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[目的/意义]系统综述与分析当前国内外的元宇宙研究现状#xff0c;有利于准确把握元宇宙发展方向#xff0c;强化元宇宙基础研究#xff0c;争取元宇宙建构权。[方法… 文章来源元宇宙的概念、技术、应用与影响——一项系统性文献综述 - 中国知网 (cnki.net) 摘要
[目的/意义]系统综述与分析当前国内外的元宇宙研究现状有利于准确把握元宇宙发展方向强化元宇宙基础研究争取元宇宙建构权。[方法/过程]运用PRISMA方法以Web of Science、ScienceDirect、SpringerLink、GoogleScholar、中国知网、万方和百度学术数据库中收集的262篇元宇宙主题论文为研究对象梳理并回答元宇宙的概念与主要特征、核心技术与架构、应用行业与实例以及潜在影响与实证证据4个研究问题。[结果/结论]结果表明①不同于传统认知元宇宙概念并非模糊不清而是紧紧围绕虚拟、沉浸、交融、社交和交互5个核心特征由个体层次向人类层次持续演变和发展②不同层次元宇宙共享一套技术架构核心技术高度一致且相互协同但整体技术成熟度不高③元宇宙的行业应用范围有限以第三产业行业为主第二和第一产业行业对元宇宙的认知与需求有待深化与扩展④元宇宙有政治、社会、经济、技术和文化价值观5种潜在影响类型积极影响明显多于消极影响但部分观点存在分歧尚缺少实证研究证明。此外讨论当前元宇宙研究的不足和未来可能的研究方向可以对进一步探索元宇宙及相关主题研究提供有益的参考与借鉴。
1.引言
后疫情时代全球数字化转型加快人类生产和生活方式发生重大变化[1]。自新冠疫情爆发传统接触式线下活动受限云课堂、在线文旅和数字孪生图书馆等无接触、沉浸式线上场景应用需求涌现网络化、智能化成为经济发展的新动能。加之全民数字素养与技能稳步提升数字化意识和习惯正在养成社会元素逐渐由实向虚人类正加速向虚拟世界迁移。
现实世界信息技术的发展推动着虚拟世界不断发展人类迈向元宇宙时代[2]。1990年至1996年钱学森先生就曾预见元宇宙这一历史变革并强调了“灵境Virtual Reality”技术对创造力提升、形象与灵感思维发展的巨大助力[3]。1992年美国作家N.Stephenson在其科幻小说Snow Crash中首次提出“元宇宙Metaverse”并构想了一个与现实平行且紧密联系的虚拟空间[4]。随着扩展现实和人工智能等新技术的发展与应用人们对元宇宙的想象在技术层面上逐渐得以实现世界各国企业和政府开始注意到其在数字产业升级、实体经济赋能和社会问题解决等方面的作用并积极采取行动以在时代浪潮中受益[5-10]。
鉴于近年来元宇宙的迅猛发展有必要探讨和评估其研究现状及未来应用价值以准确把握元宇宙发展方向强化元宇宙基础研究争取元宇宙建构权。尽管已有综述文章基于不同研究兴趣如技术分类[11]、概念传播[12]和可持续发展与责任建设[13]等对元宇宙研究进展进行过梳理但仍然可以发现一些不足①多数论文专注于研究单一领域的特定主题如医疗保健[14]、急诊医学[15]、伦理责任[16]等缺乏针对元宇宙的整体性评估②多数论文采用叙事性和评论性综述方法虽同样可对大量文献进行归纳与总结得出研究结论但通常较为主观定量分析不足且数据再现困难。为应对上述问题并为未来元宇宙及相关主题研究提供参考本研究对收录于Web of ScienceWoS、ScienceDirectSD、SpringerLinkSL、GoogleScholarGS、中国知网CNKI、万方WF和百度学术BS数据库的262篇元宇宙主题论文进行系统综述回顾与梳理了国内外元宇宙的最新研究进展以回答4个研究问题①元宇宙的概念及主要特征②元宇宙的核心技术及技术架构③元宇宙的应用行业及应用实例④元宇宙的潜在影响与实证证据
2.综述原则与方法
2.1. 综述原则
为使所有论文都能得到客观且一致的收集与分析本研究定义了3个指导系统性综述实施的基本原则以确保收集的论文符合研究目的①明确的排除和纳入标准。本研究制定了非中英文、基本信息缺失、无全文、完全不相关和不相关五类论文排除标准与相关和紧密相关两类论文纳入标准。②客观的评估策略。每篇论文的选择与数据的收集编码均由两名熟悉元宇宙基本知识的评估人员进行评估。若评估人员意见不一将通过讨论做出最终判断。③有证据的数据收集。对于主观判断数据如元宇宙概念论文原始文本作为
2.2. 系统性综述方法
