电影元宇宙建设的交互应用初探

葛浩钦 勾锐

［摘要］当前，元宇宙热潮加速数字化新型社会的形成，元宇宙在电影领域具有极大的发展空间，电影元宇宙概念呼之欲出。元宇宙与电影相结合具有很强的可操作性，可为电影产业的发展带来机遇。电影元宇宙的建设应充分利用技术搭建基础平台，集技术层面和交互层面于一体，使观众产生真实的沉浸式体验。文章阐述电影元宇宙的概念及特征，在技术层面针对性分析5G无线传输技术、物联网技术、区块链技术在电影元宇宙中的应用，在交互层面主要探究感官交互的应用。

［关键词］电影元宇宙；技术架构；交互应用

元宇宙是互联网深度发展的产物。元宇宙（Metaverse）

概念最早来自史蒂芬森1992年创作的科幻小说《雪崩》，该小说是赛博朋克的经典之作。随着元宇宙热潮加速数字化新型社会的形成，电影元宇宙概念呼之欲出。与传统电影院观看相比，元宇宙与电影相结合具有很强的可操作性，电影元宇宙所提供的沉浸式体验，能让观众在第二空间体验不同类型电影的魅力。文章阐述电影元宇宙的概念及特征，在技术层面针对性分析5G无线传输技术、物联网技术、区块链技术在电影元宇宙中的应用，在交互层面主要探究感官交互的应用。

一、电影元宇宙的概念及特征

（一）电影元宇宙的概念

元宇宙是一个虚拟世界，是与现实世界平行的另一个世界，准确地说，它是一个与现实社会高度联系的三维空间。它的愿景是：可以使身在世界各地的人们无视距离，通过第二个“自己”在三维空间相互交流，并为人们提供游戏、学习、社交等沉浸体验。在外在方面，元宇宙具有强烈的交互与视觉感知，人们可通过便携式设备进入一个全新世界。在内在方面，元宇宙是在共享软件、芯片、网络及协议的条件下，由众多工具、平台不断改进而最终形成的全新世界［1］。目前，虽然元宇宙在知识情境和生态伦理等方面还不够完善，甚至有学者对其名称存在质疑，但是这并不影响元宇宙成为当下热度最高的科技名词之一。

文章将电影元宇宙表述为：在新兴技术基础上形成的影视数字世界，它结合现实世界与虚拟世界，基于计算、通信、区块链、存储的基础设施层，通过增强现实、虚拟现实、触觉技术、数字孪生等形成虚实共生的动态交互层［2］，并使角色、观众等主体多元融入，以动态交互的方式为观众打造深度沉浸式的观影体验。

（二）电影元宇宙的特征

目前，关于元宇宙的研究越来越多，针对元宇宙特征的概述主要包括技术和文化两个层面，研究方向则涵盖三个类别：技术发展、文化创新和技术文化交融。第一类主要是研究元宇宙的底层支撑技术，如通信技术、交互技术、核心算法，以及通过NFT解决元宇宙中的身份认同、价值实现等问题。第二类是重点关注当前教育文化的发展，试图将元宇宙融入现实生活中的文化交流，在图书、教学、医疗等方面发挥价值。第三类是探究技术与文化融合，将两者虚实结合，注重用户的体验和社交。

电影元宇宙的特征主要表现在三个方面。第一，边界的突破性。现有电影产业的3D沉浸體验在人与场景的交融方面仍略显生硬，而电影元宇宙能够实现人与场景的深度交融，可打破时空和情感的边界，并通过底层技术支撑创造类似的第二世界，实现历史的可追溯性和时空的无限性，使观众可以随意切换电影元宇宙的时间段，感受任意一段时空的文化魅力。第二，文化的交融性。在混合现实、增强现实等前端技术的支撑下，观众能够在电影元宇宙中获得新的身份，并通过全新的虚拟身份，身临其境地感受电影的魅力，实现视觉、触觉、嗅觉、听觉多角度的全真模拟，进一步增强体验感。第三，身份的多样性。电影元宇宙的构建基于区块链技术，并以去中心化的形式吸引现实生活中的各类群体，使在电影元宇宙世界里的观众不局限于参观者的身份，甚至可以通过认定成为电影中的角色，以第一视角感受电影角色的经历，这从整体上可增强观众的参与感和对电影文化的认同。

二、电影元宇宙的技术构架

基础设施层作为电影元宇宙的底层架构，主要分为硬件技术和软件技术，诸如智能设备、通信技术、加密技术、人工智能等，这些技术的发展在一定程度上决定了电影元宇宙的发展高度。5G无线传输技术、物联网技术、区块链技术等在电影元宇宙的运用场景中发挥重要的作用。

