赛迪智库电子信息研究所和江苏省通信学会联合编写了《元宇宙产业链生态白皮书(2022年)》，总结了元宇宙产业发展现状，梳理了元宇宙技术体系与产业链各环节发展情况，分析了各地发展现状、投融资情况和产业发展存在问题，提出了若干措施建议，期望进一步统一产业发展共识，为行业管理部门提供决策参考。
全文如下：
元宇宙产业链生态白皮书
中国电子信息产业发展研究院
2022年5月
赛迪智库电子信息研究所和江苏省通信学会联合编写了《元宇宙产业链生态白皮书(2022年)》，总结了元宇宙产业发展现状，梳理了元宇宙技术体系与产业链各环节发展情况，分析了各地发展现状、投融资情况和产业发展存在问题，提出了若干措施建议，期望进一步统一产业发展共识，为行业管理部门提供决策参考。如有商榷之处，欢迎批评指正。
一、元宇宙的发展情况
(一)全球元宇宙发展现状及特点
1.政策层面，美国自上而下鼓励投资与监管并行，日韩出台政策积极推动
2.技术层面，基础设施、终端、平台先行，多种技术积累为元宇宙奠定技术基础
美国作为元宇宙开拓者，底层技术领先，产业布局全面。Meta、微软的XR头显设备占据XR半壁江山，占据了元宇宙的硬件接入口；Amazon、微软、Google、IBM等科技巨头在云计算领域的市占率排在全球前列，目前全球90%以上大型游戏公司依托Amazon云在线托管。此外，在算法方面，Google、Mate、亚马逊、微软等科技巨头纷纷布局基础算法框架，开发TensorFlow、MXNet、CNTK、Caffe等一批主流人工智能算法框架;底层工具方面，Unity开发的游戏引擎、EpicGames的虚幻引擎、Decentraland的经济系统等，为元宇宙世界创作者提供了强大的创作工具。
3.应用层面，社交、娱乐、文化领域率先发力，工业制造领域逐步跟进
4.生态层面，产业联盟、龙头企业积极响应，共筑元宇宙生态圈
(二)我国元宇宙发展现状及特点
部分城市在规划、政府工作报告中先后提及元宇宙。目前，杭州未来科技城发布XR产业发展计划，布局元宇宙，推动产业升级;无锡发布了《太湖湾科创带引领区元宇宙生态产业发展规划》，提出打造国内元宇宙生态产业示范区;北京表示将推动组建元宇宙新型创新联合体，探索建设元宇宙产业聚集区;成都布局成立元宇宙产业联盟，将构建交子大道元宇宙中心;上海市经信委印发的《上海市电子信息产业发展“十四五”规划》中提到对元宇宙的产业布局;厦门市工业和信息化局、厦门市大数据管理局联合发布《厦门市元宇宙产业发展三年行动计划(2022-2024年)》(以下简称《计划》)，力争到2024年，元宇宙产业生态初具雏形。
2.头重脚轻，“元宇宙”发展任重道远
近年来我国ICT产业快速发展，并逐步在虚拟现实/增强现实(VR/AR)终端、通信网络设备、数通设备、液晶显示面板、软件交互等领域取得显著进步，构筑起产业发展长板。一方面，我国ICT行业领域，消费市场规模庞大、行业级应用场景种类繁多、企业应用创新活跃，为“元宇宙”技术蜂巢爆发创新提供有力的市场与智力支撑基础。另一方面，底层技术的缺失也带来了重大的挑战。一是VR/AR头显设备，手机、电脑、电视等消费终端提供“元宇宙”现实世界与数字世界交互的接口或界面，扩大我国终端整机既有制造优势与加速推动“元宇宙”新型智能硬件普及与应用推广爆发，将形成有力互推作用，带来广阔的发展前景。二是缺少XR专业芯片，缺少XR底层开发平台及工具，在“中美贸易”摩擦的今天，给“元宇宙”的发展带来了重大挑战。
二、元宇宙的技术体系与产业链
(一)元宇宙的基本概念
业界对“元宇宙”的概念众说纷纭，至今未有被广泛认可的确切定义。国内外科技巨头、企业家、知名学者对“元宇宙”的理解认知主要有五类：一是认为元宇宙是下一代互联网，例如Meta首席执行官扎克伯格说“元宇宙是更好体验版本的互联网”;二是认为元宇宙是新型互联网应用，例如清华大学研究团队提到“元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态”;三是认为元宇宙是数字经济的新形态，例如南京大学钱志新教授讲到“元宇宙是数字技术的大集成，是数字经济的高形态元宇宙”;四是认为元宇宙是数字化手段构建的3D空间，例如英伟达创始人黄仁勋说“现实世界和元宇宙是相连接的，元宇宙是数个共享的虚拟3D世界”;五是认为元宇宙是一种体验，例如杜比实验室首席执行官凯文·叶曼认为元宇宙是一种视听体验。
(二)元宇宙的主要特征和技术体系
元宇宙具有虚实融合、去中心化、多元开放、持续演进等特点。伴随新技术的迭代升级和新应用的融合创新，“元宇宙”的内涵外延将不断拓展延伸。
技术演变为“元宇宙”构建平台载体。现实世界技术发展日新月异，为“元宇宙”发展带来契机。以物联网、互联网、5G/6G网络、Wifi6等通信设施及技术为基础，构建“元宇宙”基础设施，为虚实融合及交互提供平台载体。运用云计算、人工智能、区块链等为代表的数字化新技术，将真实宇宙数字化，生成虚拟宇宙，虚拟宇宙具备真实宇宙的所有特性。最后在大数据中心、智能计算中心、边缘计算中心等算力基础设施上，对虚拟宇宙进行再创造，达到虚实融合。
以虚拟现实为核心的信息技术构成“元宇宙”技术主干，推动多类型新兴技术融合创新发展。“元宇宙”以虚拟现实(VR/AR/MR/XR)头显、智能可穿戴、脑机接口等打通与现实世界沉浸式交互的接口，以数字孪生、三维仿真等建模仿真工具、内容制作工具构筑虚实交互体验，以实时渲染、4K/8K超高清视频、三维/全息显示等实现真实、顺畅的交互呈现，最终在基础芯片、元器件、操作系统等软硬件技术基础上构成“元宇宙”终端入口。
图2.1元宇宙技术体系
(三)元宇宙产业链构成
“元宇宙”产业链分为基础设施层、核心层和应用服务层。
