近几个月元宇宙概念的爆炸和近年来数字孪生的热潮有何异同？

元宇宙是概念炒作的科幻噱头，是资本割韭菜的利器，还是代表了互联网的未来，或者两者兼而有之？

“虚拟世界脱胎于现实世界，与现实世界互动并始终在线”的元宇宙和“虚实映射、实时连接、动态交互”的数字孪生体，看似有很多相似之处，但又有所不同。他们之间是什么关系？

从技术进化的角度，对比分析了元宇宙和数字孪生的概念，展望了这两种技术特别是元宇宙的未来发展。

Metaverse的技术时间线

在进入正题之前，有必要梳理一下元宇宙的时间线，尤其是那些目前市场上各种解读文章不太关注，但有价值甚至重要的科技相关事件，作为投资、收购、上市等商业事件时间线的补充。

元宇宙最初是在1992年作为科幻小说的概念提出的。美国科幻作家尼尔斯蒂芬森(Neal stephenson)在《雪崩》一书中给出了一个赛博朋克的设定。人类可以通过数字身体替身使用现实世界的隐喻在三维虚拟空间中与彼此和软件代理进行交互，现实世界中的一切都可以数字复制到这个空间中。作者称这个虚拟空间为元宇宙。

1994年，纽约大学向美国专利局提交了《Method and system for scripting interactive animated actors》的优先权。申请于1997年正式提交；2001年，它被授予专利US6285380。这是世界上第一个在专利说明书中提到尼尔斯蒂芬森的《雪崩》和元宇宙的专利的专利。目前，全世界大约有300份专利申请或授权在其专利文本中提到了元宇宙。专利权人的分布情况见表1。

表1专利文本中提及的元宇宙专利持有人分布(数据来源：谷歌专利)

2003年，林登实验室推出了第二人生。该项目的既定目标是创建一个用户定义的世界，如元宇宙，在那里人们可以互动，玩耍，开展业务和进行其他交流。

2007年，加速研究基金会发布了《Metaverse 路线图——通往三维网络的途径：一个跨行业的公共前瞻项目》的报告。

2007年7月，在瑞士洛桑举行的第81届MPEG大会上，南韩向MPEG工作组(前身为ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11)提交了元宇宙案例提案。这是元宇宙首次进入国际标准化领域。

2007年出版了第一本关于超宇宙的专著(《The Second Life Herald: The Virtual Tabloid that Witnessed the Dawn of the Metaverse（第二人生使者：见证元界黎明的虚拟小报）》)。

2007年底，IBM向美国专利局提交了专利申请《Rules-based profile switching in metaverse applications》，这是世界上第一份在专利标题中提到元宇宙的专利申请。该应用程序于2009年发布，但未获得授权。目前，全世界有21项专利申请或授权在其专利名称中提到了元宇宙。专利权人的分布情况见表2。

表2专利名称中提及的元宇宙专利持有者分布(数据来源：谷歌专利)

2008年初，IBM向美国专利局提交了《System and method for group control in a metaverse application》的专利申请。2015年获得授权US8990707，成为全球首个专利标题中提到元宇宙的授权专利。该专利的PCT申请于2009年初进入日本和中国，2015年获得日本专利授权，但其中国申请《虚拟实境应用程序中群控制的系统和方法》 (CN101482900A)尚未获得授权。

从2008年10月到2011年3月，由飞利浦和以色列智库MetaverseLabs发起的欧盟ITEA项目Metaverse1成功运行。这个项目的成果之一是ISO/IEC 23005系列标准，旨在定义一个真实物理世界与虚拟世界之间的标准接口，从而实现虚拟世界与现实世界的连接、信息交换和互操作。

2011年，ISO/IEC 23005-1(媒体上下文和控制—第13360部分架构)第一版发布，这是第一个在标准文本中提到元宇宙的国际标准。2020年，ISO/IEC 23005-1第四版发布。

2019年，IEEE标准协会启动了P2888项目(接口网络和物理世界)，迈出了开发连接物理世界和虚拟世界并构建同步元宇宙的标准体系的第一步。作为对ISO/IEC 23005系列标准的补充，IEEE 2888包括四个部分：网络和物理世界的传感器接口规范、执行器接口(网络和物理世界的执行器接口标准)、网络和物理世界的数字同步、六自由度虚拟现实灾难响应训练系统架构。前三个部分旨在为数字双空间或元宇宙提供通用技术，第四个标准是在特定领域的应用。

图1 IEEE 2888系列标准架构(来源：IEEE SA)

2021年，韩国成立了全国超宇宙联盟，目标是建立全国统一的VR和AR平台。

将上面提到的专利、标准、开源项目等与元宇宙技术研发相关的时间线与Google trends反映的结果进行对比，我们可以看到，虽然元宇宙近一年和五年的Google trends都是中国贡献的第一流量，但如果拿一个较长的时间来看，2004年到现在(图2)的Google trends是南韩最高的，2007年前后相对较高的斜率与上述技术时间线反映的情况基本一致。

