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元宇宙之數字場景建設專題報告:核心要素、創新應用、未來展望

  (報告出品方/作者:中信證券,王冠然)

  1. 數字場景建設概要

  1.1. 數字場景建設:元宇宙中的「基建施工

  數字場景建設可以類比為在元宇宙中的「基建施工」。元宇宙作為互聯網的下一種形態,發展路徑一方面可以由實向虛,作為物理世界 的復現和增強渲染,另一方面又可以由虛向實,通過元宇宙與現實世界的交互達到數實結合的全新階段,而兩種路徑都需要打造與物理 世界相平行的虛擬場景,作為元宇宙的具象空間和內容承載。數字場景建設構建起元宇宙的基礎空間和設施,相當於元宇宙空間中的 「基建施工」,而參與數字場景建設的相關公司相當於元宇宙「施工隊」,其中算力是基本生產力,遊戲引擎是增進效果和效率的工具 箱,數字創意是施工的圖紙,構成了數字場景建設的三大核心要素。(報告來源:未來智庫)

  數字場景建設未來有望迎來發展機遇。數字場景已經在遊戲、影視、工業建築、設計等領域廣泛應用,隨著軟硬件逐步完善、數字孿生 和全真互聯網的發展、國家對數字經濟建設的鼓勵和扶持、VR/AR等新型終端設備的普及,對於數字場景建設的需求將會不斷提高。長 期看,數字場景將成為元宇宙時代的基礎設施,在全面數實融合的過程中拓展出廣闊的發展空間。

  1.2 數字場景建設近期熱點事件

  元宇宙概念第一股Roblox上市:遊戲平台Roblox採用直接掛牌的方式在紐交所上市,作為全球最大的互動社區之一及大型 多人遊戲創作平台,Roblox是首個將「元宇宙」一詞寫入招股書的公司。上市當天,Roblox估價漲幅達到54%,公司估值 比半年前融資時增長了7倍,達到近400億美金。Roblox平台中擁有眾多基於Roblox Studio自主搭建的UGC遊戲和數字場景。 騰訊發布「超級數字場景」戰略:2021騰訊遊戲年度發布會在線上舉行,發布會以「超級數字場景」戰略理念為核心,傳 遞對遊戲認知、產業邊界的建設性思考,並通過60餘款遊戲產品與內容集中發布,展現騰訊遊戲為玩家帶來的豐富體驗與多 元價值。

  英偉達在GTC大會展示虛擬場景:英偉達舉辦的GTC大會上,創始人兼首席執行官黃仁勛穿著標誌性的皮夾克,在自家的 廚房里做了主題演講,之後公布整場演講的背景是由英偉達仿真建模、追光技術(RTX)和GPU圖像渲染做出來的虛擬場 景,引起市場熱議。 虛擬土地交易量創歷史新高:Dapprader數據顯示,在11月 Decentraland、The Sandbox(沙盒)等平台出現前所未有的流 量和交易活動,虛擬土地交易量達到2.28億美元,創歷史新高,環比10月增長688%。 虛幻引擎以《黑客帝國》為背景發布開放世界技術演示:Unreal以《黑客帝國》世界為背景,發布《黑客帝國覺醒:虛幻引 擎5體驗》,其中的虛擬城市包括700萬個實例化資產,其中有7000棟由數千個模塊化部件組成的建築、超過4萬輛停放的車 輛、超過260公里的道路等,虛幻5能夠以電影級的質量和超快的速度渲染。

  百度發布元宇宙虛擬空間平台「希壤」 :百度在Create大會揭開了「希壤」元宇宙的面紗,「希壤」基於AI原生雲、空間聲 場重建等技術,能夠在國內率先做到了10萬人同屏互動和「萬人演唱會級」真實聲效還原。 風語築與百度就希壤達成元宇宙生態共建合作夥伴關係:風語築將作為百度希壤元宇宙3D虛擬建築開發商之一,承接3D虛 擬建築或數字空間的開發打造及內容經營業務。同時,風語築與百度希壤計劃將在希壤空間的核心區域打造元宇宙文化設施 集群,並率先推出風語築數字藝術館,由風語築負責規劃設計、內容引入和經營。

  2. 核心要素一:算力是基本生產力

  2.1 性質:算力是數字經濟時代的新生產力

  算力是數字經濟時代的新生產力。2018年,諾貝爾經濟學獎獲得者William D. Nordhaus在《計算過程》一文中對算力進行定義:「算 力是設備根據內部狀態的改變,每秒可處理的信息數據量」。自古代基於人力的算力起,每一次算力的提升,都帶來了科技的突破和生 產方式的革命,對人類社會發展有深遠的影響。在數字經濟時代,數據是新生產資料,算力是新生產力,算法是新生產關係,構成了新 時代最基本的生產基石。隨著5G、物聯網、人工智能、VR/AR的發展,算力的重要性與日俱增。

