元宇宙技術(shù)發(fā)展動向（2）：算力倍增加速元宇宙迭代進階

編者按：包括元宇宙在內(nèi)的未來產(chǎn)業(yè)，是搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要機遇，實現(xiàn)引領(lǐng)發(fā)展的重要抓手。2021年以來，元宇宙成為備受青睞的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)新風(fēng)口，并在內(nèi)容生產(chǎn)、場景構(gòu)建、虛實界面、認證機制等創(chuàng)新技術(shù)的驅(qū)動下不斷演進。中國電子報推出元宇宙技術(shù)發(fā)展動向系列報道，采訪權(quán)威專家學(xué)者和龍頭企業(yè)，分析關(guān)鍵技術(shù)對元宇宙發(fā)展引發(fā)的邊際性變化，敬請關(guān)注。

2022年12月，英特爾與中國籃球協(xié)會共同舉辦了首屆“元宇宙扣籃大賽”，身處中國大江南北不同地方的球員、評委于同一時間在虛擬球場競技。這場元宇宙競技的實現(xiàn)基礎(chǔ)是英特爾的算力（CPU+GPU）、AI算法和5G+MEC等技術(shù)。

英特爾公司高級副總裁兼加速計算系統(tǒng)和圖形事業(yè)部總經(jīng)理Raja Koduri曾表示，要如實復(fù)現(xiàn)科幻小說《雪崩》中的元宇宙體驗，需要在相同甚至更低的能耗下實現(xiàn)1000倍的算力增長，算法、架構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，都要在提高計算效率方面發(fā)揮作用。

算力等底層技術(shù)突飛猛進

元宇宙引發(fā)的多信息技術(shù)融合和大規(guī)模數(shù)據(jù)化，決定了它是不折不扣的算力“吞金獸”。中國工程院院士、紫金山實驗室主任兼首席科學(xué)家劉韻潔曾表示，元宇宙相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)依靠超強算力，需達到AR/VR:3900、區(qū)塊鏈:5500、Al:16000(單位:EFLPOS)1級別算力以處理連續(xù)長周期、突發(fā)短周期智能服務(wù)。因此，高通、英偉達、英特爾都在圍繞元宇宙布局芯片平臺，以及連接和調(diào)用算力的開發(fā)者平臺。

在構(gòu)建元宇宙的技術(shù)棧中，底層軟硬件起到了基礎(chǔ)設(shè)施的作用。記者在采訪時了解到，元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施層主要由計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)硬件，以及基礎(chǔ)軟件、支撐軟件構(gòu)成，提供各類元宇宙終端的底層資源和應(yīng)用軟件的運行平臺。

如視和景德鎮(zhèn)中國陶瓷博物館聯(lián)手打造的 VR 博物館

位姿計算、場景渲染、數(shù)據(jù)采集等一系列軟件工具，是元宇宙應(yīng)用開發(fā)和內(nèi)容制作的關(guān)鍵。在2022世界VR產(chǎn)業(yè)大會上，如視展示了和景德鎮(zhèn)中國陶瓷博物館聯(lián)手打造的VR博物館。用戶可在空間內(nèi)自由漫步，近距離感受展品的每一處細節(jié)，即便是文物材質(zhì)的顆粒感都清晰可見。

高通技術(shù)公司中國區(qū)XR業(yè)務(wù)負責(zé)人郭鵬向《中國電子報》記者表示，構(gòu)建元宇宙的基礎(chǔ)技術(shù)主要包括終端、處理、連接和生態(tài)系統(tǒng)。終端是用戶獲取空間互聯(lián)網(wǎng)體驗的媒介，基于在性能和復(fù)雜度上媲美智能手機和筆記本電腦的組件——包括處理器、攝像頭、傳感器和電池等，頭顯設(shè)備或AR眼鏡能夠賦能空間計算體驗。

