《元宇宙》数字孪生与元宇宙在关键技术

伙伴们中午好，元宇宙是一个虚实融合的宇宙，是未来互联网升级的重要方向，是数字与现实的融合，用户可以在虚拟空间中进行现实世界中所包含的各种活动。数字孪生和元宇宙有很多相同点，但不同的是，数字孪生是元宇宙构建的基础，是元宇宙真正的核心。

2021 年是元宇宙的元年，由于过去的两年在疫情的影响下，加速了对虚拟世界的需求，各种在线课堂、在线办公平台快速发展，数字世界、数字生活、数字经济、数字身份、数字资产快速融入人们生活，以往短期的线上生活已经成为了常态，人们在现实生活中大范围地向虚拟世界迁移，实现了现实与虚拟世界的平行栖息，这为元宇宙的发展带来了契机。

元宇宙既不是电子游戏，也不仅仅是虚拟世界，它是一种虚实相融的互联网应用，是一种虚实相融的社会形态，是由多种新技术整合而形成的。通过数字孪生技术、物联网技术，实现了生存环境的拓展，将现实世界和虚拟世界相融合构建综合环境；通过交互式技术，提供沉浸式体验，实现了感官的拓展，将现实视、听、触感官和虚拟视、听、触 感官相融合构建综合感官；通过区块链技术搭建经济系统，实现了经济维度的拓展，将现实经济与虚拟经济相融合构建综合经济；通过身份的统一认证，实现了用户这个虚实相融的环境中进行学习、工作、交友、 购物、旅游…… 元宇宙关键技术主要包括：数字孪生技术、区块链技术、交互技术、 5G 网络技术、云计算技术、人工智能技术、物联网技术。

区块链是一个共享数据库，使用区块链存储的数据或信息，具有“即 时性”“共享性”“完全透明性”“不可篡改性”等特征，通过统一的身份认证，为搭建虚实结合的经济系统提供了技术支撑。实现了元宇宙中的价值交换，也保障了元宇宙用户的交易是平等透明的。

2、交互技术及其作用

交互技术在不断地持续升级，不断的升级感知交互，为元宇宙提供沉浸式体验，为用户构建了虚实结合的综合感官。从最初的VR虚拟现实技术，到AR增强现实技术，再到 MR 混合现实技术，虚拟空间和现实空间的结合不断升级，从最初的置身于虚拟世界，到在现实世界中叠加虚拟信息，再到虚拟与真实世界的融合与自由切换，让虚拟与现实的互动逐步增强，为用户提供了更好的交互体验。

3、5G 网络技术及其作用

元宇宙的数字化平台，需要移动计算网络提供无缝、无间断、实时 按需的高质量业务，移动计算网络，端管云深度协同。5G网络为元宇宙提供了高速率、低延时、大连接的服务，5G 的高速率、低延时构建着虚实两个世界的桥梁。

4、云计算技术及其作用

云计算这项技术，使得可以提供在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。因此，云计算技术为元宇宙提供功能更强大云端服务、更轻 量化的终端设备、更便捷的响应机制、更低的费用支出。

5、人工智能技术及其作用

近年来由于大数据、互联网、云计算、新算法等核心技术的兴起与发展，为人工智能技术的推进提供了催化剂和养分。随着深度学习的发展，预处理、特征提取与算法处理渐渐融合，形成现实到虚拟的技术，是元宇宙虚实结合的关键。通过机器学习，可以将元宇宙中系统及要素逐步接近于人类的学习水平，并且实现超越，提高元宇宙的要素智慧能力和系统效率。语音识别技术及自然语言处理实现了人与计算机之间可以通过自然语言进行有效的通信，确保了元宇宙中虚实客体之间、人与系统之间信息准确的理解与传达，有效解决了不同地域 的语言系统，不同环境语言发音等交流难题，便捷了元宇宙世界中各种交流。

6、物联网技术及其作用

物联网可细分为标识、感知、处理、信息传输四个方面，其中包含关键技术由射频识别技术、传感器技术、网络技术、通信技术。传感器是元宇宙的感觉器官，是元宇宙感知万物的信息来源。

数字孪生是充分利用各种模型、传感器大数据，构建一个仿真空间的过程，以完成对现实世界在虚拟空间中的整体反映过程，在虚拟世界中反映现实实体全生命周期过程。更确切来说，数字孪生是两个系统，一个系统是现实的物理世界，一个系统是虚拟的计算机世界。并且借助智能技术，可以让这个存在于虚拟世界中的系统也能够以一个更直接的方法被人们所了解和触碰到。

数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生很多关键技术与元宇宙相近，例如区块链技术、交互技术、5G 网络技术、云计算技术、人工智能技术，这些技术都在数字孪生中得到应用和发展，但数字孪生更重要的技术组成是3D 仿真技术、空间地理信息技术、数据可视化、物联网接入。

利用三维数据获取高分辨率3D数据，通过建模技术、立体合成技术，多引擎快速构建，三维模型并融合到模拟现实中的虚拟环境。

2、空间地理信息技术

通过二三维实现海量数据叠加、大场景数据加载，数字高程模型、数字正射影像、倾斜影像、点云数据、BIM 数据等多源数据融合，实现真三维场景的构建。将二维GIS 的数据管理、存储、空间查询等优势与三维GIS立体可视化表达、 三维分析的特点相结合实现微观宏观、空间地面地下、虚拟与现实的一体化。

3、数据可视化

以三维 GIS、BIM 等核心技术为支撑，实现现实世界事务对象的三维建模，实现数字孪生线上三维数据可视化；同时快速搭建，多元数据集成，数据实时响应，集成多数据源接入、自动化数据萃取，分布数据存储，实现为数字孪生多元数据可视化。

4、物联网

将现实世界的事务对象的状态等信息，通过各种设备、 传感器等进行实时监测采集，获取其运行状态信息，结合云端技术，现 实数字孪生对物联网远程控制及设备联动等能力。

从概念、技术和应用的角度出发，数字孪生和元宇宙貌似有很多相同点，但又不太一样，主要表现在以下几点：

• 元宇宙的持久性更长相对于数字孪生，元宇宙的概念更广，如果说数字孪生是与其真实的事物本体共存，那么元宇宙将与人类文明共存，必须能永远存在。
• 元宇宙完全去中心化。数字孪生可以是企业孪生、园区孪生、城市孪生，它最终会有一个中心，它的制定权、解释权可以属于某个企业或者城市。但未来的元宇宙，不再属于也不能属于某个企业或者国家，必须通过一个开源共享协议来共同维护，而这协议和规则的制定权、解释权不属于任何一方，元宇宙的存续不受任何企业或国家的外力影响。

• 元宇宙与现实世界协同进化数字孪生是与物理实体之间实时连接、动态交互的关系，是物理实体对孪生体的实时映射。而元宇宙是从虚拟与现实世界的真实个体，到两个世界的群体，再到两个世界的人类命运共同体，都需要相互连接、相互影响、协同进化。如果说元宇宙构建分为三个阶段的话，那么数字孪生就是第一阶段，也就是说数字孪生是元宇宙构建的基础，是元宇宙真正的核心。

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