图2.2元宇宙产业链全景图
基础设施层包含通信网络基础设施、算力基础设施和新技术基础设施，主要负责数据的实时传输与分发、存储计算与处理、挖掘与分析决策。
核心层由终端入口、时空生成、交互体验、产业平台、虚拟社会架构组成。其中终端入口包含接入“元宇宙”的各类终端以及这些终端所需的基础软硬件;时空生成包含将真实物体数字化所需的技术工具;交互体验包含“元宇宙”中的各类交互技术；产业平台包括游戏平台、社交平台等;虚拟社会架构包括安全体系、信用体系等。
应用服务层包含消费端应用服务、行业应用端服务、政府端应用。完整的“元宇宙”形成后，其将赋能工业生产、医疗健康、教育培训、文化娱乐等传统行业，创造信息消费新业态新模式，对人类的生产生活方式带来颠覆式变革。
(四)元宇宙产业地图
按产业链各环节划分，元宇宙重点企业可以归纳为表2.1所示。
三、元宇宙基础设施层发展情况
(一)通信网络基础设施
1.发展特点
通信基础设施作为支撑“元宇宙”运行的血液系统，涵盖了光纤通信、5G/6G移动通信、WIFI6、工业互联网等多类型系统设施，为元宇宙海量元素互联、交互提供连接保障。尤其以5G、千兆光网为代表的“双千兆”网络是当前“元宇宙”建设发展的重要基础设施，基于5G技术增强型移动宽带、超可靠低时延和海量物联三大特性，为元宇宙应用爆发提供坚实连接基础。下面，以“双千兆”网络建设应用和技术走势为例，分析元宇宙网络通信基础设施发展特点。
网络新基建快速部署筑牢数字底座。我国自5G商用以来基建部署持续加速，各省市从站址规划、资源开放、用电优惠等方面给予有力支持，截至2022年2月末，我国5G基站建设总数达150.6万，覆盖范围不断扩大，且有望在2022年底建成200万座，为“元宇宙”等创新应用提供基础支撑。我国各省市“双千兆”网络将持续展开部署完善，根据《“十四五”信息通信行业发展规划》，到2025年每万人拥有5G基站数量达到26个，各省市在网络基础设施建设方面相继做出规划，将为“元宇宙”高速、海量链接等需求奠定网络底座。
“双千兆”网络赋能“元宇宙”创新应用百花绽放。据工信部《“十四五”信息通信行业发展规划》新闻发布数据显示，截至2021年11月，我国5G应用创新案例已超过1万个，覆盖22个国民经济重要行业。其中，空中课堂、虚拟实验室、智慧校园等应用初具规模，超过600家三甲医院开展了
5G+急诊急救、远程诊断、健康管理等应用，增强现实导游、4K/8K直播等应用在信息消费领域快速发展。此外，电信运营商加速整合数字新媒体业务，提升网络承载能力支持XR应用发展。2021年11月11日，中国移动通信联合会成立元宇宙产业委员会，宣告国内首家元宇宙行业协会正式成立。
2.存在问题或瓶颈
5G基站能源消耗巨大。5G单站功耗约为4G单站的2.5~3.5倍，且5G基站覆盖面积远小于4G基站，以4G基站3倍数量估算，5G基站耗电量将达4G的9倍，电信运营商推进网络基础设施部署与配电运行面临现网电源、配套设备扩容和高昂电费的双重压力。
面向5G毫米波频率规划政策等需进一步明确。未来，网络基础设施建设需综合考虑运营商现有频谱资源与技术、频谱特性、产业链完善程度等因素，推进高频段的资源，如5G毫米波频段规划、开发以及针对不同行业要求专网设施建设，持续发挥5G新基建支撑带动终端产业发展底座作用。
3.未来需求及发展趋势
未来，仍需稳步推进网络基础设施部署，夯实元宇宙应用发展底座支撑能力。发挥国家顶层设计指导，推动电信运营商持续展开5G接入网、承载网、核心网网络部署，逐步扩展覆盖范围，加大站址用地、用电支持力度，统筹机房、管线等配套设施建设，推动市政灯杆等社会杆塔资源向5G网络设施开放共享。同时，面向5G三大应用场景，Rel-17潜在技术方案如MIMO增强、节能增强、56G以上频率通信、非陆地网络NR、定位增强技术等，面向物联网、低时延场景的NB-IoT和eMTC增强、IIoT和URLLC增强技术等，将进一步确认。同时，通信技术发展十年一周期，B5G及6G技术将不断演进发展，为满足智慧、深度、全息及泛在连接需求，太赫兹通信、空天地海一体化通信、元宇宙等技术将得到持续深入探索研究。
(二)算力基础设施
算力基础设施，作为“元宇宙”虚拟人、虚拟课堂、虚拟搬动等应用中大规模数据要素挖掘、分析、应用的算力底座，依托数据中心、智能计算中心等实现大数据、云计算、边缘计算、分布式存储等能力支撑。
经济生产生活方式变革加速数据中心数字化进程。疫情常态化防控影响下，远程办公、在线娱乐等需求激增，社会治理数字化进程加快，信息处理、存储量急剧增长，为满足数字化建设需求，全球各地对数据中心IT基础设施的投资持续并进一步扩大。数据中心数字化进程的推进不仅保障远程办公、电商消费等平台经济新业态新模式发展，也为“元宇宙”ToC、ToB全模式业务创新提供算力保障支撑。
国外科技巨头引领“元宇宙”算力基础设施布局。英伟达加快卡位元宇宙GPU、AI、Omniverse底层硬件，提出“GPU+CPU+DPU”3U一体的数据中心新计算架构，构建Omniverse服务器和Omniverse数据中心，布局自动驾驶、机器人、VR等应用领域。谷歌数据中心主要用于搜索、Gmail、YouTube等业务服务，不断强化数据中心设施能源效率，2021年PUE约为1.1，显著优于行业平均值1.59，并计划于2030年实现全部数据中心无碳能源运行。英特尔2022年投资者会议发布新版数据中心路线图，提出客户端能效核与性能核并存，基于首款采用10nm制程的第三代至强可扩展处理器构筑全新数据中心平台，并搭配傲腾持久内存与存储产品组合、FPGA等方案，可提供数据中心、云、5G和智能边缘等领域中计算性能与工作负载优化。