（一）5G无线传输技术

电影元宇宙要为观众提供接近现实世界的虚拟体验，网络传输就必须达到极高的要求：高传输速率、高度安全性等。5G是新一代信息化基础设备，它的网速可以达到10Gbps，且相比4G，5G的频谱效率大幅度提升、吞吐量增大，这可满足电影元宇宙的网络需求，助力电影元宇宙的落地实施。

然而，现阶段的5G网络技术仍存在不足，如数据处理速度不够快、复杂环境下网络延迟等，这会在很大程度上影响观众在电影元宇宙中的场景体验。针对这类情况，学者进行深入研究。余晓玫等为了加快5G网络数据处理速度，提高5G的吞吐量，设计了基于光通信技术的5G网络信号路由优化方法，寻找一条从数据出发点到目的点的最优路径，通过构建数学模型，采用群智能算法设计出5G网络信号路由优化目标函数，并以此得出适应度函数，最后得出优化问题的最优解［3］。在这种方法的优化下，5G信号传输的成功率达到94.69%，带宽利用率达到95%。

（二）物联网技术

大多学者将元宇宙看作一个与现实世界平行的虚拟宇宙。元宇宙虚实结合的操作方式可让用户形成强烈的脱离感觉，这在一定程度上凸显物联网技术的重要作用。而物联网技术的迅速发展可使电影元宇宙的虚实互动更加便捷。物联网技术主要是借助信息传感器、射频识别装置等实现对各类信息的采集，通过网络实现人和物、物和物的互联，进而实现对事物的管理，以达到万物互联的目的。现阶段，观众依赖网络终端设备，如VR眼镜以及其他智能设备进入电影元宇宙，这些设备可在硬件技术快速发展下逐渐变得便捷化、小型化。

目前，各行业学者针对物联网技术展开了系统研究。针对工业物联网联邦学习网络中因设备电池能量而导致训练中断等问题，范绍帅等提出一种动态多维资源联合管理算法，与基准算法相比，该算法提高了模型学习精度，在能量短缺的情况下性能效果显著［4］。

（三）区块链技术

区块链技术本身涵盖众多技术，区块链的发展也为电影元宇宙建设高效、安全的经济系统提供了底层技术支持，它相当于一本共享且不可修改的账本，使任何物品的价值都能够在区块链网络上交易、追踪，并有效降低交易的风险。

现阶段，众多元宇宙公司采用区块链技术来治理经济系统。区块链技术应用于电影元宇宙，能有效解决数据因数量庞大而难以全部上传云端服务器的问题，使电影元宇宙的服务器去中心化。同时，电影元宇宙以区块链技术为底层架构，有利于维护用户的利益，使交互可以在点对点下安全进行。例如，早期的元宇宙产品《第二人生》，其所有的经济体系和经济问题都是由公司掌握和决定的，这在一定程度上不利于用户获得良好的体验，且具有不公平性。

然而，目前区块链技术在我国发展时间较短，诸多技术方面亟待成熟。这亟须科研机构开展区块链技术的基础研究，以提高区块链技术的基础创新能力。同时，区块链系统异构且不互联，也导致不同链之间无法进行价值互换，从而影响区块链间的互通性。孙浩等研究现阶段区块链跨链技术的发展方向，分析当前主流的跨链技术，并对比它们性能的差异，有针对性地提出目前跨链技术需要攻克的难点问题，倡导多方共同协力参与，研究出高效的跨链机制，服务更多用户群体，进一步加强跨链技术的构建，以建成互联共通、安全可靠的跨链体系［5］。

三、感性认知下电影元宇宙建设的交互应用

元宇宙的创建愿景以人为本，这要求电影元宇宙中的所有组成成分将观众意愿作为核心，为观众提供沉浸式体验，便于观众进行多方向、多层次的交互。

（一）环境层面交互设计

在元宇宙中，用户通过动作和来自设备的反馈，可实现一个简单的交互过程。用户操作的多样性取决于传感器等设备的发展，而各种设备通过捕获用户动作并输入动作类型来满足用户不同类型的沉浸式体验需求。也就是说，观众可以使用凝视、手势或头部运动等肢体语言，完成在电影元宇宙中的一系列操作。同时，用户也可以运用触觉通道在元宇宙中完成动作行为，甚至简单地通过思维控制行动，如使用脑电图控制肢体等。由于不同开发者设计的设备机制不同，使用相应设备的用户行为的类型是受限制的，并存在差异，因此用户需要记住不同应用程序和平台设计的特定操作，以方便使用某些设备。