  現階段算力規模主要包括基礎算力、智能算力和超算算力三部分。目前的算力主要應用於通用計算、人工智能和科學工程領域,對於芯 片硬件和算力水平的要求有所不同,網路環境和算力投入為算力發展提供堅實保障,而消費和行業具體應用與算力規模相互促進。

  2.2 需求:未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升

  未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升。特別是元宇宙場景的搭建,當前算力資源遠遠不能達到需求,英特爾高級副總裁 Raja Koduri可能「做到元宇宙所需的算力將是現在全部算力的 1000 倍」。我們認為數字場景建設所需算力的提升主要來自以下方面:

  高並發用戶:未來元宇宙將滲透入絕大部分物理世界的活動,而做到高並發下的實時交互仍然是極大的難點。直到2015年,消費級設備上才能運行100名 真實玩家參與的遊戲,而且對於處理功能較弱的設備無法加載其他玩家的定制裝備。(報告來源:未來智庫)

  多模態體驗:VR/AR等新型終端設備比平面場景展示所需算力更高,而未來觸覺、嗅覺、腦機接口等新型人機互動形式成熟,將對算力資源提出新的挑戰。

  高渲染精度:隨著對沉浸感和細節的不斷追求,對於虛擬場景和人物的渲染精度逐漸提高,需要強大算力的支持。比如2018年虛幻發布的演示短片 《Siren》首次亮相時便產生了轟動,其引入了一套完整的毛發著色器和渲染系統,通過光源多重散射效果和光線追蹤陰影,做到了逼真的渲染效果。

  建模方式:當前場景建模以空心外表面多邊形模式為主,不符合現實世界的物理規律,未來元宇宙有可能轉向體素建模,巨量的粒子對算力提出更高要求。

  2.3 現狀:大陸算力規模約占全球31%

  2020年全球算力總規模429Eflops,同比增長39%。其中,中國算力規模135Eflops,約占全球的31%,位居世界第二。 從行業上看,互聯網是需要算力最大的行業,總規模占全國算力的47%,其次是政府和服務行業,分別占比14%和9%。

  3. 核心要素二:遊戲引擎是工具箱

  3.1 架構:遊戲引擎是搭建數字場景的工具箱

  遊戲引擎是指一些已編寫好的可編輯電腦遊戲系統或者一些互交式實時圖像應用程序的核心組件。這套系統為遊戲設計者提供所需的各 種工具,來快速地做出遊戲程序而不用由零開始。遊戲引擎的基礎架構包括客戶端、服務器和自動化部署經營系統,而通常所指的遊戲 引擎是客戶端引擎,比如Unity、Unreal等,包含渲染引擎、物理引擎、碰撞檢測系統、音效、腳本引擎、電腦動畫、人工智能、網路 引擎以及場景管理等功能。

  遊戲引擎核心在於算法積累和優化。豐富和先進的算法能夠在平台中不斷積累、復用和迭代,從而推動遊戲、影視等行業的開發效率提 升,也是遊戲引擎主要的差異化方向。除此之外,各大遊戲廠商開發過程中往往存在獨特的需求,也會在商業化引擎之外選擇自研。

  遊戲引擎是元宇宙時代搭建虛擬數字場景的工具箱。在構建超級數字場景進而打造元宇宙的過程中,需要對現實進行測度並在數字世界 重繪、統籌聲音畫面場景等資源,遊戲引擎是最貼近這一能力的工具。

  3.2 發展:伴隨主流遊戲平台變化不斷迭代

  遊戲引擎發展伴隨主流平台變遷。1)90年代之前的主機時代,以任天堂、SONY為代表的主機廠商都是根據主機機型進行定制開發,但是 已經有了復用素材的遊戲引擎邏輯,減少底層代碼的重復開發。2)在PC時代,ID Software推出的Quake I引擎被認為是第一個完全支持 多邊形模型、動畫和粒子特效的真正意義上的3D引擎,隨後主流的Unreal、Unity等引擎相繼問世。3)移動遊戲時代,隨著移動設備不 斷智能化,移動遊戲的質量和開發難度不斷提高,跨平台部署成為關鍵戰略,Unity、Unreal4和COCOS2D-X脫穎而出。

  中國遊戲引擎以大廠自研為主。由於政策限制,中國遊戲市場跳過了主機階段,在端遊和移動時代幾乎與海外市場同步發展,騰訊、網 易、完美世界、西山居、暢遊等遊戲大廠均有自研遊戲引擎,商業引擎包括觸控科技Cocos、白鷺科技Egret Eng、藍亞盒子Layabox等。