国内政策利好驱动，算力基础设施布局日趋优化。2020年以来，《加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》等新一轮政策推动下，数据中心区域分布由北上广深超一线城市集中分布，逐渐向一线周边城市以及中西部地区转移，截至2020年末，河北、天津、江苏等一线城市周边地区分散部署的数据中心在建机架数位列全国前三。基于政策引导、冷凉气候条件以及能源禀赋等条件，中西部城市也在加速数据中心建设，数据中心网络、运维质量不断完善，冷存储业务、离线计算业务逐步上线。
规模优势不明显，供需结构性失衡。整体来看，我国数据中心规模数量大致供需平衡，但由于数据中心“东部沿海居多，核心城市集中，中、西、北部偏少”的格局，存在供需结构性失衡，即经济发达地区需大于供，经济欠发达地区则供大于需，由于跨省数据传输费用高、数据安全性风险高等瓶颈，难以有效承接东部需求。
数据中心能耗高，PUE提升空间较大。随着数据和应用数量爆发式的增长，由于数据中心机柜数量多、功率大，服务器、存储系统、网络设备及芯片等都需要耗费大量的能源用于维持数据中心运作;与此同时数据中心对环境要求极高，需要依赖空调、水冷机等辅助设备降温，导致数据中心能耗过高，增加了企业数据中心维护成本，成为数字化、绿色化可持续发展的阻碍。大数据中心建设标准尚不完善，运维管理能力相对滞后。
目前，许多地方政府盲目跟风，投入巨资在本地建设大数据中心的，但对大数据中心的内容和作用认识并不明晰，没有形成完整的生态，机架租用率陷入低迷，无法带动产业发展。同时，随着数据中心规模和数量的快速增长，数据中心行业高效运维管理以及人才问题愈发凸显，尤其以西部地区尤为显著。
未来，随着5G、云计算、大数据、人工智能、全息显示等技术的融合应用，“元宇宙”海量ToC和ToB应用终端用户将对实时高效的算力需求不断提升。未来需求及发展趋势：
一是继续强化统筹，加强数据中心绿色集约建设。2021年以来，新基建、数字经济、碳中和成为了“十四五”期间的重点任务。数据中心作为数字经济关键算力基础设施，具备高科技、高能耗双重特点，发展重点将逐步转向探索减碳、零碳排放的可行路径，统筹规划数据中心建设布局，引导大规模数据中心适度集聚，以数据中心集群为抓手，加强数据中心绿色集约建设，实现数据中心节能减排。
二是提高数据中心效率，完善标准监管评价体系。坚持资源环境优先原则，充分考虑资源环境条件，数据中心优先在能源相对富集、气候条件适宜、自然灾害较少的地区进行建设，提高数据中心能源利用效率。鼓励采用液冷、高压直流、微模块以及虚拟化、云计算等技术方案，充分考虑动力环境系统与IT设备运行状态的精准适配，鼓励采用智能化系统和平台优化数据中心整体能效，持续降低数据中心PUE。完善建设数据中心等算力基础设施的标准、监管评价体系，提升运维管理能力。
(三)新技术基础设施
区块链技术是元宇宙运行的核心技术，并塑造元宇宙内部经济系统。不可篡改、不可复制的唯一性、智能合约、去中心化作为区块链的四大基本特征，有效助力元宇宙内部经济系统搭建。元宇宙不是简单的虚拟世界，而是类现实的平行世界，这意味着元宇宙内部需要一套完整并可独立运行的经济系统，且元宇宙内部产生的数字资产能在现实世界自由流通，而区块链的不可篡改、不可复制、智能合约、去中心化的特点能让这种想法真正落地。区块链技术目前已经发展至NFT阶段，开启了数字内容资产化时代，受到大量巨头追捧和资金注入，国内互联网大厂也开始尝试数字藏品。
人工智能技术是元宇宙重要的驱动引擎，为元宇宙大量应用场景提供了支持。围绕海量数据分析处理需求而产生的分布式计算、高性能计算、云计算、雾计算、图计算、智能计算、边缘计算、量子计算等“算力”体系将成为元宇宙发展的重要引擎。人工智能、深度学习等“算法”为元宇宙提供智能化支撑，而以5G、NB-IoT、TSN为代表的现代通讯网络将数据、算力与算法紧密地连接在一起，实现了协同作业和价值挖掘。而对大数据的充分挖掘而形成的智慧支撑系统，将成为未来元宇宙高质量发展的强大动力。
2.重点企业及主要产品
(1)OpenSea
最大的去中心化NFT数字商品交易市场，涵盖最广泛的市场类别，包括艺术类、音乐类、域名、游戏资产以及卡牌等。据其官网数据显示，平台上共约有828100种收藏品类型，有超过60万交易用户，NFT数量超过3000万，交易总额已突破110亿美元。
3.存在问题或瓶颈
非同质化代币监管缺位。数字化资产凭证是元宇宙生态的关键要素，而NFT可以成为元宇宙中数字化资产凭证的一种表现形式，并且将随着元宇宙的发展逐步演进。目前有些国内NFT交易平台宣称“持牌经营”“合规交易”“人民币结算”等吸引投资者，一些NFT游戏、交易平台，出于吸引用户、宣传等目的，平台会不定期向用户钱包发放“空投”。对NFT监管缺失，容易导致商家炒作，最终成为“击鼓传花”骗局。
人工智能尚处于感知智能阶段，认知智能瓶颈未能突破，难以有效支撑元宇宙。认知智能是机器以人类语言的理解和常识推理未基本认知逻辑，是人工智能的相对高级的阶段，其关键技术为多步推理和更加准确的常识判断。人机智能交互能力和超大规模的数据集处理能力是推动元宇宙发展重要的突破点，也正是认知智能发力点，目前认知智能的技术水平和人类相比还有一定的差距，难以有效支撑元宇宙发展。
4.未来需求及发展趋势
元宇宙衍生需求推动人工智能快速发展，并诞生依托于元宇宙的人工智能。在游戏测试领域，通过机器学习、计算机视觉对游戏的bug和通关难度进行测试，有效减轻人类测试员工作量，发现游戏死角，提升用户体验。在内容制作领域，通过计算机视觉、自然语言处理技术，全自动生成武器、建筑、环境、音乐。元宇宙产生的海量数据被用于人工智能的训练，人工智能将明显具有驾驭“元宇宙”的能力，会逐步形成“元宇宙”原生的人工智能技术，比现实世界更强，未来可以应用于解决现实世界更加高阶的科研问题。
