(xiàn)實(shí)，并通過數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈技術(shù)等實(shí)現(xiàn)虛實(shí)空間的相互映射與動態(tài)交互。簡言之，畜牧元宇宙是作為元宇宙在畜牧業(yè)的應(yīng)用，面向畜牧業(yè)從業(yè)人員和畜牧獸醫(yī)專業(yè)學(xué)生所營造的多技術(shù)融合的沉浸式養(yǎng)殖、學(xué)習(xí)環(huán)境。

2 畜牧元宇宙的應(yīng)用

2.1 利用畜牧元宇宙增加奶牛生產(chǎn)性能

隨著全球畜牧業(yè)的大力發(fā)展，奶牛業(yè)已經(jīng)成為支持現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的一個重要產(chǎn)業(yè)。在奶牛智慧養(yǎng)殖領(lǐng)域，人工智能的大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到奶牛養(yǎng)殖業(yè)的各個環(huán)節(jié)[3]，從而實(shí)現(xiàn)對奶牛及養(yǎng)殖場的智慧監(jiān)管。大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理及數(shù)據(jù)庫等，在奶牛養(yǎng)殖中主要用于遠(yuǎn)程生命體征監(jiān)測及智能放牧監(jiān)管。計(jì)算機(jī)視覺是指機(jī)器人代替人眼對目標(biāo)進(jìn)行識別、跟蹤和測量，并進(jìn)一步進(jìn)行圖像處理的技術(shù)，在奶牛養(yǎng)殖中主要應(yīng)用于機(jī)器人掃描等終端設(shè)備。機(jī)器學(xué)習(xí)是指讓多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行訓(xùn)練與學(xué)習(xí)的辦法，在奶牛養(yǎng)殖中主要用于對牛只體征及活動情況的數(shù)據(jù)采集工作。數(shù)據(jù)科學(xué)是通過結(jié)合諸多領(lǐng)域，例如統(tǒng)計(jì)、模式識別、數(shù)據(jù)可視化中的理論和技術(shù)，從中提取出有價(jià)值的部分來生產(chǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在奶牛養(yǎng)殖中被廣泛應(yīng)用于位置追蹤管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，在奶牛養(yǎng)殖中通過即時(shí)定位與地圖構(gòu)建即可實(shí)現(xiàn)對放牧的遠(yuǎn)程調(diào)度工作。人工智能（Artificial Intelligence，AI）芯片技術(shù)用于加速AI 應(yīng)用中大量計(jì)算任務(wù)的模塊，在奶牛養(yǎng)殖中通用于牛只的可穿戴裝備。機(jī)器人技術(shù)是研究機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)作和應(yīng)用，以及控制他們的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感反饋和信息處理，在奶牛養(yǎng)殖中的機(jī)器人終端設(shè)備可協(xié)助人工完成既定工作。不過，隨著科技發(fā)展，奶牛智慧養(yǎng)殖領(lǐng)域又出現(xiàn)了新氣象。

土耳其某農(nóng)場的奶牛，此前一直放養(yǎng)在草場上，但隨著冬季到來，氣溫逐漸寒冷，農(nóng)場主將奶牛們趕至室內(nèi)，與原來溫暖舒適的草場相比，室內(nèi)養(yǎng)殖的奶牛情緒不佳，農(nóng)場主起初采用了一些傳統(tǒng)的常見方式改變現(xiàn)狀，比如給奶牛聽舒緩的音樂，但收效甚微，之后想到了虛擬現(xiàn)實(shí)，即給奶牛戴上VR 眼鏡，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[4,5]，讓奶牛誤以為就身處大自然中，從而帶來愉悅的心情，即“元宇宙養(yǎng)?！薄?/p>

戴上VR 眼鏡后，奶?？吹降奶摂M景象是夏日晴天里一望無際的草原。一邊聽著古典音樂和鳥鳴等音效，一邊沉浸在原生態(tài)的大自然中，可以有效緩解奶牛壓力。沒戴眼鏡時(shí)，每頭奶牛的產(chǎn)奶量是一天22L。給奶牛戴VR 眼鏡10d 后，結(jié)果顯示，進(jìn)入 “元宇宙” 的這些沉浸式產(chǎn)奶的奶牛，一天可以產(chǎn)出27L奶，提高了生產(chǎn)性能，表明畜牧元宇宙行之有效。如果一頭牛每天生活在擁擠臟亂的牛棚中，采食干草料，情緒不積極，便會導(dǎo)致各種與增加精神壓力相關(guān)的激素水平升高，包括皮質(zhì)醇、催乳素、性激素等。皮質(zhì)醇升高后，大量葡萄糖會被釋放到血液中，導(dǎo)致奶牛出現(xiàn)消化問題，產(chǎn)奶量也會隨之下降，然而，令其愉悅的場景會讓奶牛更快樂，而快樂的奶牛產(chǎn)奶量更高[6]，故畜牧元宇宙與動物養(yǎng)殖相適應(yīng)。

