技术是支撑元宇宙实现的核心要素。在元宇宙的虚拟世界中，无论是体验感、游戏规则、还是商业建筑，都需要靠技术的支撑来实现。支撑元宇宙的技术有很多类，每一类技术有很多细分技术，每一项技术又可能支持多项元宇宙的功能。为了论述的便利，我们选择以用户使用元宇宙的关键场景顺序为主线，来归纳对应的主要技术类别，这些关键场景同时也对应着元宇宙的关键特征。甄别完元宇宙的主要支撑技术后，阐述关键技术类别当前所处的阶段。

元宇宙场景/特征对应的技术群

用户使用元宇宙的场景顺序和相应的特征大致可以分为5类，1）先接入，强调沉浸体验，以XR和数字孪生为主要技术群；2）再互动，强调高仿真互动，包括3D引擎、实时渲染、数字孪生等技术；3）同时使用数字内容，需要虚拟物品/空间的创作；4）规则和身份，支持虚拟世界不同用户、实体间相互识别和交互的基础，以区块链技术为基础；5）大规模持续在线使用，确保虚拟世界像现实世界一样持续运转和实时反馈，需要大量、高速的计算和信息传输能力，以云计算、超算、无线通信（5G，6G等）为主。人工智能算法将支撑其中的绝大部分技术。

“接入—沉浸体验”：便捷的接入方式和逼真的沉浸感体验是元宇宙的核心特征之一。支撑这一特征的技术，在消费者场景中，目前是以XR为主的沉浸式体验技术，包括XR类的接入设备、体感设备、全息影像技术、脑机交互等更高级形式的接入设备技术，以及背后的计算机视觉、语音识别、NLP等算法；在生产制造场景中，模拟和感知物理世界的数字孪生和传感技术是主要支撑技术。对物理世界的沉浸式体验，主要依赖于传感器和数字孪生技术，实现对物理世界的感知和模拟。其中传感器包括物理世界感知和生物世界感知，如环境感知（空气、温度、湿度等）、物理设备感知（机器故障、能耗等）、生物特征识别（植物生长、动物体征等。人体特征归纳在消费者场景中）；

“互动——高仿真互动”：模拟人体和物理世界的互动，比如鲜花的盛开、握手时手掌的变形、车辆碰撞时的车辆物理变形等，需要3D引擎、实时渲染、数字孪生等技术；互动时的语言、文字、图像等的表达以及对方的反馈，需要人工智能的智慧，从初级到高级；

“创造和使用内容——虚拟物品/空间内容创作”：内容创作技术群包括游戏引擎（为元宇宙各种场景数字内容提供重要的技术支撑）、3D建模（为元宇宙高速、高质量搭建各种素材）、实时渲染（实现元宇宙素材的互动时的仿真效果）、时间戳（为元宇宙提供底层数据的可追溯性和保密性）等技术。 NFT技术用于唯一识别创作出来的物品和艺术品，确保物品的稀缺性和不可复制性；

“规则和身份识别——唯一性和去中心化” ：虚拟世界可以成为“宇宙”，是因为它能够带来接近人类社会本质的东西，身份地位、经济系统、社会系统、文明体系等，同时还要实现去中心化的运作方式，这些规则和身份的识别，主要通过区块链技术体系作为保障，主要包括分布式存储、分布式账本、共识机制、数据传输及验证机制、时间戳等细分技术；

“持续在线使用——大规模的信息运算和信号实时传输”：虚拟世界的任何一个交互，都有大量的信息需要处理，大量的信号需要传输。同时，虚拟世界的互动反应需要极低延时以模拟现实情况。不难理解，假设我们在元宇宙中进行社交，如果我们伸出手握手，而对方延时了3秒才作出回应，那么很难有身临其境的效果。这些需要后台的计算运行的非常快。支持这种持续大规模实时在线使用的技术是网络及运算技术，主要包括5G/6G（确保元宇宙的无线使用方式）、云计算（后台充沛算力，确保前端更强大、更轻量化的终端设备）、边缘计算（解决成本、实时性、和网络堵塞的问题）、物联网等细分技术。

元宇宙的这些支撑技术与预期实现的成熟元宇宙体验尚有很大距离，但各项关键技术目前已经呈现出在一些聚焦场景的应用，可以看作是pre-元宇宙的应用。

关键技术的发展阶段和瓶颈

元宇宙所依赖的各项技术间呈现木桶效应，即元宇宙能够实现到什么样的程度取决于那块“短板”技术发展到了什么阶段。目前来说，各项技术只是满足初期元宇宙的发展需要：5G已实现大范围覆盖，并且其延时性较低，可初步容纳目前元宇宙用户规模；UGC 内容、3D 引擎以及算力等支撑技术及内容可实现元宇宙的初级要求，并可随着元宇宙的发展而不断演进；VR、AR等虚拟现实技术已达到元宇宙的基础要求，但仍需优化，长远来看是否作为进入元宇宙的主要入口仍是未知数；区块链稳步发展，不断拓宽下游应用场景，基于区块链技术的虚拟货币下一步将受到地域性政策法制的规范和监管。

