元宇宙与船舶检验的初步探析

王琪，何伟，张华玉

（1.中国船级社武汉分社，湖北 武汉 430030；2.中国船级社，北京 100007）

近几年，随着物联网（英文名称：Internet of Things，简称IoT）、数字孪生技术（英文名称：Digital Twin）、虚拟实境技术（英文名称：Virtual Reality，缩写为VR）、增强现实技术（英文名称：Augmented Reality，缩写为AR）等新兴技术的不断进步以及与新兴技术相关的新应用的不断出现，各行各业的工作效率和工作质量也在飞速发展。元宇宙（英文名称：Metaverse）可以实现虚拟实境与现实世界融合共生，互相联系、互相影响，实现“虚和实”两个世界的联动。作为“船检国家队”，中国船级社需要推动船舶检验信息化发展，需要不断推进船舶检验数字化建设，构建船舶检验元宇宙世界。

1 什么是元宇宙

1.1 元宇宙的概念

Metaverse 这个词于1992 年最早出现于尼尔·斯蒂芬森编写的一个关于虚拟灵境世界的名叫《雪崩》的一本书中，书中的虚拟灵境世界与现实世界互联平行，书中描绘的现实世界的人在虚拟灵境世界上有一个镜像身份。在Wikipedia 上关于元宇宙有这么一个说法：对现实中物理的生活进行逼真模拟的一个三维的虚拟空间，这个空间以未来互联网为基础，能够与现实生活链接感知并且可以互动共享，具有收敛性和物理持久性特征。

北京大学的陈刚教授团队[1][2]、清华大学的沈阳教授团队都对元宇宙进行过研究[3]，也都试图对元宇宙进行定义。学术界对元宇宙尚无统一明确的定义，但大家对元宇宙的普遍共性认知是：元宇宙是具有“三性”的融合了物理世界与虚拟灵境世界的一种新的人类世界生产生活形态。

一是元宇宙具有时间空间延展性。这一特性主要是通过数字孪生技术、虚拟实境技术、增强现实技术和扩展现实技术（英文名称：Extended Reality，缩写为XR）而实现。

二是元宇宙具有虚实融合共生性。这一特性主要是通过物联网技术和人工智能技术（AI，英文全称：Artificial Intelligence，）将物理机器实体、现实生活中的人和虚拟灵境中的物体联系融合在一起而实现。

三是元宇宙具有数字经济增值性。这一特性是通过区块链技术（英文全称：Blockchain）以及此技术而产生的第三代互联网、数字资产凭证（如Non-Fungible Token 等新技术新应用）等而实现。

1.2 元宇宙的技术基础

元宇宙只是一个关于新一代生产生活的形态，不是代表一种新兴的技术。元宇宙描绘的这种新一代生产生活形态需要当前的新兴技术去实现，也就是元宇宙的实现需要基于新兴技术。

从技术角度看元宇宙，它包含了人工智能技术、增强现实技术、物联网等等很多已经出现或尚未出现的新技术新应用。

理想情况下的元宇宙运行状态=大规模用户持续在线+高沉浸感/高仿真+高效内容生产+去中心化信息存储和认证。为实现这一理想运行状态，至少需要以下五个基础技术或基础应用：区块链技术、实时流畅的网络、极大容量的算力、万物互联、高沉浸度的仿真交互[4][5]。

（1）网络：未来高度智能和高度大容量低延时的6G 网络。具有AI 功能的6G 有望释放无线电信号的全部潜力，转变为智能无线电，为元宇宙用户提供实时、流畅的沉浸式体验。

（2）算力：未来基于量子技术的无限大的算力技术。预计在2050 年以后才有可能实现通用量子计算机，提高量子比特的操纵精度，进而提高运算能力，满足数据处理需求，从而有条件进行面向更广泛的应用场景。

（3）物联网：万物互联为元宇宙提供物理现实还原基础，当前物联网发展还处于爆发前期阶段，可能仍将持续数年。

（4）仿真交互：虚拟现实已经有较多垂直领域落地应用场景，产业机会值得关注，然而XR 设备尚未实现理想的沉浸式体验，距离元宇宙所要求的高沉浸、高便携度、高兼容性，能够进行大规模推广的状态还相去甚远，内容供给端仍需大量扩充以满足多人群多场景需求。

（5）区块链：从发展历程来看，区块链经历了去中心化账本、去中心化计算平台、去中心化金融，现在已经发展至NFT 阶段，NFT 可能解决元宇宙生产资料和资产所有权问题。

整体来看，我们认为元宇宙是人类对一个能够自由探索的理想虚拟世界的美好愿景，但目前距离元宇宙得以实现所要求的技术基础还相去甚远，未来还有很长的路要走。

2 元宇宙的发展方向

2.1 元宇宙对未来产业的影响

2.1.1 对第一、第二产业的影响

要了解元宇宙对传统的第一产业和第二产业的影响。我们首先了解目前在制造业中已经相对火热的两个技术，将有助于我们理解元宇宙给传统产业带来的虚实融合共生性及其巨大的影响。

