元宇宙：概念、技术及生态 pdf下载

一个完整的元宇宙世界，需要有强大的技术支持，才可以保证元宇宙世界不仅仅是一个存在于小说和电影中的概念。本书着重于介绍可以让元宇宙概念落地的技术集群，所涉包括区块链技术、交互技术、数字孪生、人工智能技术、物联网技术、5G网络技术、云计算和边缘计算技术等。除技术层面外，安全保障是元宇宙世界顺利安全运行的关键，本书将从信息安全及制度保障两方面来阐述元宇宙中可能遇到的问题及规则层面上的解决办法。

本书作者为西湖大学西湖学者，受过严谨的学术训练，又多年从事跨学科的研究与实践，对新兴技术有敏锐的直觉，通过本书提供了一个很好的窗口和视角，更多地从技术角度来向大众解释元宇宙和各种技术的关联，帮助大众更好地了解相关知识，引发大众的思考。适合元宇宙方向的从业者和希望了解元宇宙的读者阅读。

本书首先介绍元宇宙的概念，以及元宇宙的起源与发展、布局与架构，随后介绍与元宇宙密切相关的Web 3.0、大数据和AI等技术。针对元宇宙的构造以及让人身临其境的“浸入式”功能，本书介绍了沉浸式交互技术，其中包括虚拟现实、增强现实、混合现实、扩展现实等技术，以及相应的原理和应用案例。针对元宇宙中的交易，本书介绍了区块链技术和与之相关的数字货币，包括其概念、种类和特点，之后介绍了元宇宙中的资产观与社交观，其中社交观包括社群、数字生命等概念，资产观包括数字资产和虚拟地产等概念。针对元宇宙中的安全问题，本书介绍了元宇宙的技术安全与法律风险。最后介绍了元宇宙的投资及前景分析。

通过阅读本书，你将了解：

“元宇宙”概念的前世今生

完整的元宇宙世界所涉及的各种概念

可以让元宇宙概念落地的技术集群及其应用

元宇宙世界顺利安全运行的安全保障，包括技术风险与法律风险

成生辉

博士，西湖大学西湖学者，现任智能可视化实验室负责人。他于纽约州立大学石溪分校获得计算机科学博士学位，并在德国莱比锡大学医学研究所、布鲁克海文国家实验室和美国哈佛医学院进行研究，曾任世界银行（总部）数字经济组顾问。他的主要研究方向为数据可视化、可视分析和元宇宙等。

他发表过20余篇论文，曾任大数据高峰论坛（中国可视化专委会举办）执行主席，国际可视化年会、太平洋可视化大会、中国可视化大会等项目委员会委员。著有《大数据分析：从理论到实践》和《中国经济大数据分析》，入选深圳市海外高层次人才（孔雀计划）和浙江省高校领军人才培养计划。

本书赞誉

“元宇宙”在2021年成为时髦的概念。元宇宙到底是什么？元宇宙是否是互联网技术的下一次革命？未来人类是否可以实现元宇宙？元宇宙由谁来主导建立？主导者将获得什么好处？在建立元宇宙的过程中究竟有什么风险？作为一名对前沿科技充满好奇的学者，这是我听到这个时髦概念后的第一反应。恰在此时，我的同事成生辉先生送来了他的全新著作，很好地解答了我的困惑。我相信大众中也有很多像我这样迫切需要这方面知识的人，本书完全可以满足大众的需求，故予以大力推荐。

—崔维成　西湖大学工学院讲席教授，国家

“载人深潜英雄”称号获得者，教育部首批

“长江学者特聘教授”

“元宇宙”概念产生于尼尔·斯蒂芬森的科幻小说《雪崩》，因2021年Facebook宣布更名为Meta而引起轰动。它是一个新理念，也有可能成为一种面向未来的技术，逐渐影响人们的生活。在高等教育领域，我们需要这样一本书，给学生答疑解惑，厘清其复杂技术与应用场景。与成生辉认识于一次大学评估，知他思维活跃。他写的《元宇宙：概念、技术及生态》这本书的特点在于，用可视化技术把晦涩的知识展现得简洁易懂，既能辅助相关专业大学生学习，也能满足大众对“元宇宙”知识的了解需求。创新是未来发展的新动能，我们需要了解有发展潜力的新生事物。想认识“元宇宙”，请读《元宇宙：概念、技术及生态》。

