元宇宙與智慧城市的未來

姜春雷

（吉林建筑大學(xué)）

1 引言

元宇宙最早在1992年由美國作家尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在他的一部科幻小說《雪崩》（Snow Crash）中首次提出[1]。在這部小說中，斯蒂芬森提出一種同現(xiàn)實(shí)世界平行的虛擬實(shí)境（Meta-Verse），即對應(yīng)于物理世界的虛擬環(huán)境，現(xiàn)實(shí)世界的人們可以進(jìn)入這個(gè)MetaVerse工作、生活、游戲、交友等，現(xiàn)實(shí)生活中可以做的事，人們都可以在Meta-Verse中做?，F(xiàn)在，MetaVerse被統(tǒng)一翻譯為“元宇宙”。

元宇宙是繼人工智能后，科技領(lǐng)域技術(shù)積累的又一次大爆發(fā)，其中不但蘊(yùn)含著巨大的商機(jī)，同時(shí)也意味著人們生活方式和企業(yè)運(yùn)作模式的又一次變革，這一變革可能超過互聯(lián)網(wǎng)給人類帶來的影響[2]。2021年被稱為元宇宙元年，但僅僅一年，F(xiàn)acebook、微軟、字節(jié)跳動(dòng)、騰訊、華為等國際知名高科技公司紛紛進(jìn)軍元宇宙。根據(jù)元宇宙研究院的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，截至2021年11月上旬，我國已經(jīng)有663家元宇宙企業(yè)。元宇宙火爆的根源在于它給人們帶來了無限的想象空間，智慧城市建設(shè)的熱潮方興未艾，元宇宙概念的爆發(fā)必將給智慧城市注入新的活力，開啟智慧城市更多應(yīng)用場景，推動(dòng)智慧城市繼續(xù)向前演進(jìn)。

元宇宙是一個(gè)全新概念，它同智慧城市結(jié)合后的發(fā)展方向還存在著太多的未知和不確定。但有一點(diǎn)毫無疑問，智慧城市同元宇宙的結(jié)合是種必然的趨勢。本文梳理了智慧城市的發(fā)展歷程，對智慧城市在向一下代演進(jìn)過程中涉及的問題及未來的應(yīng)用場景作以探討，同時(shí)，也展望了元智慧城市的未來技術(shù)。

2 智慧城市的發(fā)展歷程

當(dāng)前的智慧城市根據(jù)其發(fā)展程度可分為四個(gè)階段，在未來將進(jìn)入第五階段，為了避免同MetaCity（大城市）意思不一致而引起的名稱混亂，本文謹(jǐn)慎地提出MetaSmartCity(元智慧城市)命名這一階段。

智慧城市1.0：這一階段的建設(shè)重點(diǎn)是城市的數(shù)字化。

智慧城市2.0：這一階段的特點(diǎn)是“萬物互聯(lián)”。

智慧城市3.0：這一階段的特點(diǎn)是“智能化”和“大數(shù)據(jù)”賦能。

智慧城市4.0：這一階段的特點(diǎn)是智慧化。

智慧城市5.0：智慧城市與元宇宙結(jié)合，虛擬空間帶給人們更多的可能并賦能物理世界發(fā)展。

3 智慧城市向元智慧城市演進(jìn)過程中涉及的問題

3.1 元宇宙的技術(shù)棧

元宇宙不是一種技術(shù)，它是多種應(yīng)用場景的一個(gè)抽象，它的實(shí)現(xiàn)依賴于多種技術(shù)的支撐。主要的技術(shù)有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、混合現(xiàn)實(shí)（MR）、3D打印、Web3.0、人工智能、區(qū)塊鏈、通信技術(shù)等。其中，AR、VR和MR也統(tǒng)稱為擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(Extended Reality，簡稱XR)。伴隨著上述技術(shù)的逐步成熟，元宇宙也正在一步步從概念走向現(xiàn)實(shí)[3]。

AR是一種虛實(shí)結(jié)合的技術(shù)，在當(dāng)前已有初步應(yīng)用，例如將虛擬的菜品擺在真實(shí)的桌子上，供餐廳的客人點(diǎn)餐。在元智慧城市中，人們不僅需要現(xiàn)有的物理實(shí)體同虛擬物品或場景結(jié)合，還會(huì)有創(chuàng)造新的物理實(shí)體同虛擬物品或場景結(jié)合的需要，3D打印能夠?yàn)檫@種需求提供支持。VR技術(shù)將進(jìn)一步得到改進(jìn)，解決當(dāng)前困擾人們的使用不適感。

