中国科技信息2023年5期

元宇宙在军事领域应用展望

薛亚勇 钱丰 刘军军

中国电子科技集团公司第二十八研究所    210001

摘要：近年来元宇宙风靡世界各国各个领域，引起人们高度关注，针对未来元宇宙在军事领域的应用，从提升演习训练效果、力求最优化质量效益以及激发新业态布局三个方面进行展望。

关键词：元宇宙；应用展望

元宇宙的起源

1992 年科幻作家尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在小说《雪崩》（Snow Crash）提及了“Metaverse（元宇宙）”和“Avatar（化身）”这两个概念。在这部著作里，人们可以拥有自己的虚拟替身，而这个虚拟的世界就叫作“元宇宙”。此后，元宇宙的概念在《黑客帝国》《头号玩家》等影视作品及《模拟人生》《我的世界》《堡垒之夜》等游戏中都有呈现。元宇宙的实质是虚实共生，是数字世界与物理世界的融合。

中国最早的“元宇宙”概念可追溯到三十多年前。1990年，钱学森院士在致汪成为的书信手稿中，提到“Virtual  Reality”（虚拟现实），并将其翻译为具有中国味儿的“灵境”，使之应用于人机结合和人脑开发的层面上，并强调这一技术将引发一些震撼世界的变革，成为人类历史上的大事[1]。

对元宇宙的认识

元宇宙是以智慧互联、智能交互等先进信息技术手段，通过增强客观物理空间、融合数字虚拟世界，创造形成的虚实共生的新型社会形态。“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，它基于扩展现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界的镜像，将虚拟世界与现实世界在多个方面上进行了密切融合，并且允许每个用户进行内容生产和编辑。概括地讲，“元宇宙”将以虚拟的方式，深刻改变现有社会的组织与运作，形成虚、实两极的新型生活方式，催生线上、线下一体的新型社会关系，并从虚拟维度赋予实体经济新的活力。元宇宙将创意变成虚拟，再由虚拟变成现实提供了便利性、可行性，降低了研发成本，提高了工作效率与设备效率、资源利用率。

元宇宙的特性主要包括“三维化”和“三元化”[2]。不是三维化的互联网空间都是“伪元宇宙”或者“准元宇宙”。只要能实现三维化，都可以归类为元宇宙。举个例子：在手机、PC电脑上呈现的是二维的空间，但是接入VR、AR、脑机接口、全息投影、数字永生等技术，则可以实现人的三维化沉浸，这就达成了元宇宙的三维化体验。“三元化”就是指在有了三维化的时空后，就可以在里面放置虚拟人。虚拟人不仅仅是为今天的移动互联网准备的。在手机微信里面，我们可以使用ID和头像来标识一个人，而在未来三维化的元宇宙空间中，虚拟人将作为主要交互对象。虚拟人用久了，就自然而然想在真实世界看到这个人，虚拟人的实体化就产生了对高仿人机器人的强大需求，这也是以虚强实的关键。虚拟人帮我们在虚拟空间干活，高仿人机器人在现实世界中将服务于自然人，满足自然人情感交互和社会生活的需求，从这一维度上讲，未来的任何生命都应该是有三元化生命，即自然生命、虚拟生命、机器生命。

时空拓展性是对元宇宙“三维化”概念的属性提炼，基于扩展现实技术和数字孪生技术得以实现。元宇宙具有空间拓展和时间延伸的特性，其中空间拓展又有静态空间拓展和动态空间拓展的划分。举个例子：躺家里的床上，这属于静态空间拓展；坐在汽车、轮船、飞机等移动空间中，属于动态空间拓展。元宇宙动态空间跳脱了传统物理局限，像潜水艇上的水兵就迫切需要元宇宙设备来扩展自己的生活工作空间。人机融生性对应的是元宇宙“三元化”的属性，是在元宇宙时代基于AI和物联网实现将自然真身、虚拟分身、机械假身融合形成“三身合一”的融生社会形态。在AI技术背景的支持下，人类不断适配自然人、虚拟数字人和高仿人机器人之间的关系，高品质虚拟数字人的多个分身协助人类在虚拟世界中进行能力拓展，实体化的高仿人机器人满足人类在现实世界的社会生活需求，而自然人从现实世界、虚拟世界中被解放出来。

对于元宇宙的最终应用是期望达到虚实联动的目标。为达到这一目标需要通过几个阶段步骤来实现：①数字孪生：运用数字孪生技术将现实世界的时空环境和人全量地镜像到元宇宙中。②虚拟原生：在虚拟世界里通过人工智能技术，驱动人和虚拟数字人之间、虚拟人和虚拟人之间的交互，不需要借助真实场景的参与。③虚实共生：将现实世界的信息与虚拟世界的信息相互融合、相互作用，实现虚实共生。④虚实联动：基于AI引擎，实现自然世界、虚拟世界、机器世界的交互，实现自然人、虚拟人和高仿人机器人一体化的虚实联动。

