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过《头号玩家》中的生活 火爆全网的元宇宙是啥

“这是“绿洲”世界,在这里唯一限制你的是你自己的想象力。”

——《头号玩家》

元宇宙是当下全网最火的概念,但目前没有一个精确的定义对元宇宙进行定义。简单来说,2018年由斯皮尔伯格指导的电影《头号玩家》中,塑造的“绿洲”世界,最接近元宇宙的形态。人们可以在虚拟世界中赛车、冒险,所有在虚拟世界的感官刺激都可以通过体感服或者VR设备对现实世界的人产生真实的感官体验。

《头号玩家》中主人公身着VR设备进入元宇宙(图片来源:1905.com)

不仅在游戏世界的玩家喜欢这一概念,资本市场也在追捧元宇宙这一热词。在2021年初,元宇宙第一股Roblox在纽交所上市,首日股价大涨54%,截止到目前市值已经突破480亿美元,一年暴涨10多倍。究其原因就在于Roblox在招股书中明确了其自身对于元宇宙的理解,并在游戏中构建了元宇宙的世界。

尼尔·斯蒂文森的经典作品《雪崩》(图片来源:互联网)

“元宇宙(Metaverse)”一词最早出现在1992年由著名的美国科幻小说家尼尔·斯蒂文森撰写的《雪崩》一书中。这部文学作品中描述了一个平行于现实世界的网络世界。所有的现实世界中的人在网络中都有一个网络分身。

当然,元宇宙并不局限于在游戏中,《头号玩家》也只是对元宇宙概念的终极想象。就目前来看,未来元宇宙的构建离不开先进的网络基础设施、个性化的内容开发系统、良性的经济系统,以及最重要的网络安全和社区规则。

其中,先进的网络基础设施包括高速网络、物联网、AR、VR、云计算、边缘计算、区块链、人工智能等基础设施。为了满足元宇宙“沉浸感”和“随时随地”的特性,对以上技术提出了更高的要求。

元宇宙概念第一股Roblox(图片来源:Roblox)

个性化的内容开发系统和良性的经济系统是保障元宇宙运行的核心驱动力。个性化的内容开发系统可以让用户向元宇宙中不断输入多元化、个性化的内容产品,通过输出这些产品,用户可以得到元宇宙中的虚拟货币。而一个良性的经济系统,则可以保障用户在元宇宙中获得的虚拟货币不会大幅贬值,“让钱值钱”,让市场保持良性发展,从而进一步促进元宇宙中的内容输出和内容消费。

最后,网络安全和社区规则是一个元宇宙能够良性运行的底线。这其中包括了用户个体的隐私安全、整个元宇宙的数据安全、网络安全,还囊括了元宇宙中的内容是否违反了相关法律,以及对元宇宙中用户的数字资产保护等问题。无规矩不成方圆,有了良好的社区规则约束,才能够推出元宇宙生态的良性发展和可持续发展。

有了以上几点为基础,能够让人产生丰富的联想,发散思维来看元宇宙不止游戏这一种单一的形态。可以根据不同行业应用的需求,对不同行业产生各自符合自己需求的元宇宙。比如英伟达、Unity等厂商已经将元宇宙用于工厂生产、建筑工程等行业。由此可见,基于元宇宙,各行各业的创作者们都可以在元宇宙中激发出无限的数字价值。

图形计算力让元宇宙照进现实

提到元宇宙,这些年在图形计算领域大放异彩的NVIDIA希望再次抢占先机。举个例子, 过去,汽车行业使用模型车做风洞实验时,要获得这辆车的风阻和在流体力学下的表现等测试数据,帮助车厂做前期的改正或修正。而借助Omniverse和NVIDIA RTX GPU,在元宇宙的虚拟世界就可以先做出样式,再利用NVIDIA的PhysX技术和NVIDIA GPU模拟风阻以获得风阻系数的仿真参数,之后交给前端做建模的用户,用不同的软件和工具优化前杠、前挡、机盖、A柱等设计。