元宇宙作為一個(gè)同物理世界平行的虛擬空間，它必然擁有大部分同現(xiàn)實(shí)世界物理實(shí)體對應(yīng)的虛擬實(shí)體[4]。眾所周知，虛擬物品的制造同物理世界中物品的生產(chǎn)是完全不同的。在虛擬世界中，這些物品的生產(chǎn)只需要計(jì)算資源，不像物理世界中需要大量的原材料、復(fù)雜的生產(chǎn)工藝和大量的資本等。正是這些特點(diǎn)使得物品可以被近似無限地生產(chǎn)出來，如此一來，元宇宙必然陷入秩序混亂。這種情景可以類比我們在物理世界中每個(gè)人都可以隨便印制鈔票。為了避免上述混亂局面，區(qū)塊鏈將擔(dān)負(fù)起維護(hù)元智慧城市秩序的重任，維護(hù)可信的資產(chǎn)價(jià)值和身份認(rèn)證等。

元宇宙城市是一個(gè)互聯(lián)互通的空間，未來元宇宙城市中的互聯(lián)互通比當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)還要高效。然而，元宇宙中的網(wǎng)絡(luò)依賴于物理世界的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，元宇宙同物理世界的溝通也要依賴于物理世界的網(wǎng)絡(luò)。我國5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)都已經(jīng)走在了世界領(lǐng)先的地位，這為元宇宙城市的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，但5G技術(shù)僅能支持元宇宙的起步，在元宇宙的后續(xù)發(fā)展階段，對網(wǎng)絡(luò)的要求將有本質(zhì)的提高。6G(第六代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn))到目前為止仍是一個(gè)處于開發(fā)階段的概念性通信技術(shù)，我國工信部發(fā)布的《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》已提出要超前布局6G技術(shù)。美國SpaceX公司已經(jīng)向太空發(fā)射了超過1740顆通信衛(wèi)星用于編織“星鏈”，為未來的6G做準(zhǔn)備，“星鏈”的最終目標(biāo)將達(dá)到4.2萬顆；而亞馬遜公司組建的Kuiper衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)更是達(dá)到3236顆通信衛(wèi)星（均截至2021年11月9日），并再次申請發(fā)射4538顆衛(wèi)星。面對美國這種激進(jìn)策略，我國除了高效推進(jìn)基礎(chǔ)理論突破，爭取更多的6G標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)外，也必須加快技術(shù)驗(yàn)證，根據(jù)國際電信聯(lián)盟規(guī)定的“先登先占”原則占據(jù)優(yōu)勢衛(wèi)星通信頻率和軌道。

3.2 元智慧城市的關(guān)鍵

物理世界與元宇宙城市的交互是元智慧城市運(yùn)行的關(guān)鍵。當(dāng)前技術(shù)中，能夠勝任如此重任的只有Web3.0，嚴(yán)格來講，Web3.0不是單一的一種技術(shù)，它是若干技術(shù)的組合。至今，Web3.0還沒有一個(gè)公認(rèn)的定義，但一般認(rèn)為它至少具有以下幾點(diǎn)特征：①廣泛的智能設(shè)備和用戶參與到網(wǎng)絡(luò)中，物理世界中的絕大多數(shù)設(shè)備都將具備采集信息能力，并成為“萬物互聯(lián)”網(wǎng)絡(luò)中的一員，能夠?qū)?shù)據(jù)傳送至元智慧，用于構(gòu)筑虛擬城市，同時(shí)，Web3.0也有能力將元宇宙中的數(shù)據(jù)傳給物理世界；②更加智能，依賴于元智慧城市中的智慧大腦，基于物理世界傳來的數(shù)據(jù)，兩個(gè)平行世界將在不斷交互中互相影響，共同演進(jìn)；③Web3.0將成為可信的去中心化網(wǎng)絡(luò)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)，Web3.0能夠維護(hù)用戶身份和數(shù)據(jù)的可靠性及安全。Web3.0將使用ⅠPFS（ⅠnterPlanetary File System）代替現(xiàn)有的HTTP協(xié)議，從而達(dá)到去中心化的目的。

3.3 建設(shè)元智慧城市的突破口

當(dāng)前，元宇宙的熱點(diǎn)仍集中在GameFi(Game+DeFi，DeFi指建立在區(qū)塊鏈上的金融軟件)，GameFi讓游戲者不但能在元宇宙中體驗(yàn)虛擬游戲的樂趣，還可以在游戲過程中賺到錢[5]。元宇宙最早被公眾關(guān)注也是緣于沙盒游戲平臺Roblox首次將“元宇宙”寫進(jìn)招股書后，在紐交所上市首日市值就突破400億美元。元宇宙游戲引發(fā)資本、高科技公司、公眾，甚至各國政府的高度關(guān)注，其后必將促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的爆發(fā)性突破，GameFi作為元宇宙的一個(gè)窗口，通過它的發(fā)展我們得以窺見元宇宙奧秘，跟蹤元宇宙的發(fā)展，并借鑒到智慧城市建設(shè)中，推動(dòng)完善元智慧城市的持續(xù)發(fā)展。