系统性综述是一种利用预先设计的明确过程对文献进行全面评述的方法。其通常指向具体研究问题遵循文献纳入与排除、论文质量评估、证据分析与综合以及结果报告与总结等过程。与叙事性和评论性等传统综述方法相比该方法的文献识别、筛选、纳入和分析等过程明确且可重复不仅有利于控制和降低研究人员文献选择的偏倚综合观察结果为研究问题提供更可靠且准确的回答而且还能最大限度地保障知识创新的科学性与严谨性[17]。目前该方法已得到不同领域研究人员的广泛认可应用于医疗急诊[15]和国家安全[18]等多个新兴课题。
为客观、全面和准确地分析元宇宙研究进展本研究遵循PRISMAPreferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses[19]指导思想将元宇宙综述过程分为论文识别、论文筛选与评估、论文纳入和数据处理与编码4个阶段。论文识别阶段负责检索选定数据库中可能与元宇宙主题相关的所有论文论文筛选与评估阶段负责过滤并保留信息完整且与元宇宙主题明确相关的论文论文纳入阶段负责按相关程度将符合筛选与评估条件的论文分不同标准纳入数据处理与编码阶段负责对纳入的论文数据进行预处理与编码。如图1所示 图1 PRISMA不同阶段过程
Figure 1 Different stages of the PRISMA process
具体而言检索于2023年2月底进行共收集到5 464篇中文论文CNKI 2 577篇WF 1 628篇BS 1 250篇前向搜索4篇后向搜索5篇和2 039篇英文论文WoS 940篇SD 758篇SL 139篇GS 141篇前向搜索57篇后向搜索4篇。前向搜索指收集引用综述论文的其他论文后向搜索指收集综述论文引用的论文[20]。进一步分别以CNKI和WoS检索论文集为基准通过阅读标题、摘要、关键词和全文内容等按1.1节原则对7 503篇论文进行去重、筛选与评估最终收集到262篇有效论文中文152篇英文110篇论文总量符合系统性综述建议范围[21]。其中紧密相关论文131篇部分相关论文65篇背景支持论文66篇。
针对所获论文重点抽取、处理和编码基础数据如标题、作者、基金、期刊、元宇宙概念、元宇宙技术、技术成熟度、应用行业、产业类别、研究形式、行业应用实例以及行业影响等信息用于后续研究问题的探讨与分析。262篇收集论文的检索、筛选和纳入标准、数据抽取、数据处理、数据编码流程与结果详见开源GitHub仓库[22]。
3. 当前元宇宙研究进展
3.1. 描述性统计
本研究共收集到262篇期刊论文涵盖152种期刊中文92种英文60种核心期刊108种。其中《电子政务》7篇、《中国图书馆学报》6篇和《图书馆论坛》6篇是发文最多的中文期刊Sustainability9篇和IEEE Access8篇是发文最多的英文期刊。就研究形式而言有24篇综述或调查类论文93篇讨论类论文91篇理论解决方案类论文54篇实际解决方案类论文。
3.1.1. 研究主体
262篇收集论文中共发现710位作者中文292人英文418人其中38人发表过2篇及以上元宇宙主题的论文其余超74.6%的作者仅发表过1篇论文。369个不同机构中文120个英文249个参与了这些论文的撰写其中高校是元宇宙研究的主导机构315个其次是公司25个、研究中心21个和政府8个。
3.1.2. 地理分布
中国包括港澳台44篇、韩国31篇、美国12篇、英国8篇和澳大利亚6篇是发表英文论文最多的国家。尽管中国和韩国并非元宇宙热潮的发源地但对元宇宙表现出了极大兴趣。此外“一带一路”沿线国家或地区也对元宇宙表现出了较大兴趣。北京58篇、上海27篇、江苏12篇、广东11篇和湖北8篇是发表中文论文最多的地区。东部及部分中部地区较为关注元宇宙而大部分中西部地区刚开始关注元宇宙。
3.1.3. 资助情况
262篇收集论文中有167篇获得过至少一项资助中文论文资助率109篇72.7%明显高于英文论文58篇52.7%。本研究还发现在240项不同基金中国家资助135项和地方政府资助68项是元宇宙研究的主要资金来源学校35项和企业资助2项发挥作用有限。
3.2. 研究问题主要发现
3.2.1. 元宇宙概念及主要特征
概念是反映事物本质属性的基本工具也是理解相关事物的起点[23]。作为一个新兴概念定义元宇宙必须要明确指出其关键要素以与原有概念进行区分限定研究范围[24]。否则概念的模糊将严重侵蚀未来研究的基础。在阐述现有研究关于元宇宙概念模糊的担忧后本研究从功用视角对收集论文的元宇宙概念和特征进行梳理与分类并给出元宇宙概念以回答问题一。
1对元宇宙概念模糊的担忧。