四、元宇宙核心层发展情况
(一)终端入口
相较于其他终端入口，虚拟现实(VR/AR/MR/XR)头显的感知体验和交互特性直接决定了元宇宙对于用户的吸引力，其也是实现计算、感知、交互、融合等功能的重要载体。下文以虚拟现实头显为主要对象，在以下几方面进行分析：
1.发展情况
全球虚拟现实头显市场迎来高速增长，Meta及微软分别居于VR及AR终端市场龙头地位。IDC数据显示，2021年全球VR/AR头显出货量达到1123万台，市场同比增长92.1%。其中VR头显出货量达1095万台，2C端VR头显出货量首次超过2B端，VR头显开启消费级市场之路。预计2022年全球VR头显出货量将突破1573万台，同比增长43.6%。Meta旗下OculusQuest2出货量约880万台，市场占有率80%，已成为全球VR头显市场的代表性产品。AR眼镜市场龙头地位被微软占据。国内品牌方面，字节跳动旗下VR头显品牌Pico市场占有率为6%，全球第二。我国VR头显设备市场较小，2021年出货量不足百万台，其中Pico、爱奇艺瓜分了过半市场份额。虚拟现实头显设备持续发展及迭代，离不开芯片、光学、显示等核心器件的有力支撑。
芯片：高通骁龙XR2成为主流选择，本土化产品实现初步应用。处理器芯片方面，2018年全球首个XR专用芯片高通骁龙XR1平台改变了整个虚拟现实头显的格局，2019年高通推出全球首款支持5G的XR平台——骁龙XR2，其支持3K单眼分辨率、8K360°全景视频、七路并行摄像头，目前已成为2000-4000元消费级产品VR/AR头显的主流选择。
光学器件：VR与AR头显采用的光学方案明显不同。
VR光学器件主要以菲涅尔透镜方案为主，pancake方案市场逐步扩大。目前Meta、Pico等主流VR设备均采用菲涅尔透镜方案，但由于焦距问题头显相对笨重；pancake方案可将整机厚度减少48%、模组厚度减少56%、整机重量40%。
近眼显示器件：VR与AR头显对显示器件需求差别较大。VR头显追求高分辨率、大视场角，目前主流产品采用TFT-LCD(快速响应液晶)，其存在显示颗粒感严重、重量大问题。苹果预计2022年第四季度发布VR眼镜，将搭载索尼4KMicroOLED显示屏，相对于TFT-LCD而言，其像素尺寸及屏幕大小均能得到稳步进步。AR头显则追求轻量型、低功耗和高亮度，目前AR头显主要有4种显示器件，分别是硅基LCoS显示器、硅基MicroOLED显示器、硅基MicroLED显示器以及DLP显示器。硅基LCoS显示器的优点是分辨率高，亮度随光源亮度变化，缺点是成像系统复杂，对比度较低;硅基MicroOLED显示器的优点是自发光，成像系统简单，缺点是亮度低，寿命较短;硅基MicroLED显示器的优点是自发光，成像系统简单，亮度与对比度高，缺点是目前彩色技术方案不够成熟，整体良率较低;DLP显示器的优点是光效高，缺点是成像系统复杂，分辨率较低。目前业界普遍认为3-5年内AR头显采用的技术方案为硅基LCoS显示器与单色硅基MicroLED显示器，而5年后则基本采用彩色硅基MicroLED显示器。
2.1终端整机厂商
(1)谷歌：第一款AR眼镜GoogleGlass
GoogleGlass是由谷歌公司于2012年4月发布的一款AR眼镜，集智能手机、GPS、相机于一身，在用户眼前展现实时信息，只需眨眨眼即可拍照上传、收发短信、查询天气路况等操作。用户无需动手便可上网冲浪或者处理文字信息和电子邮件，同时，用户可以用自己的声音控制拍照、视频通话和辨明方向。GoogleGlass主要结构包括，在眼镜前方悬置的一台摄像头和一个位于镜框右侧的宽条状的电脑处理器装置，配备500万像素摄像头，可拍摄720p视频。GoogleGlass的重量只有几十克，内存为682MB，所使用的CPU为德州仪器生产的OMAP4430处理器。2019年，谷歌发布了第二代企业版GoogleGlass。
(2)微软：HoloLens2混合现实头显
微软于2019年11月发布HoloLens2，其搭载了骁龙850计算平台，提供2-3小时的电池续航。此款混合现实头盔提供手部追踪、眼部追踪、语音命令、空间映射、混合现实捕捉、6DoF追踪等功能。2021年美国陆军与微软签订合同，基于HoloLens2打造士兵战术AR头显。
(3)MagicLeap：AR眼镜MagicLeapOne
2017年12月美国公司MagicLeap发布旗下第一款AR眼镜MagicLeapOne，其由3个设备构成，分别为Lightwear头显、内含处理器的Lightpack和拥有6DoF的手持遥控器。MagicLeapOne拥有数字光场、视觉感知、持续对象、声场音频、高性能芯片组和下一代界面等特性，其中数字光场是MagicLeapOne最大的技术特点，它试图将数字光与自然光混合，缩小虚拟世界和真实世界的物体之间的差异。2022年，MagicLeap2将发布，相比上一代重量减轻20%，透光低至0.3%，AR特效更逼真。
(4)Meta：VR行业标杆产品OculusQuest2
Meta于2014年收购Oculus公司，于2020年10月发布OculusQuest2，累计销量已突破千万。OculusQuest2使用FastLCD屏，采用高通骁龙XR2处理器，搭载6GB运行内存和128GB/256GB两个存储版本。采用单眼1832×1920显示屏分辨率，支持90Hz刷新率。支持Oculus自带的应用商店以及SteamVR游戏库。OculusQuest2具备5G接入的能力，不仅可以独立运行，还可以连接到PC端，获得PC端的VR游戏库。‘’