4 元宇宙城市的應(yīng)用場景

當(dāng)前，游戲搶占了元宇宙的最主要應(yīng)用場景，相關(guān)介紹較多，本文不再贅述，而是針對其在智慧城市中可能應(yīng)用場景作以暢想。下述應(yīng)用場景當(dāng)然不是全部，甚至不是最主要的、最具有代表性的，這是因?yàn)樵钪嫱腔鄢鞘心壳斑€在各自的賽道上獨(dú)立發(fā)展和演進(jìn)，未來的方向尚不能完全確定，但二者的結(jié)合一直到融合是必然的。本文的預(yù)測也僅是為二者融合給出一個(gè)想象空間。

4.1 城市規(guī)劃

在智慧城市5.0階段，城市的規(guī)劃將首先在元智慧城市中進(jìn)行，規(guī)劃師能夠在元智慧城市中對其評估，元智慧城市中的人能夠?qū)ζ湓u價(jià)，經(jīng)過不斷的改進(jìn)完善后，規(guī)劃項(xiàng)目才能在物理城市中實(shí)施。

4.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展

元智慧城市同物理世界并非完全一一對應(yīng)，元智慧城市中的商品同樣具有巨大的想象空間，這些虛擬商品在一定程度上不但能替代物理世界中的商品，它的功能性甚至超出物理世界中的商品，由此導(dǎo)致元宇宙經(jīng)濟(jì)的誕生，到時(shí)，經(jīng)濟(jì)的總量將不再只有物理世界的數(shù)量，還要加上元宇宙經(jīng)濟(jì)的規(guī)模。而且，物理世界的污染、碳排放也會(huì)因?yàn)樵钪娴牟糠痔娲谝欢ǔ潭壬蠝p輕。

4.3 元智慧城市運(yùn)行

元智慧城市作為物理世界的映射，具有模擬城市運(yùn)行的功能。針對特定目標(biāo)，對城市生產(chǎn)、管理、應(yīng)急救援、應(yīng)急疏散等問題預(yù)先在智慧城市中模擬運(yùn)行，讓人們能夠預(yù)知事態(tài)發(fā)展，從而作出科學(xué)決策。同物理世界平行運(yùn)行的這個(gè)虛擬空間，在一定程度上也是一個(gè)物理世界的一個(gè)鏡像，我們在現(xiàn)實(shí)世界中不能感知、捕獲的問題，在虛擬世界更容易被發(fā)現(xiàn)，從而得到預(yù)警。

4.4 其他可能

物理世界中的生產(chǎn)和教育將部分轉(zhuǎn)入元智慧城市。元智慧城市也將減少人們的出行，很多工作在家就能夠完成，由此，交通也將得到改善，水、電、燃?xì)獾鹊氖褂靡沧兊酶尤菀最A(yù)測。元智慧城市不僅是對現(xiàn)實(shí)世界物理實(shí)體的映射，現(xiàn)實(shí)世界的知識、文化同樣也會(huì)在元智慧城市中體現(xiàn)，而且元智慧城市還能創(chuàng)造新的知識和文化?？傊?，元智慧城市將會(huì)為人類帶來全新的生活方式和前所未有的體驗(yàn)。

5 元智慧城市未來技術(shù)展望

元智慧城市具有無限的發(fā)展?jié)撃?，但也依賴于未來技術(shù)的支撐。當(dāng)前具有前景的未來技術(shù)包括：1.計(jì)算平臺，例如量子計(jì)算、生物計(jì)算等為元宇宙的不斷發(fā)展提供算力支持；2.腦機(jī)接口，腦機(jī)接口技術(shù)的成熟不僅意味著大腦同機(jī)器的連接，也意味著機(jī)器能夠讀取、理解甚至存儲(chǔ)大腦的信息，其意義不言而喻。

6 結(jié)語

元宇宙至今仍處于概念階段，但大量高科技企業(yè)已經(jīng)斥巨資研發(fā)以作技術(shù)準(zhǔn)備。發(fā)展元智慧城市不是脫實(shí)向虛，相反，發(fā)展元智慧城市是為了更好的賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)，彌補(bǔ)物理世界的不足。元宇宙想象空間無限，同智慧城市融合，前景可期。