2021年被称为元宇宙的元年。经过一年多的发展，元宇宙相关的技术在不同参与者的演绎下日益丰富。近日由主办的MetaCon元宇宙技术大会上，中国首位游戏设计博士、中国传媒大学副教授黄石带来了主题演讲《未来已来：元宇宙游戏技术展望》，为大众呈现全新的视角。
黄石认为，元宇宙是人类历史进化的一种必然；今日的技术就是未来的艺术；科技的发展速度会越来越快，将来很可能迎来“奇点”。此外，黄石还详细介绍了元宇宙游戏中的相关技术。
本文对演讲的精彩内容进行了整理，希望能够对大家有所帮助。
什么是元宇宙？
元宇宙到底是什么？我的答案是，元宇宙是一种信仰。我认为 元宇宙是人类历史进化的一种必然。 纵观人类发展的历史，人类从原始人进化到会使用工具的人，用了200万年；从石器时代到农业社会用了10万年；从农业社会到工业社会用了8000年；从工业社会到电器时代用了200年；进入到现在的互联网时代仅仅用了30年。可以看出，人类文明的进化是一个明显加速的过程，文明的发展速度越来越快。 现在所有的技术，都以一种难以想象的速度在加速发展。
元宇宙的历史比较短，1978年第一款网络游戏的上线可以看作是最早的元宇宙的雏形，那时还是非常简单的基于命令行的游戏方式；1992年，科幻小说《雪崩》首次提及“元宇宙”一词；2003年，游戏《第二人生》开启了元宇宙游戏的帷幕；2006年，游戏Roblox问世，这款游戏直接带动了元宇宙游戏概念的火爆；2021年可以被称为元宇宙的元年，因为这一年Facebook更名为Meta。
元宇宙共有三个发展阶段。第一个是 原始阶段 ，也就是现在所处的阶段。目前这个阶段的元宇宙的主要内容基于游戏和社交，其主要载体是VR、AR和桌面的显示，仍然是非常原始的阶段，和真正的元宇宙还有很大区别。
元宇宙发展到第二阶段，可称之为 雏形阶段 。那个时候元宇宙将成为提高社会生产力、提升生产效率的工具，主要内容包括数字孪生、万物互联，硬件则以MR为主。
第三阶段是元宇宙真正 成熟的阶段 ，那时可能90%以上的人类都生活在元宇宙虚拟的社会之中，它会有自己的法律和经济体系。现在难以想象它所采用的硬件是什么，很有可能是采用脑机接口或更先进的设备。
现在是元宇宙万里长征的第一步，此时元宇宙的入口应该聚焦在社交和游戏这两点之上。
Roblox的CEO提出了元宇宙游戏的八大特征：身份、朋友、沉浸感、低延迟、多元化、随地、经济系统、文明。
另一个著名学者Jon Radoff提出了 元宇宙的七大层级 ：
1、 基础设施 ：5G、WIFI 6、6G、云计算、7nm到1.4nm工艺、微机电、GPU、材料学；
2、 人机交互 ：手机、可穿戴设备、手势、语音、神经网络；
3、 去中心化计算 ：边缘计算、AI代理、微服务、区块链；
4、 虚拟空间 ：3D引擎、VR/AR/XR、界面、空间可视化；
5、 众创经济 ：众创工具、资产市场、工作流、商贸；
6、 发现 ：广告网络、社交、策划、评级、商店、代理商；
7、 体验 ：游戏、社交、电竞、展演、购物。
元宇宙游戏中的渲染技术
接下来为大家介绍元宇宙最常用的一项技术——渲染。众所周知，游戏都是用游戏引擎来渲染的，常用的游戏引擎包括Unity、UNREAL、WebGPU等。但现在所看到的技术远远不是我们能够达到的最高层级。
上图的画面是UE5虚幻引擎最新的技术制作的，它能够在同一个画面渲染高达160亿个多边形，已经逼近了电影画质。而人工智能技术的引进，可以把渲染技术再提升一个等级。运用人工智能技术进行降噪，可以加速渲染时间。用较少的取样点，就能用人工智能把剩下的细节补齐。目前AI降噪这项技术已经比较成熟。
今天我们想重点介绍一种名为NeRF的渲染技术。2020 年，UC Berkeley、谷歌的研究者提出了NeRF渲染模型，可以用几张图片生成多视角的 3D 场景，开创了神经辐射场的渲染技术。
随后，这条技术线出现了很多分支，比如说mip-NeRF，它可以360度渲染一个没有边界的空间，和真实世界非常接近了。
再比如另一个新分支——Plenoxels，其特点是训练速度更快。传统的神经辐射场最早版本的渲染，训练大概需要1.6天的时间，而在新项技术里，它只需要8.8分钟的时间。
再比如基于点的神经辐射场的渲染——Point-NeRF，训练速度能够提高30倍，细节表现也更好。
