2023工业元宇宙白皮书.docx

工业元宇宙白皮书2023 年 3 月目录一、 工业元宇宙概述 1（一） 元宇宙基本内涵 1（二） 工业元宇宙基本内涵 9二、 工业元宇宙可能引发的变革 10（一） 时空交融的平台化设计 11（二） 虚实结合的智能化制造 11（三） 沉浸体验的个性化定制 12（四） 全局可视的网络化协同 13（五） 虚实共生的服务化延伸 13（六） 全息洞察的数字化管理 14三、 工业元宇宙概念框架和发展阶段 15（一） 概念框架 15（二） 发展阶段 19四、 工业元宇宙支撑体系 20（一） 总体视图 20（二） 基础设施 22（三） 交互与应用 26（四） 其他支撑 27五、 工业元宇宙推进建议 27（一） 引导应用创新探索 27（二） 加快关键技术创新 28（三） 培育关键产品和产业链 28（四） 加强基础设施建设 28（五） 探索监管机制 29六、 发展展望 29一、工业元宇宙概述（一）元宇宙基本内涵元宇宙目前尚无完全统一定义，通常来说元宇宙是指 利用科技手段创造的与现实世界映射交互的虚拟世界，在 此基础上形成具备新型社会经济体系的数字生活空间综 合元宇宙相关定义，可以将元宇宙看作是基于多种信息技 术有机结合， 沉浸式、自主化、虚实融合的数字网络空间，是基于互联网平台价值重构，身份资产化、内容价值 化、开放互通的虚拟经济体系，是基于现实世界社会活动 与人际关系时空深度延伸的新型网络社会。

元宇宙利用扩 展现实、区块链、人工智能、数字孪生等技术实现对现实 世界的数字拓展，完成对现实世界的空间延伸、时间延伸 和价值延伸元宇宙概念示意如图 1 所示图 1 元宇宙概念示意201. 元宇宙概况通常认为元宇宙概念来源于 1992 年科幻作品《雪崩》中提到的“Metaverse”2021 年是元宇宙元年，3 月份随着元宇宙概念第一股 Roblox 上市，元宇宙开始进入公众视野，国外脸书、微软、英伟达等科技公司纷纷布局相关领 域，国内腾讯、字节跳动、百度等公司也紧随其后，10 月份，脸书正式改名为 Meta 彻底拥抱元宇宙，使得全球范围内掀起了关注元宇宙发展的热潮自此以后，世界各国开 始在扩展现实、人工智能等元宇宙重要的领域开展了布 局，政策和产业发展策略等方面也有所倾斜1） 主要政策韩国重点关 注元宇宙城市、虚拟数字人、扩展现实等方向，且给予资 金支持，2021 年 5 月，韩国科学技术信息通信部发起成立包括现代、SK 集团等 200 多家韩国本土企业和机构的“元宇宙联盟”，专注元宇宙探索法国在数字资产、扩展现 实等方向积极展开探索，于西部卢瓦尔河大区成立了配备 虚拟实现工业中心的智能工厂创新科研中心，拟通过虚拟 现实技术，开展新型工厂设计、新机器监测、人体工学研 究以及员工虚拟培训等研究。

在产业发展上， 2021 年 7 月，韩国公布《数字新政 2.0》，推出数字内容产业培育支援计划，共投资 2024 亿韩元，其中投资扩展现实内容开发、数字内容开发和扩展现实产业基础共计 760 亿韩元2021 年 11 月 3 日，首尔市长提出首尔愿景 2030 计划，计划投资 30 亿韩元建设元宇宙首尔，涵盖包括经济、教育、旅游、通信、城市、行政、和基础设施 7 个领域韩国产业界对元宇宙关注度极高，主要侧重于元宇宙平台、虚拟 人、VR 等方面，并初步形成了游戏、虚拟偶像、虚拟世界等领域应用2021 年 7 月，日本经济产业省发布了《关于虚拟空间行业未来可能性与课题的调查报告》， 报告认为，政府应着重防范和解决“虚拟空间”的法律问题，并 对跨国、跨平台业务法律适用条款加以完善，政府应与业 内人士制定行业标准和指导方针， 并向全球输出此类规范2021 年 12 月，日本成立元宇宙的业界团体“一般社团法人日本元宇宙协会”，启动市场构建，力争使日本成为 元宇宙发达国家2022 年 4 月，日本成立面向应用推进研究和规则完善的“元宇宙推进协议会”在政策监管上， 2021 年 10 月，美国出台《政府对人工智能数据的所有权和监督法案》，要求对人工智能系统所涉及的数据，特别是 面部识别数据，进行监管。