262篇收集论文中有72篇提及了对概念模糊的担忧。人们认为导致元宇宙概念模糊的因素集中在5个方面①元宇宙处于发展初期内涵和外延不断演化产业界或学术界无法预见其最终形态并进行统一且清晰的概念界定[25-26]②元宇宙概念本身包含巨量内容难以理解且缺乏研究[2, 27-28]③不同利益主体如商业公司、学术团体总以不同视角和需要如技术、哲学阐释元宇宙概念缺少共识[29-33]④元宇宙概念多由个人或机构定义权威部门界定的“规定性内涵”缺失[34]⑤缺少高覆盖应用场景不同场景有不同的元宇宙概念解读[35-36]。
2元宇宙概念与关键特征。
262篇收集论文中有104篇尝试给出一个原始定义46篇引用他人定义。进一步以功用为线索梳理这些论文中的元宇宙概念由近及远将现有定义分为个体、社会、国家和人类四个层次以探究元宇宙概念及关键特征。①个体层次元宇宙68篇通常被定义为一个永续在线的、承载虚拟活动的新型数字空间、计算平台或界面。个体可借助综合感官设备以同一数字化身在其中进行各种物质或精神活动[33, 37-40]。该层次元宇宙与实践结合紧密注重个体体验如高沉浸感、娱乐性、社交性和协作等是当下可落地的元宇宙建设方向。②社会层次元宇宙40篇通常被定义为一种与现实交融的复杂系统、互联网应用或新型社会形态[41-45]是人们对未来美好生活期望的体现。其具有高度拟真的现实感能够提供近乎真实的信息反馈、多元的生产和文化创作情境以及低延时的系统交互对社会发展至关重要例如促进学科融合[11]、提高生产效率[41]、刺激消费[46]等。③国家层次元宇宙29篇通常被定义为建立在数字基础设施之上新型信息技术解析升级、重构和融合后的未来形态或生态是下一次工业革命的入口[14, 24, 47-48]。该层次元宇宙同样是虚实相融的由所有人共商、共建、共享和共治是国家之间经济发展、形象塑造、资源分配和安全稳定等新战略布局的竞争高地。④人类层次元宇宙11篇通常被定义为蕴含信息、数据和知识等要素的虚实相融的人类文明新形态[31, 49-50]。其具有相对稳定的内在机制和较为完善的文化、经济、政治及生态系统功能既能为人类提供释放创造力、认识和利用自然资源的机会也能促进人类创世观、身心观和宇宙观等的蜕变摆脱自然宇宙限制实现真正意义上的人类自由。具体如表1所示:
表1 元宇宙概念的4个层次及特征
Table 1 Four levels and characteristics of the Metaverse concept 概念层次 功用对象 论文数量 /篇 关键特征提及次数/次 特征描述 个体层次 个体 68 虚拟41\身份28\社交24\沉浸22\交互14\价值观13\体验11\永续10\协作10\娱乐10 沉浸模糊的现实与虚拟边界 交互数字化身与环境的互动 价值观共商、建、享和治 交融虚与实的融合、交互 多元丰富多彩的创作和文化 系统复杂融合的社会系统 虚拟数字化的、虚拟的 互操作资产通用 技术信息技术的综合 资产数字资产 社交数字化身之间的互动 自由主观能动 体验综合感官体验 生态互联网闭环 永续独立、永久存在 协作协调与配合 娱乐休闲和消遣活动 身份唯一数字化身 低延迟实时、广域并发 生存物质精神需要 经济统一货币价值兑换 基础设施算力、云、互联网等 独立无法被企业或国家关停 文明人、自然、社会和谐发展 认知认识、利用自然宇宙 创造内容事物、场景等生产 社会层次 社会 40 交融22\沉浸21\多元14\虚拟14\系统11\社交9\经济9\低延迟9\互操作8\交互7 国家层次 国家 29 基础设施15\技术12\虚拟7\沉浸6\交融5\价值观4\生态4\资产4\独立4\低延迟4 人类层次 人类 11 虚拟5\文明4\创造4\交融3\自由3\沉浸2\社交2\生存1\认知1\技术1
此外未定义元宇宙概念的论文也往往通过罗列他人的元宇宙概念或介绍若干元宇宙特征来限定研究范围。基于上述分析不难发现元宇宙概念可能并非先前研究所担忧的那般复杂和难以理解相反从功用角度来看不同时期、不同场景、不同主体和不同视角下的元宇宙始终围绕着虚拟、沉浸、交融、社交和交互5个关键特征由个体层次向人类层次演变和发展见表1。其中虚拟和沉浸构成了元宇宙的外在表征通过提供一个现实活动的虚拟镜像空间和全方位的感官刺激摆脱了现实世界约束为跨时空活动提供了基础与保障。交融、社交和交互构成了元宇宙的内在价值通过虚拟与现实之间、数字化身之间以及数字化身与环境之间的互动实现了虚拟与现实循环互哺的价值创造。
综上所述本研究给定如下元宇宙概念元宇宙是一个以信息技术为基础的、极度拟真、自由社交且与现实融合交互的沉浸式虚拟多维可扩展镜像。它以提升个体的综合感官体验视觉、听觉、触觉、嗅觉等为出发点以实现建设有稳定内在机制文化、经济、政治、社会和生态等的人类文明新形态为目标历经个体、社会、国家和人类4个建设阶段最终实现真正意义上的人类自由。元宇宙概念及关键特征如图2所示 图2 元宇宙概念及关键特征