例如，在元宇宙环境中，用户可通过深度摄像头、毫米波雷达识别或者体感手套等完成手势互动操作。其中，体感手套可以识别用户双手的位置、手掌和指尖所指向的方向，并感知用户的手部运动和手的姿势，形成用户使用手势的轨迹，便于用户自然、舒适地交互。

又例如，在电影元宇宙中，观众可通过两种方式实现行走：一是以观众为中心移动环境；二是以环境为中心，观众自身移动。考虑到现实环境可能存在的局限性，且以观众为中心移动环境的方式不便于观众形成沉浸式体验，由此观众可通过万向跑步机等设备在现实生活中利用有限的空间完成在电影元宇宙世界里的走动、跑步以及跳躍等一系列动作。此外，在电影元宇宙中，观众还可以使用按钮来创建传送门，开启传送模式，自定义想要传送的目的地，利用设备实现缓慢移动。

再例如，在元宇宙环境中，用户可以自己为中心，使用手势进行环境旋转和缩放的操作，也就是用户可以用双手抓住环境，相对移动环境，达成环境的旋转、缩放。这样的操作类似于人们应用智能手机通过手指旋转和缩放来操作高德地图，实现触摸式地图操作。在电影元宇宙中，观众可以围绕自己旋转城市，用手掌指向想要旋转的方向进行城市旋转与缩放。若观众指着远处的环境，并移动手部，那片环境就会被最小化；若观众伸出手指，触摸所选择的建筑，那么这个建筑就可以最大化的方式出现在其眼前，从而使城市最大化。

（二）感官层面交互设计

在元宇宙中，感官交互主要包括基础层次的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉，以及更深层次的情感交互。在电影元宇宙中，观众感知语言可以从眼动追踪技术的凝视中解码或者可以通过手势识别传感器识别动作，也可以从与元宇宙中对象进行交流的声音中解码。

1.视觉交互

视觉是用户通过视觉感官眼睛接受环境中一定频率的电磁波刺激，经过中枢神经系统进行编码分析后获得的主观感觉。随着技术的不断创新和社会的快速发展，电影元宇宙要想让观众在视觉上感受逼真的电影场景，就需要进一步开发图形技术。视觉建模主要集中于如何让元宇宙中的人物在外观、行为和言语上更像现实世界中真实的人的个体。目前，电影元宇宙中人物的视觉建模和渲染更注重人物的皮肤、头发、衣服等特征，这对视觉建模和渲染技术提出了更高要求，也就是根据电影角色的文化，不同的人物不仅要有不同的服饰和妆容，还要体现一定的文化、历史，凸显人物的精准模型，如人物着装面料的真实感、面部的高保真度等，这些都需要采用更加精确的建模算法，进一步开发视觉交互，从而增强观众对电影元宇宙的沉浸式体验。

2.听觉交互

声音的传播和接收是元宇宙中人们交流的关键。听觉交互在电影元宇宙中主要体现在角色和观众之间的声音交流。一方面，角色和观众的听觉交互通过技术合成。另一方面，观众间的交流则需要考虑诸多因素。第一，是否需要观众的真实声音和腔调。目前，通过智能手机语音软件，在默认设置下观众可使用现实生活中个体的真实声音，同时观众也可以在特殊情况下通过设置更改个体的声音，如在元宇宙中将个体的声音更改为交友软件中的可爱音、大叔音等。第二，如何解决跨文化跨语言交流的障碍。目前在我国，在电影元宇宙中普通话是使用最多的语言，然而基于元宇宙作为第二世界所具有的包容性，要实现跨文化跨语言交流需要兼顾不同观众语言交流的需求，这就要求电影元宇宙需要搭建语言“中转站”，使观众可以独立设置个体语言，通过语言“中转站”进行语言转换，实现跨文化跨语言观众间的无障碍交流。第三，考虑环境因素对声音的干扰。在电影元宇宙中，环境会对观众的声音发出效果产生影响，如元宇宙中距离、风噪对声音传播的影响等。由此，在电影元宇宙中，听觉交互的实现能使观众达到现实生活中的真实感受，获得更好的沉浸式体验。

3.触觉交互

触觉交互是人们基于触摸产生的知觉反馈，人们可以通过手等肢体感受不同材料、物体的纹理或形状，并能感知物体的光滑度、压力、振动和摩擦等，这涉及物理的牵引力、反应力、阻力和冲击力等。在元宇宙中，体感手套等设备可以帮助用户模拟各种触觉，并形成知觉反馈，实现触觉交互。值得注意的是，体感手套等设备的发展需要关注温度和振动的力度［6］。