一个是前边我们说到的数字孪生技术。数字孪生是通过建立仿真的模型、采集更新系统各方面参数，以映射的方式在镜像空间中建立一个虚拟的实体分身，做到反映仿真实体的全生命周期过程。虚拟实体分身是真实实体的映射，虚拟实体分身通过仿真分析真实实体的行为或者活动，进而通过对虚拟实体分身进一步优化，实现对真实实体行为的实时监视和控制。

另一个就是数字主线（英文名称为：Digital Thread）。各国已经在制造业领域努力攻克数字主线技术，甚至有的国家作为重要的技术资产。数字主线技术可以贯穿产品设计、制造、维护与保养、终端用户等产品的所有环节，通过数字模型和仿真技术将产品的整个生命周期数据流融合在一起。数字主线技术，通过仿真即可替代样机试制和实践生产应用环节，将大大缩短研发周期，实现一次性制造成功，特别是对于复杂的产品和系统，将具有巨大的优势。目前已经出现的这两个技术已经明显表现出了元宇宙“虚实融合共生性”对物理实体生产生活影响[6]。

2.1.2 对第三产业的影响

元宇宙的出现可能最先影响的是第三产业，也可能影响最深的是第三产业。目前，机器人的发展已经到了一定的发达程度，各式各样的机器人代替了人的岗位和工种，生活中仿真机器人也到了一定的自然逼真的程度，可以代替人去做自然人能做的更多的服务。数字资产、数字藏品的出现也使得资产出现数字化的特征。游戏产业利用元宇宙相关的技术给人带来了更多更真实的体验感。元宇宙的数字化和智能化特征将推动第三产业产生深刻的变革[6]。

综上所述，虽然元宇宙尚处于概念阶段，但是已经出现的新技术萌芽已经给第一、二、三产业带来了震撼性的影响，已经在改变人们的生产和生活。随着新技术的进步，随着元宇宙的时间空间延展性、虚实融合共生性、数字经济增值性进一步发展显现，可以给第一、第二产业带来巨大的影响，甚至是革命性影响，将深刻影响整个社会的形态，进而引发一系列的变革。

2.2 我国政府层面大力支持元宇宙发展

近两年，我国无论是国家层面还是各省、市等层面都高度重视推动“元宇宙+”的相关建设，不断地出台“元宇宙+”的相关政策，积极扶持推动元宇宙相关产业的发展。

2022 年4 月2 日，厦门发布《厦门市元宇宙产业发展三年行动计划(2022—2024 年)》。

2022年7月8日，上海市印发《上海市培育“元宇宙”新赛道行动方案（2022—2025 年）》。

2022 年8 月23 日，北京印发《北京城市副中心元宇宙创新发展行动计划（2022—2024 年）》。

2022 年11 月12 日，经国家工业和信息化部批复，国家虚拟现实创新中心在青岛揭牌。

2022 年11 月26 日，武汉联合国研经济研究院成立“共建元宇宙研究中心”；2023 年2 月27 日，武汉元宇宙数字产业基地汉阳揭牌。

此外，南昌、成都、沈阳、潍坊、昆山等大中城市都相继出台了相关政策或建立了产学研基地支持元宇宙产业发展壮大。

可以想象，在未来的3 年至10 年期间，元宇宙在我国将取得重要的成果，也将出现更多的元宇宙应用，元宇宙产业规模将出现快速增长。

3 元宇宙在工业上的应用

3.1 元宇宙处于探索阶段

当前元宇宙的发展还处于探索的早期阶段，近两年元宇宙概念较热，但是真正的元宇宙雏形尚在孕育当中。

2020 年，Roblox 上市，第一次把元宇宙这一概念写入招股书，元宇宙概念爆火出圈。

2020—2021 年，国内外巨头Facebook、EpicGames、英伟达、微软、腾讯、网易、字节跳动等纷纷布局元宇宙概念相关产业。

3.2 元宇宙的初步应用情况[4]

（1）Roblox：初具元宇宙雏形，在游戏层面实现了内容可编辑性，平台年轻化的群体和良好的游戏社区氛围实现高用户活跃度和粘性，然而在元宇宙的进程中，Roblox 还处于比较早期阶段，其提供的工具虽然实现了自由创作，仍然具备一定门槛性，限制了人们自由创作的边界。

（2）腾讯：从消费互联网到产业互联网，腾讯对Metaverse 的布局已深入底层基础架构、线上商业平台、内容版权、社交媒体等各个层面，同时通过对外投资并购进一步打开元宇宙技术边界。整体来看腾讯在游戏、社交、音视频解决方案、数字孪生和全息投影、引擎技术等方面都处于行业领先位置。