2.2光学器件供应商
(1)Lumus：几何光波导方案供应商
Lumus是位于以色列的AR眼镜光学方案厂商，2022年4月其发布了两款AR光学模组新品Maximus1080P与Maximus1440P。两款产品均支持二维扩瞳阵列光波导，具有公司独有的2D反射波导结构优点：户外阳光场景的亮度表现依然出色，图像无失真，电池效率高，颜色均匀，能实现真正的白色等等。这两款AR光学模组预计将在明年出货。
(2)WaveOptic：衍射光波导方案供应商
英国初创公司WaveOptic成立于2014年，在用于AR设备的衍射光波导元件领域处于世界领先水平，特别是二维扩瞳技术独步全球。公司以其雄厚的技术实力获得了国内资本的青睐，曾先后两次获得国内虚拟现实产业巨头歌尔股份注资，并于2018年与歌尔签订产品量产战略协议。2021年5月公司被美国社交巨头Snap以超过5亿美元收购。不同于其他厂商借助各式棱镜或稀有材料，其利用了光导全息和光子晶体，不仅可以减轻产品的重量同时还能保证较好的显示效果。
2.3近眼显示器件供应商
(1)索尼：轻量化4KMicroOLED显示屏
为实现VR头显对清晰度、体积的要求，索尼研发轻量化4KMicroOLED屏幕，产品具备体积小、高分辨率、高对比度、宽色域、快速响应、图像延迟低等特点。像素数量为OLED智能手机屏幕的2倍，而尺寸则缩小近20倍。为了制造此款高密度的微型显示屏，索尼使用了CMOS图像传感器采用的加工和封装技术。
(2)豪威科技：硅基液晶微显示器件(LCoS)
美国半导体公司豪威科技推出具有集成驱动功能和存储器的业界首款硅基液晶(LCOS)微显示器OP02220，该设备结构紧凑、功耗低、性价比高，可用于耐用性强且重量轻的VR/AR头显设备。OP02220的分辨率为1920×1080，采用4.5微米像素技术制造，尺寸为0.39英寸。集成驱动器的功耗低于双芯片解决方案，具有延长电池寿命的效果，同时也节省了电路板空间，助力终端产品轻量化发展。
(3)奇景光电：微软HoloLensLCoS主要供应商
奇景光电成立于2001年，总部位于台湾，从液晶显示器驱动芯片逐渐扩展到所有显示领域的驱动芯片，发展为LCoS行业领导者，产品在分辨率、功耗、尺寸、成本、光学引擎设计和图像质量方面具有优势，成为市场主流LCoS技术提供商，其是微软HoloLens硅基液晶微显示器件(LCoS)的主要供货商。公司LCoS相位调变技术的产品，可将汽车仪表板信息投射在挡风玻璃上，显示在焦点50公分处的焦点平面，相较一般抬头显示器方案，不仅可达到更明亮、更高对比度的影像质量，而且还可以同时显示多个焦点平面影像，并具有更低功耗、更低成本和更小外形尺寸等特点。
光学器件：制造工艺与量产能力阻碍AR眼镜推向消费市场。目前较为成熟的AR光学方案为棱镜、自由曲面、BB(BirdBath)和光波导方案，前三种方案体积较大，限制了其在AR眼镜方面的应用。而光波导的制造流程与半导体制造工艺流程相似，精密化要求较高。目前衍射光波导制备均是基于半导体制备工艺(如光刻、刻蚀工艺)完成。受制备所需的复杂、昂贵的设备限制，生产成本较高，不适合光学模组的大批量制备。若产能和良率无法得到提高，将阻碍AR眼镜推向消费市场。
显示体验：显示、光学器件共同驱动沉浸感升级。近眼显示技术方面，当前主流产品刷新率为90-120Hz，像素密度(PPI)约1000，距离人眼舒适的理想状态(刷新率120Hz以上，PPI超2000)仍有较大差距，VR头显的近眼显示技术将向MicroOLED演进，AR眼镜则向LCoS、MicroLED演进。光学器件方面，当前主流产品视场角约100°，视角分辨率(PPD)仅20，距离人眼舒适的理想状态(视场角150°以上，PPD大于60)仍有较大差距，VR头显光学方案有望向超短焦光学方案升级，AR眼镜光波导方案将更加成熟。
(二)时空生成
国外企业已建立深厚的技术壁垒，我国企业未推出市场主流产品。我国在此方面起步晚于国外优质同行15年以上，国外领先企业已建立深厚的技术壁垒，当前我国尚无与全球领先企业抗衡的企业。现阶段较为知名的企业为美国的UnityTechnology和EpicGames，两家企业均有15-25年的发展历
实时渲染：硬件与算法突破，渲染真实性与实时性大幅提升。渲染指对三维物体或虚拟场景加入几何、视点、纹理、照明和阴影等信息从而达成从模型到图像的转变，渲染决定了最终作品的质量与风格。渲染技术分为离线渲染和实时渲染，由于“元宇宙”更加注重实时的沉浸式交互，因此实时渲染技术更适用于“元宇宙”。实时渲染指图形数据的实时计算与输出，其每一帧都是针对当时实际的环境光源、相机位置和材质参数计算得出的图像。与离线渲染相比，实时渲染面临可渲染时长短、计算资源有限的问题。随着图形处理器及算法的升级，渲染的真实性和实时性均有明显提升。
开发引擎：第三方商业引擎占比持续提升，Unity与Unreal形成双寡头格局。动视暴雪(无尽引擎)、EA(寒霜引擎)、Take-Two(Rage引擎)等游戏巨头组建庞大的研发团队独立开发自研引擎，国内头部游戏厂商均有自研引擎，但仅限于内部游戏使用。但由于中小厂商或新工作室受制于开发周期与投入预算，同时开发引擎所需技术与其能力不匹配，第三方商业引擎占比持续提升，2021年Unity全球市占率达49.5%，Unreal全球市占率达9.68%，行业双寡头格局基本稳定。越来越多的游戏厂商在商用引擎Unity和Unreal基础上，针对开发特性对引擎进行深度定制化，以适配特定项目的开发。
(1)Autodesk公司：3D建模软件3DMax与Maya应用领域各有侧重
