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1.1 元宇宙的起源
2021年，“metaverse”在网络上迅速蹿红，引发科技界和投资界的广泛关注，该词由前缀meta（意为超越、元）和词根verse（源于 universe，即宇宙）组成，直译为“元宇宙”。业界普遍认为，其最早出自尼尔·斯蒂芬森于1992 年出版的科幻小说《雪崩》。作者在书中描绘了一个平行于现实世界的网络世界，并将其命名为metaverse（当时中文译为“超元域”）。
任何一个事物都不是凭空诞生的，都有其起源，元宇宙也不例外。其最早起源于文学家的想象，后来以模拟器的形式不断发展演变。直至今日，元宇宙已摇身一变成为虚拟世界的“代言人”，甚至有人称其是移动互联网的“接班人”。
元宇宙可以看作现实世界的延伸，是一个脱胎于现实世界，又与之平行、相互影响的数字虚拟世界，是互联网下一个阶段的发展方向。通过利用增强现实（Augmented Reality，AR）、VR等技术，现实世界的事物被一一投射到元宇宙中。人们可以通过虚拟形象在元宇宙中搭建社交、生活甚至经济系统，实现虚拟世界和现实世界的融合。元宇宙不只是下一代互联网，更是未来人类的生活方式。它连接着虚拟和现实，丰富着人的感知，延展着人的创造力，蕴含着人类社会未来发展的多种可能。虚拟世界从对物理世界的模拟、复制，变成物理世界的延伸和拓展，进而反作用于物理世界，最终模糊了与物理世界的界限，成为未来人类重要的生存方式。
人类在各种数字技术的加持下，在元宇宙中将拥有网络化身。现实世界中的普通人，在元宇宙中很可能就是拯救世界的大英雄。讲到元宇宙，很容易想到一部经典的电影——2018年美国导演史蒂文·斯皮尔伯格（Steven Spielberg）执导的《头号玩家》（见图1-1）。
图1-1 电影《头号玩家》
电影中的世界拥有着完美运行的经济系统，融合了实体和数字世界。数字商品、内容等都可以在元宇宙中通行，大家既可以在这个世界享用已有的设施，也可以自己参与创作，进而丰富整个世界。相对于电影版的《头号玩家》，其原著小说则更加精彩且更贴近元宇宙生态。在小说中，孩子们的教育在VR里进行，人工智能老师根据每个学生的情况匹配更高效的算法以助其提升成绩；成年人的工作在“绿洲”里进行，而且人们从事的几乎都是创造性工作，可以是技术类，也可以是创作表演；此外，虚拟人物随处可见，他们可以是明星偶像，也可以是你生活中的司机；“绿洲币”可以和现实货币兑换以换取住房和食物等，这些必需品由现实中的机器人来完成生产……其他的小说、电影如《神经漫游者》《黑客帝国》都描述过类似的场景。
在这些小说、电影描绘的元宇宙未来中，你只需戴上VR设备就能进入虚拟世界，成为任何人，体验不同的人生。当你想购买新衣服和新设备时，不再需要现场试穿和试用，在虚拟世界体验后便可直接选择送货上门。当你需要放松时，虚拟世界中的度假星球便成了绝佳选择，只需短短一小时，你就可以在埃及的大沙漠与极夜的格陵兰岛来回穿梭，这些都是元宇宙带给现实生活的直观体验。
科幻电影中的元宇宙拥有的一个重要特点是，它仍然保留了网络世界所独有的匿名性，用户可以抛开现实身份去追寻自己的新角色。人们不再需要考虑现实的束缚，就能够获得展现自己另一面的舞台。在《头号玩家》中，现实世界中的普通人通过元宇宙宣泄着自我的另外一面。这就像在另一部电影《阿凡达》中，双腿残疾的杰克进入转换器，摇身一变成为自由行走的阿凡达。
早在1929年，埃德温·林克（Edwin Link）发明了飞行模拟器（见图1-2），它可使乘坐者获得与驾驶真实飞机一样的体验。
图1-2 最早的飞行模拟器
（来源：britannica官网）