Figure 2 Concepts and key characteristics of the Metaverse
3.2.2 元宇宙核心技术及架构
信息技术架构是元宇宙建设的基础涉及错综复杂的技术梳理与综合。例如想要给个体极致的感官体验需要先系统了解哪些技术可以生成高度沉浸的内容、哪些技术可以提供实时的交流与互动。然而鲜有研究对建设元宇宙的信息技术及架构进行系统且多维的梳理不同层次元宇宙之间技术架构是否一致也未可知。本节通过抽取并比较不同层次元宇宙建设的核心技术及差异梳理并归纳技术架构以探讨问题二。
1元宇宙核心技术。
262篇收集论文中有209篇提及了元宇宙技术共涉及776种不同技术。总体来看见图3虚拟现实156次、区块链135次、增强现实131次、人工智能128次、第五代移动通信91次、数字孪生86次、扩展现实84次、云计算76次、混合现实70次、物联网70次、非同质化代币54次、脑机接口51次、大数据43次、第六代移动通信36次、边缘计算35次等技术出现频率最高近三分之二的技术553种仅出现过一次。 图3 总体高频元宇宙技术
Figure 3 Overall high-frequency Metaverse technologies
本研究进一步利用集合运算比较不同层次元宇宙涉及技术的异同结果见图4。不难发现个体、社会、国家和人类层次的元宇宙技术差异较小仅分别涉及4、5、4和2种特有技术24种技术被两个及以上层次元宇宙所共有且与总体高频技术保持一致。此外虽然不同层次元宇宙的技术成熟度普遍较低但重叠技术的成熟度差异较小Mean3.91, SD0.84发展水平相近技术协同与共享更加高效和便利。由此可见不同层次元宇宙之间技术架构具备较高的相似性和一致性这为实现跨平台和互通性提供了基础。 图4 不同层次元宇宙Top 25技术重叠情况
Figure 4 Overlap of Top 25 technologies at varying levels of the Metaverse
2元宇宙技术架构。
为了构建这种一致的元宇宙技术架构本研究利用KHcoder文本分析工具对776种不同技术进行阶层式集群分析从技术的归属、功能和属性3个维度对集群分析结果进行了梳理。图5展示了本研究梳理所得的元宇宙技术架构。 图5 元宇宙技术架构
Figure 5 Technical architecture of the Metaverse
从归属维度上看元宇宙技术自下而上分数据、基础设施、通用算法、技术方向、技术细分和行业方案6层①数据层是元宇宙建设与运营的基石支撑着上层应用和服务包括生物特征数据、心理数据、商务数据和时空数据等②基础设施层是元宇宙内外交互的通路负责环境感知、数据处理存储、内容传输和计算等基础任务保障了元宇宙的稳定、高效和可靠运转③通用算法层是元宇宙底层数据与上层应用或服务沟通的桥梁不针对特定领域和问题具有广泛适应性事关元宇宙的发展方向与发展质量包括人工智能、物联网和区块链等④技术方向层是应对不同领域问题的基本手段是通用算法的泛化模板具有较强通用性和可扩展性涵盖自然语言处理、计算机视觉、生物识别和推荐系统等方向⑤技术细分层是解决元宇宙智能任务如问答的具体方式可通过编程语言或图形界面设计与调整实用性和灵活性更高多种技术的有效协同是解决实际智能任务的关键⑥行业方案层是元宇宙适配不同现实场景的钥匙能帮助人们更好地组织和管理复杂数字内容和服务满足用户需求并促进行业互动与合作为元宇宙发展创造更多机会。
从功能维度上看元宇宙技术有数据、传感、网络通信、运算、内容生成和感知交互6类①数据技术是元宇宙应用和服务的前提能够帮助其组织、管理和优化海量数据资源对元宇宙构建、智能决策、预测和规划意义重大②传感技术是元宇宙感知和响应现实的基础赋予了元宇宙获取并将现实数据转换为可处理数字信号的能力使现实再现成为可能③网络通信技术如Web 3.0、5G等是实现元宇宙多用户接入与共享的关键简化了资源与服务获取便捷了数据传输和信息交流④运算技术是元宇宙流畅运作、实时响应和极致拟真的保障场景构建、人物建模和复杂交互等数据量大、响应速度要求高的任务均倚仗于此⑤内容生成技术是元宇宙生机永续的动力可创造各种静态虚拟场景或物品如建筑物以及动态虚拟活动或体验如智能客服⑥交互技术是实现现实和虚拟交融的核心在元宇宙中虚拟现实、增强现实和边缘智能等技术可实现用户与数字环境的随时互动协助用户探索和利用虚拟资源。