还有一个微软改进的版本FastNeRF，最大的特点是能让渲染速度达到实时的200FPS，有望用到游戏里。因为游戏一般只要最低30FPS就可以达到基本的交互，FastNeRF的速度在VR里也满足要求。
元宇宙游戏中的面部捕捉技术
元宇宙有一个非常重要的技术领域是数字人，其中表情捕捉十分关键。人与人交流的时候，表情交流占据很大的比重，微表情细微的变化，会给我们带来相应的情感体验。这项技术传统的方式是采用这种标记点，在演员的脸上贴很多小的marker，才能获得精确的捕捉数据，比如科幻电影《阿凡达》即采用这一路线。随着人工智能技术的发展，我们可以用无标记的方式，通过人工智能算法获取演员脸上的微表情。
迪士尼也研发了相似的面部捕捉的方法，它的特点是对人的下颌骨的数据进行了优化，因此其捕捉到的数据也更加精确。
动作捕捉公司DI4D的技术特点是直接用程序驱动模型的面片运动，表情的变化并非骨骼动画，而是用人工智能驱动面片形成的效果。
元宇宙游戏中的动画技术
目前，在元宇宙的游戏里，诸如NPC、主角等虚拟的人物大部分都有骨骼动画。而骨骼的绑定非常耗费人力。现在运用人工智能技术能自动预测角色的骨骼，自动计算皮肤权重，生成角色动画。
此外，游戏里有很多的动作，比如走、跑、跳、开枪等，这些动作之间的穿插，以前都是用动画融合（Blending）的技术实现，但这种融合是基于线性的算法，表现不是很自然。运用人工智能技术，动画过度就显得更加自然。
与此同时，人工智能技术也给游戏动画提供了非常方便的工具，比如Nekki最近开源了一个动画软件，能够大大简化动画师的工作量。与之类似的是Ziva Dynamics基于人工智能的增强肌肉系统的物理动画系统。该系统通过人工智能算法解算动物的骨骼和肌肉的运动，在制作动画时，外表皮会根据骨骼和肌肉的真实运动变形，使皮肤的褶皱，运动时肌肉的膨胀、拉伸、收缩等，都呈现出逼真的动画效果。目前这项技术大多还是用在电影里，随着元宇宙技术的发展，相信这项技术未来也能用到游戏里。
人工智能在特效领域同样提供了非常好的应用。在游戏里，流体是一个非常耗费算力的过程，而通过人工智能的方式，则可以大大缩短计算的过程，提高计算的效率。在传统算法里，流体碰撞十分耗费计算机CPU或者GPU的资源。通过神经网络的方法，可以把训练库里的真实数据用人工智能的方法加以简化。虽然在视觉效果上没有大的改变，但是其效率、计算的速度却显著提高。
总的来说，人工智能将带来彻底的行业变革：游戏美术的工作流程将大为简化，如手工拓扑、LOD、环境道具摆放、Mocap数据清理、展开UV贴图、程序化场景生成等都将更加快捷、智能。同时，AI驱动的沉浸体验将成为新的游戏平台和媒介。
今日的技术就是未来的艺术
公元前150世纪，人类还处在石器时代。那时人类已经开始为自己创造沉浸化的环境了。例如下图的壁画，是法国的Lascaux洞穴，洞壁上画了大量的动物形象。人类的祖先用原始的方法创造出一个人工环境，可以说是最早的虚拟现实。
Lascaux壁画
15世纪，出现了图像式的沉浸。通过油画，把环境、人物直观地再现出来，这种沉浸是基于图像的沉浸，它所表现的是光影的环境。
阿尔诺芬尼夫妇像（1434）
19世纪出现了第二次工业革命，人类通过化学、光学的方法，实现了摄影术。这时沉浸又进入到新的层次，人类可以用科学的方法更客观地记录外在的世界。
巴黎街景（1838）
20世纪，影像开始活跃，运动的影像带来大众喜闻乐见的形式——电影。这一阶段可称之为影像的沉浸。
2001太空漫游（1968）
人类的历史发展，随着不同阶段的媒介进步和技术演进，每个历史阶段都有相应的艺术形式，以及相应的沉浸平台。从石器时代的壁画到中世纪青铜时代的艺术，再到文艺复兴时的油画，直到20世纪的电影，人类文明在不断地创造新的环境。
现在进入到信息时代，人类必然需要一种更新的方式来表达对于幻想、未知和想象的呈现。
随着时间的推移，科技的发展速度并不是一个平均的曲线，而是一个指数发展的曲线。科技发展速度会越来越快，很有可能在未来的某一个时间点，我们可以在非常短的时间内，爆发出无限多的智能。这个状态现在看起来非常难以想象，我们称之为“奇点”。奇点到底会不会来，我们拭目以待。
技术的发展是不以人类的主观意志为转移的——未来已经来到了，元宇宙还会远吗？
在本次MetaCon元宇宙技术大会上，还有很多专家学者也做了相关主题演讲，点击进入官网，了解更多元宇宙技术精彩内容！（）