元宇宙操作系统之构想

元宇宙操作系统之构想

近日应邀在ACIML(智能制造万里行)主办的世界元宇宙大会、元宇宙顶层规划与设计论坛,做了一场名为《元宇宙操作系统之构想》的在线演讲。今天准备把其中的一些关键信息分享在公众号中。当我们大家打开电脑,首先运行的软件是什么?电脑的操作系统,当我们打开手机,首先运行的软件是什么?手机的操作系统。那我们进入到元宇宙,首先运行的软件是什么?也应该是元宇宙的操作系统。如果我们把元宇宙的后台想象成一台特别复杂的、超大型的计算机,当然这台虚拟的超级计算机可能包含一个非常复杂的计算机网络。那么这台超级计算机的操作系统应该具有哪些能力?应该长成什么样子的?举个例子来说,如果一个功能非常重要,经常使用,我们并不希望开机以后,需要做非常复杂的配置和操作之后,才能使用这项功能,我们希望操作系统里面含有这个程序,一打开电脑就进入到这个环境。对于元宇宙来说,也是一样。我们不希望戴上VR眼镜(或者其它的元宇宙终端设备)之后,还要进行一系列的复杂操作才能进入到元宇宙,那样太不方便了。我们当然希望一带上设备,元宇宙的终端设备,马上就进入到元宇宙的环境里面。

首先到底什么是元宇宙?仁者见仁,智者见智。莎士比亚说过,“一千个观众眼中有一千个哈姆雷特”。同样的,1000个人心目中就有1000个元宇宙的样子。不会完全相同,但共识的部分通常是,元宇宙在虚拟世界的元宇宙,在数字空间里面建立了一个虚拟的世界,我们通过一个化身进入到元宇宙。我们在现实生活中能做什么,我们在元宇宙里面就能做什么,而且我们在元宇宙里面能做的事情与真实世界相比,做事做起来更容易,而且能做的更多。比如你在真实世界里面工作和学习。在元宇宙里面也可以工作和学习,在真实世界里面,可以聚集在一起开会,在元宇宙里面也能聚在一起开会。在真实世界里面聚在一起开会,每个人都需要着装、出行,而在元宇宙里面,瞬间就聚在一起,省略了复杂的准备过程。

接下来我想给大家分享的话题是元宇宙里面的两个更美好。首先我们创造元宇宙的目的是想创造一个更美好的世界。也可能是因为现实世界很无趣,也可能是因为现实世界里面有战争、有贫穷、有饥饿、有疫情,如果我们创造一个虚拟的元宇宙的世界,我们肯定希望一个更美好的世界。要不然呢?难道我们要创造一个更更糟糕的世界,到里面去生活?因此我们可以说,我们创造的元宇宙,我们创造的另外一个世界,一定是比当前世界更美好的一个世界。第二个更美好,就是我们希望能够通过元宇宙,让真实世界变得更美好。因为在元宇宙里面我们可以去进行各种尝试。比如我们造一台汽车,看看汽车在元宇宙里面跑的好不好。我们可以造出来各种各样的汽车在元宇宙里面跑,把最好的那个生产出来。当然也包括造房子,在元宇宙里面我们可以一遍一遍的造房子,看看哪个最漂亮、最舒适,然后在真实世界里面去建造这个房子。我们也可以在元宇宙里面去规划城市,当我们能够规划做出最环保、最安全、最舒适、出行最便捷的城市,我们在真实世界里面再去实现它。在元宇宙里面我们可以实现各种可能性,甚至可以搞各种各样的破坏,在现实世界里面就不需要去失败了,你就去元宇宙造吧。我们最终的目标是要建设一个更美好的家园,更美好的宇宙。

