
重新定义现实:3 个关键构件
Industrial Metaverse今年将取得重大进展。看看关键技术是什么。

了解围绕工业元宇宙的术语——并了解工业元界的全部内容。
踏入一个像素与现实融合的世界——探索我们与《麻省理工学院技术评论》共同撰写的工业元宇宙报告的发现。

Industrial Metaverse 是一个虚拟世界的概念,用于镜像和模拟真实的机器和工厂、建筑和城市、电网和运输系统。这将是一个永远处于开启状态(持久)的世界,允许无限数量的人和资产进行互动(并发),让人完全沉浸在基于物理的、照片般逼真的实时模拟中。在这种数字环境中,人们可以打破距离的障碍,在不同国家和各大洲共同工作,从而将协作提升到一个全新的水平。可以快速发现、分析和修复问题,甚至可以在问题出现之前发现。企业和经济将能够变得更加可持续,推动产品设计、工艺和生产的脱碳和非物质化。
工业元界将成为我们以软件速度进行创新的场所。它将为改造我们的经济和工业提供巨大的潜力。
定义:
人工智能(AI)描述了机器执行的智能操作(与自然智能相反,后者与人类和其他动物有关)。拥有人工智能的机器可以感知其环境并采取行动来实现目标,而不仅仅是重复编程动作。尽管历史上人工智能已应用于许多不同的技术,但如今,该领域由使用(深度)神经网络的机器学习(ML)主导。
对(工业)Metaverse 的贡献:
Industrial Metaverse 是一个训练和验证空间,允许创建合成数据,这些数据可用作基于人工智能的系统(例如自动驾驶)的输入。此外,人工智能用于在 Metaverse 中创建智能和自主代理,例如可以通信和共享互动的人类头像或机器人。最后,人工智能是创建实时逼真的虚拟现实和增强现实渲染和模拟的关键技术,使元界成为现实。
定义:
增强现实 (AR) 是一种允许将数字信息叠加在现实世界环境和物体上的技术,通常使用沉浸式三维虚拟现实。增强现实允许通过添加数字视觉、声音和其他感官元素来增强现实世界。
对(工业)Metaverse 的贡献:
增强现实功能是智能手机、平板电脑和增强现实眼镜等设备的标准功能,也是Metaverse的一项基本功能。该技术的基础是内部定位和跟踪机制。它不仅可以镜像对象和环境,还可以增强对象和环境。AR 可以协助培训、检查和协作。它使行业利益相关者能够在虚拟环境中设计、开发和测试产品,例如通过可视化工作流程和数据、映射在物理资产上或支持机器和工具的远程或增强控制和服务。例如,借助 AR 应用,专家可以在 Metaverse 环境中操作机器或对新功能和产品进行路试。
定义:
头像是人的图形表示,可用于在 3D 虚拟世界中与其他用户和对象进行物理交互。为了获得完全身临其境的头像体验,用户佩戴的传感器可以跟踪运动并允许在虚拟世界中进行触觉交互。
对(工业)Metaverse 的贡献:
头像在 Metaverse 中至关重要。它们是物理世界和 Metaverse 之间的接口,没有它们,就不可能进行实际的虚拟互动。在虚拟工厂或其他工业环境中,头像可以帮助用户识别其他头像和数字资产并与之互动。头像可以精确地呈现用户的三维表现,并配备了一组个人工具来提高他们的工作效率。头像是元界的单点登录(SSO)凭证版本,为用户提供单一入口访问元界所提供的一切的权限。
定义:
区块链是一种分布式账本技术(DLT),可在互联网上实现安全可靠的交互。它以其在加密货币系统中的关键作用而闻名。区块链提供了不可改变的共享数据账本,其中所有交易都记录在安全关联的、按时间顺序排列的区块中,并且可以通过智能合约执行代码和策略执行。
对(工业)Metaverse 的贡献:
区块链为元界引入去中心化提供了基础,有望成为元界经济的关键组成部分。随着元界的发展和用户数量的增加,追踪所有资产及其所有者以及为元界演变做出贡献的各种实体变得至关重要。区块链可以支持这些要求。以数字双胞胎为基础的 Metaverse 可以使用区块链来跟踪数字代币的演变和交易。智能合约还可用于引入基于代码的治理并定义元界的参与规则。
定义:
云计算是数据、存储和一般计算资源的按需可用性,其功能分布在多个云服务器位置,每个位置都是一个数据中心。工作负载和计算可以在云服务器上运行。云计算和边缘计算的组合为用户提供了隐私、高效计算和更快结果之间的最佳平衡。
对(工业)Metaverse 的贡献:
需要大量的存储和处理来支持 Metaverse,这就产生了对空间、资源、性能、存储和成本效益的需求,只有云计算才能满足。在 Metaverse 中,数据源和交互设备将不仅是具有高计算能力的机器,而且是占地面积小的设备,这些设备可以实现数据流并提供计算能力,从而为应用操作提供更快的结果和更短的加载时间。考虑到设备的多样化占地面积和功能,可扩展的 Metaverse 架构必须同时优化边缘和云计算,以实现统一和持续的用户体验。
定义:
协作是指集体努力,使总和大于各部分。它为开会、描述、讨论、审查和进行更改提供了机会。在数字世界中,当用户跨不同的设备、平台、域和组织工作时,协作可能会很困难。互操作性是成功实现数字协作的关键,就像当今使用标准化协议的互联网一样。
对(工业)Metaverse 的贡献:
Metaverse 是一场最终实现虚拟协作的革命。用户可以以 Avatars 的身份进行互动和参观设施,并可以使用高质量的 3D 演示在真实环境中演示他们的产品、概念和算法。数据和模型可以轻松交换,具有完全的互操作性,用户可以跨设备、平台、域、空间和组织在同一个数字资产上无缝协作完成常见任务。
定义:
计算涉及使用计算机硬件和执行仿真、计算或控制等软件程序,包括数据的输入、输出和存储。
对(工业)Metaverse 的贡献:
Metaverse 本质上是一个复杂的软件程序,需要计算及其相应的平台来执行和托管 Metaverse。执行可以集中在由多个计算资源组成的云服务器中,也可以分布在由本地计算机组成的联合网络上。在元宇宙中,虚拟化计算是为了执行基于元界的软件程序,例如在控制元界机器人的元界PCL上运行的控制算法。直接靠近物理过程的边缘计算将成为虚拟 Metaverse 组件与物理世界整合的关键推动力。
定义:
用技术术语来说,连接是计算机、程序、设备或系统与他人连接和交换信息的能力。
对(工业)Metaverse 的贡献:
需要连接 a) 将由软件程序代表的元宇宙中的虚拟组件相互链接,b) 将元界与物理世界连接起来,以从物理世界获取信息并从元界获得反馈见解,c) 将人类与元界联系起来。不间断的连接和强大的信息交换标准是将 Metaverse 扩展和扩展到新领域的关键前提条件。
定义:
digital twin 是物理对象或过程的虚拟表示。它可以包括完整的产品生命周期,例如设计、制造、运营和服务阶段。digital twin 的外观和行为与物理世界的对应物类似,它反映了现实世界并实时适应那里发生的事情。它也可以用作虚拟游乐场,探索如果在现实世界中做出改变会发生什么。算法及其实现(包括机器学习)的进步使数字双胞胎成为可能。它们是提供准确预测的一种手段,遵循镜像物理环境的物理特性。
对(工业)Metaverse 的贡献:
数字双胞胎技术将成为工业元界的核心。如今,一个全面的digital twin已经整合了在其生命周期中产生的与实物资产相关的所有数据。西门子和英伟达正在共同开发基于物理的、照片般逼真的实时数字双胞胎,这将实现同步、并行和身临其境的工业元宇宙。通过将 digital twin 连接到现实世界中的同类产品并利用其数据,可以在整个生命周期中改善运营。例如,digital twin 可以模拟温度变化或单个零件故障或安装新组件的结果等事件。
定义:
边缘计算是一种分布式解决方案,可使计算和数据存储更接近数据源,从而缩短响应时间并节省带宽。它是将计算元素结合在一起的一种手段——一种架构,而不是一种特定的技术。物联网 (IoT) 是边缘计算的典型例子。
对(工业)Metaverse 的贡献:
边缘计算涉及在边缘设备上的数据附近运行计算。这样可以实现最大速度和最小延迟——这是 Metaverse 交互中的两个关键问题。如果说云计算就是存储,那么边缘计算就是速度。没有这样的速度、可扩展性和可用性,Metaverse 将是一项挑战;因此,边缘计算是实现元界的关键组成部分。它是一种 IT 部署,可让应用程序和数据尽可能靠近用户,这正是无缝体验所需要的,为用户提供必要的本地计算能力,同时最大限度地减少基于网络的延迟和网络拥塞风险。考虑到设备的多样化占地面积和功能,可扩展的 Metaverse 架构必须同时优化边缘和云计算,以实现统一和持续的用户体验。
定义:
创造引人入胜的体验是扩展现实 (XR) 的关键目标。实现用户与虚拟世界的初次互动很容易——挑战在于将这种数字体验转化为长期的参与和兴趣。这一目标是通过让用户感到相互关联(相关性)、完全沉浸其中(暂停怀疑,用承诺和想象力进行互动)、专注(热爱工作和提高绩效)和全神贯注(感到参与和专注)来实现的。
