工業(yè)元宇宙白皮書

工業(yè)元宇宙白皮書

牽頭編制單位：中國信息通信研究院

前言

2021年3月，隨著元宇宙概念第一股Roblox上市

，元宇宙引起全球廣泛關注，臉書、微軟、英偉達、牽頭編寫單位：

中國信息通信研究院

騰訊、字節(jié)跳動、百度等紛紛布局相關領域。元宇宙

是構建在新型基礎設施之上，實現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實世

界時空融合的新一代互聯(lián)網應用和社會生態(tài)。元宇宙參與編寫單位：

通過區(qū)塊鏈、人工智能、擴展現(xiàn)實、數(shù)字孿生等技術中國信息通信研究院

，實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的鏡像映射、時空拓展和價值延伸北京理工大學

，幫助人們實現(xiàn)在虛擬世界的數(shù)字化身，進而借助擴北京工商大學

展現(xiàn)實等人機交互手段實現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實世界的融北京航天云路有限公司

合。美國參數(shù)技術公司（PTC）

工業(yè)元宇宙是元宇宙重要的應用領域，是基于元阿依瓦（北京）技術有限公司

宇宙核心基礎設施和應用理念，構建的服務于工業(yè)經富士康工業(yè)互聯(lián)網股份有限公司

濟的新型工業(yè)體系、工業(yè)生態(tài)和工業(yè)模式。工業(yè)元宇浪潮工業(yè)互聯(lián)網云洲鏈

宙可以在虛擬世界中實現(xiàn)對工業(yè)全要素、全價值鏈、百度在線網絡技術（北京）有限公司

全產業(yè)鏈的全息展示和跨時空聚合，并疊加新的社交黑龍江數(shù)字化研究院

模式和新型經濟模式，進而借助人機交互、數(shù)字化身北京泰爾英福網絡科技有限責任公司

等手段協(xié)同開展工業(yè)生產經營活動，促進工業(yè)轉型升工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新中心（上海）有限公司

級及創(chuàng)新發(fā)展。Bentley軟件（北京）有限公司

工業(yè)元宇宙概念較為前沿，涉及的技術復雜，產軟通智慧科技有限公司

業(yè)類型多，工業(yè)元宇宙的產業(yè)生態(tài)體系尚未建立完善中國聯(lián)通四川省分公司

，但圍繞工業(yè)元宇宙的應用探索正在逐步展開，國內國際商業(yè)機器（中國）投資有限公司

外都在加強相關布局。為了凝聚共識，引導業(yè)界協(xié)同（IBM）

開展工業(yè)元宇宙探索，工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟特編制本普天信息工程設計服務有限公司