  3.3 應用:多場景打造數字化世界

  遊戲引擎被廣泛應用於影視、設計、行銷、XR等相關領域。

  電影領域:2016年Unity與迪士尼聯合拍攝了3D電影《奇幻森林》,通過逼真的特效和渲染大獲成功;2019年電影《獅 子王》中,Unity利用遊戲引擎製作模擬場景,所有人員都通過VR設備進行拍攝。

  汽車領域:1)設計部門可以將模型構造出來進行測試,不必在真實樣車上修改,節省時間和開發資金;2)遊戲引擎可 以用於算法訓練,模擬真實路況中前方車輛剎車、強光照射等等情況;3)在汽車行銷過程中,遊戲引擎可以渲染出細 節豐富的圖像,讓用戶在官網上就能通過任意終端多角度觀看汽車的外觀和細節。

  建築領域:遊戲引擎可以直接導入CAD、BIM等軟件的建築模型,迅速生成精美真實的可視化設計方案,並支持直接在 數字實景中進行實時修改。

  4. 核心要素三:內容創意是施工圖紙

  4.1 PGC:數字場景建設中不可或缺的力量

  內容創意是數字場景建設的圖紙。在工具和基礎設施之外,搭建怎樣的數字場景、設計怎樣的交互能力也是未來發展的 核心之一,相當於施工隊的圖紙。我們認為PGC和UGC都將貢獻大量內容創意,特別是元宇宙建設中UGC的重要性不 斷提升,做到數字場景的多元化發展,同時創作者可以從現實世界文化以及經典IP中汲取靈感,創造出異彩紛呈的虛擬 空間。

  PGC仍然是數字場景建設不可或缺的力量。當前數字場景建設仍然有較高門檻,需要大量設計和建模專業知識、資金 技術投入等,因此更多是由專業創作者和遊戲、影視、工業建築等領域廠商參與,從而製作高質量數字場景。因此,我 們認為在數字場景建設浪潮有望推動遊戲、影視、展覽等涉及數字視覺技術領域的公司發展。

  4.2 UGC:元宇宙下的去中心化浪潮

  元宇宙時代開放的數字場景創作。元宇宙的特點之一是去中心化,整個虛擬空間由每個個體共同創造和運維,而不以某 一個個人或組織的利益為中心。Meta首席執行官佐伯格的演講中也表示:「元宇宙不會由一家公司創建,它將由創造 者和開發者構建,創造可互操作的新體驗和數字項目,並開啟比當今平台及其政策所限制的更大的創意經濟。」在這個 特點下,開源開放將是元宇宙的重要趨勢,不同用戶都可以通過封裝和模塊化後的代碼進行創作以拓展元宇宙的邊界, 做到其創意和創新。當前類元宇宙的遊戲Roblox和Minecraft上已經出現了大量玩家自主設計和開發的五花八門的場景作 品,為整個生態帶來新的活力。

  4.3 數字場景做到對現實世界文化的創意演繹

  虛擬場景建設可以做到對現實世界文化的創意演繹。數字場景的一個方向是對現實的精確還原,比如工業生產和城市 治理領域的數字孿生,這個對於內容創意的要求不高,而需要高精度的數據和傳感器進行動態建模,力求還原出物理 世界的狀態和變化。另一個方向是在現實世界已有的對象和文化基礎上,充分汲取靈感,進行數字化的創造性重述。 比如在文娛領域,故宮博物院推出了全景故宮,可以讓用戶足不出戶從各個角度遊覽故宮,配以相關解說,提供全新 的遊覽和宣傳方式;遊戲《刺客信條2》則是還原義大利佛羅倫薩富有藝術氣息的建築,帶來更加沉浸和富有歷史感的 遊戲體驗。

  5. 創新應用:關注技術和內容生產方式變革

  5.1 從開放世界、沙盒和模擬到元宇宙

  開放世界遊戲為用戶打造一個提供高沉浸度和自由度的數字場景。以Take-Two旗下經典遊戲GTA5為例,遊戲試圖打 造一個虛擬城市,一個細節豐富且高度自由的大地圖「洛聖都」 ,玩家在推進主線劇情的過程中可以自由探索城市的 細節,參加一系列非線性的支線任務、駕駛改裝載具街頭競速以及一系列現實世界中無法完成的操作等,通過模擬真 實城市場景和高自由度的探索為玩家帶來強大的沉浸度。

  模擬類遊戲特點在於模擬環境和行為方式。通過模擬現實場景,讓玩家深度沉浸在遊戲中,給玩家真的模擬生活起居 和駕駛等體驗,如Euro Truck Simulator這樣基於現實世界的卡車司機模擬遊戲 。隨著數字場景建設領域的不斷進化, 我們認為模擬遊戲有望達到更高程度的擬真和沉浸效果,元宇宙將真正成為基於現實世界所打造的虛擬世界。