當(dāng)體驗交互能夠在數(shù)字空間中真實開展，才能實現(xiàn)對商業(yè)價值的提效革新，發(fā)揮虛實結(jié)合助力產(chǎn)業(yè)升級的終極目標(biāo)。

如視CEO惠新宸向《中國電子報》記者表示，完美的元宇宙級別數(shù)字孿生世界不僅是在視覺維度上對物理世界的完整復(fù)刻重現(xiàn)，關(guān)鍵在于將現(xiàn)實世界里更深層次的數(shù)據(jù)通過采集、解讀和交互在虛擬世界內(nèi)進行重塑，通過VR技術(shù)打造的數(shù)字空間為載體來模擬、重塑真實世界內(nèi)的一切商業(yè)行為。

3D引擎緊跟元宇宙的腳步

引擎是模塊化、可復(fù)用的數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)作工具，也是元宇宙視覺構(gòu)建的核心技術(shù)。全球主要的3D引擎都在跟進元宇宙的腳步，比如Unity發(fā)布了云編輯器和云端分布式實時渲染技術(shù)，以實現(xiàn)更大規(guī)模的渲染任務(wù)。

目前，主流的元宇宙引擎有Unity、Unreal Engine、CryEngine等。上海市多媒體行業(yè)協(xié)會副秘書長、擴展現(xiàn)實專委會主任端木海嬰向記者表示，3D引擎不斷推出新的版本，提升渲染、物理模擬、人工智能等方面的能力，使元宇宙的圖像質(zhì)量和互動體驗得到了進一步的提升。

不過，元宇宙的構(gòu)建目標(biāo)與游戲有所不同。相比游戲窮極想象力的奇幻設(shè)想，元宇宙的主要目標(biāo)是打造栩栩如生的數(shù)字世界，這就需要高效的采集和建模工具。

以VR博物館為例，惠新宸為記者盤點了構(gòu)建數(shù)字世界所需的采集和建模技術(shù)。一是基于單目圖像深度預(yù)測以及融合多點位預(yù)測深度等技術(shù)進行位姿計算和三維建模；二是全新深度逆渲染框架。如視首次引入了“層級式場景先驗”，對空間內(nèi)光照、反射率、粗糙度等物理屬性進行分層級的預(yù)測，并將預(yù)測結(jié)果轉(zhuǎn)化為物理合理、全局一致的渲染資產(chǎn)；三是使用自研的“軟硬一體”激光VR掃描儀伽羅華進行超大空間的高精度高清晰度數(shù)據(jù)采集；四是分布式建模，通過分布式建模對海量數(shù)據(jù)進行并行化處理，生成視覺統(tǒng)一的大模型。

基于元宇宙的時空拓展，還需要虛擬世界與現(xiàn)實世界的融合。燧光率先落成了元宇宙全虛實融合街區(qū)，將真實的環(huán)境通過環(huán)境掃描與重建還原到虛擬世界中。虛擬世界各位置對應(yīng)的人物與物體，又通過MR頭顯，疊加到了現(xiàn)實的街區(qū)中，用戶可以在街區(qū)里進行實時交互。

燧光科技相關(guān)負責(zé)人向記者表示，虛實融合要整合環(huán)境、物體和人物三種要素。在環(huán)境虛實融合方面，燧光的混合現(xiàn)實交互終端Rhino X2在前端搭載鏡頭模組，可以對環(huán)境進行掃描，并在后端開發(fā)工具中進行實時重建。在物體虛實融合方面，Rhino X2搭載了兩枚紅外傳感器，搭配燧光自研的X-Tag技術(shù)，可以實現(xiàn)與多種裝備的虛實融合。在人物的虛實融合方面，基于光混動捕技術(shù)，能讓人無需佩戴復(fù)雜的動捕標(biāo)定服裝，直接捕捉并還原人物的態(tài)勢。

