科学故事丨4月刊——封面专稿：探索元宇宙世界

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“元宇宙”一词诞生于1992年的科幻小说《雪崩》，它描绘了一个庞大的虚拟现实世界，人们以数字化身的形式参与其中，相互竞争角逐。而今元宇宙似乎已不再是科幻小说中的幻想，它已经走近我们身边，与现实世界交互在了一起。那到底什么是元宇宙？它会给我们的生活带来怎样的改变呢？今天，我们就和丁刚毅教授一起，来探索元宇宙世界的奥秘吧。

对于三星堆，想必大家都不陌生吧。“沉睡三千年，一醒惊天下。”在三星堆遗址中，考古人员有着数不清的发现：青铜大立人，纵目面具，青铜神树，黄金权杖……每一件文物都足以震撼世界。我们不禁好奇：那是一个怎样的时代？为什么会有这么天马行空的惊人想象？

现在，通过元宇宙技术，我们完全可以穿梭时空，沉浸式体验三星堆的奇幻世界。这就是2022年由中央广播电视台倾力打造的首个元宇宙沉浸式数字交互空间《三星堆奇幻之旅》。在这档节目当中，我们只需要坐在家里，就可以通过数字二维码穿越屏幕，加入三星堆的奇妙之旅。

在这里，我们可以突破时间空间的限制，打卡未来的三星堆博物馆，参观三星堆考古发掘现场，也可以直接来到三千年前的古蜀国，身临其境地感受三星堆人的生活。

化身数字人，降落古蜀国，在空中俯瞰时，你或许会注意到不远处的水塘和农田。这时，你或许会想：三千多年前的三星堆人是否就已经掌握了农业技术和养鱼技术呢？古朴的房子坐落在郁郁葱葱的树林中，它们都是根据考古发现一比一建造的。进入房间，房间里的陈设有床、置物架、做饭的案台，案台上面的农作物，应该就是他们每天吃的粮食吧。屋子里还晾着处理过的兽皮，将来应该会被人们做成衣服穿在身上的。

这不仅仅是个游戏，更是用前沿科技打造的神话世界。目前，元宇宙的实际应用，大都体现在游戏和科幻电影中，最典型的例子就是电影《头号玩家》。这部电影实际上描述的就是人们通过电子装备进入虚拟世界，通过数字人完成自己的终极使命，但它只是元宇宙应用中的一个场景。元宇宙作为现实世界的映射，当然也作为现在人们的想象，人们可以在其中进行所有的社交、生活、办公活动。简单来说，元宇宙就是通过数字技术手段，创造出的一个与现实世界高度相似、同时又能平行运行的虚拟世界。

元宇宙聚合了生物计算、量子计算、网络、大脑认知和人工智能等颠覆性技术，它可以与现实世界进行交互，以虚实结合的方式，对现实的生产生活产生影响，进而推动产业科研不断创新。在习近平网络强国重要思想的引领下，我国信息领域一批重大创新成果相继涌现，元宇宙等新技术也已经在各个领域由虚拟走向现实。

还记得 2022年北京冬奥会的开闭幕吗？其中就有元宇宙应用的场景。

我们团队利用先进的仿真技术，建模复刻了国家体育场鸟巢的整个演出场景。在这个虚拟的鸟巢当中，所有演员、灯光、音乐、舞美、视频、道具，甚至包括我们的转播机位，都在这个系统中与线下高度统一。

在排练期间，如何让上万名的演员和灯光、舞美、道具做到高度统一，这其实是一个巨大的挑战。比如开幕式上令人印象深刻的《立春》，393名演员要挥舞着发光长杆，营造出春回大地、万物生长的景象。然而，在节目设计之初，谁也想象不出会是什么样的效果。因为长杆是软的，演员力道不同，挥舞时形成的弧度就会不一样，很难做到整齐划一。我们借助元宇宙最基础的数字仿真技术，用算法模拟出了多种队形和挥杆方式的组合，用仿真技术对每一位演员的位置、动作、速度进行精确计算， 这就大大降低了排练的压力。

如今，元宇宙已经悄然来到了我们身边，在智慧城市、商业、医疗、教育等领域，展现出广阔的应用前景，开始改变我们的生活。

比如面向制造业前沿，工业元宇宙在生产实践中已经逐渐应用。在工厂正式建设之前，先用元宇宙技术构建一个数字孪生工厂，借助数字技术强大的算力，提前对工厂的生产线、设备、人员、物流等全过程进行模拟和验证，发现错误及时修正，让未来的工厂建设更加智能、高效。

在建设智慧城市方面，元宇宙又发挥着怎样的作用呢？

每年随着雨季到来，“城市看海”成为大家对城市积水现象的自嘲。交通阻塞也是每个大城市绕不开的难题。那么，怎么解决城市治理中的这些难点呢？利用元宇宙技术，建立城市的数字沙盘，把天气和地面交通的桥梁、道路，包括城市低洼地都放到这个模型里去，进行高精度的建模和动态的数据驱动。将实际情况和系统中的预测情况反复进行比较，那么就能够提前做好防范，防止此类问题的发生了。

我国对元宇宙的认识，已经非常明晰。2023年，国家刚刚出台了工业元宇宙的产业政策，这是国家层面的第一个元宇宙发展计划，标志着元宇宙将从地方战略上升为国家战略，并迎来新的发展机遇。以技术和内容深度融合为特征的元宇宙，代表着数字科技最前沿的方向。当然，这场高科技融合带来的变革，也必将为人类的发展提供更多的可能性。

文章来源/《科学故事会》杂志2024年4月刊

文/丁刚毅（北京理工大学计算机学院）

审校/《科学故事会》编辑部

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