从属性维度上看元宇宙技术有软件、硬件、软硬件集合体和管理4类。①软件如数据库是构建元宇宙虚拟环境、人物和应用等的关键是持续推动元宇宙建设、创新元宇宙应用和丰富用户数字体验的重要驱动力②硬件如高速网络、智能终端、触感皮肤和量子芯片等是元宇宙建设、交互和连接的物理基础支撑着元宇宙的日常运转没有强大的硬件元宇宙将如无本之木③软硬件集合体如通过编程实现硬件的控制、反馈和响应等是软硬件的有机整合能够有效降低元宇宙应用难度、简化元宇宙应用流程④管理技术是元宇宙的组织、运营和管理手段包括数据管理、资源管理、算法治理、内容和规则管理等能够确保元宇宙各种资源、应用与服务的组织协同为用户提供安全、稳定、开放和互联的虚拟环境。
3.2.3 元宇宙应用行业及实例
元宇宙与现实世界是彼此交融的只有在各种现实场景的广泛应用中才能充分发挥其社会正向价值如复苏实体经济[25]等。系统梳理元宇宙应用行业及实例不仅有利于了解元宇宙应用范围把握元宇宙发展趋势而且还能了解行业需求推动未来元宇宙创新与发展。本节通过统计与分析元宇宙应用行业及实例比较不同行业元宇宙需求以探讨问题三。
1元宇宙应用行业。
262篇收集论文中有158篇致力于特定行业的问题或发展行业应用范围与产业分布见图6。从应用范围上看45个行业中已有22个开始探索元宇宙应用教育47篇、文化31篇和信息技术服务19篇行业的探索最多且远超其他行业。尽管娱乐业在提供沉浸内容和体验方面更接近元宇宙构想但实践并未向其过度倾斜脱实向虚风险不大。从产业分布上看第三产业146篇是元宇宙的主要应用产业其中公共管理、交通运输和卫生工作等行业应用前景广阔而第二12篇和第一产业0篇的元宇宙应用仍较为有限对元宇宙的认知与需求仍需深化与扩展。 图6 元宇宙行业应用范围与产业分布
Figure 6 Industry application scope and industrial distribution of the Metaverse
2元宇宙应用实例。
表2展示了22个行业的元宇宙应用实例。受限于文章篇幅本研究仅对应用数大于4的高频行业的元宇宙应用需求和关注点进行分析①教育。传统教育中学习者的学习兴趣与效果常受时空和资源限制。而元宇宙多样化的接入方式、丰富的教育资源、灵活的教学模式和沉浸的实践体验为其创造了更多可能例如在线思政[51]、环保教育[52]、拟真飞机维护[53]和创客培训[54]等。这种新兴教育模式拓宽了学习者的视野与认知促进了教育公平。②文化。文化是经济盈利与公益文化服务并存的行业。元宇宙为文化创造者提供的自由创作与协同环境如遗产保护[55]和图书版式设计[56]以及为文化产品提供的广泛展示与推广机会如博物馆展览[57]和音乐鉴赏[58]有效增强了文化的传播与变现能力。③信息技术服务。信息技术服务旨在对外提供技术解决方案以提升业务效率和能力。一方面元宇宙作为新数字经济发展阵地能为其创造更多服务场景如非军事区宣传[59]。另一方面其也能为元宇宙发展提供更多技术支持如驾驶行为控制[60]、眨眼系统[61]和多基站资源分配[62]等。④公共管理。公共管理强调政府、企业和公民的社会互动[63]及责任共担旨在维护社会的繁荣与稳定公共服务的可访问性、互动性和资源配置效率是关键。元宇宙对时空界限的模糊及对数字资源生产与利用的效率为实现公共管理目标提供了支持如传播意识形态[64]和缓解城市人口压力[65]等。⑤卫生工作。卫生工作是高度专业与复杂的行业医疗资源不均、数据分散及健康教育缺失等问题限制了医疗和健康管理水平。元宇宙通过在线健康教育[66]、远程医疗[15]等新技术为其提供了便利与科学的服务环境提升了医疗服务质量与效率。⑥娱乐。元宇宙作为一个虚拟多维可扩展镜像其极致沉浸、高度社交和丰富互动为用户提供了更个性化的娱乐如太空旅行[67]体验现实所不具备的场景和服务。⑦制造。制造业是生产和加工满足市场需求物品的行业。元宇宙通过增强现实等技术可帮助其进行产品设计流体机械泵设计[31]和工艺流程重组产品追踪[68]等任务降本增效。⑧社会工作。社会工作旨在帮助人们解决社会问题改善生活质量。借助元宇宙的虚拟情境、社区互动和跨域服务等技术其能够为有需要的个人或群体如人格障碍[69]提供跨域、优质的支持与服务。
表2 22个行业的元宇宙应用实例
Table 2 Examples of applications for 22 industries with the Metaverse 应用行业 应用数 /个 应用实例 应用行业 应用数 /个 应用实例 教育 47 思政教育、图书馆社会教育、在线培训飞机维护、体育教学足球、篮球、环境保护、创客教育等 文化 31 新闻生产、遗产保护农业、水、图书版式设计、博物馆展览、数字化表演戏剧、音乐鉴赏、版权认证等 信息技术服务 19 非军事区宣传、驾驶行为控制系统、虚拟角色眨眼系统、语音通信系统、基站资源分配等 公共管理 9 形式诉讼、司法纠纷解决、政党政治赋能、意识形态传播、特大城市人口压力缓解等 卫生工作 8 