報告，對工業(yè)元宇宙的概念內涵、可能引發(fā)的變革、北京華創(chuàng)易豐管理技術有限公司

概念框架、支撐體系進行了闡述，并給出了推進建議

，希望為工業(yè)元宇宙的落地應用和產業(yè)發(fā)展提供參考

和借鑒。

白皮書編寫組成員：

李海花、劉陽、池程、楊鵬、景浩盟、錄天鳳、樊森、高琦、劉澍、王亦

澎、姚頔、李琦琦、期治博、湯雁斐、童晉、孫銀、韓玲、高信波、陳柱

銘、黃子沛、景越、王宇鵬、田美園、柴森春、張百海、柴潤祺、王乃軍

、崔靈果、許繼平、姜露、王昭洋、鄭治、郎燕、楊衛(wèi)國、代淑玉、馬晨

陽、王銘、李程、李響、丁志剛、王潤、熊林愷、徐夢非、王春生、冀巖

琦、張遠峰、馬晨光、姚亞靜、焦臻楨、張發(fā)振、李韓軍、吳陳煒、馮源

工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟公眾號

、張貝瑩、楊春強、高亮、陳能技、安寧、蘭健、程海旭、莊磊、陳昕、

郭惠軍、李果、滕護兵

一、工業(yè)元宇宙概述

（一）元宇宙基本內涵

元宇宙目前尚無完全統(tǒng)一定義，通常來說元宇宙是指

利用科技手段創(chuàng)造的與現(xiàn)實世界映射交互的虛擬世界，在

此基礎上形成具備新型社會經濟體系的數(shù)字生活空間。綜

合元宇宙相關定義，可以將元宇宙看作是基于多種信息技

術有機結合，沉浸式、自主化、虛實融合的數(shù)字網絡空

間，是基于互聯(lián)網平臺價值重構，身份資產化、內容價值

化、開放互通的虛擬經濟體系，是基于現(xiàn)實世界社會活動

與人際關系時空深度延伸的新型網絡社會。元宇宙利用擴

展現(xiàn)實、區(qū)塊鏈、人工智能、數(shù)字孿生等技術實現(xiàn)對現(xiàn)實

世界的數(shù)字拓展，完成對現(xiàn)實世界的空間延伸、時間延伸

和價值延伸。元宇宙概念示意如圖1所示。

圖1元宇宙概念示意

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1．元宇宙概況

通常認為元宇宙概念來源于1992年科幻作品《雪崩》

中提到的“Metaverse”。2021年是元宇宙元年，3月份隨

著元宇宙概念第一股Roblox上市，元宇宙開始進入公眾視

野，國外臉書、微軟、英偉達等科技公司紛紛布局相關領

域，國內騰訊、字節(jié)跳動、百度等公司也緊隨其后，10月

份，臉書正式改名為Meta徹底擁抱元宇宙，使得全球范圍

內掀起了關注元宇宙發(fā)展的熱潮。自此以后，世界各國開

始在擴展現(xiàn)實、人工智能等元宇宙重要的領域開展了布

局，政策和產業(yè)發(fā)展策略等方面也有所傾斜。

（1）主要政策

國外，主要國家在元宇宙技術研發(fā)、產業(yè)發(fā)展、政策

監(jiān)管等方面進行了積極布局。在技術研發(fā)上，韓國重點關

注元宇宙城市、虛擬數(shù)字人、擴展現(xiàn)實等方向，且給予資

金支持，2021年5月，韓國科學技術信息通信部發(fā)起成立

包括現(xiàn)代、SK集團等200多家韓國本土企業(yè)和機構的“元

宇宙聯(lián)盟”，專注元宇宙探索。法國在數(shù)字資產、擴展現(xiàn)

實等方向積極展開探索，于西部盧瓦爾河大區(qū)成立了配備

虛擬實現(xiàn)工業(yè)中心的智能工廠創(chuàng)新科研中心，擬通過虛擬

現(xiàn)實技術，開展新型工廠設計、新機器監(jiān)測、人體工學研

究以及員工虛擬培訓等研究。在產業(yè)發(fā)展上，2021年7

月，韓國公布《數(shù)字新政2.0》，推出數(shù)字內容產業(yè)培育支

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援計劃，共投資2024億韓元，其中投資擴展現(xiàn)實內容開

發(fā)、數(shù)字內容開發(fā)和擴展現(xiàn)實產業(yè)基礎共計760億韓元。

2021年11月3日，首爾市長提出首爾愿景2030計劃，計

劃投資30億韓元建設元宇宙首爾，涵蓋包括經濟、教育、

旅游、通信、城市、行政、和基礎設施7個領域。韓國產業(yè)

界對元宇宙關注度極高，主要側重于元宇宙平臺、虛擬

人、VR等方面，并初步形成了游戲、虛擬偶像、虛擬世界

等領域應用。2021年7月，日本經濟產業(yè)省發(fā)布了《關于

虛擬空間行業(yè)未來可能性與課題的調查報告》，報告認

為，政府應著重防范和解決“虛擬空間”的法律問題，并

對跨國、跨平臺業(yè)務法律適用條款加以完善，政府應與業(yè)

內人士制定行業(yè)標準和指導方針，并向全球輸出此類規(guī)