对(工业)Metaverse 的贡献:
创建引人入胜的 Metaverse 体验需要吸引用户并保持他们最初对体验的热爱。活跃的用户或客户是指为 Metaverse 带来高水平的热情、创造力和生产力,并期待他们下一次互动的用户或客户。
定义:
XR(扩展现实)是一个涵盖虚拟现实、增强现实和混合现实的总称,根据用例,所有这些都可能与访问工业元界中的数字双胞胎有关。
对(工业)Metaverse 的贡献:
XR 是融合在 Metaverse 中的各种技术、行业和解决方案的核心,也是任何 Metaverse 应用的重要组成部分。在 Industrial Metaverse 中,XR 为与数字双胞胎交互以及以更易于理解的方式呈现复杂的 DT 信息提供了增强的选项。XR 沉浸式功能还可提供更加丰富的体验,这通常会带来更好的结果,并提高跨专业领域的协作效率,例如在培训或指导场景中。同时,XR 实现了真实世界和虚拟世界的结合,从而可以将组件仿真链接到物理资产,从而可视化未来或假设系统配置的行为。
定义:
地理空间计算是指使用计算技术来收集、处理、分析和可视化地理数据。它包含一系列处理空间参考数据(包括来自卫星图像、GPS 和(I)物联网传感器的技术和工具,支持使用基于地理或位置的组件对数据集进行测绘和分析。
对工业 Metaverse 的贡献:
在工业元界的背景下,地理空间计算在增强位置情报和空间感知方面发挥着关键作用。它允许高效管理和分析大量空间数据,这对于环境监测、城市规划和资源管理等应用至关重要。该技术有助于创建详细、准确的地理区域数字双胞胎,从而促进在各个工业领域做出更好的决策和规划。
定义:
感官沉浸感涉及在虚拟环境中进行互动,就好像现实世界一样。这种保真度要求虚拟世界遵守现实世界的物理特性,包括其视觉细节(例如照明、粗糙度/平滑度和反射)、声音(例如与物体接近或运动相关的差异)及其触觉质量(例如纹理、触感和感觉以及机械振动)。
对(工业)Metaverse 的贡献:
现实不仅仅是一种视觉体验,它涉及所有的感官。要获得完全的感官沉浸感,模拟必须重现真实体验的完全保真度。例如,工厂环境涉及环境声音、人声以及机械的噪音、振动和热量,虚拟版本必须重现这些细节。在虚拟模型中纳入感官因素可增强用户在资产可视化、态势感知和时空沉浸感 Metaverse 中的参与度和理解力
定义:
Industrial Metaverse 中的沉浸式工程是指应用虚拟和增强现实技术来增强工程流程。它涉及在完全身临其境的三维环境中创建数字双胞胎或虚拟原型并与之交互,为工程师提供更直观、更逼真的体验。
对(工业)Metaverse 的贡献:
这种方法将通过在共享的沉浸式空间中实现实时协作、详细的虚拟原型设计和仿真,彻底改变传统的工程方法。它将允许在虚拟现实空间中设计、研究和操作物体,并在审查设计时从虚拟的角度获得现实世界的见解,例如通过运动学动画。设计、测试和修改流程的无缝集成将提高产品开发周期的效率、准确性和创新性。
定义:
互动是 Metaverse 的主要优势之一。扩展现实 (XR) 提供了一个直观、即时和身临其境的平台,允许用户以数字方式协同工作。该技术通过持续提供相关信息、准确的细节和见解,帮助用户完成任务,从而促进成功的互动。为了创造积极的用户体验,互动需要引人入胜且富有成效。
对(工业)Metaverse 的贡献:
如今,与工业数字双胞胎进行的最先进的交互通常不如游戏提供的交互直观和用户友好。因此,改善用户体验是在 Industrial Metaverse 中成功互动和高效用户旅程的关键要求。
定义:
互操作性描述了多种环境、软件、产品和机器的连接和通信能力。它可以实现信息、数据或数字资产的无缝交换和使用。实现互操作性的关键推动因素是数据格式的标准化和语义连接的采用,语义连接可以在公共空间中链接和传输不同类型的数据。
对(工业)Metaverse 的贡献:
没有互操作性,就不会有工业元宇宙。它描述了虚拟会议和互动以及分享想法、数据和虚拟体验的过程。在工业化 Metaverse 中,头像参观工厂车间最能体现这一点。
定义:
MUVE 是虚拟空间,用户在其中以头像为代表,相互交互以及与环境中的对象进行交互。多个用户同时共存于该虚拟空间和物理世界中。MUVE 是一个一致、持续的环境,就像现实世界一样。用户可以根据需要进入和离开虚拟环境,并且可以随时随地访问虚拟环境。