—马陆亭　教育部教育发展研究中心副主任，

学术委员会主任，博士生导师

目前关于元宇宙的讨论大多局限在技术层面。本书视野开阔，内容丰富，对元宇宙这个可能改变人类生活的新兴概念进行了全景式的介绍。除了对构建元宇宙所需的各种关键技术，如计算机图形、区块链、大数据、沉浸式交互等进行简明扼要的介绍外，全书一半的篇幅讨论了诸如元宇宙的资产观、元宇宙安全、元宇宙与法律、元宇宙与投资等重大议题。本书作者受过严谨的学术训练，又多年从事跨学科的研究与实践，对新兴技术有敏锐的直觉，所以能够独立完成这本非常及时的书，为读者指点迷津，特此推荐。

—屈华民　香港科技大学计算机与

工程系讲座教授，新兴跨学科领域学部主任，

跨学科课程事务处处长

作为一个新兴的技术革命，元宇宙注定将影响人们工作生活的方方面面。元宇宙的发展依赖于互联网和计算机领域的技术进步，元宇宙的应用又取决于和教育、医疗、科研、娱乐、生产、管理、经济各个领域的融合。在元宇宙快速发展的时代，如何理解和掌握元宇宙的概念，了解它涉及的技术，引领它在各行各业的发展和应用是一个难题。元宇宙是什么？从哪里来？到哪里去？如果你对这些问题有疑惑，那么这本书可以解答你的疑问。本书深入浅出地介绍了元宇宙的来龙去脉，完整地展示了元宇宙涉及的技术领域，介绍了元宇宙的应用场景和发展方向，为元宇宙方向的从业者和希望了解元宇宙的入门读者提供了及时且完善的参考。

—徐晓音　哈佛大学医学院布莱根妇女医院

在过去的数十年中，人类社会见证了信息技术飞速发展带来的天翻地覆的变化。而和60年前互联网的发端不同，当下“元宇宙”从一开始就受到了一众媒体的热捧，跨国企业也不甘落后，纷纷开始跑马圈地。元宇宙是未来的技术方向还是只是一个暂时的热点？在新的时代如何考虑技术对人类社会的正面或者负面影响则是摆在人类面前的巨大挑战。在种种迷雾之下，这本书提供了一个很好的窗口和视角，更多地从技术角度来向大众解释元宇宙和各种技术的关联，帮助大众更好地了解相关知识，引发大众的思考。

—袁晓如　北京大学智能学院研究员

元宇宙正在渗入年轻人的日常生活。元宇宙这个概念对于我来说是可以想象但还不知道怎样去参与和实践的新鲜事物。成生辉博士的全新著作让我眼前一亮，虽然它不能解决我的一些困惑（个人认为完全去中心化、无边界是行不通的，无序需要有序来管控，能量是守恒的等等），但还是一本非常值得一读的介绍性著作。读者在阅读时可以思考怎样在虚拟现实和真实世界之间做到变通，进而更好地参与进去，尤其是虚拟数字货币、元宇宙科技等，推荐阅读。

