近幾個月來元宇宙概念的爆火，與近幾年來數字孿生的大熱，兩種現象之間有哪些異同？

元宇宙究竟是概念炒作的科幻噱頭、資本割韭菜的利器，還是代表了網際網路的未來，亦或兩者都有？

“脫胎於現實世界、又與現實世界相互影響、且始終線上的虛擬世界”的元宇宙，與“虛實對映、實時連線、動態互動”的數字孿生，貌似有很多相同點，但又不太一樣，兩者之間究竟是什麼關係？

本文擬從技術演化的視角，對比分析元宇宙和數字孿生兩個概念，並對這兩項技術，特別是元宇宙的未來發展做一展望。

1.Metaverse的技術時間線

在進入正題之前，有必要梳理一下Metaverse元宇宙的時間線，特別是那些目前市面各種解讀文章不太關注、卻又有價值甚至很重要的技術相關事件，作為對投資收購上市等商業事件時間線的補充。

1992 年，Metaverse作為科幻概念被首次提出。美國科幻作家尼爾·斯蒂芬森在其著作《雪崩》中給出一個賽博朋克式（Cyberpunk，極低生活水平和極高技術水平的結合）的設定，人類可以透過數字替身（Avatar），在一個使用現實世界隱喻的三維虛擬空間中與彼此和軟體代理進行互動，現實世界的所有事物都可以被數字化複製到這一空間，作者將這個虛擬空間稱為Metaverse。

1994年，紐約大學向美國專利局遞交了《Method and system for scripting interactive animated actors》的優先權；1997年正式提交申請；2001年得到專利授權US6285380。這是全球第一個在專利說明書中提到尼爾·斯蒂芬森的《雪崩》和Metaverse的專利。目前全球大約有300個專利申請或授權在專利文字中提到metaverse，按專利權人分佈如表1所示。

表1 專利文字中提到metaverse的專利權人分佈（資料來源：谷歌專利）

2003年，林登實驗室推出了第二人生。該專案的既定目標是建立一個使用者定義的世界，例如 Metaverse，人們可以在其中互動、玩耍、開展業務和進行其他交流。

2007年，加速研究基金會（Acceleration Studies Foundation）釋出《Metaverse 路線圖——通往三維網路的途徑：一個跨行業的公共前瞻專案》報告。

2007年7月，瑞士洛桑舉行的第81屆MPEG會議上，韓國向MPEG工作組（原ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11）提交Metaverse案例提案。這是Metaverse首次進入國際標準化領域。

2007年，第一本元宇宙相關專著《The Second Life Herald: The Virtual Tabloid that Witnessed the Dawn of the Metaverse（第二人生使者：見證元界黎明的虛擬小報）》出版。

2007年底，IBM向美國專利局遞交了《Rules-based profile switching in metaverse applications》專利申請，這是全球第一個專利標題中提到Metaverse的專利申請。該申請2009年公開，但未授權。目前全球有21個專利申請或授權在專利名稱中提到metaverse，按專利權人分佈如表2所示。

表2 專利名稱中提到metaverse的專利權人分佈（資料來源：谷歌專利）

2008年初，IBM向美國專利局遞交了《System and method for group control in a metaverse application》專利申請，2015年拿到授權US8990707，成為全球第一個專利標題中提到Metaverse的授權專利。該專利的PCT申請2009年初同時進入日本和中國，2015年拿到日本專利授權，但其中國申請《虛擬實境應用程式中群控制的系統和方法》（CN101482900A）一直未授權。

2008年10月至2011年3月，由飛利浦和以色列智庫MetaverseLabs發起的歐盟ITEA專案Metaverse1成功執行。該專案的成果之一是ISO/IEC 23005系列標準，旨在真實物理世界和虛擬世界之間定義標準介面，以實現虛擬世界和現實世界之間的連線、資訊交換和互用。

2011年，ISO/IEC 23005-1（Media context and control — Part 1: Architecture）第一版釋出，是第一個在標準文字中提到Metaverse的國際標準。2020年，ISO/IEC 23005-1第四版釋出。