2.2 利用畜牧元宇宙增加動物運(yùn)動量

為保障動物機(jī)體的健康，動物需要有一定的運(yùn)動量[7-10]，但是圈養(yǎng)動物的運(yùn)動量通常較少，動物常為亞健康狀態(tài)。目前市場上已有動物運(yùn)動測量系統(tǒng)[11]，其采用“被動紅外線傳感器”，通過感覺動物的體溫表象如紅外線輻射來記錄主體的活動量。如果動物患病，通常表現(xiàn)為萎靡不振、不愿走動，或者精神亢奮、疾走暴跳，故動物運(yùn)動測量系統(tǒng)對動物的異常行為可以及時(shí)預(yù)警，但是此技術(shù)僅為一個記錄系統(tǒng)，功能有限。為有效預(yù)防動物患病、保障機(jī)體健康，方法之一是適度增加動物運(yùn)動量。

《齊民要術(shù)》 提到[12]，“常系獼猴于馬坊，令馬不畏、避惡、消百病也?！?在養(yǎng)馬的馬廄中同時(shí)養(yǎng)猴子，這樣能有效趨避馬瘟。猴子天性好動，每每當(dāng)這些馬松懈倦怠的時(shí)候，猴子就會去撩撥它們。這樣就使馬時(shí)刻保持憂患心理，并且還得到一定的訓(xùn)練，從而提高馬對疾病的抵抗能力。《齊民要術(shù)》 中記載的是保障馬機(jī)體健康的方法，而現(xiàn)代智慧畜牧中的各種技術(shù)大都為記錄、收集、處理分析信息的手段，故現(xiàn)代智慧畜牧和科技發(fā)展的思考方向可為提高動物健康狀況的發(fā)明和應(yīng)用，而不僅僅為了收集信息的技術(shù)。如畜牧元宇宙，即可促進(jìn)動物主動運(yùn)動以達(dá)到預(yù)防疾病的效果。若使動物認(rèn)為自己處在野外環(huán)境中，且有很多同類伙伴，他們可以盡情奔跑和探索周圍世界，改善圈養(yǎng)動物的心情舒適度和增加運(yùn)動量，也可以設(shè)置獵食動物的出現(xiàn)，讓家畜緊張、奔跑，促進(jìn)體能提升。畜牧元宇宙的應(yīng)用，將增加圈養(yǎng)動物的運(yùn)動量，達(dá)到預(yù)防疾病、提高動物健康狀況的目的，同時(shí)對動物健康狀況進(jìn)行監(jiān)測，對異常行為及時(shí)預(yù)警，為規(guī)?；珳?zhǔn)養(yǎng)殖提供技術(shù)支撐。

2.3 利用畜牧元宇宙培養(yǎng)專業(yè)人才

農(nóng)業(yè)是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略落實(shí)發(fā)展的根本產(chǎn)業(yè)，而畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)的核心組成部分，是推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)。鄉(xiāng)村要振興、畜牧業(yè)要發(fā)展，人才是瓶頸。習(xí)近平總書記高度重視信息化建設(shè)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字中國建設(shè)發(fā)展，多次強(qiáng)調(diào)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化在中國特色社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中的重要意義[13]。教育信息化應(yīng)作為發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，以教育信息化推動教育高質(zhì)量發(fā)展，以教育信息化引領(lǐng)人才培養(yǎng)。故建立畜牧元宇宙學(xué)習(xí)社區(qū)是畜牧業(yè)人才培養(yǎng)順應(yīng)時(shí)代的表現(xiàn)。新冠肺炎疫情的出現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，已使建立虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)成為關(guān)注熱點(diǎn)[14]，Sloodle（當(dāng)前國際上流行的一個開源三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境）的虛擬社區(qū)特征十分突出，它將Moodle 學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)與Second Life 游戲（一款非常受歡迎的網(wǎng)絡(luò)虛擬游戲）整合在一起。Sloodle 的開發(fā)者和用戶都可以參與社區(qū)建設(shè)，并在社區(qū)中進(jìn)行社會互動，形成社區(qū)意識。任何用戶都能參與在Sloodle 島上舉辦的定期會議和討論等[15]。