仿真交互技术——XR

XR提供沉浸式体验，目标是全面接管人类的视觉、听觉、触觉等，并通过动作捕捉实现元宇宙中的信息输入、输出。仿真交互技术在体感实现上，目前虚拟空间视觉和听觉的体验上走的最快，嗅觉、触觉和意念体验有了起步，味觉是多种感官的综合，目前尚未起步。

XR技术的整体发展阶段，在经历了过去3~4年的低谷期后，正进入又一轮高速增长期。

目前XR领域发展面临的瓶颈来自于内容和技术两个方面。技术层面，众多厂商在VR/AR硬件技术方面投入巨大，但与大规模的消费者应用来看，终端设备的价格仍然偏高，且仍然伴随着使用感不佳、环境限制、便携性差、设备兼容性差、续航时间短等问题。内容层面，优质内容是吸引用户的内生驱动力，将带动硬件及行业发展，而目前虚拟现实行业内容成熟度不高，内容品类仍以游戏、社交、影视等应用场景为主，办公、健身等应用场景开始深入，其他应用场景处于启蒙阶段，在覆盖面、数量、质量等方面仍待提高，以全球最主流的VR内容平台Steam为例，VR游戏作为其最受欢迎的产品仅占全平台游戏内容的8%。另外，内容开发端开发节奏慢，目前VR用户数量还未形成规模，因而开发节奏尚未被拉动，内容开发相对硬件开发较为缓慢。

区块链

区块链稳步发展，经过了早期探索、市场准备、市场认可阶段后已步入产业发展阶段，目前比较典型的是区块链金融领域结合应用，对应于元宇宙中，下一阶段区块链和NFT将解决元宇宙生产资料和资产所有权的问题。

区块链技术当前发展至NFT阶段，开启数字内容资产化时代。区块链发展的主要难点在于技术瓶颈和监管合规性挑战。

技术方面，目前区块链在金融、电子政务等已于推进的领域已有所发展，但是对于其他要求比较高的业务场景，区块链很难满足需求。具体来说，区块链作为分布式系统，吞吐量与确认时延一直是制约区块链应用的瓶颈，三者是相互矛盾的指标，很难三者全部达标。但是，对于元宇宙这样的应用场景，对速度、吞吐量、存储成本有较高的要求，因此甚至有些时候不得不牺牲去中心或安全来换取效率。另外，“信息壁垒”和实物上链是当前影响区块链技术实际产业落地的两大挑战。

区块链不断发展的同时也带来了一系列的政策性风险，区块链的匿名性和难以篡改的特性容易被不法分子利用以传播不良信息，威胁网络安全和泄露用户隐私，目前在金融领域的应用上，打着“区块链”旗号进行非法金融活动的案件频发，扰乱了正常的市场秩序。

物联网

物联网的发展将经历爆发前期、爆发期和全面爆发期三大阶段，目前，全球物联网核心技术持续发展，标准体系正在构建，产业体系处于建立和完善过程中，全球物联网行业处于高速发展阶段，距离爆发期仍需要奋斗数年。

物联网要实现规模化加速演进仍需解决一些难题。第一，成本高昂。物联网传感器品类众多，包括摄像头传感器、温度/湿度传感器、大气污染传感器等，品类众多而难以形成规模效应，边际成本较高，从而导致整个物联网建设成本居高不下，只有降低成本才能更大范围地推动物联网发。第二，技术还不成熟，传感器从边端收集数据后需要进行大数据分析，但是目前各行业各领域之间数据收集和数据分析尚不能打通，只有与行业应用深度融合的数据分析才能释放大量价值，目前还没能达到这一阶段。第三，安全问题。相比像手机一样拥有较为安全的硬防护措施，传感器结构比较简单，极易成为被分布式拒绝服务攻击的跳板。综上，物联网必须解决成本、技术、安全等方面的发展难题，才能进一步被行业广泛应用。

移动通信网络

目前我们处于从5G 向6G过渡的初期，理想中元宇宙的运行至少需要6G及以上的网络，预计6G网络通信在2030年能够全面落地。相比于5G，6G能够支持微妙甚至亚微秒级别的延迟通信，支持室内10厘米、室外1米定位精度，支持全球范围的“万物互联”，比较直观地来讲，在6G时代，我们下载300部电影只需要眨眼的功夫，真正能实现几乎零延时地在元宇宙穿梭互动。

6G网络的发展极大依赖四大主干技术的突破：太赫兹技术、空天海地一体化技术、确定性网络技术、基于AI的空口技术。太赫兹技术因其频段比现有微波通信要高出1-4个数量级，因此可以承载更大的信息量，轻松解决目前战场信息传输受制于带宽的问题，满足大数据传输速率通信要求；构建卫星通信网络、深海远洋网络和地面通信网络相相融合的全球连接的6G通信网络是未来发展的重要方向；具有高可靠性和低时延性的确定性网络技术将催熟6G 时代并形成广泛应用；在通信物理层通过无线传输与人工智能相结合也是6G时代的典型趋势。