2019年，IEEE標準協會發起P2888專案（Interfacing Cyber and Physical World），邁出了開發連線物理世界和虛擬世界、構建同步元宇宙的標準體系的第一步。作為ISO/IEC 23005系列標準的補充，IEEE 2888包括四個部分：感測器介面（Specification of Sensor Interface for Cyber and Physical World）、執行器介面（Standard for Actuator Interface for Cyber and Physical World）、數字化同步（Orchestration of Digital Synchronization between Cyber and Physical World）和六自由度虛擬現實災害響應訓練系統架構。前三部分旨在為數字孿生空間或元宇宙提供通用技術，第四個標準是特定領域的應用。

圖1 IEEE 2888系列標準架構（來源：IEEE SA）

2021年，韓國成立全國元宇宙聯盟，目標是建立統一的全國VR和AR 平臺。

把上述專利、標準、開源專案等Metaverse技術研發相關的時間線，與谷歌趨勢反映的結果相比較，我們看到，雖然近一年和近五年的Metaverse的谷歌趨勢都是中國貢獻的流量第一，但把時間放長，2004年至今的谷歌趨勢（圖2）是韓國獨佔鰲頭，而且2007前後的相對高坡與上述技術時間線反映的情況基本一致。

圖2 2004年至今的Metaverse谷歌趨勢

2.Metaverse術語及其定義解讀

目前大部分人都人云亦云地把Metaverse直譯為元宇宙，相信meta就是“元“的意思，認為verse就是universe是宇宙的意思。要知道，meta-這個字首在英文中有兩、三種意思，包括：

改變，例如metabolism新陳代謝、metamorphism變形/變性、metaphor隱喻等；

超出，繼/位於/接著…之後，更高階形式的，二階的，例如metaphysis形而上學、metadata元資料、metamodel元模型等。

在化學裡，meta-還有“介”、“間（位）”、“偏”的意思。

中文用“元”（指本源、本質）來翻譯meta-，並不能覆蓋所有情況，Metaverse就是如此。元宇宙，聽上去是個理論物理學或宇宙學概念，是關於宇宙本質本源或多重宇宙的宇宙。但Metaverse不是關於宇宙的宇宙，而是超越現實的虛擬世界。所以，“超界/超世界”才是更準確的翻譯。由於VR/AR/MR技術的發展，我們在現實世界外，構建了一個虛擬世界，它延展或超越了現實世界，即“超世界”，叫成“超宇宙”也可以。把Metaverse譯為元宇宙，是個容易誤導人的不理想的翻譯。由於市場的力量足夠大，我們只能暫且延用元宇宙的說法。

目前，維基百科對Metaverse的定義是比較公認的定義之一，它來自上文提到的2007年釋出的《Metaverse 路線圖》。《Metaverse 路線圖》給出了Metaverse的五個定義，其中第一個被維基百科採納。今年5月，美國技術未來學家凱茜·哈克爾訪談了20位專業人士，收集釋出了20個Metaverse的新定義。表3整理了從2007年至今的部分元宇宙定義。

表3 元宇宙定義的演變

關於Metaverse的內涵，正如大家現在看到的，三十年來，Metaverse早已脫離了早期科幻小說賽博朋克的設定，透過嚴肅認真的科技研發投入和商業運作，首先進入了與大眾生活密切相關的遊戲娛樂領域，其概念內涵一直處於不斷的演變過程中，各種說法層出不窮，尚沒有權威統一的定義。

我們知道，一個規範的術語條目定義，是區別特徵加上上位概念。先來看元宇宙的區別特徵。距離元宇宙最近、與元宇宙最相關的概念，肯定是虛擬現實、增強現實和混合現實，或者說是這些技術的應用，比如元宇宙和多年前的大型多人線上角色扮演遊戲——第二人生有什麼區別？目前各大廠和遊戲廠商推出的元宇宙應用，與虛擬現實+社交、虛擬現實+遊戲和虛擬現實+購物究竟有什麼區別？