随着信息技术，特别是计算机图形技术的发展，这种模拟器又发展为大屏幕显示器和全景式情景产生器。1956年，在全息电影的启发下，研究者开发出多通道仿真体验系统Sensorama，这被很多人看作最早的VR系统之一，但在当时Sensorama的交互性还较差。1965年，“计算机图形学之父”伊万·萨瑟兰（Ivan Sutherland）发表论文“The Ultimate Display”，提出感觉真实、交互真实的人机协作新理论，描述了一种把计算机屏幕作为观察虚拟世界窗口的设想，这被看作研究VR技术的开端。1966年，美国麻省理工学院林肯实验室（MIT Lincoln Laboratory）在海军科研办公室的资助下，研制出第一款头盔式显示器（见图1-3）。
图1-3 第一款头盔式显示器
（来源：AFIPS联合计算机会议档案）
1967年，美国北卡罗来纳州立大学探讨“力反馈”（Force Feedback）装置。该装置可以将物理压力通过接口传递给用户，从而获得一种来自计算机的“力”的感受。1968年，伊万·萨瑟兰开发出了第一套AR系统，同时也是第一套VR系统。这套系统使用一个光学透视头戴式显示器（视觉显示装置），同时配有两个头部位置和姿态追踪仪（位置检测装置），一个是机械式，另一个是超声波式，从而奠定了三维立体显示技术的基础。
20世纪80年代，美国计算机教授弗诺·文奇（Vernor Vinge）在科幻小说《真名实姓》中幻想出一个细节惊人的新世界：人们能够通过脑机接口“登录”这个世界，按照自己的喜好幻化成不同的形象以获得真实的感官体验。1983年，美国研究者发明了检测手部位置和姿态的数据手套，同年美国军方制订并实施了虚拟战场系统计划。1984年，美国国家航空航天局（NASA）埃姆斯研究中心虚拟行星探测实验室开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，并将探测器发回地面的数据输入计算机，构造了火星表面的三维虚拟环境。1987年，VPL公司以实现虚拟空间中新的通信技术为目的，对虚拟现实的各构成技术进行开发研究，并于1989年提出“Virtual Reality”，即虚拟现实，也就是今天我们熟悉的VR。
1990年，美国达拉斯市召开的计算机图形学国际会议上，首次用3个构成技术对VR进行了定义：三维计算机图形学技术、采用多功能传感器的交互式接口技术，以及高清晰度显示技术。同年，我国“火箭之父”钱学森先生在写给汪成为院士的信中提到，“Virtual Reality”的中文译名可以是“人为景境”或“灵境”，并表示他“特别喜欢‘灵境’，中国味特浓”（见图1-4）。
1991年，日本游戏公司世嘉开始在家用VR头显上开发“虚拟现实”（Virtua VR，后来更名为世嘉VR）。1992年，科幻小说家尼尔·斯蒂芬森在科幻小说《雪崩》中首次提出“超元域”概念，他在小说中描绘了一个超现实主义的数字空间，被地理空间阻隔的人们可通过各自的化身相互交往，还可随意支配自己的收入。同年，美国波音公司的研究人员在论文
中首次使用Augmented Reality（增强现实），并认为该技术将计算机呈现的元素覆盖或融合在真实世界中。这一年，还有两个早期的AR原型系统：Virtual fixtures虚拟帮助系统
和KARMA机械师修理帮助系统，由美国空军和哥伦比亚大学的研究人员分别提出。1994年，艺术家朱莉·马丁（Julie Martin）创作了一场表演，名叫赛博空间之舞（Dancing in Cyberspace）。舞者作为现实存在，可以与投影在舞台上的虚拟内容进行交互，在虚拟环境和物体之间翩翩起舞。这是对AR概念非常好的诠释，也成为世界上第一部AR的戏剧作品。
图1-4 钱学森1990年、1993年写给汪成为的信
（来源：钱学森图书馆）
