元宇宙：人工智能赋能的共享虚拟世界

文章主题：互联网, 虚拟现实, 人工智能, 元宇宙

元宇宙是当下热门话题。人工智能技术在元宇宙究竟有何作用？最近来自韩国金乌工科大学的学者发布了《人工智能元宇宙》综述论文，全面阐述探索人工智能在元宇宙的建立和发展中的作用，值得关注？

自20世纪90年代起，伴随着互联网的飞速发展，众多创新技术应运而生，为用户提供了令人叹为观止的网络空间交互体验。从社交网络到虚拟游戏世界，各类服务与应用程序繁多的虚拟环境不断壮大，逐渐演变出具备沉浸式体验和数字转型的环境。然而，多数虚拟环境尚不够统一，无法形成一个完整的平台。为此，人们将目光投向了“Metaverse”，这个融合了“Meta”（元）与“Universe”（宇宙）概念的共享虚拟世界，它由第五代网络、虚拟现实及人工智能（AI）等新兴技术推动。在这些技术中，尤其是人工智能，它在处理大数据以提升沉浸式体验、实现虚拟代理类人智能方面展现出巨大潜力。在本综述中，我们致力于探讨人工智能在元宇宙建立与发展过程中的重要作用。首先，我们简要介绍了人工智能的基本概念，包括机器学习算法和深度学习架构，并阐述其在元宇宙中的价值。接着，我们对基于人工智能的技术方法进行了全方位研究，涵盖六个具有潜力的元宇宙技术领域：自然语言处理、机器视觉、区块链、网络、数字孪生和神经接口，并有望在元宇宙中发挥关键作用。随后，我们展示了这些技术在虚拟世界中的应用实例，如医疗保健、制造业、智能城市和游戏。最后，我们总结了本研究的主要成果，并为元宇宙领域的人工智能研究指出了未来发展的方向。

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3D虚拟世界帮助游戏收入增长。

引言

自2021年10月扎克伯格（Mark Zuckerberg）宣布Facebook正式更名为Meta以来，这一革命性的新名称已经在社交媒体上引发了热烈讨论，无论是在学术界还是产业界，都引起了广泛的关注。与此同时，众多大型科技公司在元宇宙领域的投资和开发也日益活跃，例如微软以687亿美元收购了动视暴雪（Activision Blizzard），从而将游戏业务拓展至元宇宙。近期， Metaverse集团——一家大型房地产投资公司，在分散式虚拟现实平台“Decentraland”上以惊人的243万美元价格购买了一块土地，刷新了虚拟房地产的历史纪录。此外，著名说唱歌手Snoop Dogg也在Sandbox元宇宙以45万美元的价格购买了一块土地，用于举办音乐节、音乐会等虚拟活动，为参与虚拟世界的观众带来身临其境的体验。随着元宇宙技术的不断发展，越来越多的企业和技术领导者也开始关注并投入其中。首尔市近期公布了一项名为“Metaverse首尔”的计划，旨在为文化、旅游、经济、教育、市民服务等市政行政领域构建一个完整的虚拟通信生态系统。该计划不仅提供各种业务支持服务和设施，还计划利用扩展现实（XR）技术，为残疾人在安全、便利的环境中享受虚拟世界提供专门的服务。据彭博情报分析显示，全球元宇宙的收入机会将从2020年的5000亿美元增长到2024年的8000亿美元，其中网络游戏行业将占据全球收入的一半。值得一提的是，视频游戏公司和工作室正计划将现有游戏升级为三维虚拟世界，融入社交网络功能，并在游戏外举办各种吸引人的活动，如现场娱乐和媒体广告活动。如图1所示，虚拟现实（VR）硬件和游戏内广告的收入将通过元空间中的虚拟活动得到显著提升。

图2 1991年至2021年主要事件的元宇宙发展时间表

元宇宙并非新颖的概念，伴随着互联网及科技的进步，它已经历数十年的发展。图2展示了元宇宙发展的时间轴，从互联网诞生、首次在文学中出现，到第一个虚拟世界项目“第二人生”，再到近期微软和Facebook等大型科技公司的元宇宙项目。Metaverse这个词汇由Meta（超越）和Universe（宇宙）组合而成，最早出现在1992年的一部反乌托邦赛博朋克小说《雪撞》中，用以描绘一个名为Matrix的虚拟现实世界。如今，元宇宙被定义为一个共享的虚拟三维空间，甚至包括跨平台的虚拟世界，通过交互和合作活动为用户提供全面的沉浸式体验。除了诸如虚拟场所和建筑等固定在虚拟世界中的元素外，许多其他实体，如物品、用户身份、数字商品等，都可在不同虚拟世界间流动甚至反映至现实世界。近年来，元宇宙实现了空前的迅速增长，主要源于三维游戏的普及，以及硬件（如大数据存储基础设施、无线通信网络、内置传感器和图形处理单元-GPU）和软件（如在通信、语言处理和计算机视觉方面的资源分配）的显著提升，共同为构建更为扎实且富有创意的虚拟世界奠定了基础。相较于传统元宇宙模式因数据不足而导致的沉浸式体验受限，新型元宇宙模式不仅为企业（用户可以自由创作创意内容）提供了庞大的用户和行为数据新来源，还为人工智能（AI）在各领域的应用提供了丰富的素材基础，例如自然语言处理、计算机视觉和神经接口。构建现代元宇宙的标准平台需具备以下特点：虚拟世界、持久性、可扩展性、实时同步、财政支持、去中心化、安全和互操作性。在[4]中，一个元宇宙可以包含多个层次（如图3所示），具体表达式如下：