在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，動物疾病的手術(shù)治療實(shí)訓(xùn)課內(nèi)學(xué)生主刀的機(jī)會較少，通過元宇宙可實(shí)現(xiàn)學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)入虛擬手術(shù)室，模擬合理分工，學(xué)習(xí)相關(guān)手術(shù)操作，體驗(yàn)身臨其境的感受和對話交流，讓學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的手術(shù)室內(nèi)，既改善了現(xiàn)實(shí)主刀機(jī)會較少的現(xiàn)狀，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

畜牧元宇宙應(yīng)當(dāng)盡力滿足培養(yǎng)人才過程中的各項(xiàng)需求。某些畜牧科學(xué)研究會涉及昂貴的儀器和試劑，有些試劑甚至有致癌風(fēng)險(xiǎn)，在進(jìn)行實(shí)操之前，可利用畜牧元宇宙提前熟悉操作。畜牧業(yè)人才培養(yǎng)過程中，如果學(xué)?；蛘咂髽I(yè)不具備充足的實(shí)驗(yàn)條件，會在一定程度上影響教學(xué)質(zhì)量，而元宇宙的應(yīng)用既可輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件，還可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到國際前沿的相關(guān)技術(shù)，有利于培養(yǎng)人才。如果學(xué)生希望了解西藏牦牛糞便中微生物的種類，通常需親自去現(xiàn)場采集糞便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，通過元宇宙，便可進(jìn)入元宇宙進(jìn)行模擬采樣，現(xiàn)實(shí)生活中，樣品則會郵寄到學(xué)生所在目的地，非常便捷。

2.4 利用畜牧元宇宙發(fā)展虛擬畜牧產(chǎn)業(yè)

網(wǎng)上養(yǎng)殖動物早已在各大城市流行，線下的養(yǎng)殖場會根據(jù)用戶要求進(jìn)行養(yǎng)殖，通過動物養(yǎng)殖和動物產(chǎn)品獲得現(xiàn)實(shí)利益。元宇宙的養(yǎng)殖模塊，用戶需親自操作養(yǎng)殖過程中的各個環(huán)節(jié)，帶來真實(shí)體驗(yàn)，也可雇傭其他用戶幫助飼養(yǎng)。如果想售賣動物，可以在元宇宙中直接交易，收益可轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)世界收益。元宇宙的養(yǎng)殖模塊與現(xiàn)實(shí)中的養(yǎng)殖場相比，具有資源節(jié)省、滿足用戶養(yǎng)殖愛好、提供更多工作崗位、減少疫病傳染風(fēng)險(xiǎn)、無環(huán)境污染問題等優(yōu)勢。元宇宙是現(xiàn)實(shí)世界的鏡像，也可以進(jìn)行動物拍賣會，吸引全球用戶來中國購買動物，擴(kuò)大品種動物的影響力。后疫情時(shí)代，用戶可以在元宇宙中身臨其境的進(jìn)行動物飼養(yǎng)、拍賣等活動，負(fù)責(zé)養(yǎng)殖設(shè)備和動物產(chǎn)品的商家也可贊助拍賣會，提高知名度，促進(jìn)各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

畜牧元宇宙中，可存在元宇宙動物園，虛實(shí)結(jié)合，超越現(xiàn)實(shí)，開設(shè)史前動物館。用戶可以觀看到史前生物，極具真實(shí)感，給現(xiàn)代人類帶來不一樣的體驗(yàn)，珍惜現(xiàn)代文明社會，也可收取一定門票，設(shè)置解說員、飼養(yǎng)員、管理員等崗位，現(xiàn)實(shí)人類就職其中。綜上可以預(yù)見，元宇宙具有巨大的潛力，且應(yīng)用前景樂觀。

3 小結(jié)

雖然我國政府對于元宇宙的核心支撐技術(shù)如AI、VR、AR 等，在畜牧領(lǐng)域的應(yīng)用給予了大力支持，但是目前國內(nèi)外對元宇宙在畜牧領(lǐng)域的應(yīng)用研究尚處于萌芽階段。由于元宇宙描述的未來圖景過于超前，現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)尚未成熟，而核心支撐技術(shù)的畜牧應(yīng)用研究設(shè)計(jì)也相對簡單，故目前從理論到實(shí)現(xiàn)還有很長的一段路要走，但是可以預(yù)見，元宇宙在畜牧養(yǎng)殖業(yè)具有巨大的潛力，且應(yīng)用前景樂觀。