2022 年 3 月 9 日，美国总统签署“关于确保数字资产负责任发展”的行政命令，要求各 部门通力合作，就数字资产展开相关研究2022 年 4 月和7 月，欧盟分别通过了《数字服务法》和《数字市场法》，重点关注网络平台内容安全、保护、个人隐私安全以及恶 性竞争等关键问题国内，元宇宙产业也获得了广泛的重点关注提出要“理性看待元宇宙带来的新一轮技术 革命和对社会的影响，不低估 5-10 年的机会，也不高估 1-2 年的演进变化”2022 年 1 月，工信部召开中小企业发展情况发布会，提出要注重培育一批深耕专业领域工业互联 网、工业软件、网络与数据安全、智能传感器等方面的 “小巨人”企业，培育一批进军元宇宙、区块链、人工智 能等新兴领域的创新型中小企业此外，工信部工业文化 发展中心于 2022 年 10 月发布的《工业元宇宙三年行动计划（2022-2025 年）》，以及工信部、教育部等五部委 2022年 11 月联合发布的《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026 年）》，着重突出了对元宇宙产业发展的重视目前，我国已有 24 省市相继发布元宇宙方面的产业发展规划或方案，涉及产业发展、人才引进、税收支持等 方面。

2） 发展情况当前，元宇宙整体还处在探索期，相关技术、产品、 平台和应用还需要进一步整合和发展，但关键领域产业布 局趋势已经逐渐明朗在硬件方面，扩展现实设备、算力芯片和网络基础设 施等已成为元宇宙产业关注重点其中，扩展现实设备已 经成为元宇宙最直接入场券，以美国为主的国外厂商占据 先发优势，市场占比较高2021 年第一季度脸书旗下的Oculus 出货量已占全球 VR/AR 头显出货量 75%，同比增长117%，行业呈现向头部集中的趋势以 GPU 为代表的算力正逐步向元宇宙计算核心发展，英伟达在该领域具有绝对 的话语权和主导权，在前四大云供应商亚马逊、谷歌、阿 里巴巴、Azure 中 97.4% 的 AI 加速器实例部署了英伟达GPU， 同时英伟达主导着人工智能算法训练市场， 全球Top500 超级计算机中近 70%使用了英伟达 GPU以网络为代表的基础设施成为保障沉浸式体验的关键，在传统无线 方式不能解决元宇宙终端设备需求的背景下，5G 和新的WIFI 标准不断出现，华为 5G 通信天罡基站和巴龙 5000 等都在向该方向发展在核心技术上，人工智能、区块链等成为了重要元宇宙的重要支撑其中，人工智能已经成为驱动元宇宙的内 在动力，美国围绕人工算法基础框架开展了大量的研究与 应用。

谷歌、脸书、亚马逊、微软等科技巨头纷纷布局基 础算法框架，开发了 TensorFlow、MXNet、CNTK、Caffe 等重要产品，其中谷歌所研发的 TensorFlow 已被大量人工智能项目采纳国内，作为最早“All in AI”的公司，百度在 AI 领域的积累深厚，基于百度大脑的 VR2.0 产业化平台为产业提供全栈式行业场景应用开发，并提供全链路元宇 宙内容生态和 AI 支撑下的元宇宙新业态区块链技术作为元宇宙数字身份和数字资产的支撑也获得了飞速发展据IDC 数据显示，我国区块链市场规模已达 4.68 亿美元，是全球的第二大区块链支出单体随着产业动能的释放，我 国区块链产业链条进一步完善，产业链上、中、下游持续 补充，形成了具备成熟度与完备性的全产业链链条，在数 字经济带动下，应用领域企业飙升，约占据我国区块链产 业链条 61.37%，同比增加 24.48%在应用方面，当前游戏和社交领域仍是元宇宙应用的 主要方向国外作为元宇宙的发起方，在应用方面积累了 大量的优质企业，产业发展优势明显我国科技企业在元 宇宙应用领域迅速跟进，以腾讯、字节跳动、华为、阿里 巴巴等为代表的巨头整合业务优势迅速布局，以米哈游、 莉莉丝等为代表的游戏企业升维游戏场景靠近虚拟世界， 游戏公司中青宝、宝通科技、汤姆猫等宣布开发元宇宙概 念游戏。