—张正军　美国威斯康星大学计算机、信息和数据

科学学院统计系教授，IMS会士，ASA会士

元宇宙有望重塑社会、商业和我们所有人的生活。我们正在进入一个新时代—我们的虚拟存在变得比物理世界更重要。对于任何想了解元宇宙的读者来说，这本书是一个很好的起点。

—Steve Hoffman　硅谷著名创业家、天使投资人，

Founders Space CEO

目　　录

本书赞誉

前言

致谢

第1章　元宇宙入门1

1.1　元宇宙的概念2

1.2　元宇宙的起源与发展8

1.2.1　互联网革命8

1.2.2　元宇宙的雏形15

1.3　元宇宙的布局20

1.3.1　元宇宙的产业链20

1.3.2　头部互联网公司的元宇宙布局25

1.4　元宇宙的架构30

参考文献33

第2章　元宇宙与Web 3.0、大数据、AI35

2.1　元宇宙核心的网络生态36

2.1.1　Web的三次技术迭代36

2.1.2　Web 3.0和元宇宙42

2.2　大数据技术45

2.2.1　元宇宙中的大数据45

2.2.2　元宇宙中的数据存储47

2.2.3　边缘计算49

2.3　元宇宙与人工智能51

2.3.1　AI芯片53

2.3.2　构建虚拟环境58

2.3.3　虚拟身份60

2.3.4　人工智能与数字孪生63

参考文献64

第3章　元宇宙与沉浸式交互技术65

3.1　沉浸式交互技术介绍66

3.1.1　虚拟现实67

3.1.2　增强现实71

3.1.3　混合现实73

3.1.4　扩展现实75

3.2　沉浸式交互技术的支撑与开发76

3.2.1　图像显示原理76

3.2.2　数据可视化82

3.2.3　计算机图形学89

3.2.4　其他支撑技术95

3.3　沉浸式交互技术的应用99

3.3.1　数字孪生99

3.3.2　其他应用104

参考文献109

第4章　元宇宙与区块链111

4.1　区块链112

4.1.1　区块链的概念和原理112

4.1.2　区块链的特点121

4.1.3　区块链的应用124

4.1.4　区块链的发展129

4.1.5　区块链与数字货币131

4.2　数字货币132

4.2.1　数字货币的概念132

4.2.2　数字货币的种类133

4.2.3　数字货币的特点139

4.3　元宇宙中的数字货币139

4.3.1　数字货币在元宇宙中的作用及应用140

4.3.2　构建元宇宙的货币141

参考文献145

第5章　元宇宙与社交观147

5.1　现实世界中的社群及社交观148

5.1.1　社群的概念149

5.1.2　社群的分类及结构149

5.2　互联网时代的社交152

5.2.1　互联网时代的新社交153

5.2.2　互联网时代的社交观的革新155

5.3　数字生命与元宇宙158

5.3.1　元宇宙中的数字生命159

5.3.2　虚拟距离与物理距离163

5.4　元宇宙概念下的游戏与社交165

5.4.1　元宇宙概念下的游戏体验165

5.4.2　元宇宙概念下的社交体验167

参考文献169

第6章　元宇宙的资产观171

6.1　数字资产的持有模式和所有权—NFT172

6.1.1　NFT的概念172

6.1.2　NFT的历史174

6.1.3　NFT的交易流程178

6.1.4　NFT与元宇宙179

6.2　数字资产180

6.2.1　数字资产的概念180

6.2.2　数字资产的价值181

6.2.3　数字资产的潜力183

6.3　元宇宙中起飞的虚拟地产187

6.3.1　虚拟地产的概念187

6.3.2　虚拟地产的估值188

6.3.3　虚拟地产的大事件和经典项目192

6.4　元宇宙与现实世界的资产关系197

6.4.1　元宇宙改变现实世界的商业模式198

6.4.2　元宇宙中的资产变现199

参考文献200

第7章　元宇宙安全203

7.1　元宇宙技术风险205

7.1.1　元宇宙与5G安全问题205

7.1.2　元宇宙与AR/VR安全问题207

7.1.3　元宇宙与云计算安全问题209

7.1.4　元宇宙与区块链安全问题211

7.2　元宇宙数据风险214

7.2.1　元宇宙中的数据215