“我們相信，虛實融合的元宇宙應(yīng)用，將在未來的產(chǎn)業(yè)升級中，扮演重要的角色。院?？梢岳盟M行更直觀、更安全的教學(xué)，企業(yè)可以利用它提高生產(chǎn)效率，警用部門可以利用它進行更接近實戰(zhàn)的訓(xùn)練?！膘莨饪萍枷嚓P(guān)負責(zé)人表示。

芯片平臺筑牢元宇宙的底座

今年4月，高通宣布和北京神木科技有限公司展開合作，神木科技將在中國市場為高通的Snapdragon Spaces XR開發(fā)者提供本地化服務(wù)和技術(shù)支持，支持Snapdragon Spaces在中國開發(fā)者生態(tài)的擴展。據(jù)悉，Snapdragon Spaces XR平臺為開發(fā)者提供感知算法、軟件和API。開發(fā)者做一次開發(fā)，就能提供給不同的終端設(shè)備廠商使用。

高通第一代驍龍XR2+

XR（包括增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實和混合現(xiàn)實設(shè)備）設(shè)備是消費者通往元宇宙的主要入口。高通面向XR的視覺、音頻、交互等需求，推出了專用芯片平臺——驍龍XR平臺，目前已有超過65款采用驍龍XR平臺的XR商用設(shè)備發(fā)布。

2022年10月，高通推出第一代驍龍XR2+平臺，實現(xiàn)50%的持續(xù)性能提升和30%的散熱提升，支持在更小更輕薄的XR設(shè)備中實現(xiàn)元宇宙體驗。2022年11月的驍龍峰會上，高通推出了首個專為頭戴式AR設(shè)備打造的平臺——第一代驍龍AR2平臺，進一步擴展XR產(chǎn)品組合。

“我們還處于元宇宙發(fā)展的起步階段。為滿足元宇宙中圖形豐富、帶寬密集型體驗需求，未來3—5年內(nèi)，人們將看到分布式計算能力的躍升。AR眼鏡不僅能夠連接智能手機，還能夠?qū)⑦B接無縫轉(zhuǎn)換至PC、汽車終端上，或者直接連接至網(wǎng)聯(lián)邊緣或云端。這對賦能高保真圖形處理，同時縮小眼鏡/頭顯尺寸至關(guān)重要?！惫i告訴記者。

全球GPU領(lǐng)軍企業(yè)英偉達是元宇宙算力布局的先行者。2023年以來，英偉達將注意力放在了元宇宙應(yīng)用的規(guī)模化部署上。在芯片層面，推出了包含BlueField-3 DPU、L40 GPU、ConnectX-7智能網(wǎng)卡的第三代NVIDIA OVX計算系統(tǒng)，提升圖形和AI性能，為加速大規(guī)模數(shù)字孿生模擬提供支持。在平臺層面，英偉達于2019年推出了創(chuàng)建和運行元宇宙應(yīng)用的平臺Omniverse。

今年以來，英偉達著重提升Omniverse的生產(chǎn)力，不僅將Omniverse Cloud PaaS（平臺即服務(wù)）托管到微軟Azure，使企業(yè)能夠即時訪問設(shè)計、開發(fā)、部署和管理工業(yè)元宇宙應(yīng)用所需的全棧環(huán)境，還實現(xiàn)了Omniverse與Teams、OneDrive、SharePoint等Microsoft 365應(yīng)用的連接，將生產(chǎn)力工具與3D協(xié)作平臺結(jié)合。

隨著芯片性能、算法效率、平臺支持能力的提升，元宇宙的體驗升級和規(guī)模部署將持續(xù)提速。端木海嬰表示，元宇宙在算力的進展主要集中在兩方面：一是在提高算法效率的基礎(chǔ)上，優(yōu)化元宇宙的運行效率，提高元宇宙的交互性和體驗感；二是在提高算力的基礎(chǔ)上，增強元宇宙的計算能力，支持更加復(fù)雜的應(yīng)用場景。