整体来看，得益于强大的基建能力及人口规模优 势，我国元宇宙科技企业在后端基建、人工智能、内容与 场景创新等方面的潜力巨大在国家整体层面，美国重视基础研发，尤其在底层架 构方面，整体领先水平较高中国掌握用户基数与社交基因优势，在后端基建和人工智能领域持续布局和发力日 本有丰富的 ACG （ 动画 Animation 、漫画 Comic 、游戏Game）产业基础，其应用已逐步由游戏向其他场景延展 韩国元宇宙由政府引领，应用场景主要由“偶像经济”驱 动，并在“虚拟数字人”上有一定技术领先2. 元宇宙主要特性元宇宙主要特点是帮助人们实现在虚拟世界的数字化 身，进而借助扩展现实等人机交互手段实现虚拟世界和现 实世界的融合从元宇宙数字化身的角度上看，元宇宙主 要具备时空融合性、多元共生性、价值融通性、自主多样 性四个主要特性时空融合性是指元宇宙不仅完成对现实 世界的数字拓展，更是在时间和空间上提供了多种发展的 可能，时间和空间高度统一，借助元宇宙，用户可发展多 个时间线，体验不同空间、不同场景下的生活，未来可能 性大大增加多元共生性是指元宇宙可将多重身份进行统 一，实现虚拟身份和现实身份的绑定，化身将成为元宇宙 身份的主要特点。

价值融通性是指元宇宙实现了现实世界 和数字世界的价值流转和融合，新型经济体系将会出现， 现实世界的重要数据会转变为重要的数字资产，在虚拟世 界中的数字化创造也可能转为现实财富自主多样性是指 元宇宙给予了用户充分的自主和自由，用户可自由掌握自 身身份信息的应用范围，选择自己想要置身的场景3. 元宇宙发展趋势元宇宙发展趋势可以从虚实融合、生态连通、人机交 互和信息交互四方面描述一是虚实融合性将不断加强 元宇宙是现实世界和数字世界的总和，从世界融合的角度 上看，元宇宙可能会经历独立发展、虚实结合和虚实相生 三个阶段在独立发展阶段，数字世界是现实世界的附 属，两者之间不存在太多的交互在虚实结合阶段，现实 世界与数字世界交互频繁，两者相互影响在虚实相生阶 段，数字世界与现实世界高度融合，数字世界在时间、空 间、经济等体量上逼近甚至超越现实世界，出现新的社会 形态二是应用覆盖范围不断扩大从应用发展趋势看， 元宇宙要经历自发阶段、领域互联阶段和全连接阶段在 初始阶段，一些相互独立的应用零散出现，然后应用开始 按照领域、应用目标等不断聚合，形成领域生态，最后实 现全面互联，形成元宇宙应用生态三是人机交互体验不 断提升。

从交互技术发展上看，元宇宙将推动现有文字、 视频等传统交互向以扩展现实为主的音视频沉浸式交互转 变，最终可能涵盖甚至超越人体五感的全方位沉浸式交 互，实现真正意义的元宇宙交互模式四是信息交互方式 向去中心化转变从信息交互理念上看，元宇宙将推动互 联网从信息只读的网-人交互、人-人交互向以智能化的人- 网交互为主的web3.0 迈进目前，元宇宙还在初期阶段：一是核心关键技术有待 进一步发展，如扩展现实的体验上尚未完全解决人机交互 的根本问题，沉浸式体验有待加强，人工智能技术仍旧停 留在模式识别阶段，元宇宙迫切需要的意识层面交互还尚 未实现，区块链技术也面临着性能、安全、去中心化“不 可能三角”问题二是基础设施能力与理想需求还存在很 大差距，元宇宙的发展对基础设施提供更高能力要求，以 算力为例，元宇宙的算力需求预测过千甚至超万 EFLOPS， 根据 IDC 统计，2。