（3）字节跳动：短视频形态产品优势稳固，全球化能力较强，同时积极布局游戏、虚拟社交、VR 等元宇宙细分赛道，包括收购中国版Roblox《重启世界》母公司，在海外推出主打AI 捏脸功能的虚拟社交产品Pixsoul，90 亿收购国内排名第一的VR 厂商Pico 等。

（4）Facebook：改名Meta，宣布5 年内转型元宇宙公司，涉足最深最广，在组织架构、软件、硬件、内容、数字货币等全方位进行元宇宙布局。软件上推出SparkAR、PresencePlatform、Pytorch 等底层开发工具，帮助发展和搭建元宇宙社区；硬件上Oculus系列在全球XR 设备市场中占据领先地位，最新产品OculusQuest2 在2021Q1 出货量高达460 万台，占据了75%的市场份额；内容上收购多家VR 游戏、云游戏开发商，推出HorizonWorlds、HorizonWorkrooms 等虚拟社交和办公平台；数字货币上，继libra 之后积极推广数字货币diem。

（5）英伟达：在虚拟世界中进行实时协作的计算机图形与仿真模拟协作平台Omniverse 以其高效、低成本特征，在建筑、传媒、产品设计、自动驾驶等多个领域得到快速应用，元宇宙在Omniverse 的推动下率先在工业领域有了切实的落地，同时英伟达在AI 和高性能计算以及芯片领域有深厚积累，有望为元宇宙底层技术架构添砖加瓦。

可以看出，目前元宇宙的应用主要体现在游戏、社交等第三产业方面，尚未真正对第一、第二和第三产业产生影响。

4 构建船检元宇宙的思路和想法

从整体上来看，我们的船舶检验行业属于第三产业。随着元宇宙生态的构建，第三产业将逐步朝着高度的数字化和高度的智能化方向发展，船舶检验行业也不例外。当前，数字化和智能化也正是以中国船级社为代表的船舶检验行业的发展方向和发展目标。本文结合中国船级社《数字化转型总体方案》，从元宇宙形态和发展的角度，探讨分析从五个方面策划构建船检元宇宙相关工作。

4.1 开发船舶/船用产品设计及审核平台

梳理研究中国船级社规则、规范等技术文件，形成一个一个数据模型（datamodel），将数据模型集合开发成软件系统，由用户在这个软件系统上进行开发设计船舶或者船用产品，由软件系统对设计产品进行自动审核和判定合规性。该平台将来可利用XR 等虚拟技术直接连接购买方、制造方，通过仿真技术试验产品性能，通过智能制造形成最终产品，大大减少中间环节和人力成本。简而言之，是“规范软件化、产品设计可视化、合规审批智能化”，通过数字技术实现船舶和产品的设计、审核、建造直观方便。还可以通过元宇宙，对船舶设计工况进行仿真，通过仿真工况实现设计参数最优化，从而促进规范规则最优化。

4.2 打造基于我社技术平台融合船舶上下游单位的船舶生态

最理想的状态是利用区块链技术和大数据技术，打通与产品厂、建造厂、船东、设计方等单位信息系统的链接，创新智能检验工具，对可信模组信息基于区块链进行定制，从源头解决数据同步及可信问题。在船舶全生命周期的不同节点进行数据交互，使用大数据、预言机等技术打通多方数据，打造船舶数据服务产品，为船舶运营、检验、维护、维修等全生命周期提供实时在线的虚拟与现实相融合的数字技术服务，提供船用产品智造管理、船舶建造管理、船舶运营管理等高端智能技术服务，实现少人化、无人化、自动化、最优化的智能管理，打造数据存储、数据共享与流通、数据应用的可靠环境，为广大用户提供可扩展性、数据可用性、安全性强的行业基础设施，全方位提升船舶产业链各环节的效率和效益。

4.3 建立用基于拓展现实技术的元宇宙办公系统

基于虚拟现实和增强现实技术建立我社的元宇宙办公系统，在虚拟空间里呈现我社员工的办公场景和工作状态，虚拟与现实互通，实现坐在办公室可开展检验、培训、研发、党建、行政、财务、资产等各项工作，极大提升工作效率和工作质量。

4.4 推进船舶智能化和检验数字化，为构建船舶元宇宙空间打下基础

推动船用产品和船舶整体智能化发展，运用3D、区块链、数字孪生、AI、物联网、图像识别、边缘计算等技术实现船舶和设备信息数据和状态在虚拟空间以可视化的方式呈现，建立船舶元宇宙空间，实现虚拟与现实融合共生，为验船师和相关方提供沉浸式船舶运维管理和检验场景。

4.5 开发智能化船舶检验工具，构建元宇宙空间可信数据来源

利用区块链、网络与运算、物联网、图像识别等技术，研发检验用智能终端设备，可以分为供船舶、产品厂或工作人员使用的固定式、移动式智能终端设备，供验船师使用的智能数据采集设备等类别，智能终端设备作为我社船舶生态的数据基础设施，为船舶元宇宙空间提供可信的数据。