范。2021年12月，日本成立元宇宙的業(yè)界團體“一般社團

法人日本元宇宙協(xié)會”，啟動市場構建，力爭使日本成為

元宇宙發(fā)達國家。2022年4月，日本成立面向應用推進研

究和規(guī)則完善的“元宇宙推進協(xié)議會”。在政策監(jiān)管上，

2021年10月，美國出臺《政府對人工智能數(shù)據(jù)的所有權和

監(jiān)督法案》，要求對人工智能系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)，特別是

面部識別數(shù)據(jù)，進行監(jiān)管。2022年3月9日，美國總統(tǒng)簽

署“關于確保數(shù)字資產負責任發(fā)展”的行政命令，要求各

部門通力合作，就數(shù)字資產展開相關研究。2022年4月和

7月，歐盟分別通過了《數(shù)字服務法》和《數(shù)字市場法》，

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重點關注網絡平臺內容安全、保護、個人隱私安全以及惡

性競爭等關鍵問題。

國內，元宇宙產業(yè)也獲得了廣泛的重點關注。2021年

12月，中央紀委國家監(jiān)委網站發(fā)布《元宇宙如何改寫人類

社會生活》，提出要“理性看待元宇宙帶來的新一輪技術

革命和對社會的影響，不低估5-10年的機會，也不高估1-2

年的演進變化”。2022年1月，工信部召開中小企業(yè)發(fā)展

情況發(fā)布會，提出要注重培育一批深耕專業(yè)領域工業(yè)互聯(lián)

網、工業(yè)軟件、網絡與數(shù)據(jù)安全、智能傳感器等方面的

“小巨人”企業(yè)，培育一批進軍元宇宙、區(qū)塊鏈、人工智

能等新興領域的創(chuàng)新型中小企業(yè)。此外，工信部工業(yè)文化

發(fā)展中心于2022年10月發(fā)布的《工業(yè)元宇宙三年行動計劃

（2022-2025年）》，以及工信部、教育部等五部委2022

年11月聯(lián)合發(fā)布的《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應用融合發(fā)展行動計

劃（2022—2026年）》，著重突出了對元宇宙產業(yè)發(fā)展的

重視。目前，我國已有24省市相繼發(fā)布元宇宙方面的產業(yè)

發(fā)展規(guī)劃或方案，涉及產業(yè)發(fā)展、人才引進、稅收支持等

方面。

（2）發(fā)展情況

當前，元宇宙整體還處在探索期，相關技術、產品、

平臺和應用還需要進一步整合和發(fā)展，但關鍵領域產業(yè)布

局趨勢已經逐漸明朗。

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在硬件方面，擴展現(xiàn)實設備、算力芯片和網絡基礎設

施等已成為元宇宙產業(yè)關注重點。其中，擴展現(xiàn)實設備已

經成為元宇宙最直接入場券，以美國為主的國外廠商占據(jù)

先發(fā)優(yōu)勢，市場占比較高。2021年第一季度臉書旗下的

Oculus出貨量已占全球VR/AR頭顯出貨量75%，同比增長

117%，行業(yè)呈現(xiàn)向頭部集中的趨勢。以GPU為代表的算力

正逐步向元宇宙計算核心發(fā)展，英偉達在該領域具有絕對

的話語權和主導權，在前四大云供應商亞馬遜、谷歌、阿

里巴巴、Azure中97.4%的AI加速器實例部署了英偉達

GPU，同時英偉達主導著人工智能算法訓練市場，全球

Top500超級計算機中近70%使用了英偉達GPU。以網絡為

代表的基礎設施成為保障沉浸式體驗的關鍵，在傳統(tǒng)無線

方式不能解決元宇宙終端設備需求的背景下，5G和新的

WIFI標準不斷出現(xiàn)，華為5G通信天罡基站和巴龍5000等

都在向該方向發(fā)展。

在核心技術上，人工智能、區(qū)塊鏈等成為了重要元宇

宙的重要支撐。其中，人工智能已經成為驅動元宇宙的內

在動力，美國圍繞人工算法基礎框架開展了大量的研究與

應用。谷歌、臉書、亞馬遜、微軟等科技巨頭紛紛布局基

礎算法框架，開發(fā)了TensorFlow、MXNet、CNTK、Caffe

等重要產品，其中谷歌所研發(fā)的TensorFlow已被大量人工

智能項目采納。國內，作為最早“AllinAI”的公司，百度

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在AI領域的積累深厚，基于百度大腦的VR2.0產業(yè)化平臺