有人说2021年是元宇宙元年,也有人把科幻作家尼尔·斯蒂芬森发表科幻小说《雪崩》的时间,作为元宇宙开始的时间。我不这么认为。元宇宙是一个一直在动态演化的虚拟世界,从开始有了计算机,我们就开始创建了一个有别于真实世界的数字世界,或者叫比特世界。直到今天这个元宇宙也没有完善,还在持续不断的迭代、升级和完善,我们始终在路上。理想的元宇宙,现在的技术还差太远。我们人类一直生活在物质世界中,直到上个世纪中叶发明了计算机以后,才有了数字世界。元宇宙是一个进行时,从开始有计算机,元宇宙的进程就开始了,我们一直在为元宇宙的构建增砖添瓦。元宇宙又是一个未来时,元宇宙是一个理想,遥远的理想。为什么元宇宙的概念这么火?某种程度上来讲,元宇宙是一个筐,什么都能装。因为我们人类拥有的一切、我们发展的一切技术,都属于我们所在的宇宙。我们创建的元宇宙是一个更美好的宇宙,我们人类发展的各种技术手段,都面临着将要走向下一个阶段。从计算机技术来说,从最早的电子管时代到后来的晶体管时代,再到集成电路时代,超大规模集成电路时代,下一个阶段是什么?我们的电脑从主机时代进入个人电脑的时代,之后进入互联网的时代,再进入移动互联网的时代,下一个阶段是什么?虚拟现实技术从VRARMRXR,下一个时代是什么?

社交1.0、社交2.0、社交3.0,从开放社交时代,私密社交时代到陌生人社交时代,下一个时代是什么?Web 1.0Web2.0Web3.0,从“只读”的信息展示平台、“互动”的内容生产网络到“去中心”的个性化环境,下一个时代是什么?人工智能1.02.03.04.0,从专家系统到知识图谱,从机器学习、深度学习到生成式对抗网络,下一个阶段是什么?从工业1.0机械化时代、工业2.0电气化时代、工业3.0自动化时代、到工业4.0智能化时代,下一个时代是什么?所有这些技术的发展到今天都进入到一个发展瓶颈,它们齐头并进,都扎向了元宇宙。有一次跟朋友聊天聊到元宇宙,我说如果每一项技术是一个烤串儿,元宇宙就是各种不同种类的烤串的盛宴。

我们如何去创造一个元宇宙?要回答这个问题,首先要思考的是我们人类是怎样认识世界和改造世界的。我们人类认识世界和改造世界的方式大体上分为三种。直接体验、借助工具和虚拟模型。

第一种是靠我们的感官直接体验。凭借我们的视觉、触觉、嗅觉、味觉和听觉,直接感受这个世界,我们感受声音的大小,感受光线的明暗和色彩,感受物体的温度和软硬程度,感受食物的气味和味道。实际上人的感觉可能不止5种,有人会说有第六感,也有的科学家把人的感觉分成50多种。我们除了直接的感官体验,还有情绪,我们会开心,我们会悲伤,我们会有爱与恨。人类到底有多少种情绪呢?达尔文曾经写过一篇文章,论述人类和动物的情绪,总结了34种。我们不仅仅靠自身去认识这个世界,人类还组成群体,共同认识和改造这个世界。我们分享,我们学习,所有这一切就是我们人类对真实世界的体验,如果我们去创造一个元宇宙,元宇宙里面一定也要提供这些体验。我们可以把这部分称为体验元宇宙。我们第二种认识世界的方式,是借助于工具。《荀子·劝学》上说,君子生非异也,善假于物也。人类发明了各种各样的测量工具,去更精准的认识现实世界。我们发明了尺子,去测量物体的长度;我们发明了温度计,去测量物体的温度。提一个有趣的问题,元宇宙里面的桌子,它的表面有温度吗?应该是有温度的。我们通过测量,获得了真实世界每一种东西的各种量度的数据。所有这些数据集合在一起,构建了数据世界。我们构建的元宇宙包含的各种具有量度的这些数据,也成为元宇宙里面的子集。我们称之为数据元宇宙。我们认识事物的第三种手段,是建立事物的虚拟模型进行研究。当然在虚拟模型的基础上,还会包含更丰富的信息。最简单的虚拟模型就是三维的几何模型。它描绘了一个产品由哪些部分组成,每一部分长成什么样子?我们还可以引入材质贴图、光线,在虚拟世界里面定义整体产品的外观。为了让产品更加真实,我们还希望给虚拟模型附加更多的知识,使虚拟世界的事物表现的更逼真。我们在虚拟世界里面,在几何模型的基础上,建立多学科的多专业的模型。赋予模型更多的属性,力热声光电,我们甚至在虚拟的世界里面建立更复杂的系统。只有做到这些,在真实世界里面,我们开一个车,如果发生撞车会有什么样的表现,在虚拟的世界里面,发生撞车的时候也会有同样的表现。只有做到这些,我们构建的元宇宙才更加真实。我们在虚拟世界里面打造的元宇宙,也可以称之为虚拟元宇宙。