图2 2004年至今元宇宙的谷歌趋势

Metaverse术语及其定义解读

目前大多数人从字面上翻译元宇宙为元宇宙，认为元就是“元”，宇宙就是宇宙。你知道，前缀meta-在英语中有两三个意思，包括：

变化，如新陈代谢、变质/退化、隐喻等。

超越，跟随/位于/跟随…，更高的形式，二阶，如形而上学形而上学，元数据元数据，元模型元模型等。

在化学中，meta-也有“中间”、“中间”、“部分”的意思。

用中文“元”(意为起源和本质)翻译元不能涵盖所有情况，如元宇宙所做的那样。元宇宙，听起来像是一个理论物理或宇宙学的概念，是关于宇宙的本质起源或多重宇宙的宇宙。但是元宇宙讲的不是宇宙的宇宙，而是一个超越现实的虚拟世界。所以“超越世界”才是更准确的翻译。随着VR/AR/MR技术的发展，我们在现实世界之外构建了一个虚拟世界，这个虚拟世界延伸或超越了现实世界，即“超世界”。也可以称之为“超宇宙”。将元宇宙翻译成元宇宙是一个令人不满意的翻译，具有误导性。因为市场足够强大，所以暂时只能用元宇宙。

目前，维基百科对元宇宙的定义是比较公认的定义之一。它来源于上述2007年发表的《Metaverse 路线图》。《Metaverse 路线图》给出了元宇宙的五个定义，第一个被维基百科采用。今年5月，美国科技未来学家凯茜加克尔(Cathy Gakkel)采访了20位专业人士，收集并公布了元宇宙的20个新定义。表3梳理了2007年至今的一些元宇宙定义。

表三元宇宙定义的演变

至于元宇宙的内涵，正如你现在所看到的，在过去的30年里，元宇宙早已脱离了早期科幻小说赛博朋克的设定。通过认真投入科研开发和商业运作，元宇宙率先进入了与大众生活密切相关的游戏娱乐领域。其概念内涵一直处于不断演变的过程中，各种观点层出不穷。目前还没有权威统一的定义。

众所周知，术语的标准定义是区别特征加上上位概念。我们先来看一下超宇宙的显著特征。与元宇宙最接近、最相关的概念肯定是虚拟现实、增强现实和混合现实，或者说是这些技术的应用。比如超宇宙和多年前的大型多人在线角色扮演游戏3354 Second Life有什么区别？目前各大厂商和游戏厂商推出的超宇宙应用和虚拟现实社交、虚拟现实游戏、虚拟现实购物有什么区别？

梳理表3中的各种定义，我们可以总结出(未来)元宇宙与上述技术或应用之间的三个显著特征：

坚持。宇宙将与人类文明共存，它必须永远存在，也就是表3中定义中提到的持久性这个词。元宇宙的存在不能因为某个公司的破产而受到影响。

权力下放。类似互联网的HTTP协议，要访问元宇宙，必须有一个开源共享协议。本协议及相关规则的制定权和解释权不能属于某个公司或国家。

共同进化。与数字孪生系统类似，数字孪生与其对应的物理实体处于实时连接和动态交互中。从元宇宙中的虚拟人物和现实世界中的真实个体，到两个世界中的群体组织，都需要相互联系、相互影响、共同进化。

以上三个显著特征，既是元宇宙与其他现有技术和应用的本质区别，也是未来人类构建元宇宙需要满足的需求指标。

什么是元宇宙？它的优越理念是什么？是维基百科定义的虚拟共享空间吗？还是脸书、腾讯等大公司心目中的下一代互联网？这个问题的答案，其实涉及到人类构建元宇宙的终极目标。比如人类为什么需要游戏？人类为什么需要虚拟空间？超宇宙解决了人类的哪些问题和需求？科普作家王微认为，超宇宙的本质是现实世界和数字世界的一场界面革命。这个观点正好对应了IEEE 2888系列标准要解决的问题。

技术系统分析

有了以上三个元宇宙的显著特征或需求指标，就可以开始对未来元宇宙的复杂系统进行技术系统分析。

Beamable公司创始人Jon Radoff提出了元宇宙的七层架构(图3):基础设施、人机交互、去中心化、空间计算、创造者经济、发现和体验。

图3元宇宙七层架构(图片来源：乔恩拉多夫)

宇宙的底部是基础设施。包括支持我们的设备，连接到网络，提供内容的技术，比如5G/6G，芯片，电池，图像传感器等等。

第二层是人机交互层。这一层主要是智能穿戴设备。目前索尼、微软、Oculus、三星等公司生产的用于VR/AR的头盔就像移动互联网早期的手机。很快我们就会拥有：可以执行智能手机所有功能和AR、VR应用的智能眼镜；集成3D打印的可穿戴设备的服装；印在皮肤上的微型生物传感器；甚至脑机接口。电脑离我们的身体越来越近，把我们变成了电子人，电子人。