為產業(yè)提供全棧式行業(yè)場景應用開發(fā)，并提供全鏈路元宇

宙內容生態(tài)和AI支撐下的元宇宙新業(yè)態(tài)。區(qū)塊鏈技術作為

元宇宙數(shù)字身份和數(shù)字資產的支撐也獲得了飛速發(fā)展。據(jù)

IDC數(shù)據(jù)顯示，我國區(qū)塊鏈市場規(guī)模已達4.68億美元，是

全球的第二大區(qū)塊鏈支出單體。隨著產業(yè)動能的釋放，我

國區(qū)塊鏈產業(yè)鏈條進一步完善，產業(yè)鏈上、中、下游持續(xù)

補充，形成了具備成熟度與完備性的全產業(yè)鏈鏈條，在數(shù)

字經濟帶動下，應用領域企業(yè)飆升，約占據(jù)我國區(qū)塊鏈產

業(yè)鏈條61.37%，同比增加24.48%。

在應用方面，當前游戲和社交領域仍是元宇宙應用的

主要方向。國外作為元宇宙的發(fā)起方，在應用方面積累了

大量的優(yōu)質企業(yè)，產業(yè)發(fā)展優(yōu)勢明顯。我國科技企業(yè)在元

宇宙應用領域迅速跟進，以騰訊、字節(jié)跳動、華為、阿里

巴巴等為代表的巨頭整合業(yè)務優(yōu)勢迅速布局，以米哈游、

莉莉絲等為代表的游戲企業(yè)升維游戲場景靠近虛擬世界，

游戲公司中青寶、寶通科技、湯姆貓等宣布開發(fā)元宇宙概

念游戲。整體來看，得益于強大的基建能力及人口規(guī)模優(yōu)

勢，我國元宇宙科技企業(yè)在后端基建、人工智能、內容與

場景創(chuàng)新等方面的潛力巨大。

在國家整體層面，美國重視基礎研發(fā)，尤其在底層架

構方面，整體領先水平較高。中國掌握用戶基數(shù)與社交基

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因優(yōu)勢，在后端基建和人工智能領域持續(xù)布局和發(fā)力。日

本有豐富的ACG（動畫Animation、漫畫Comic、游戲

Game）產業(yè)基礎，其應用已逐步由游戲向其他場景延展。

韓國元宇宙由政府引領，應用場景主要由“偶像經濟”驅

動，并在“虛擬數(shù)字人”上有一定技術領先。

2．元宇宙主要特性

元宇宙主要特點是幫助人們實現(xiàn)在虛擬世界的數(shù)字化

身，進而借助擴展現(xiàn)實等人機交互手段實現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)

實世界的融合。從元宇宙數(shù)字化身的角度上看，元宇宙主

要具備時空融合性、多元共生性、價值融通性、自主多樣

性四個主要特性。時空融合性是指元宇宙不僅完成對現(xiàn)實

世界的數(shù)字拓展，更是在時間和空間上提供了多種發(fā)展的

可能，時間和空間高度統(tǒng)一，借助元宇宙，用戶可發(fā)展多

個時間線，體驗不同空間、不同場景下的生活，未來可能

性大大增加。多元共生性是指元宇宙可將多重身份進行統(tǒng)