到20世纪末，VR技术已应用于影视娱乐、服装设计、旅游、教育、规划、工程设计、远程会议、医疗手术、战争模拟等众多领域。美国波音公司在777新型客机的设计中，就将VR应用于模拟风洞实验。美国北卡罗莱纳州立大学研制出一套VR眼镜，只要将它接上超声扫描仪，便可看到孕妇腹内胎儿的情况。日本NEC公司把VR技术应用于日常服饰设计中，这样既美观又兼顾了VR的设计要求。然而，当时依旧高昂的硬件成本阻碍了VR技术的大规模商业普及。
进入21世纪，2004年日本奈良先端科学技术研究生院（NAIST）研究小组开发出一种嗅觉模拟器，只要将虚拟空间里的水果放在鼻尖上一闻，该模拟器就会释放出水果的香味，这是VR技术在嗅觉研究领域的一项重要突破；2012年4月，谷歌（Google）公司发布一款“拓展现实”眼镜；2014年，脸书（现Meta）以20亿美元收购Oculus公司，标志着VR开始普及化和商业化，VR技术从之前主要由学术研究和产业驱动，快速转变为由大众需求和泛行业应用驱动；2015年，获得谷歌公司注资5亿多美元的Magic Leap公司，高调宣布研发AR新技术；Roblox公司宣布用户可以在平台上设计自己的VR世界，并于2021年3月在纽交所上市，成为元宇宙上市第一股；2023年，苹果公司推出Apple Vision Pro，兼有AR和VR技术，能将数字世界融入真实世界，实现增强现实。
“元宇宙第一股”Roblox在招股书中赋予“元宇宙”8个基本特征：身份（identity）、朋友（friend）、沉浸感（immersive）、低延迟（low friction）、多样性（variety）、随地（anywhere）、经济（economy）、文明（civility）。尽管业界对这些特征存在不同看法，但大部分特征已被广泛接受。在此基础上进一步概括，总结出元宇宙具有以下几点特征。
未来，人类的生活、工作都可以在元宇宙中进行，但要最终实现元宇宙与现实世界的完美融合，人们的参与方式必须极为方便，不能有过高的门槛，应像今天我们使用手机一样方便，甚至未来可以像我们说话、呼吸一样自然。在Roblox提到的8个特征中，“低延迟”“随地”表达的就是这个意思。现阶段，VR、AR设备还远达不到这样的要求，普通人进入元宇宙的门槛还很高，元宇宙时代的真正到来还需时日。
沉浸式体验让用户几乎分辨不出虚拟世界与现实世界的边界，即虚实共生、虚实融合。这就像电影《头号玩家》里的场景一样，当我们戴上VR设备，就像是经过时空隧道穿越到另一个世界，开启别样人生。当前，VR、AR设备作为进入元宇宙的主要入口，成为各大巨头争抢的主要阵地。脸书（现Meta）收购Oculus，字节跳动收购Pico，VR设备为用户打造轻松、全景式、沉浸式体验提供了重要的技术保障。
社交网络已成为元宇宙的标配。人类是群居动物，从原始时代开始，人与人的交往就伴随着社会的进步和演化。交流与沟通促进了人类思维的形成，带来了文明的进步。社交元宇宙已成为各大厂商接轨元宇宙的重要路径之一。腾讯投资了Soul，字节跳动在海外上线了一款名为“Pixsoul”的产品……各大公司纷纷布局元宇宙社交。
经济活动是社会运行的基础，作为虚拟世界的元宇宙也不例外。Epic游戏公司的CEO 蒂姆·斯威尼（Tim Sweeney）在接受访谈时提到：“我们不仅要建立一个3D平台，还要建立一个公平的经济体系，所有创作者都能参与这个经济体系，并从中获得回报。”支撑元宇宙经济系统的要素包括数字创造、数字资产、数字市场、数字货币。用户生成内容（User Generated Content，UGC）是元宇宙经济的基础，其创造出的数字资产可以在数字市场上交易，而数字货币是交易的媒介，也是整个元宇宙经济系统的核心。
“文明”是人类历史积累下来的所有认知活动和实践活动的总和，其中包括语言、文字、宗教、城市、国家等元素。元宇宙中的居民通过设定共同的规则，创造各种数字资产，建立起不同的组织结构，从而逐渐演化出文明社会。不同的元宇宙具有不同的文明形态，类似人类历史上形成的华夏文明、阿拉伯文明等，这些多姿多彩、形态各异的元宇宙文明构成了人类生存发展的未来世界。