对(工业)Metaverse 的贡献:
MUVE 完全是关于 Metaverse 互动的,它反映了现实世界中团队和项目的努力。例如,在工厂车间,中国的专家可以登录德国的工厂,与德国的维护团队合作解决问题。MUVE 为物理环境(例如工厂)中的人提供了在该环境的虚拟版本中与虚拟用户进行交互的机会。
定义:
不可替代代币是独特的实物或数字资产的数字表现形式。它们使用区块链技术进行验证和存储,可以传输给其他用户。每个 NFT 在数字上都是独一无二的,代表着一个不同的实体,尽管这些实体可能具有相似的特征。NFTin 上的 NFT 具有相关的审计跟踪,可以跟踪其从开始到转移和销毁(即生命周期结束)的生命周期。
对(工业)Metaverse 的贡献:
数字双胞胎(DT)是Metaverse的重要组成部分,NFT提供了新的商业模式,例如数字双胞胎交易,将实物资产与NFT相结合,在DT的不同生命周期阶段实现价值创造,并允许将现有DT扩展、演变和组合成一个新对象。NFT 是 Metaverse 的一种收入模式,虚拟资产推动了元界的大部分增长,为内容创作者提供了前所未有的力量。它们代表了证明 Metaverse 中内容存在和真实性的一种方式。
定义:
空间计算包括融合物理世界和数字世界的技术,利用扩展现实 (XR) 提供身临其境的用户体验。它涉及创建由高级计算、传感器和图形驱动的数字和物理对象共存和实时交互的环境。
对(工业)Metaverse 的贡献:
空间计算是沉浸式工程概念不可或缺的一部分,它允许在逼真的三维空间中与数字模型进行交互和修改。此外,空间计算支持更具交互性的训练模拟,通过在物理空间中叠加数字信息来增强远程协作,并促进复杂的数据可视化和分析。
定义:
当用户对产品有持续的积极体验时,就会形成长期的情感依恋。设计师们努力为实体和数字产品创造这些 “令人惊叹” 的用户体验。当人们与机器互动时,用户体验被称为 “用户旅程”。通信发生在用户和系统之间,每个触摸点都会留下构成整体体验的一系列印象。关键是设计用户旅程,满足客户需求,让体验愉快。
对(工业)Metaverse 的贡献:
在 Metaverse 中,用户体验是身临其境的,是 “从页面到舞台” 的转变。用户需要足够详细地体验 3D 数字环境,才能发现任何需要调查或干预的内容。在 Metaverse 中获得成功的用户体验意味着快速处理信息并根据视觉证据做出适当的决策。数字双胞胎必须尽可能地反映现实,营造一种三维沉浸感,带来照片真实感的 “惊喜”。随着用户期望的提高,需要不断提高的用户体验设计师技能才能保持持续的积极用户体验。在工业元宇宙中,应用程序将以用户为中心,与当今的任务导向相反。
定义:
虚拟现实(VR)提供了一种数字渲染的环境,可以复制实际空间,创建替代现实或将两者结合起来。用户可以从家庭、办公室或工厂车间探索虚拟空间。
对(工业)Metaverse 的贡献:
虚拟现实提供了改变游戏规则的机会,可以将物理和虚拟空间中的人和空间联系起来。用户沉浸在虚拟现实世界中,可以与数字空间中的物体和其他用户进行互动。用于三维沉浸的典型设备是虚拟现实护目镜,与虚拟现实空间的交互通常通过虚拟现实控制器实现。在 Industrial Metaverse 中,将虚拟现实与数字双胞胎和头像结合使用允许用户出于多种目的进行协作,包括培训、设计审查、模拟和检查。该技术预示着高度优化和超高效的工厂和车间中可能出现的 “低接触或非接触” 或 “智能” 制造和设备维护的时代。
定义:
Web 3.0 代表了万维网和整个互联网的进一步发展。Web 3.0 中的资产和治理预计将更加去中心化,旨在为最终用户提供更多的控制权。
对(工业)Metaverse 的贡献:
Web 3.0 和(工业)元界的概念交织在一起。Web 3.0 将为开放、可互操作和协作的 Metaverse 提供基础,使用户能够拥有其中的资产,并与其他用户进行转让和交换。Web 3.0 还将为 Metaverse 的某些方面带来去中心化治理,以改善用户体验和可用性。这一总体概念使其与 Web 2.0 区分开来,后者数据和内容更加集中。Web 3.0 的另一个决定性特征将是使用区块链技术和基于代币的/加密货币经济学。它还应为用户提供更高的数据安全性和可扩展性。