Omniverse是NVIDIA针对专业图形图像领域的一站式在线分工合作优化工作流的平台,支持各种基于NVIDIA RTX技术的产品,而在SIGGRAPH期间,NVIDIA也宣布了全球首个为元宇宙建立提供基础的模拟和协作平台——NVIDIA Omniverse将通过与Blender和Adobe集成来实现大规模扩展,并将向数百万新用户开放。

要知道,任何应用规模的使用者或任何一个功能齐全的经济体,都需要做到跨平台实时数字资产的分享,或者是数字孪生,即在产品、技术落地之前,先将其放在虚拟世界里,做模拟或者验证。Omniverse所做的,就是把虚拟世界和真实世界的资产连接在一起,所有的个人、公司、实体都可以在虚拟和现实之间做自由转换。

以往,要把传统3D工作流这样的复杂工程放到数字和模拟世界中,需要让拥有各类技能且分布在全球各地不同的团队、艺术家、设计师、工程师连接起来,而这些群体所使用的系统可能完全不一样,例如Autodesk、Adobe、3dsMax、Maya、Blender等各式各样的软件,这就需要一个能够打通所有工具的数字资产平台。与此同时,3D工作流程也越来越复杂,不仅要支持实时光线追踪、人工智能,还要支持物理仿真、物理模拟,以达到每个组件的物理准确性。

最新的OmniSurface技术可以实现实时画面管理,例如人脸的实时渲染。在传统的M&E行业,基于皮肤、毛发、表情、五官等管理的综合体人类的渲染非常复杂,而NVIDIA的技术支持在Omniverse中实时渲染数字人,例如基于Omniverse的机器人仿真、自驾车仿真等技术。

当前,自动驾驶功能存在行人误判等问题,如果将街头的人脸图片识别为行人,会降低驾乘人员的体验。利用数字人实时渲染技术,在Omniverse中可以构建更逼真的、更符合物理定律的人类模型,帮助车辆、自主机器、机器人等更好地识别出真实的人类。应用过程中,拖动“zoom in”按钮可以栩栩如生地表现人物的皮肤、毛发、年龄等信息,甚至头发的蓬松程度、发型、胡须的样子都可以更改。

面对高速增长的需求和苛刻的任务要求,NVIDIA认为3D工作流在任何行业的任何地方都是必不可少的,无论是AEC、M&E、传统设计制造领域,还是科学、大数据可视化、机器人、自动驾驶车辆、自主机器等行业,都需要实现精确且物理真实的照片级或电影级的3D仿真,来完成数字孪生构想,让产品物理存在于这个星球的表面之前,能够在虚拟世界里先做数字化、虚拟化的仿真验证。

依托于NVIDIA的硬件和软件能力,这些前沿的研究成果也可以迅速转化为最新的生产力工具,在Omniverse平台上得到展现。这些技术包括渲染技术、材质技术、光影技术、光线追踪技术、照明技术、基于路径追踪的渲染技术等,以及基于物理、仿真、物理真实性的人物建模,基于GAN自动高品质高分辨率的图像生成,画面的自动填空,缺损像素的修补、插帧,还有基于GAN 2D到3D建模的自动生成等等。过去,光源模拟在没有Neural Radiance Cache技术时,电影画面只做一次光源迭代达到的画面并不真实,要做30次光源迭代则会在一帧上消耗数秒甚至数十秒,而借助NVIDIA最新的RTX GPU、Neural Radiance Cache等技术,可以实时进行30次光源迭代,实现电影级的画质渲染。

类似的例子还发生在隧道场景的光线追踪渲染和基于RTX的直接照明,通过与世界级的产品团队合作,NVIDIA在不到一年的时间里,就可以把科学家的理论应用到RTXDI产品上。细节优化方面,在LOD自动生成、自动级别、自动LOD调整时,假设某一部分的树LOD需要数亿个多边形,当视觉拉远的时候,实际上并不需要渲染如此大量级的多边形,就可以通过减少LOD的等级来节约渲染量,让多边形渲染量缩减到2000万,但在使用者和观众的眼里看来仍然足够详实。