梳理表3的各種定義，我們可以總結出（未來的）元宇宙和上述技術或應用的三個區別特徵：

永續性。元宇宙將與人類文明共存，必須能永遠存在，即表3多個定義提到的persistence一詞。不能因為某個公司的破產，而影響了元宇宙的存續。

去中心化。類似網際網路的HTTP協議，接入元宇宙，必須有一個開源共享協議。這一協議和相關規則的制定權、解釋權不能屬於某個公司或者國家。

協同進化。類似於數字孿生系統中的數字孿生體及其對應的物理實體之間是實時連線、動態互動的關係，從元宇宙中的虛擬人物和現實世界的真實人個體，到兩個世界的群體組織，都需要相互連線、相互影響、協同進化。

上述三個區別特徵，既是元宇宙與其他現有技術和應用的本質區別，實際上也是人類未來構建元宇宙所要滿足的需求指標。

那元宇宙究竟是一種什麼東西？它的上位概念是什麼？是維基百科定義中的虛擬共享空間嗎？亦或臉書、騰訊等大廠心目中的下一代網際網路？對這個問題的回答，實際上涉及到人類構建元宇宙的終極目的。例如，為什麼人類需要遊戲？為什麼人類需要虛擬空間？元宇宙究竟解決了人類的什麼問題和需求？科普作家汪詰認為，元宇宙的本質是一場現實世界與數字世界的介面革命。這一觀點正好應和了IEEE 2888系列標準要解決的問題。

3.技術系統分析

有了上述元宇宙的三個區別特徵或需求指標，我們就可以開始為元宇宙這個未來的複雜體系進行技術系統分析。

Beamable公司創始人Jon Radoff提出了元宇宙的七層架構（圖3）：基礎設施、人機互動、去中心化、空間計算、創作者經濟、發現和體驗。

圖3 元宇宙的七層架構（來源：Jon Radoff）

元宇宙的最底層是基礎設施。包括支援我們的裝置、將它們連線到網路並提供內容的技術，如5G/6G、晶片、電池、影象感測器等等。

第二層是人機互動層。這一層主要是智慧可穿戴裝置。目前索尼、微軟、Oculus、三星等公司生產VR/AR用頭盔好比移動網際網路早期的大哥大。很快我們將擁有：可以執行智慧手機所有功能以及AR和VR應用程式的智慧眼鏡；整合3D列印的可穿戴裝置的服裝；印在面板上的微型生物感測器；甚至腦機介面。計算機裝置越來越接近我們的身體，將我們變成半機械人——賽博格（cyborg）。

第三層是去中心化層。這一層是構建元宇宙人與人關係的重要轉折，透過這一層，可以把元宇宙的所有資源更公平的分配。分散式計算和微服務為開發人員提供了一個可擴充套件的生態系統，讓他們可以利用線上功能而無需專注於構建或整合後端功能。圍繞微交易進行最佳化的NFT和區塊鏈技術將金融資產從集中控制和託管中解放出來。遠邊緣計算將使雲以低延遲啟用強大的應用程式，而不會給我們的裝置帶來所有工作的負擔。

第四層是計算層。這一層將真實計算和虛擬計算進行混合，以消除物理世界和虛擬世界之間的障礙，提供了3D引擎、手勢識別、人工智慧等等，都是一些提供演算法的企業。

第五層是創作者經濟層。這一層包含創作者每天用來製作人們喜歡的體驗的所有技術，以去中心化和開放的方式為獨立創作者提供一整套整合的工具、發現、社交網路和貨幣化功能，使前所未有的人數能夠為他人創造經驗。

第六層是發現層。類似於網際網路的入口網站和搜尋引擎，這一層提供將人們引入新體驗的推和拉。這是一個龐大的生態系統，也是許多大企業最賺錢的生態系統之一。

第七層，也就是頂層，是體驗層。這裡是使用者直接面對的遊戲、社交平臺等。許多人把元宇宙想象成是圍繞我們的三維空間；但元宇宙不必是 3D 或 2D 的，甚至不一定是圖形的；它是關於空間、距離和物體等物理空間的非物質化。