基础设施: 5G、6G、WiFi、云、数据中心、中央处理器、gpu。人性化界面: 移动、智能手表、智能眼镜、可穿戴设备、头戴显示、手势、语音、电极束。去中心化:边缘计算、人工智能代理、区块链和微服务。空间计算: 3D引擎、VR、增强现实(AR)、XR、地理空间映射和多任务处理。创造者经济: 设计工具、资产市场、电子商务和工作流。发现: 广告网络、虚拟商店、社交管理、评级、头像和聊天机器人。体验: 游戏、社交、电竞、购物、节日、活动、学习、工作。

元宇宙5个层面

在机器学习（ML）算法与深度学习（DL）架构的助力下，AI在各领域的重要性日益凸显。诸如分类与回归模型等带有监督学习和无监督学习的ML算法，在语音识别、语言处理等领域发挥着关键作用，使系统代理具备理解用户指令的能力。借助多种设备（如手机、智能手表等可穿戴设备）收集的基于传感器的信号输入数据，可协助应用程序分析并学习人类活动的复杂模式，如身体活动识别，从而实现对虚拟世界中用户活动和交互的感知。近年来，DL已逐渐成为一种强大的人工智能工具，能应对从庞大且混乱的数据中挖掘复杂模式的挑战。在计算机视觉领域取得巨大成功的DL，如今正被广泛应用于无线通信、人机交互、游戏及金融等多个领域。仅几年前，英伟达（NVIDIA）便推出了DL超级采样（DLSS），这是一项具有突破性的技术，它借助DL及其他人工智能算法的力量，提升帧率的同时保持美观和清晰的画面，从而有望优化元世界的视觉体验。AI通过不断训练监督学习模型，以提高在线多人游戏的平衡性，直至满足设计师和测试者的需求。步入3D设计仿真与协作新时代，我们正在打造一个令人难忘的虚拟现实世界。在元宇宙中，NVIDIA以Omniverse为代表，推出了一个开放且可扩展的平台，具备众多有价值的特性，包括物理精确仿真、多用户设计协作、真实感与实时渲染，以及人工智能加速的工作流程。

这个元宇宙平台通过整合一系列前沿科技建立，旨在为用户提供全身心投入的3D沉浸式体验，让他们在虚拟世界中真实地与他人互动和协同合作。在这个平台上，人工智能在元宇宙的基础构建与进步过程中，虽未直接显露，但其重要性不容忽视。尤其是在AI尚未如XR/VR般以独特方式被提及，亦或如区块链在社交媒体上引发热烈讨论的情况下，对人工智能如何影响和推动元宇宙的理解仍存疑虑。当前，尚无任何研究全面探讨人工智能在元宇宙中的角色及其应用。本文将系统性地回顾现有基于人工智能的工作，并深入挖掘其在元宇宙中的潜力。总的来看，本文的主要贡献包括：

在本文中，我们将对人工智能技术进行概述，重点关注传统的机器学习（ML）算法与创新性的深度学习（DL）框架，并探讨其中所包含的各种学习策略，例如监督学习、无监督学习和强化学习。进一步地，我们将尝试剖析这些技术在元宇宙中的关键应用。

在六个关键领域中，我们对最前沿的人工智能技术进行了深度探讨，这些领域包括自然语言处理、机器视觉、区块链、网络、数字孪生（DT）以及神经接口。这些技术的应用展示了元世界平台巨大的发展潜力和广阔的前景。

在深入探讨当前的AI技术应用现状时，我们可以发现，这些应用途径主要集中在医疗健康、娱乐产业、制造业、智慧城市建设、电子商务领域、房地产业以及去中心化金融行业等方面。特别是在虚拟世界中，这些应用方法受到了更多的关注。

我们介绍了几个有趣的元宇宙项目，它们应用人工智能来增强沉浸式体验和开发面向用户的服务。此外，还对未来元宇宙人工智能的研究方向进行了讨论。

AI技术与元宇宙：技术

本部分研究了基于人工智能的六个技术方面的最新技术:自然语言处理、机器视觉、区块链、网络、DTs和神经接口; 图4所示的AI在元宇宙的作用。因此，元宇宙中的用户体验得到了显著增强，虚拟世界和现实世界之间几乎没有边界。