为了让元宇宙尽快走进千家万户,NVIDIA在硬件平台上的努力也没有停止。在SIGGRAPH上,NVIDIA发布了RTX A2000 GPU,该产品采用小巧、节能的设计,适用于各种标准和小型工作站,具备加速设计工作流程中的AI和光线追踪技术,可以让更多用户从任何地方访问RTX技术。RTX A2000专为日常工作流程而设计,专业人士可以开发逼真的渲染、构建精确的物理模拟并使用AI加速工具。得益于NVIDIA RTX技术,创新实时设计以及性能行业可以获得质的飞跃。

元宇宙概念重塑VR产业

根据Roblex对元宇宙的定义,元宇宙的一个重要特点就是人类要具备虚拟身份,然后在此基础上,可以和虚拟世界的人交朋友,这种虚拟社交的基础则是高沉浸感、低延迟以及随时接入的能力。虽说元宇宙是一个系统工程,布局也不仅仅限于元宇宙这个概念,而是对整个虚拟世界进行推进。从产业端来说,这既包括对消费者的虚拟世界构建和服务,也包括从互联网基础设施和理论层面对计算机技术的进一步挖掘,这包括算法、更高性能的芯片、高性能的网络传输等方向。

虽然硬件的概念是相对模糊的,但元宇宙的重要特点依然能很清晰的让我们想到一个重要的产业:VR。

VR技术是利用电脑模拟产生一个虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般体验虚拟世界的事物,使用者进行位置移动时,电脑可以立即进行复杂的运算,将精确的3D世界影像传回产生临场感。虽然我们透过VR看到的东西都是假的,但由于感觉相当真实,所以真实感异常强烈,这与元宇宙的“高沉浸感”不谋而合。

我们已经被基于安培架构的GeForce RTX 30系列显卡在光线追踪以及AI游戏的体验所震撼,也见证了虚幻五引擎带来的真实游戏表现,而硬件,也就是VR设备,正是未来很有希望让我们通向元宇宙的那座桥梁。

上世纪产生的VR技术,在这几十年里也迎来了翻天覆地的变化,随着技术的革新,VR厂商已经从概念验证阶段,发展到可以有能力尝试做一款真正优秀的面向大众消费设备的阶段。然而,除了游戏(或某些非常特殊的工业应用)之外,VR在其他场景的应用十分的有限,这也造成了2016年之后,众多VR创业公司的没落。

VR游戏《Beat Saber》

但元宇宙让VR又重新拥有了活力,以爆款产品Oculus Quest 2为例,其开发工作室Rec Room提供的数据显示,截至2020年10月,第二代产品的销量比初代Oculus Quest多了250%。

除了VR之外,AR产业也在稳步向前,虽然目前尚未形成统一的形态和主流的技术路线。从产品形态上,一体式、分体式共存,尚未形成统一的技术路线。轻薄化、类普通眼镜是发展的必然选择。目前仍受限于底层核心技术,特别是光学、显示技术和电池续航等的技术突破。

此外,微软的Hololens、Magic Leap都在MR(混合现实)方面做出了不少努力,随着芯片、显示技术、通讯手段、和算法等技术的不断进步以及高性价比产品的推出,VR重新成为热门话题,2020年5月,苹果收购了VR初创公司NextVR,后者为虚拟现实设备提供体育赛事和其他内容;2021年3月,索尼宣布正在为PS5开发一款新的VR设备。随着5G的到来,AR/VR有望成为最值得期待的应用场景。

马克·扎克伯格曾说过,大约十年之后,VR/AR 将成为继移动端之后的下一个主要计算平台。它甚至比移动设备更加无处不在,一旦拥有了良好的VR/AR系统,就不再需要购买手机或电视或其他实体产品,到那时候,它们仅仅是数字商店中的应用而已。未来随着VR/AR应用场景不断丰富、用户体验不断优化、成本不断降低及各科技巨头新款设备的陆续面世,VR/AR市场潜力有望持续释放,VR/AR在未来或将成为日常应用设备,并在未来会有一席之地,而随着元宇宙的这股大潮流行,我们也许可以真的想头号玩家中的角色那样,将虚拟世界与现实世界进行真正的连接。

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