在电影元宇宙中，观众通过体感手套触摸不同物体，体感手套根据不同物体的实际温度做出反馈，这能为观众营造良好的体验感，使观众实现完全沉浸。同时，基于物体的不同形状，如有的物体是尖锐的，有的物体是光滑的等，需要体感手套自动调节触觉振动范围，使观众获得相应的触觉体验。例如，对尖锐的物体，体感手套应将触觉振动范围凝聚在一点上，以达到刺激观众触觉的效果；对平滑的物体，体感手套需要减小触觉振动力度，将振幅趋于平缓，或者通过自身的可塑性模拟，实现观众触摸物体的光滑效果。

4.嗅觉和味觉交互

要想在电影元宇宙中呈现各种美食，就不仅需要满足观众在视觉上的需求，而且需要满足观众对气味和味道的要求。嗅觉交互指人们基于嗅觉产生的知觉反馈。在元宇宙中，嗅觉反馈的主要方式是分散特定气味，以匹配某些交互任务的要求，其中嗅觉显示器被广泛用于散发气味，使气味与数字画面同步。一般来说，嗅觉显示器由一组气味剂、一个流动输送系统和一个控制算法组成，其算法决定了嗅觉刺激的混合比例、浓度和时间，并通过输送系统反馈给用户。与嗅觉相同，味觉通道指人们基于味道产生的知觉反馈。在元宇宙中，味觉的驱动方式主要有两种：一种是通过化学组合，让用户感知味道；另一种是采用数字味觉，驱动技术产生各种味道。这可以通过开发设备来完成，使用化学物质刺激用户味觉［7］。例如，日本开发商VAQSO推出的气味模拟器—VAQSO VR就类似于气味生成器，可与VR头显结合，内含墨盒，放置香水等气味源。在电影元宇宙中，观众可通过设备感受气味模拟器中放置的玫瑰味淡香液体等，从而产生闻到玫瑰鲜花饼的香味，并通过模拟品尝可食用花香气体，完成从观看到品尝玫瑰鲜花饼的步骤，实现嗅觉和味觉交互。

5.情感交互

在电影元宇宙中，情感交互表现为人机交互情感，相关数据显示，人与智能技术的情感交互发生抛物线般的变化。一方面，智能技术的便捷让人机关系更紧密；另一方面，智能技术存在的监听、定位问题等不足，使人机情感交互面临挑战。在电影元宇宙中，人机交互情感值得学界进一步关注与研究。

在电影元宇宙中，情感交互作用于部分场景，表现在电影元宇宙中的角色在了解观众当前情感态度的情况下进行情感识别和分析，并对观众做出最为适合的情感回应。这也对相关情感交互设备提出了要求。一方面，识别装置是感情交互的基础。识别装置可采集观众的面部表情变化和声音频率，并对采集信息进行情感解析。另一方面，观众需要建立情感反馈模块，这个模块是表达情感的重要组成部分，是建立在长期对情感的科学研究基础上的，也就是说，识别装置采集来的信息进入数据库，为观众匹配情感。若情感类别无法识别，识别装置则可运用优化模块对陌生情感进行分析归类，再做出回应并反馈给观众。

四、结语

元宇宙为电影的发展带来了新的思路，电影元宇宙的数字化沉浸式感官体验在某种程度上更能吸引观众的注意力。随着数字技术的飞速发展，电影元宇宙中的场景交互、感官交互和情感交互成为可能，从而改变传统的观影方式。然而，电影元宇宙作为一个复杂的多元体系，还处于理论构想的初级阶段，需要政府相关部门、行业、企业、科研单位以及大众的共同关注和支持，从而充分发挥元宇宙的作用，讲好中国电影故事。

［参考文献］

［1］ZHAO Y H ，JIANG J J ，CHEN Y，et al. Metaverse： Perspectives from graphics，interactions and visualization［J］.Visual Informatics，2022（01）：56-67.

［2］卢勇，任思博.农业文化遗产元宇宙的内涵、路径及应用前景研究［J］.中国农史，2022（02）：136-148.

［3］余晓玫，谭祥，李文娟，等.基于光通信技术的5G网络信号路由优化研究［J］.激光杂志，2022（11）：89-92.

［4］范绍帅，吴剑波，田辉.面向能量受限工业物联网设备的联邦学习资源管理［J］.通信学报，2022（08）：65-77.

［5］孙浩，毛瀚宇，张岩峰，等.区块链跨链技术发展及应用［J］.计算机科學，2022（05）：287-295.

［6］FANG B，SUN F C，LIU H P，et al .3D human gesture capturing and recognition by the IMMU-based data glove［J］.Neurocomputing，2018（14）：198-207.

［7］PATNAIK B，BATCH A，ELMQVIST N. Information Olfactation： Harnessing Scent to Convey Data.［J］.IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，2019（01）：726-736.