虚拟比较扫描、健康教育、医疗保健、远程干预急诊、癌症、消化病等 娱乐 7 影视创作虚拟人替、文旅太空旅行、游戏数字森林、引擎等 制造 6 服装设计、泵产品开发、儿童绘本设计、远程汽车事故分析等 社会工作 5 脑瘫儿康复、认知衰退干预、早发精神分裂护理、人格障碍治疗等 交通运输 3 智能交通系统、自动驾驶等 金融 3 小微企业融资、金融咨询等 商务服务 3 线上会展、心理干预馆、旅游管理等 信息传输服务 3 虚拟社区知识共享、智慧广电数字生活服务等 建筑 3 工地观摩、合金孪生、工程大脑等 住宿 2 酒店旅游管理看店、客户互动等 电力 2 电力系统管理实体反馈、优化调度、运行控制、故障诊断、电力交易等 房地产 1 房屋建设户型、功能、社区等 技术服务 1 著作权纠纷处理等 零售 1 电商试衣、客服、营销、社交等 批发 1 市场、交易平台等 体育 1 青年运动员耐力提升VR运动等 土地管理 1 土地交易虚拟土地所有权等 采矿 1 事故预防培训、应急演练等
3.2.4 元宇宙潜在影响与实证证据
研究元宇宙潜在影响有助于行业从业者理解和评估元宇宙发展潜力和限制促进元宇宙健康发展。本节从类型、极性和经验证据3个维度讨论应用元宇宙可能产生的潜在影响以回答问题四。
1元宇宙潜在影响。
262篇收集论文中共发现1 099种元宇宙潜在影响影响的类型、极性和经验证据分布见图7。从影响类型上看见图7(a)元宇宙有政治374种、经济118种、技术151种、文化价值观146种和社会310种5种潜在影响类型。①政治方面元宇宙对国家或地区的组织形式、权力机构和政治过程的影响备受关注涉及国家治理体系[70]、意识形态[71]、法律法规[72]和民众政治参与[73]等议题②经济方面元宇宙对社会的生产力、分配方式、市场机制和经济组织形式的影响备受关注涉及多元经济业态[74]、经济增值[75]、经济体系效率[76]和数字经济犯罪[41]等议题③技术方面元宇宙对社会科技发展和应用水平的影响备受关注涉及科技交流[76]、技术成瘾[77]和技术基础设施[78]等议题④文化价值观方面元宇宙对社会信仰、思想、艺术、伦理、习俗和文化传承的影响备受关注涉及历史文化理解[37]、民族集体认同[79]与信息煽动[64]等话题⑤社会方面元宇宙对社会组织形式、社会阶层和社会关系的影响备受关注涉及法律规范[80]、生育意愿[81]、种族主义与歧视[82]和非理性行为[83]等议题。 (a) 元宇宙的潜在影响类别 (b) 元宇宙的潜在影响极性 (c) 元宇宙的潜在影响实证
图7 元宇宙潜在影响的类型、极性和经验证据分布 (x1和x2表示PCA降维后的二维向量)
Figure 7 Typology, polarity and empirical evidence for the distribution of potential effects in the Metaverse
确保积极影响多于消极影响是元宇宙可持续发展的关键。从影响极性上看见图7(b)元宇宙有728种积极影响如情感共鸣[84]、降低环境污染[58]、53种中性影响和318种消极影响积极影响显著多于消极影响。这表明元宇宙具备巨大潜力与价值有望成为人类社会发展的重要推动力量。特别的消极影响主要集中于政治和文化价值观类别如弱公共性[32]和数字鸿沟[85]这需要引起我们的警觉与重视。
2元宇宙影响的实证证据。
很少有实证证据支持上述元宇宙的潜在影响。262篇收集论文中仅有18篇14.6%提供了元宇宙潜在影响的实证证据见图7(c)54种积极影响技术4种、经济8种、文化价值观1种和社会影响41种被证明。元宇宙潜在影响与相应经验证据之间存在的明显差距。这不仅会阻碍从业者对元宇宙应用的关注和学术界对元宇宙研究的重视也会影响元宇宙自身发展的可持续性。
另外绝大多数已实证的元宇宙潜在影响52种仅被一项研究所证明研究的方法、分析和结果是否合格有待验证。此外未实证的元宇宙影响中还存在一些相互矛盾的观点例如生态环境方面L.Turchet等[58]认为元宇宙利用扩展现实和区块链等技术存储和处理海量虚拟世界数据耗能巨大会破坏环境而D.Buhalis等[86]则认为元宇宙能降低旅行中的CO2排放保护生态环境贫富分化方面任兵等[41]认为现实社会的富有者在元宇宙中所掌握的数字经济信息和知识远超贫穷者会加剧现实社会贫富分化而沈阳[87]则认为元宇宙对虚拟世界的深化使人的存在、物质和社会性需求得到极大满足有利于缩小贫富差距。可见学术界仍需更多的实证研究来检验元宇宙影响以探究元宇宙应用中可能的不确定性和不一致性。
4 总结与启示
