瑞典烏普薩拉大學呂智涵：構建真正的元宇宙

隨著電影《瞬息全宇宙》榮獲奧斯卡金像獎七項大獎，“元宇宙”這個詞再次吸引了觀眾們的注意。從2021年“元宇宙”開始變得火熱到現在已經近兩年時間，由于元宇宙這個詞所代表的范疇很大，所以每家公司、每個研究人員都自稱跟“元宇宙”相關。那到底什么是真正的元宇宙呢？

近日，瑞典烏普薩拉大學副教授呂智涵 (Zhihan Lv) 團隊在期刊Virtual Reality & Intelligent Hardware發表題為“Building the Metaverse by Digital Twins at All Scales, State, Relation”的文章，分析了元宇宙的構建，認為可以通過數字孿生更好地將現實世界中有形和無形的事物映射到元宇宙中。

呂智涵教授對元宇宙的定義源于中國古代哲學家老子在《道德經》中所說：“道生一，一生二，二生三，三生萬物”。這說明了道生萬物的邏輯和順序。它意味著任何事物都是一個從小到大，從簡單到復雜的過程。在“元宇宙”中的“元”的意思是“道”，是宇宙萬物的本源。元宇宙的構建采用數字孿生技術將現實世界完全“克隆”到虛擬空間中，實現了虛擬空間與現實世界相同的狀態，從而構建了一個現實與虛擬相結合的元宇宙。

在元宇宙的大背景下，數字孿生應該實現尺度上的雙向擴展。一方面，需要在宏觀尺度實現全宇宙的數字孿生。另一方面，也應實現微觀尺度的分子的數字孿生。跨學科、跨領域的采集設備為數字孿生系統的信息采集提供了廣泛的來源。從不同精度顯微鏡下的亞原子、中微子、量子點到人體分子、細胞、組織、器官和結構，到全景相機下的城市街道和地域面貌，到地球觀測衛星下的地球，再到望遠鏡下的恒星行星、太陽系和太空。這是一個從微觀到宏觀的不同的尺度漸變過程。

現實中各種狀態的有形或者無形的物質也應該在元宇宙中生成數字孿生，不僅有固態物質，還有液態、氣態、等離子態以及其他不確定狀態的物質，比如電、火、光、風、磁場。另外，元宇宙除去物質層面，還包含了社會關系，這其中既有友情、愛情、血緣即人類個體關系層面，還有倫理、道德、宗教、法律即整個社會關系層面。此外量子糾纏也是一種數字孿生的實現，也是元宇宙的一種體現。

呂教授認為：技術的發展是“輪回”，正如虛擬現實在低迷時期不斷融合新技術一樣，現在虛擬現實已經成為構建數字孿生和元宇宙的有效技術體系。

從軟件的角度來說，虛擬社區是在2006年因第二人生的火爆而火起來的，然后在十余年的低谷期不斷融合新技術演變成現在火爆的元宇宙。虛擬社區和元宇宙同樣重視人與人之間的虛擬交互。

在硬件方面，早期的虛擬現實設備CAVE為了提供沉浸感花費了很多資金。后來，當以虛擬現實眼鏡為代表的虛擬現實設備成本下降，降低了用戶的經濟門檻，迎來了虛擬現實的普及“元年”。當大多數用戶接受虛擬現實時，對多模態沉浸的需求使得像CAVE這樣的設備開始被重新重視。

無論是從固體到液體，還是從宏觀到微觀，傳感器的構造在很大程度上不僅決定了物理產品的數字化表達，而且是實現產品價值的關鍵。未來，新型傳感器的研發將顯得尤為必要和關鍵。多樣性和靈活性特征應進一步作為下一代傳感器制造的重點。

數字孿生、物聯網、虛擬現實、區塊鏈、人工智能等新興技術匯聚，形成更加成熟的研發體系。利用逐步過渡和發展，真正實現了從宏觀到微觀、從固體到液體的柔性數字孿生，從而構建出真實的元宇宙。

呂智涵博士是IEEE高級會員，英國計算機學會會士，美國計算機協會杰出演講者，連續四次入選斯坦福全球前2%頂尖科學家終身科學影響力排行榜，愛思唯爾中國高被引學者，科睿唯安全球高被引科學家。獲得歐盟瑪麗居里學者稱號。共發表高質量論文200余篇。授權專利四項。獲20多個國內外獎項，包括8次最佳論文獎。擔任30多個高水平期刊的編輯。擔任30多次會議的副主席或TPC成員。擔任KeAi出版社Internet of Things and Cyber-Physical Systems期刊的創刊主編。審稿400余次。作受邀報告80多次，并為國際會議作了20次大會主題報告。指導研究生獲各類獎項20余項。

合作者Abdulmotaleb El Saddik是加拿大皇家學會院士，加拿大工程院院士，加拿大工程學院院士，IEEE會士，ACM杰出科學家。他是渥太華大學電氣工程與計算機科學學院的大學研究主席和教授，是多媒體通信研究實驗室 (MCRLab) 和分布式與協作虛擬環境研究實驗室 (DISCOVER) 的主任。他是ACM TOMM主編、IEEE TCIAIG的副主編。他是ACM MM 2008的聯合主席和ACM MM 2023大會主席。他撰寫和合著了三本書和350多篇出版物，獲得了總計超過1700萬美元的研究資助和合同，并指導了100多名研究人員。他曾獲得多個國家和國際獎項，包括 IEEE加拿大CC Gotlieb計算機獎章和IEEE加拿大AGL McNaughton金獎。

來源：IT時代網

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