在个人电脑的时代,我们有微软的Windows操作系统、苹果的Macintosh操作系统、开放的Linux操作系统。在移动互联网时代,我们有安卓Android、苹果iOS、华为鸿蒙这些操作系统。元宇宙的操作系统应该长成什么样子?我们构建的元宇宙非常之庞大。它的底层架构一定是基于云端的。应该有提供基础设施及服务的IaaS层,用于连接硬件、存储、芯片,网络上的各种计算资源、存储资源、电源、计算通信单元、各种元宇宙终端、网络数据库等等。在IaaS层之上,应该有平台及服务层PaaS。在PaaS层提供各种社区分享、数据架构、工作协同、基础算法等。最上面的是软件及服务层SaaS,比如手机里面的各种应用程序。

达索系统在过去40年里面一直在做同一件事情,就是在打造虚拟孪生体验。从80年代初公司成立,开始打造所见即所得的三维几何孪生体验,从上个世纪90年代初与波音公司合力打造波音777的数字样机,开启了多学科多专业的虚拟孪生时代。到上个世纪末,达索系统提出三维全生命周期的概念,打造产品全生命周期的虚拟孪生体验。2012年达索系统推出三维体验平台,不仅仅是产品本身的虚拟孪生,而是进一步扩展到从宏观到微观的体验环境,创造各种体验场景,让人们在虚拟世界里面体验产品。在2020年又提出来人体的虚拟孪生体验的概念。从物质世界到生命世界。我们打造的元宇宙里面不仅仅要有道路和建筑,各种产品,还会有人和动物,还会有各种生命形式。虚拟孪生体验是元宇宙的基石。

在元宇宙的操作系统里面,应该支持建立几何元宇宙。在现实世界里面,我们有天上飞的飞机,地上跑的汽车和火车,海上飘的轮船,我们有各种工程机械和各种消费品。在几何元宇宙里面,我们要能够创建所有这些产品的三维模型。

我们真实的宇宙是由星球、国家、城市、基础设施、工厂、产品、材料、分子和原子组成的。在几何元宇宙里面,应该支持从元原子到元宇宙的各个级别的尺度规模,而且是平滑过渡的。在元宇宙里面,也应该是由元星球、元国家、元城市、元基础设施、元工厂、元产品、元材料、元分子、元原子组成。

在几何元宇宙里面我们创建的每一种产品和体验场景,都可以借助于元宇宙的各类设备,一键输出,很快就沉浸到几何元宇宙里面。

为了让元宇宙更接近于真实宇宙,我们在真实宇宙里面发生的各种物理现象和化学反应,都应该在元宇宙里面同样发生。元宇宙应该是多学科多专业的元宇宙。

一辆汽车在真实世界的道路上跑,空气是怎么流动的,元宇宙里面也会呈现同样的表现,真实世界里面车被撞会怎么样,在元宇宙里面也会有同样的表现。在真实的世界里面,我们有复杂的系统,在元宇宙里面,也应该有复杂的系统。

科学家们在真实世界里面建造了各种基础科学的设施进行研究,在元宇宙里面,科学家们也可以建立基础科学设施来进行研究。

在真实世界里面,所有的产品都是经历设计、仿真和制造的全生命周期的各个阶段,才生产出来,在元宇宙里面,也应该有产品全生命周期里面的各个过程。

我们在真实世界的城市里面生活,我们在真实世界里面去火星探索,在元宇宙的世界里面也会有相应的元城市和元星球。我们也可以在元城市里面生活,去元火星探索,在元火星上建立元火星基地。

我们甚至可以在元宇宙里面执行逼真的模拟仿真,来确保自动驾驶解决方案的开发速度和安全性。我们让自动驾驶的汽车在元宇宙的城市里面的道路上进行自动驾驶,去验证各种光照条件、道路状况、各种湿度和温度、各种天气的情况下,是否安全。