国内外元宇宙应用

自 2021 年“元宇宙”横空出世以来，抢注元宇宙商标、布局元宇宙业务的企业不计其数，根据元宇宙研究院的统计结果，截至 2021 年 11 月上旬，我国已经有 663 家元宇宙企业。元宇宙火爆的根源在于它给人们带来了无限的想象空间。当前，在各行各业中，不断出现“××元宇宙”的词汇，诸如: 金融元宇宙、城市元宇宙、教育元宇宙、战场元宇宙、工业元宇宙、商贸元宇宙、大健康元宇宙……等等，真的是繁花似锦，百花争艳。

腾讯投资了Meta、Innovega、Snap 三家 AR 技术公司，致力于打造全球领先的移动AR硬件及内容平台。字节跳动以90亿元人民币收购青岛小鸟看看（Pico），专注移动虚拟现实技术与产品研发。阿里投资明星AR创业公司 Magic Leap、AR 汽车导航公司 WayRay，多方位布局 AR。

在2021年3月，微软与美国军方签署了一份价值219亿美元的合同，未来10年内将为美军提供12万套HoloLens AR增强现实头盔，该头戴设备可以将情报信息直接叠加到士兵的视野中来帮助士兵了解战场地形，选择目标并发现潜在的威胁。苹果先后布局ARKit和AppClip，目前拥有全球最大的AR平台，拥有数亿台支持AR的设备，以及AppStore上的数千个AR应用程序。马斯克旗下公司Neuralink致力于开发脑机接口，在人脑/动物脑与外部设备之间建立信息交换和连接通路。

韩国是对元宇宙推动最为激进的国家之一，已从国家层面开始对元宇宙产业进行规划，在MSIT的领导下，韩国组建了一支超过 200 家公司参与的Metaverse 联盟，目标是到2026年实现元宇宙全球市场占有率第五，首尔将打造虚拟市政厅，成为全球首个加入元宇宙的城市[3]。

对军事领域应用展望

元宇宙涉及的技术覆盖了底层支撑、前端设备和场景内容入口，其对高级社会形态的探索虽未超出数字化和智能化的范畴，但所带来的技术赋能和产业机遇值得期待，有望激活数据要素潜能，加速推动我国防工业数字化转型降本增效。

一是增强武器装备人机交互显示，提升演习训练效果。当前的人机交互主要通过键盘、触摸和模糊的语音识别，但VR、AR等新型交互体验和方式，通过小型化、便携化的虚拟现实设备增强人与人、人与环境的互动，为军事训练和实战装备提供新手段，加强网络信息全域作战的指挥控制应变效能。实战化演训是军队保持领先优势的有力支撑。同时，元宇宙系统反复与士兵交互迭代，借助大量复盘模拟不断完善学习策略，通过自主化智能技术使实战训练以非预测模式进行，有利于提升士兵和指挥官的作战应变能力和实战效果。

二是改善复杂产品研制生产模式，力求最优化质量效益。随着数字孪生技术以及5G连接性的增强，元宇宙改变人的思维模式，促进创意、创新、创业，促进工业产品的高质量、精细化、丰富性、艺术性，创造巨大的经济价值与社会价值。元宇宙与制造场景的结合，无论是为企业构建洞察升工业效率还是在技术延展等方面，都举足轻重。在国防工业型号产品试验方面，元宇宙环境下模拟的最新成果更有利于提前呈现其科研设计、制造装配和后期维护的图景，加快产品开发进程、特点发现和优势路径升级。同时，还能提供零物理风险的真实培训环境，避免不可行的研发生产项目或产生高昂的费用，加强装备服务和安全保障的竞争能力，提升国防工业现代化高质量发展效益。

三是推动国防工业结构化转型，激发新业态新布局。传统军工制造业主要以机械化历史阶段的六大行业为基础，发展架构与模式愈来愈难以满足新时代中国特色先进国防科技工业体系建设的要求。随着网络空间、电磁空间、太空和深海等新的战场空间不断被开辟，联合全域作战和体系化对抗成为新样式。基于元宇宙和虚拟现实的仿真应用及其可视化延伸，有望为传统国防工业结构变革带来新的影响和发展机遇，倒逼国防工业数字化转型和实现自主创新的紧迫感，提高构建国产化基础软硬件生态的意识和理念，持续打造高可用、高安全、智能化的元宇宙数字应用新模式新业态新布局，加快构建满足数字化智能化武器装备研制生产需求的新型国防科技工业体系。

[1]安筱鹏,王涵.数字时代元宇宙技术的演进与应用价值.“数字时代元宇宙技术的演进与应用”研讨会发言.

[2]沈阳.元宇宙的三化、三性和三能[J].传媒,2022.7（下）：72-75.

[3]孙柏林.工业元宇宙—现实世界与虚拟世界互通的桥梁[J]计算机仿真,2021（2）：43-45.