  5.2 AR/VR發展創造新的數字場景需求

  AR/VR市場需求不斷提升。隨著光學設備不斷迭代、5G建設日趨完善、產品性價比進一步提高,VR/AR 行業進一步發 展。根據IDC預測,到2024年,AR設備出貨量將達到4,111萬台,VR設備出貨量將達到3,561萬台,總量CAGR 81.5%。(報告來源:未來智庫)

  5.3 虛擬地產與數字場景建設密不可分

  虛擬地產是元宇宙中的房產。虛擬地產是存在於虛擬世界的區位資源,其每一塊地都通過NTF(非同質化代幣)進行記 錄和認證,以此來確認土地的獨特性和交易的真實性。遊戲的開發商和玩家可以通過發行和流通市場對虛擬地產進行交 易,並在其中進行商業活動和遊戲體驗。

  虛擬土地商業化前景被普遍看好。虛擬土地受到了廣泛的關注,包括Adidas、PwC 香港子公司等多家企業公開表示在 The Sandbox和Decentraland等世界中收購虛擬土地。2021年12月,專注NFT、虛擬房產開發的Republic Realm用430 萬美元的價格購買了The Sandbox的土地,成為迄今為止公開的最大虛擬地產交易,根據公司官網,Republic Realm已 經在19個世界中擁有約2,500塊虛擬土地。

  6. 未來展望:全面推動數實融合發展

  6.1 數字經濟:數字場景建設推動產業數字化轉型

  數字經濟建設已經成為國家重點發展戰略。2021年12月12日,國務院印發了《「十四五」數字經濟發展規劃》,肯定了 「十三五」期間數字經濟為經濟社會持續健康發展提供了強大動力,指出了「十四五」時期大陸數字經濟將轉向深化應 用、規範發展、普惠共享的新階段。

  數字經濟的重點在於產業數字化和數字產業化的轉型。《「十四五」數字經濟發展規劃》指出加快企業、重點產業、產 業園區和集群的數字化轉型;增強關鍵技術(核心軟硬件等)的創新能力和競爭力;加快培訓新業態新模式(在線服務、 共享經濟、智能經濟、新個體經濟);提升公共服務數字化水平等方面。

  數字場景建設推動產業數字化轉型。數字場景不僅僅局限於泛娛樂領域,工業、製造業、商業、服務業等行業領域均需 要數字場景的賦能,例如智能城市和園區、數字孿生、模擬仿真等都需要數字場景建設領域的進一步發展和普及。在數 字場景建設推動下,產業數字化轉型有望帶動中國數字經濟的規模、效率、競爭力的持續提升。

  6.2 數字孿生:數字場景建設是做到數字孿生的重要部分

  數字孿生應用廣泛,發展迅速。根據學術界的定義:「數字孿生是以數字化方式創建物理實體的虛擬實體,借助歷史數 據、實時數據以及算法模型等,模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命周期過程的技術手段」。數字孿生具有互操作、 可拓展、實時、保真、閉環等特點,能夠幫助企業和政府對於物理實體進行更好的管理和監控,因此受到廣泛關注。得 益於物聯網、大數據、雲計算、人工智能等新一代信息技術的發展,數字孿生的實施已逐漸成為可能,現階段,數字孿 生已經開始在工業、農業、城市管理、健康醫療等行業落地。

  6.3 全真互聯網:數字場景建設推動建設數實結合的全真互聯網

  全真互聯網全面推動數實結合。2020年,騰訊CEO馬化騰提出了「全真互聯網」的概念,隨著計算能力快速提升、人 機交互模式更加豐富,全真互聯網互聯網應用滲透到絕大部分B端和C端用戶的體驗,將人、物、信息、製造、服務等 社會要素充分結合,通過多種形式全面做到線上線下一體化,同時也為用戶帶來更加沉浸的體驗。

  數實結合的過程離不開數字場景的搭建。全真互聯網的核心是數實結合,一方面,現實的虛擬化比如數字孿生等技術 需要對物理世界的場景進行建模和分析,另一方面,AR和全息投影等技術也可以將虛擬世界的場景在現實中進行展現, 在這兩個過程中,數字場景的搭建都發揮了重要的作用。

  報告節選:

元宇宙之數字場景建設專題報告:核心要素、創新應用、未來展望-指尖日報 家居裝潢
元宇宙之數字場景建設專題報告:核心要素、創新應用、未來展望-指尖日報 家居裝潢

  (本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)

  精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫 – 官方網站

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