自2021年Roblox纽约上市以及Facebook更名Meta以来与元宇宙相关的中英文论文发表量呈明显上升态势元宇宙已成为国内外学术界的重要研究课题之一。结合本研究发现见图8本节从元宇宙的概念及特征、核心技术及架构、应用行业及实例和潜在影响与实证证据4个方面讨论并提出了潜在的元宇宙研究方向以加强元宇宙基础研究争取元宇宙建构权。 图8 研究结论总结
Figure 8 Summary of research findings
4.1 重塑元宇宙认知聚焦五大核心特征
随着现实世界信息技术的不断发展人们对元宇宙概念的关注日益增加。本研究发现超半数论文对元宇宙概念进行了界定它们要么提供一个原始定义要么引用已有定义。尽管定义主体、定义视角和定义场景等存在差异但从功用角度来看元宇宙概念并非传统认为的那般模糊而是紧紧围绕虚拟、沉浸、交融、社交和交互5个核心特征形成了个体、社会、国家和人类4个建设层次见表1。这一结果积极回应了现有研究关于元宇宙概念模糊的担忧即学术界在元宇宙概念上已达成了一定共识不仅消除了对元宇宙潜力和应用的质疑而且为探索和研究元宇宙本质提供了更加清晰和准确的概念框架。
①虚拟是元宇宙最基本的特征。元宇宙作为一个虚拟建构宇宙是数字世界的扩展与延伸其中所有场景、角色和物品都是数字化的均可通过信息技术创造与呈现。这种基本特征使元宇宙得以极大扩张与创造为用户提供更加丰富多样的体验与活动。②元宇宙为用户提供沉浸式体验并与现实彼此交融。在元宇宙中用户可以借助眼镜、手套、万向行走器和电子皮肤等装置将自身完全沉浸在数字内容中感受视觉、听觉、触觉和嗅觉等高拟真的全方位身心体验。这种身临其境的感受是传统硬件设备和数字内容无法提供的。③元宇宙中的用户可与全球用户进行实时交流与互动无视时空限制建立社交关系并在其中进行各种协作、竞争和娱乐等活动。无论身处何地用户均可在虚拟世界中与他人共享体验创造共同的记忆和互动。④元宇宙中的用户可通过多种交互手段如手势、语音、眼动和脑电对虚拟环境中的场景、角色和物品进行调整实现虚拟与现实的无缝融合。这种交互方式增强了用户与元宇宙的互动也使用户能够更真实的感受元宇宙的真实与趣味。
总的来说上述发现为进一步认识和研究元宇宙提供了重要指导①对于元宇宙研究和开发人员而言需高度重视这5个核心特征并在元宇宙设计和建设中注重虚拟现实应用的开发与优化提供更加真实与沉浸的情境、用户体验提升使用户更加便捷和舒适地操作元宇宙、社交互动增强和强交互实现促进用户的互动和合作以不断丰富和提升元宇宙系统功能和性能更好的满足用户需求②对于企业和投资者而言需重视元宇宙核心特征的商业价值和市场潜力例如交互设备的生产销售、社交应用的研发运营、数字商品的交易售后等投资有潜力的元宇宙生态企业③对于元宇宙用户而言需加强对元宇宙概念和特征的了解与认知认清元宇宙本质而非简单的将其视为游戏或软件积极参与其中以更好地利用和享受元宇宙提供的各种功能和服务。
4.2 增加元宇宙投入兼顾技术研发协同
元宇宙的火爆带动了各种信息技术的快速发展与广泛应用。调查不同层次元宇宙之间核心技术的差异梳理元宇宙建设的技术架构显得尤为迫切与重要。本研究发现不同层次元宇宙的核心技术高度一致见图4包括虚拟现实、区块链、增强现实、人工智能、第五代移动通信、数字孪生、扩展现实、云计算、混合现实、物联网、非同质化代币、脑机接口、大数据、第六代移动通信和边缘计算等且技术成熟度差异较小发展水平相近。尽管各技术发挥的作用有所不同但它们在元宇宙中彼此协同例如在虚拟现实提供沉浸体验的同时区块链可以保护用户隐私数据不被泄露与滥用等共同构成了元宇宙的复杂技术架构。本研究还发现见图5元宇宙技术架构在归属分数据、基础设施、通用算法、技术方向、技术细分和行业方案六层、功能分传感、数据、网络通信、运算、内容生成和感知交互六类和属性分软件、硬件、软硬件集合体和管理四类3个维度上都有着明确的分类这不仅奠定了元宇宙跨平台互通的基础也支持了元宇宙的无缝连接和互操作。
这些发现为人们理解和应用元宇宙技术、强化元宇宙技术研发与协同提供了指导①在元宇宙发展过程中核心技术始终扮演着至关重要的角色。探索核心技术的演化趋势可以帮助人们更好地了解元宇宙的未来发展方向。②尽管元宇宙核心技术高度一致但整体技术成熟度较低仍面临许多技术挑战与难题例如VR设备位姿更新速率和图像刷新速率不一致所导致的晕动症[88]等。只有通过集中优势资源吸引和培养优秀科研人才并持续不断的提升研发资源投入和创新能力才能找到解决现有技术难题的有效途径为未来元宇宙技术发展开辟更广阔的空间。同时还需要持续关注新兴技术的发展以及其与元宇宙的协同应用如量子计算[89]、生成式人工智能[90]、大模型[91]等以加速元宇宙建设进程。③元宇宙技术架构由各种技术共同构成它们相互依存、相互协同。持续完善和应用该架构有助于整合不同技术的能力和特点实现技术之间的交流与融合从而推动元宇宙生态系统的发展与创新为用户提供更加丰富和沉浸的体验。