(2)EpicGames：虚幻引擎专注高质量游戏渲染，虚幻引擎5强化技术优势
虚幻引擎(UnrealEngine)是一款由EpicGames开发的游戏引擎，如今被广泛应用于开发各种类型3D游戏，也成为EpicGames的核心业务。公司于2020年公布了虚幻引擎5的效果演示，并在2021年推出虚幻引擎5抢先体验版，其中Nanite与Lumen两项全新功能彰显出虚幻引擎在高端渲染领域的优势。Nanite虚拟几何体能够极大丰富多边形建模细节，由数以亿计的多边形组成的影视级美术作品可以被直接导入虚幻引擎，无需像传统游戏建模一样拓扑、烘焙贴图、设置LOD。Lumen则提供了一套全动态全局光照解决方案，能对场景和光照进行实时反应，且无需专门的光线追踪硬件，
大大减少了辅助灯的数量，为制作方节省大量精力，同时也丰富了未来游戏场景围绕“光线”的玩法。
(3)Unity：针对VR/AR进行技术优化，超过60%的VR/AR内容均基于Unity打造
VR方面，Unity推出用于VR的高清渲染管线(HDRP)和用于VR的通用渲染管线(URP)。适用于VR的HDRP面向高端PC，能够在不牺牲性能的前提下提供较强的视觉效果;面向VR的URP是一种经过优化的单通道前向渲染循环，可以在移动硬件上实现最优新能。无论是PCVR还是一体机，Unity均提供相应的工具，助力创作者实现最高级别的图形保真度，并针对性能进行优化。AR方面，Unity推出专为AR开发的构建框架，创作者仅需一次开发即可将内容部署在多个AR设备。2020年Unity推出混合和增强现实工作室(MARS)，极大程度减少了自定义编码。同时Unity还推出即时AR功能，助力开发者创建更轻量且可立即加载的即时AR内容和体验。
(4)罗布乐思：RobloxStudio降低进入元宇宙世界的门槛，有利于普通玩家发挥创意与创造性
罗布乐思通过游戏引擎与游戏云为开发者提供实用且易用的创作工具，协助产出新颖的内容及场景。RobloxStudio提供了丰富的素材选择和自由的创作空间，降低了创作门槛、提高了创作自由度。同时，RobloxStudio也在持续迭代引擎，以提升呈现效果的拟真度。在RobloxStudio的发展上，平台持续进行各类引擎的更新与进化，一方面响应当前开发者的使用需求，另一方面为Roblox平台及游戏体验的复杂度提升奠定基础。
(5)英伟达Omniverse平台加速元宇宙底层架构持续完善。
Omniverse是英伟达推出的多用户实时协作开放式平台，用于加快项目设计和生产效率。该平台集中了英伟达旗下GPU、CUDA、实时光线追踪RTX等软硬件技术，通过更高效和兼容的方式为构建元宇宙提供完整的全栈式解决方案，成为元宇宙基础底层服务架构的重要工具。在2021年11月9日的GTC大会上，英伟达推出以OmniverseAvatar、OmniverseReplicator为代表的一系列新平台，加速推动元宇宙底层架构持续完善。OmniverseAvatar是生成交互式AI虚拟化身的技术平台，能够实时链接语音AI、计算机视觉、自然语言理解、推荐引擎和模拟方面的技术。OmniverseReplicator是合成数据生成引擎，能够生成用于训练深度神经网络的物理模拟合成数据。
我国内容开发企业大部分采用OpenXR、WebXR、Unity等美国企业牵头的标准规范与开发工具。如常用的三维建模软件3DMAX、MAYA、Substance3D等，影视渲染工具VRay、Arnold等，3D影视/游戏引擎Unreal和Unity，3D仿真模拟工具PhysX、Havok、Bullet等。
渲染软件的渲染效果与效率难以兼顾。一是渲染时长短，实时渲染每秒至少需要渲染30帧，即在33毫秒内完成一帧画面渲染。二是计算资源有限，实时渲染受限于时效要求，计算资源一般不能及时调整。以电影《战斗天使阿丽塔》为例，主角共有13万根发丝，每根发丝均需要单独渲染，单帧画面渲染需要100小时，整个影片渲染需3万台电脑支持。
跨平台研发技术将为元宇宙发展提供动力。现有智能终端均可作为元宇宙的终端入口，但目前开发引擎无法打破各终端间的壁垒，不同终端平台的应用不互通，比如PC端应用无法在主机端和移动端使用。如何保障一款应用在多种终端上快速移植，同时保障运行流畅和高质量画面感，将成为未来开发引擎技术发展的关键。
云渲染为交互硬件的轻量化、便携化提供基础支持。重云端轻终端的云渲染将更多的图形算力、存储等需求放到云端，终端对于图形算力、存储硬件配置要求大幅降低，为终端交互硬件轻量化、便携化提供了基础SaaS级支持，同时也是对终端硬件制造成本的优化，推动元宇宙消费级硬件的快速渗透。
开发工具朝着开放式、简单化、模块化方向发展。2021年5月EpicGames推出虚幻引擎5(UE5)体验版，其中包含基于OpenXR1.0的VR项目新模板，依托OpenXR的开放性和通用性，U5支持多个VR平台开发，无需针对特定配置进行内容制作。目前支持OculusQuest与Link、OculusRiftS、ValueIndexHTCVive系列、WindowsMR系列。用Roblox平台的开发工具RobloxStudio可支持零编程基础3D内容开发，MCStudio和CoreGmes等大众化开发工具逐渐朝着简单化、轻量化、模块化和可视化方向发展。
(三)交互体验
元宇宙中的交互方式包括语音交互、手势交互、嗅觉、触感、脑机接口等，但单一交互方式只可实现部分沉浸，多模态融合交互方式保障全场景交互体验。多模态交互核心是将物理人100%投射到元宇宙中，形成虚拟化的感官交互，增强交互体验，为元宇宙全场景落地提供技术基础。