4.技術演化分析

從上述元宇宙的七層架構可以看出，元宇宙是個比數字孿生更龐大、更復雜的體系。如果數字孿生還算是個複雜技術體系的話，元宇宙從一開始就是個複雜的技術-社會體系。兩者有不同的技術發展和演化路徑。數字孿生是起源於複雜產品研製的工業化，正在向城市化和全球化領域邁進；而元宇宙起源於構建人與人關係的遊戲娛樂產業，正在從全球化向城市化和工業化邁進（圖4）。

圖4 元宇宙和數字孿生不同的技術演化路徑

雖然元宇宙和數字孿生都關注現實物理世界和虛擬數字世界的連線和互動，但兩者的本質區別在於它們的出發點完全不同。元宇宙是直接面向人的，而數字孿生是首先面向物的。

雖然Metaverse這個詞比Digital twin的概念原型的出現早了十年，但數字孿生技術體系的成熟度和國際標準化工作進展遠高於或快於元宇宙（圖5）。數字孿生技術在經歷了技術準備期、概念產生期和應用探索期後，正在進入大浪淘沙的領先應用期，即圖5高德納技術炒作曲線的谷底期；而元宇宙還處於技術準備期和概念產生期的早期階段，即圖5高德納技術炒作曲線左邊爬坡段的起點，還有至少二三十年漫長的技術研發、標準體系、道德和法律監管、乃至大國博弈等漫長的道路要走。

圖5 元宇宙和數字孿生技術成熟度對比

雖然和VR/AR技術的親密關係相比，數字孿生與元宇宙兩大技術體系的距離沒那麼近，雖然《元宇宙通證》一書給出的元宇宙六大技術全景圖中壓根兒沒提數字孿生，但是可以預見，數字孿生將很快成為元宇宙技術體系中的基礎技術。

像《頭部玩家》、《堡壘之夜》這樣的所謂元宇宙環境是與現實空間完全分離的科幻世界。即使它們是以現實世界為模型的，在元宇宙中發生的事情不會反映在現實中，反之亦然。而數字孿生技術為元宇宙中的各種虛擬物件提供了豐富的數字孿生體模型，並透過從感測器和其他連線裝置收集的實時資料與現實世界中的數字孿生化（物理）物件相關聯，使得元宇宙環境中的虛擬物件能夠映象、分析和預測其數字孿生化物件的行為，將極大豐富數字孿生技術的應用場景（從物聯網平臺到元宇宙環境）和數字孿生系統的複雜程度（從系統級向體系級擴充套件）。

5.結語

雖然最近元宇宙的概念（股）被爆炒，但它確實代表了下一代、下下一代網際網路的發展方向。加上數字孿生技術的加持，兩大技術體系將在未來第四次工業革命中相得益彰、大放異彩。

圖6 約翰·惠勒的萬物源自位元

圖7 目前對時空關係、現實和虛擬的一種認識（來源：INRS）

筆者在《新一輪科技產業革命視角下的數字孿生體》一文中提到，理論物理學家約翰·惠勒提出了萬物源自位元，如果未來這一論斷被證明或驗證，或泰格馬克的數學宇宙被證明或驗證的話，我們都將對虛擬和現實、物理和數字（化）有更本質的認識。到那時，Metaverse一詞，也將從超越現實的虛擬世界——超界，迴歸其關於宇宙的宇宙——元宇宙的本來面目，也將是一件幸事。

作者介紹

段海波 安世亞太公司標準化總工程師，數字孿生體聯盟標準工作組組長；INCOSE CSEP(2017)，MATRIZ三級認證(2005)；ISO/TC184/SC4、ISO/IEC JTC1/SC7註冊專家；SAC/TC159/SC4、SAC/TC28/SC7、SAC/TC28/SC41委員，IEEE智慧製造標準委員會委員。