4.3 拓展元宇宙应用挖掘产业行业需求
元宇宙作为当前可见的人类文明新形态被认为具有广阔的应用前景。但实际上目前元宇宙的行业应用范围仍较为有限。本研究发现元宇宙仅在45个行业的22个中有应用实例见表2且已应用行业多集中于第三产业第二产业较少无第一产业行业见图6产业应用存在较大差异性与局限性。
①不同产业行业对元宇宙的应用需求存在较大差异。第三产业行业的数字化和信息化水平较高直接面向广大用户服务属性较强侧重于交互和娱乐应用场景和需求多样如游戏、在线教育、太空旅行[67]。而第二产业和第一产业行业则有所不同数字化转型要求不高对新兴技术的需求较低。②不同产业行业对元宇宙的应用制约存在较大差异。一方面第二产业和第一产业行业资源以实体为主数字化难度大如实时数据采集、数据去脏元宇宙应用基础不牢固。另一方面第二产业和第一产业行业主要利用元宇宙提升生产效率、降低生产成本例如工业零部件设计与测试、工业大脑等对元宇宙本身技术的稳定性和可靠性要求要比第三产业更为严格。③不同产业行业对元宇宙的应用接受度存在较大局限性。元宇宙的应用需要行业具备一定的数字化和虚拟化认知和接受度。而相比第三产业现阶段大部分第二产业和第一产业行业对于元宇宙的概念和应用尚缺乏了解。
综上所述元宇宙在不同行业中的应用受多种因素的复杂影响如应用需求、行业特点和接受度等存在较大差异性与局限性。这一发现启示我们应①深入调查不同产业行业内元宇宙的适用场景、优势和挑战及行业价值理解与目标追求以不断拓展元宇宙应用领域定制化解决方案并推动产业融合与发展②加强元宇宙在第二产业和第一产业的实践研究发现和解决技术问题提高技术稳定性和可靠性以确保元宇宙应用在实际场景中能够正常运行。这有助于增加企业和用户对元宇宙的信任推动其在各行业中的广泛应用③增加政府和企业对元宇宙的投入与支持构建健康的行业生态系统。政府应通过政策扶持和资金支持来促进元宇宙产业的发展鼓励企业在元宇宙领域进行创新与实践。同时企业也应积极参与元宇宙建设推动其商业化和可持续发展。
4.4 揭示元宇宙价值加强潜在影响实证
元宇宙的兴起、推广与应用使越来越多的人开始关注其可能产生的潜在影响。本研究发现元宇宙对政治、社会、经济、技术和文化价值观具有广泛影响且政治和社会潜在影响被讨论最多。尽管元宇宙具备巨大的潜力与价值即积极影响要明显多于消极影响但目前关于元宇宙潜在影响的实证研究相对较少且已有研究证实的也均为积极影响消极影响尚未被关注。同时未证实的元宇宙潜在影响中还存在一些相互矛盾的观点需进一步研究与论证以得出更准确的结论。
①元宇宙的潜在影响是多元的。元宇宙作为一种现实世界的虚拟镜像其创造和运营方式灵活多变能够根据不同行业及社会群体的不同需求和价值观观进行定制和改进这也就造成了其可能对政治、经济、文化价值观、社会和技术产生的多元影响②元宇宙的潜在影响是不均衡的。元宇宙的发展和利用需要依赖大量的资金、先进的技术以及不同文化背景的联系但各个国家或地区的经济发展水平、技术现状和文化背景相差巨大这导致了不同地区的元宇宙建设差异限制了人们对于经济、技术和文化价值观等方面的影响关注③元宇宙的潜在影响是复杂的。元宇宙的积极影响多于消极影响意味着元宇宙在未来发展中将极有可能发挥更多的社会正向作用。但不同元宇宙层次、不同应用行业、不同使用者和不同使用场景彼此交错所产生的相互矛盾的影响例如元宇宙会带来更多的娱乐和社交体验但同时也可能会加剧人们对现实的脱离感和孤独感扰乱人们对于元宇宙正向价值的感知阻碍元宇宙发展。
由此可见元宇宙的潜在影响是多元的、不均衡的和复杂的。这一发现启示我们应①采用多维度的研究方法全面推理和实证元宇宙的多元影响尤其是经济、技术和文化价值观等较少被关注的影响以更好地理解元宇宙带来的机遇与挑战支持多样化的应对策略制定②考虑到元宇宙发展的不均衡性研究者应关注不同地区的元宇宙建设差异并理解这些差异对元宇宙价值认知的影响。同时也应关注如何减少或弥合这些差距以促进更加平衡和包容的元宇宙发展确保更多人能够享受到元宇宙带来的便利与机遇③加强多方利益相关者的参与包括政策制定者、技术专家、行业从业者以及用户等促进跨领域的合作和讨论更好地理解和解决元宇宙所带来的复杂影响④元宇宙的发展是一个动态过程研究者需要进行长期的监测和评估以了解其影响的演变针对性的制定综合性政策和措施例如建立监管框架和标准保护用户隐私和数据安全以及促进公平和包容性的发展等以应对元宇宙的潜在消极影响确保元宇宙的可持续发展。
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