SLAM：提供了三维数字世界的空间定位功能，决定虚拟现实终端交互自由度。即时定位与地图构建(SimultaneousLocalizationandMapping，简称SLAM)可帮助虚拟物体空间定位，让虚拟物体获取自己的位置信息，理解真实环境中的高低起伏、障碍物、遮挡关系。SLAM在虚拟现实中最主要的应用就是位置追踪，其主要影响虚拟现实终端的交互自由度——3DoF和6DoF。目前，虚拟现实终端以内向外追踪技术(Inside-outTracking)为主实现头手6DoF。Inside-out依靠计算机的视觉算法实现对目标的追踪。通过在虚拟现实终端上安装摄像头，以实现检测外部环境变化，借助计算机或算法芯片计算虚拟现实终端的空间位置。
语音交互：已实现标准化场景的成熟落地，非标场景仍依赖算法和数据支撑。语音交互包括语音激活、前端处理、语音预处理、语音识别、自然语言处理、语音合成等，消除物理世界与元宇宙之间的数字屏障，使元宇宙交互能够更加实时、自然、真实，语音交互也是元宇宙中数字人所具备的基础能力之一。目前语音交互已在金融、教育、医疗、政务、电商、家居、汽车等场景中得到应用。语音交互高度依赖算法和数据支撑，受开发周期和人力成本高昂的影响，缺乏有效、足够量级的数据支撑模型算法，语音交互在非标准化场景中难以建模。未来随着机器学习技术发展，语音交互将扩大应用范围，最终实现物理世界与元宇宙的自然对话。
力反馈：使交互体验更加丰富、自然、真实。力反馈技术是一种新型的人机交互技术，它允许用户借助力反馈设备触碰、操纵计算机生成的虚拟物体，并感知物体的运动和相应的力反馈信息，实现人机力觉交互。力反馈系统的实现过程中涉及到以下关键问题：力反馈计算模型设计、碰撞检测、视觉与力觉的同步渲染，相应地产生了针对解决上述问题的一系列算法和接口。力反馈计算模型用于计算元宇宙中物体间交互时产生的力，并由力反馈设备传递给用户。目前，力反馈算法主要采用基于物理建模方法的有限元模型和弹簧—质点模型。有限元模型能够较好地满足交互的真实性需求，但是运算量大、求解过程复杂，难以满足交互的实时性需求;而弹簧—质点模型具有建模过程简单、计算量较小、交互实时性较好的特点。碰撞检测用于实时检测虚拟环境中物体间的碰撞情况，为之后图形信息的绘制及力反馈信息的计算奠定基础。当前的碰撞检测算法主要采用包围盒技术。
视觉与力觉的同步渲染用于保持较低刷新频率的视觉信息(30fps-60fps)和较高刷新频率的力觉信息(1000fps)的一致性。目前，主流的力反馈接口OpenHaptics、CHAI3D等都支持视觉与力觉融合的应用开发。其中，OpenHaptics是SenseAble公司针对Phantom系列力反馈设备研发的开发工具包，包括QuickHapticsAPI、HapticDeviceAPI、HapticLibraryAPI三个不同层次的接口库，能够满足不同用户的设计需求;CHAI3D(ComputerHapticsandActiveInterface)是由斯坦福大学人工智能实验室研发的支持多种力反馈设备的开源开发工具包，它具有较好的可扩展性，允许用户在已有视觉、力觉渲染算法的基础上根据自己的需要设计新的渲染算法，也可以通过添加驱动的方法支持新的力反馈设备。
脑机接口：已可实现听觉、视觉和前庭感觉，距离实现全场景交互还有较长研发周期。脑机接口(BCI)是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立直接交流和控制通路，用户可通过大脑直接表达想法或操纵设备，无需借助语言、手势或其他工具直接进行神经感知，带来超现实、完全沉浸的元宇宙体验。应用于人体的脑机，目前已可用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。其研究的主线是大脑不同寻常的皮层可塑性，通过脑机接口可以像自然肢体那样控制植入的假肢。目前脑机交互可以实现听觉、视觉和前庭感觉，甚至编码肢体运动。当前，Meta、Valve、Neuralink、BrainCo.等企业均有涉足脑机交互领域，但脑机接口技术的实现及应用场景落地难度较大，成熟周期预计将在10年以上。
2.1语音交互
(1)Nuance：全球最大的语音技术公司，专利数量和市场份额遥遥领先
2.2动作捕捉
(1)Xsens：MVNAnimate动作捕捉系统
Xsens是全球领先的3D动作捕捉系统，应用于游戏、电影、人体运动分析、电视网红直播、现场娱乐各类专业场景中。MVN的产品系列包括完整一体、可供穿戴的动作捕捉(Mocap)解决方案。XsensMVN系统操作简易，是其它很多产品无法比拟的，其具有强大且可靠的硬件，能产出可直接使用的数据。此系统是一个惯性动作捕捉系统，可在所有户外条件下传送好莱坞级惯性动捕数据。
(2)OptiTrack：全身动作捕捉系统轻松创建台式应用动作捕捉工作室
2.3眼动追踪
(1)Adhawkmicrosystems：小型眼动追踪传感器
AdHawk传感器是将眼动追踪传感器集成到了一个微型MEMS芯片上，以超过相机10倍的速度扫描眼睛上的低功率光束，通过简单的电子测量反射光输出眼睛的坐标。通过对眼球的精确定位和眼球运动的预测，高分辨率中心渲染、边缘模糊的模式得以实现，VR不再需要全图像高分辨率渲染，大大减轻了功率和计算的需求。AdHawk对用户眼球运动数据的采集可以用以分析用户的心理状态、健康情况，比如兴奋、困惑、焦虑，当VR/AR获取这一信息后，可以对画面进行相应的处理，极大增加沉浸感。
2.4力反馈
(1)OWO：VR触觉背心，可模拟30多种不同感觉
(2)Dexta：虚拟现实交互手套Dexmo