7.2.2　元宇宙数据安全217

7.2.3　数据安全保护现状219

7.3　元宇宙数据安全治理223

7.3.1　数据安全治理框架223

7.3.2　元宇宙个人隐私保护226

参考文献227

第8章　元宇宙与法律229

8.1　元宇宙的秩序230

8.1.1　元宇宙的准入规则231

8.1.2　元宇宙的法律制定232

8.2　元宇宙中的法律关系235

8.2.1　元宇宙中的法律主体235

8.2.2　元宇宙中的法律客体237

8.2.3　元宇宙中的法律权利与法律义务241

8.3　元宇宙的法律制定、实施与执行242

8.3.1　法律制定—立法243

8.3.2　法律实施与执行—执法与司法245

8.4　元宇宙的法律风险246

8.4.1　隐私权与个人信息权的保护246

8.4.2　所有权249

8.4.3　知识产权252

8.4.4　身份盗窃与诈骗253

参考文献256

第9章　元宇宙与投资259

9.1　资本眼中的元宇宙价值260

9.1.1　市场需求263

9.1.2　产业板块264

9.2　二级市场265

9.2.1　美国资本市场266

9.2.2　中国资本市场272

9.2.3　日本资本市场276

9.2.4　韩国资本市场278

9.3　一级市场279

9.4　投资风险281

参考文献285

第10章　元宇宙的未来287

10.1　元宇宙的机遇288

10.1.1　研发穿戴设备及芯片的硬件板块289

10.1.2　着力于提升传输速度的后端基建板块291

10.1.3　涉及核心技术生态环境的底层架构板块291

10.1.4　提升虚拟环境体验的人工智能板块292

10.1.5　关乎日常生活体验的内容与场景板块293

10.2　元宇宙与永生科技293

10.2.1　元宇宙永生的入口：脑机接口294

10.2.2　元宇宙永生的进阶：意识上传296

10.3　元宇宙的限制和问题297

10.3.1　技术的覆盖程度297

10.3.2　人际关系及社交体验298

10.3.3　数据安全问题298

10.3.4　文化、法律及道德问题298

参考文献299

前　　言

在过去的一段时间里，“元宇宙”几乎成了一个家喻户晓的概念。与它相关的股价急速拉升，元宇宙里面的地价也不断提高。与之相关的创业公司同样成为资本市场的黑马。同时，不少科技巨头（如百度、Facebook、NVIDIA等）纷纷布局元宇宙，这些巨头的投入以及媒体的宣传，极大地提高了人们对元宇宙的关注度。

当下元宇宙这个概念非常火热，而其背后的技术细节及实现方法比较复杂，很多人不甚了解，正在积极寻求这方面的书籍。然而，这方面的书籍目前还比较少。市面上常见的介绍元宇宙的书，主要还是以概念和科普为主，很少有特别强调技术的。针对这一需求，我创作了本书来阐述元宇宙的概念，元宇宙中常用的Web 3.0、区块链、VR/AR等技术，以及与其相关的社交、资产、安全、法律等组成的元宇宙生态。

本书首先介绍元宇宙的概念，以及元宇宙的起源与发展、布局与架构，随后介绍与元宇宙密切相关的Web 3.0、大数据和人工智能等技术。针对元宇宙的构造以及身临其境的“浸入式”功能，本书介绍了沉浸式交互技术，其中包括虚拟现实、增强现实、混合现实、扩展现实等，以及相应的原理和应用案例。针对元宇宙中的交易，本书介绍了区块链技术以及与之相关的数字货币的概念、种类和特点。之后，本书介绍了元宇宙中的社交观与资产观。其中社交观讨论了社群和数字生命等概念，资产观讨论了数字资产和虚拟地产等概念。针对元宇宙中的安全问题，本书介绍了元宇宙的技术安全与法律风险。最后介绍了元宇宙的投资及前景分析。

为了方便读者更好地获取元宇宙的资料，并分享相关的前沿研究，我们开发了元宇宙的学习交流网站 www.meta-verse.ac.cn。读者在阅读本书的同时，也可进入网站和大家一起交流分享。同时，衷心地希望读者在学习之余，也能给我们提出宝贵的意见和建议。

致　　谢

感谢孟怡然、王俊伟、马堃、郭晓晴、韩学洋、张晶、刘铂晗、成悦明、莫晨晨、厉鼎等为本书的出版做出的巨大贡献。

感谢崔维成、马陆亭、屈华民、袁晓如、徐晓音、张正军、Steve Hoffman等专家教授在本书的写作过程中提出了宝贵的意见和建议。