第三层是去中心化层。这一层是构建超宇宙人际关系的重要转折点。通过这一层，元宇宙的所有资源都可以得到更公平的分配。分布式计算和微服务为开发人员提供了一个可扩展的生态系统，允许他们利用在线功能，而无需专注于构建或集成后端功能。围绕微交易优化的NFT和区块链技术将金融资产从集中控制和托管中解放出来。远缘计算将使云能够以低延迟实现强大的应用，而不会让我们的设备承担所有工作。

第四层是计算层。这一层将真实计算与虚拟计算混合在一起，以消除物理世界和虚拟世界之间的障碍，并提供3D引擎、手势识别、人工智能等。都是提供算法的企业。

第五层是创作者经济层。这一层包含了创作者每天用来制造人们喜欢的体验的所有技术。它以去中心化和开放的方式为独立创作者提供一整套集成的工具、发现、社交网络和货币化功能，使前所未有的数量的人能够为他人创造体验。

第六层是发现层。类似于互联网门户和搜索引擎，这一层提供推和拉，向人们介绍新的体验。这是一个巨大的生态系统，也是很多大企业最赚钱的生态系统之一。

第七层，顶层，是体验层。这里有游戏，社交平台等。用户直接面对的。很多人把元宇宙想象成我们周围的三维空间；但是元宇宙不一定是三维的或2D的，甚至是图形的；是关于空间、距离、物体等物理空间的去物质化。

技术演化分析

从上面的元宇宙七层架构可以看出，元宇宙是一个比数字双胞胎更大更复杂的系统。如果数字孪生仍然是一个复杂的技术系统，那么元宇宙从一开始就是一个复杂的技术-社会系统。他们有不同的技术发展和进化道路。数字结对起源于复杂产品开发的工业化，正在走向城市化和全球化。元宇宙起源于建立人与人之间关系的游戏和娱乐业，正在从全球化走向城市化和工业化(图4)。

图4元宇宙和数字双胞胎不同的技术进化路径。

虽然元宇宙和数字孪生都关注现实物理世界和虚拟数字世界的联系和互动，但两者的本质区别在于出发点完全不同。宇宙直接面向人，而数字孪生首先面向物。

虽然元宇宙这个词比数字孪生的概念原型早了十年，但数字孪生技术体系的成熟度和国际标准化工作的进展都比元宇宙高得多或快得多(图5)。在经历了技术准备期、概念生成期、应用探索期之后，数字技术正在进入大浪淘沙的领先应用期，也就是图5中Gartner的技术炒作曲线的底部期；Metauniverse目前还处于技术准备期和概念生成期的前期，也就是图5中Gartner的技术炒作曲线左侧爬坡段的起点。还有很长的路要走，比如至少二三十年的技术研发，标准体系，道德法律监管，甚至大国博弈。

图5元宇宙与数字孪生技术成熟度对比

与VR/AR技术的亲密关系相比，数字孪生与元宇宙的两大技术体系并没有那么亲密。虽然在《元宇宙通证》这本书给出的元宇宙六大技术全景中没有提到数字孪生，但可以预见，数字孪生很快将成为元宇宙技术体系中的基础技术。

像《头部玩家》和《堡垒之夜》这样的所谓元宇宙环境，都是与现实空间完全分离的科幻世界。即使它们是以真实世界为模型，在超宇宙中发生的事情也不会反映在现实中，反之亦然。数字孪生技术为元宇宙中的各种虚拟物体提供了丰富的数字孪生模型，从传感器和其他连接设备收集的实时数据与现实世界中的数字孪生(物理)物体相关联，使元宇宙中的虚拟物体可以镜像、分析和预测其行为，这将极大地丰富数字孪生技术的应用场景(从物联网平台到元宇宙环境)和数字孪生系统的复杂性(从系统级到系统级)。

结语

虽然最近超宇宙这个概念(股票)被炒得很热，但是它确实代表了下一代和下一代互联网的发展方向。再加上数字孪生技术的加持，两大技术体系将相得益彰，在未来的第四次工业革命中大放异彩。

图6约翰惠勒的一切都来自比特。

图7当前对时间和空间关系的理解

作者在文章《新一轮科技产业革命视角下的数字孪生体》中提到，理论物理学家约翰惠勒提出万物源于比特。如果这个断言在未来被证明或验证，或者Tagmark的数学宇宙被证明或验证，我们都会对虚拟现实、物理和数字(转换)有更本质的认识。届时，元宇宙这个词也将超越——的虚拟世界超越现实，回归其——元的宇宙本来面目，这也将是一种福报。