元宇宙里面包含了更多的可能性,肯定要比现实世界更为复杂。当我们构建元宇宙里面的组成元素时,由于元宇宙实在是庞大,里面的内容,或者由专业人士制作,称之为PGC,或者由用户来提供内容,称之为UGC,但仅仅靠UGCPGC,肯定无法完成元宇宙中的庞大内容,最后还是要依赖于人工智能制作各种元宇宙内容,称之为AGCAutomatically Generated ContentAI Generated Content )。人工智能通过机器学习和语义分析掌握零件规格,根据零件规格和功能要求自动完成零件设计。更进一步,人工智能通过机器学习掌握产品设计知识,根据人类体验和个性化需求,自动完成产品设计。人工智能甚至可以学习现有人类各种市面上已经存在的产品,来创造出元宇宙里面的相应的产品,甚至创造出更多种可能。

AGC不仅仅自动生成元宇宙里面人们所使用的产品,也包括自动生成元宇宙里面的建筑,各种基础设施,以及元宇宙里面的城市规划。

我们在元宇宙里面构造人类体验,构造各种感官体验,甚至构造情绪。California大学的科学家们认为,人类有27种基本情绪,情感心理学家Paul Ekman认为人有54种情绪。每种情绪还有不同的级别。比如开心的程度也可能不一样,伤心的程度可能也不一样。有的心理学家把情绪分成10个等级。当然或许有人问,在元宇宙里面,人们有开心的情绪吗?是现实的人类带过去的,还是人类在元宇宙里面表达的?我们是不是也能够看到其他人的情绪表达?在元宇宙里面我们能够品尝味道吗?或者换句话说,在元宇宙里面,我们可以吃东西吗?在元宇宙里面我们被击中也会产生疼痛的感觉吗?

如果我们要把人类的感觉和情感都带入到元宇宙,就需要在元宇宙里面构造复杂的人体,在元宇宙里面构建的虚拟人不仅仅是外观,我们要破解人类的思维之谜,破解大脑电信号和思维的关系。从本源上探索人类思维的秘密,让元宇宙里面的NPC能够思考,成为具有数字化灵魂的元宇宙土著居民。

我们在真实的宇宙里面生活,我们也能够在元宇宙里面生活,包括工作、娱乐、运动和旅行。只有这些都做到了,我们才能够真正体验在元宇宙里面生存。我们似乎在探索一个有趣的主题。有哪些是在元宇宙里面可以做的,哪些是在元宇宙里面不能做的?用户在元宇宙里面上线的时长是多少?我们必要的生命活动,吃喝拉撒,是必须在真实宇宙里面,还是也可以移植到元宇宙?可能有多种形式。第一种是间歇性参与元宇宙,上线以分身Avatar的形式进入元宇宙,下线你的Avatar就在元宇宙中消失。第二种设定是你需要一个代理的虚拟机器人,当你在元宇宙里面的时候,你的Avatar就完全受你控制,等你下线的时候,你的Avatar自主运行,该干嘛干嘛。元宇宙能解决全球气候变暖、生物多样性减少吗?有希望。我们当然可以在元宇宙的虚拟世界里面,去尝试各种生活方式,消除让人类走向毁灭的各种风险。

用新能源取代化石能源,能否降低碳排放?在元宇宙里面试试。采用循环材料、实践循环经济,能否阻止全球气候变暖?在元宇宙里面试试。除了减排和零排,负排放的技术可不可行?碳捕获技术和碳封存怎样才最有效?在元宇宙里面试试就知道。接下来再谈一谈元宇宙里面的交易。我们不谈NFT和元宇宙里面的名画,咱们就来谈一谈元宇宙里面的产品设计。

对于一个设计师来说,他的理想状态是什么呢?假如他要设计一辆汽车,汽车是由很多零件组成的,如果元宇宙中有零件,能不能直接拿过来用,就不需要设计了?如果在元宇宙里面找不到,新零件能否自动设计,在元宇宙中下单通过增材制造打印出来?艺术品可以成为元宇宙的商品进行交易,模型应该也可以。甚至我们的创意,都可以成为商品进行交易。接下来再谈谈元宇宙的运行。从元宇宙的构建到元宇宙的运行,需要很多底层技术的支撑,包括统一的用户界面、统一的数据源、统一的数据模型、统一的管理。

元宇宙的一体化运行平台才能实现。要具备数字货币和数字交易、工作场所自动化、在线购物、社交媒体、虚拟人、自然语言处理、基础设施、设备独立性等运行特征。

最后总结一下,作为元宇宙的操作系统,必须要具备基于云端的IaaSPaaSSaaS技术底座,必须要包含从微观到宏观、多学科、多内容生成方式的元宇宙构建,必须要支持各行各业的元宇宙运行。
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