元宇宙与交互式3D、XR、AI和5G技术有机融合

自人类进入数字时代以来，人类社会始终围绕着如何让人们体验到数字时代的美好生活而展开讨论。数字时代人类的想象与智慧离不开数字技术的发展与进步，数字技术的发展给人类的生活方式带来了深刻变革。随着5 G技术、虚拟现实技术、人工智能、区块链等技术的快速发展，“元宇宙”应运而生。其代表了未来信息交互、虚拟与现实交相融合的场景与交互方式，具有广阔的应用前景与巨大的发展潜力。2021年12月15日下午2点41分在深圳宝安召开的2021年全球元宇宙大会(Metaverse World 2021)迎来了“元宇宙”的第一场大会报道，大会主席、清华大学互联网研究院院长林军在演讲中指出：元宇宙是一个全新的事物形态和业务领域。该领域将包括数字孪生、增强现实、人工智能(AI)等众多新技术和新应用，将为人们的生活带来全新的体验与革新。

一、元宇宙的定义

元宇宙(Metaverse)是一种以未来信息交互为基础，虚拟与现实交相融合，通过3D打印、增强现实等手段进行空间再现的数字产品体系。元宇宙强调以用户体验为核心，提供更加沉浸式的数字世界内容，并且让用户沉浸其中。元宇宙在定义与功能上与传统数字世界有所不同，它需要用户置身其中才能感知和理解现实世界，同时需要用户通过视觉、听觉、触觉等感官来进行感知，因此还需要具备能够实现互动数据交互功能的软件与硬件结构形式。元宇宙提供了一种通过软硬件协同实现数据交互的新方式。这是一种全新而强大的交互模式，是由海量底层数据构成的大规模计算平台，而应用于数据计算、分析与挖掘等领域的云计算正是元宇宙创新的核心技术。元宇宙的主要应用场景包括3D打印、增强现实、沉浸式数字艺术演出、虚拟现实、数字孪生等多个方面。其中有很多新技术和应用都是由元宇宙推动下的创新出现，它们都需要在物理世界中进行数字创造与交互，与现实世界有着本质区别。

二、元宇宙与三维交互技术的关系

三维交互技术是指在计算机图形和计算机视觉等数字信息技术基础上，将虚拟现实模型以几何图形等形式实时展示在人们眼前实现视觉互动和情感互动的技术。从数字世界出发，在三维世界中，人们可以看到真实的人。因此，三维交互技术就是要通过计算机视觉等三维交互技术，实现人与人之间的虚拟交互体验。在 VR发展过程中，三维交互技术不断演进，从全息投影、视场角计算、沉浸式交互、体感 VR等都成为了 VR的重要场景与工具。三维交互技术也有其自身的发展历程，从早期的静态展示方式直到3D动态交互模型制作与显示软件出现；从全息投影硬件设备到全息显示软件设备；从沉浸式交互硬件设备到移动 VR虚拟显示设备；从体感 VR控制器到混合现实控制系统……三维交互技术实现了与全息投影、动态展示等三维技术融合，目前已有包括 Facebook Live Messenger在内的一系列产品具备沉浸式体验效果。由于三维交互技术在一定程度上依赖于计算机成像、计算机视觉、空间信息处理等多种软件来实现，因此元宇宙本质上属于多软件融合的新型三维交互场景与交互方式。

三、元宇宙在产业应用中的实践方式

未来，在数字经济发展新模式下，将会有更多的应用场景需要人们去创造出来。如在医疗健康领域，“元宇宙”将改变医学传统的时空观念和技术手段；在旅游文化方面，“元宇宙”将改变人们的旅游体验方式，实现更深层次意义上的数字人。虚拟世界中人类和自然将重新组合，并融合到人们生活中。这不仅改变了文化观念，还将给新技术的发展带来更多可能。在工业设计领域，“元宇宙”可以实现产品数字模型的虚拟展示，帮助设计师进行数字创新。还可以通过数字化设计工具在车间里实现三维造型。“元宇宙”在工程机械制造领域也将发挥着重要作用。