虚拟现实交互手套Dexmo是一款力反馈手部外骨骼设备，其核心是可变力反馈。根据虚拟物品的形状以及软硬不同，使得每个手指都能感到不同程度的触发力，以及感知到物体的形状，产品便易携带，并且实现了无线连接。Dexmo可以捕捉完整的手部动作，并提供即时力反馈。当用户的虚拟化身遇到一个虚拟物体时，可通过Dexmo的动态握持处理算法来感受到虚拟物体的物理性质，而这个软件会向用户提供各种类型的力反馈。实际上，这个装置会向手指提供反作用力，使得虚拟物体可以提供一种“反推”的感觉，就如同在抓握真实的物体一样。
2.5脑机接口
(1)美国国防部高级研究计划局：进行更高效和更保密的军事通信
交互技术，主要包括脑机交互技术、语音交互、手势交互和传感技术等。美国在交互技术成熟度以及终端普及程度上都超过我国。交互技术需要使用各种声、光、热、力、指纹等传感器和微控制器(MCU)。高端传感器的主要供应商还是海外巨头。微控制器分为8位、16位、32位等不同规格，32位属于高端产品，高端MCU芯片主要来自国外的德州仪器、NXP、Microchip、Cypress等公司。
多元融合交互方式实现现实与虚拟世界的交互。腕带式AR传感器、电子触觉手套/皮肤、嗅觉面罩等新交互方式还在技术孵化期，未来将带来全新的多模态交互体验。元宇宙将突破“2D视觉+听觉”双感官交互阶段，进入多感官融合交互时代，在元宇宙中可同时进行3D视觉、触觉、嗅觉、味觉的交互，目前新兴交互技术大量涌现，在CES2022上，多形态体感设备陆续发布，给元宇宙交互带来了更多可能性，但满足嗅觉、味觉体验的技术尚在孵化期，需要资金、资源、专业人才的推动。
人机交互方式随着计算平台的变革而迭代，持续向人类本能交互方式进化。主机时代，人机交互需要通过键盘，输入文本命令来实现交互。伴随着图形界面和鼠标的出现，计算机进入个人PC时代，通过使用鼠标加键盘，结合“点/敲击、滚动、拖拽”等动作，使用者可向电脑发布指令以实现互动。而在手机时代，伴随交互平台从按键手机向触摸屏手机发展，人机交互模式则经历了从“实体按键+按键输入”(按键输入)到“触摸屏/虚拟按键+轻拍/滑动/缩放”(触控输入)的转变。元宇宙时代，将由屏幕互动转向空间互动、交互界面由命令行界面和图形界面进入自然用户界面，通过手势、眼动等一系列更加自然方式进行人机交互。
(四)产业平台
元宇宙助力社交平台场景化，游戏化社交体验增强元宇宙社交沉浸感。相较于目前普及率较高的即时通讯，沉浸式社交更追求交互体验，用户将在社交平台上共享时空，进行即时互动。日本社交网站巨头GREE公司认为，社交元宇宙并不只是虚拟世界，让用户感受到社交性的机制更为重要，例如其旗下子公司REALITY为进军元宇宙，首先通过打造八个不同的虚拟空间，融入个人房间、宠物等元素，从而实现元宇宙与日常生活场景的结合。社交元宇宙不仅仅是一个网络社交空间，而是在构建一个社交生态，不同的社交生态将由不同的社交场景进行支撑。元宇宙社交多样化的玩法将充分激活社交场景，提升陌生人社交的积极性。例如Soul将游戏化社交体验作为其核心特征之一，通过脸基尼、3D捏脸、多样化的群聊派对房间、Soul狼人等游戏玩法让用户更容易建立关系。
(1)Meta：发布Horizon系列平台，已建立完备的用户原创内容生产能力
Facebook改名为Meta后，全力布局元宇宙，发布元宇宙社交平台HorizonWorlds与办公平台HorizonWorkrooms，Horizon系列应用已有百万用户基础。以上两个平台仅对旗下OculusQuest2VR头显开放。HorizonWorlds由社区用户设计和构建，一次最多可以与四个朋友合作构建，所看到和所做的一切均在用户之间同步，营造出较强的共同创造感。目前此款平台依赖游戏吸引用户。HorizonWorkrooms适合远程协同、线上虚拟会议等应用场景，具备AR透视、桌面识别、手势追踪、键盘识别、多任务模式、虚拟化身等功能。
(2)微软：发布混合现实会议平台MicrosoftMesh
2021年3月，微软推出MicrosoftMesh，一个具有3D化身和其他XR功能的虚拟平台，可利用Azure云平台来促进远程参与者通过HoloLens2和其他设备共享协作体验。微软计划将MicrosoftMesh融入MicrosoftTeams中，允许不同位置的用户，通过MicrosoftTeams加入协作以召开会议、发送信息、处理共享文档等全息体验，MicrosoftMesh目前正在测试中，将于2022年上半年推出。目前全球有2.5亿人使用Teams，Mesh融入Teams后或将迎来用户规模的高速增长。
社交元宇宙或将出现明显社交阶级分层和龙头企业垄断现象。随着元宇宙社交世界场景不断丰富，不同社交场景的门票将具有不同的价值，从而造成元宇宙世界的阶级分化问题。此外，当前社交媒体行业马太效应严重，目前世界各国头部社交媒体公司均开始布局元宇宙社交产业链，例如字节跳动的pixsoul、百度的希壤等，目前元宇宙概念还处于起步阶段，并未出现元宇宙社交龙头，但未来随着元宇宙技术的进一步发展，社交媒体垄断现象可能将会再现。
元宇宙时代助力社交兴趣化场景化，内容UGC/AIGC化发展。截至2021年10月全球社交媒体用户已达到45.5亿，随着Z世代的崛起，社交平台逐渐年轻化，陌生人社交和娱乐化社交兴起，元宇宙的强社交属性或将使社交媒体成为其突破口之一。社交元宇宙将具有虚拟化身、社交资产、沉浸感、经济体系和包容性五大特征，在元宇宙中，线上“第二身份”的构建将使陌生人社交成为主流社交方式之一。VR/AR等设备技术则将为元宇宙社交实现具身传播的场景建构，助力社交平台形成沉浸式场景化。用户可以在社交空间中打造“创造者经济”模式，形成元宇宙社交平台经济体系。