算力

近20年来中国算力应用逐渐丰富，算力中心建设加快。从侧重于科研应用和仿真、油气、气象等重点领域应用的超算中心，发展至动漫渲染、生命科学、航天航空、无人驾驶、金融经济、智慧城市等更加多元化、智能化的应用领域，业务应用逐渐丰富，并且行业应用增速加快。

英特尔表示，目前的计算、存储和网络基础设施根本不足以实现元宇宙愿景，而要想实现真正的元宇宙，目前的计算能力需要再提高1000倍。未来，AI计算、边缘计算、量子计算将成为推动元宇宙发展的主力技术。目前，人工智能芯片仍处在高速发展时期，为了在元宇宙中支撑更多样的人工智能计算，人工智能芯片需要实现一系列技术突破以实现高度并行的处理能力、低内存延迟、创新架构、低功耗能。

边缘计算能有效降低时延并提升计算效率，整体架构中，中心云实现全局调度，边缘云侧重局部的大规模数据处理，终端实现海量物理世界终端转化为海量的数据信息。相比传统计算机，量子计算具有支撑指数级增长的数据运算的能力，具有突破后摩尔时代的潜力，能够解决元宇宙中的算力问题，但是量子计算目前还处于原型机研发阶段，在技术上仍面临诸多挑战。

元宇宙相关技术应用示例

尽管与期待的成熟元宇宙技术能带来的体验相距甚远，上述元宇宙技术在实际业务中都有了不同程度的应用。本文称之为Pre-元宇宙技术的应用。一些代表性应用示例如图。

仿真交互技术在游戏、商贸、教育、文化领域应用

• 游戏：未来游戏社交的模式将进一步升级为VR游戏社交、VR电影社交（如豆瓣）和VR旅行社交（如马蜂窝）等。

• 商贸：利用VR/AR技术对产品进行虚拟展示，比如Alliance Studio 建立3D虚拟现实商城，虚拟商城导航轻松传送、浏览商店和产品，还可以获得支付网关支持，可以同时具备网上购物和实体店购物的独特优势，从而打造出极具竞争力的新购物模式。

• 教育/培训：使用者通过VR/AR头显设备进入虚拟教育空间，具有环境更吸引人、互动性更强、更加智能的特点，例如STRIVR产品可被适用于员工培训中，使得员工采用率大幅提高、培训次数减少、员工精通时间缩短。

• 文化：利用仿真交互技术把古建筑文化遗产数字化，打破时间和空间的限制，提高了文物的展出效果和展出效率。例如，故宫AR文旅展融合人脸、手势识别及体感互动使得参展者可以自由轻松地获取信息，对历史文化遗址的保护、更新、推广、延续具有重要的长远意义。

人工智能及数字孪生在制造、医疗领域应用

• 制造：数字孪生可以用于制造生产中产品设计、工艺优化、质量管理、供应链管理、预测性维护、分析客户体验等流程，例如在汽车制造领域，西门子使用数字孪生技术模拟和验证开发的每个步骤，避免实际生产零件可能发出的故障。

• 医疗：数字孪生可以用于药物临床试验、医疗护理服务、手术预演等医疗场景，有助于为患者提供更高效、更有效的服务，同时还可通过人工智能进行生命前期仿真，从而构建患者全生命周期的数字预测模型，提供全生命周期的预测记录分析和决策支撑。

创作互动平台在社交、影视领域应用

• 社交：鼓励内容创作者构建虚拟世界，在元宇宙中创建内容与互动。例如Horizon Worlds支持用户以空间建造者身份进入虚拟空间，获得真实的协作和分享体验，探索不断创造发展的虚拟世界。

•影视：创作互动平台为影视、综艺、短视频等内容形态提供了创新动力。例如，腾讯视频面向全网上线互动创作平台，鼓励原创者积极参与，爱奇艺推出互动视频制作插件，推动“零门槛”编辑互动视频等。

区块链在智慧城市、金融领域应用

• 智慧城市：区块链技术将城市的信息基础设施、能源基础设施、交通基础设施等与区块链相结合，发挥数据的巨大价值。雄安新区在建设起初，就开始积极运用区块链技术为自身的智慧城市建设进行了赋能。

• 金融：区块链技术能够连接全球金融系统，更高效、低成本的进行交易支付。元宇宙具有更先进的支付手段，因为元宇宙中的经济活动支持虚拟商品交易，这些商品可通过纯粹的数字货币购买，区块链技术使得虚拟货币交易成为可能。各项技术最终将走向融合，赋能各种应用场景，实现生产力的解放、洞察力的飞跃、决策力的提升和商业升级。

【来源：德勤《元宇宙综观—愿景、技术和应对》】

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