一，實現(xiàn)虛擬身份和現(xiàn)實身份的綁定，化身將成為元宇宙

身份的主要特點。價值融通性是指元宇宙實現(xiàn)了現(xiàn)實世界

和數(shù)字世界的價值流轉和融合，新型經濟體系將會出現(xiàn)，

現(xiàn)實世界的重要數(shù)據(jù)會轉變?yōu)橹匾臄?shù)字資產，在虛擬世

界中的數(shù)字化創(chuàng)造也可能轉為現(xiàn)實財富。自主多樣性是指

元宇宙給予了用戶充分的自主和自由，用戶可自由掌握自

身身份信息的應用范圍，選擇自己想要置身的場景。

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3．元宇宙發(fā)展趨勢

元宇宙發(fā)展趨勢可以從虛實融合、生態(tài)連通、人機交

互和信息交互四方面描述。一是虛實融合性將不斷加強。

元宇宙是現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的總和，從世界融合的角度

上看，元宇宙可能會經歷獨立發(fā)展、虛實結合和虛實相生

三個階段。在獨立發(fā)展階段，數(shù)字世界是現(xiàn)實世界的附

屬，兩者之間不存在太多的交互。在虛實結合階段，現(xiàn)實

世界與數(shù)字世界交互頻繁，兩者相互影響。在虛實相生階

段，數(shù)字世界與現(xiàn)實世界高度融合，數(shù)字世界在時間、空

間、經濟等體量上逼近甚至超越現(xiàn)實世界，出現(xiàn)新的社會

形態(tài)。二是應用覆蓋范圍不斷擴大。從應用發(fā)展趨勢看，

元宇宙要經歷自發(fā)階段、領域互聯(lián)階段和全連接階段。在

初始階段，一些相互獨立的應用零散出現(xiàn)，然后應用開始

按照領域、應用目標等不斷聚合，形成領域生態(tài)，最后實

現(xiàn)全面互聯(lián)，形成元宇宙應用生態(tài)。三是人機交互體驗不

斷提升。從交互技術發(fā)展上看，元宇宙將推動現(xiàn)有文字、

視頻等傳統(tǒng)交互向以擴展現(xiàn)實為主的音視頻沉浸式交互轉

變，最終可能涵蓋甚至超越人體五感的全方位沉浸式交

互，實現(xiàn)真正意義的元宇宙交互模式。四是信息交互方式

向去中心化轉變。從信息交互理念上看，元宇宙將推動互

聯(lián)網從信息只讀的網-人交互、人-人交互向以智能化的人-

網交互為主的web3.0邁進。

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目前，元宇宙還在初期階段：一是核心關鍵技術有待

進一步發(fā)展，如擴展現(xiàn)實的體驗上尚未完全解決人機交互

的根本問題，沉浸式體驗有待加強，人工智能技術仍舊停

留在模式識別階段，元宇宙迫切需要的意識層面交互還尚

未實現(xiàn)，區(qū)塊鏈技術也面臨著性能、安全、去中心化“不

可能三角”問題。二是基礎設施能力與理想需求還存在很

大差距，元宇宙的發(fā)展對基礎設施提供更高能力要求，以

算力為例，元宇宙的算力需求預測過千甚至超萬EFLOPS，

根據(jù)IDC統(tǒng)計，2020年全球的算力只有429EFLOPS，兩者

存在巨大的缺口。三是應用內容還需進一步豐富。元宇宙

雖在游戲、社交等領域取得一定進展，但能夠代表行業(yè)突

破的現(xiàn)象級應用尚未出現(xiàn)，應用的廣度和深度有待加強，

標桿應用有待進一步培育。

（二）工業(yè)元宇宙基本內涵

李伯虎院士指出“工業(yè)元宇宙是指在新發(fā)展理念指引

下，在新一代人工智能技術引領下，借助新時代各類新技

術群跨界融合，實現(xiàn)工業(yè)領域中‘人、虛擬空間與現(xiàn)實空間’

虛實映射/交互/融合、以虛促實、以虛強實的工業(yè)全要素

鏈、全產業(yè)鏈、全價值鏈（三鏈）智慧、協(xié)同、開放、服

務、互聯(lián)的復雜數(shù)字工業(yè)經濟系統(tǒng)”。

工業(yè)元宇宙是元宇宙重要應用領域，是以擴展現(xiàn)實、

數(shù)字孿生、內容生成等為代表的新一代信息通信技術與實

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體工業(yè)經濟深度融合的新型工業(yè)生態(tài)。工業(yè)元宇宙與元宇

宙的關系如圖2所示。

圖2工業(yè)元宇宙與元宇宙

與消費場景下超現(xiàn)實的內容創(chuàng)造和用戶體驗感相比，

工業(yè)元宇宙構建的場景和對象是一個確切物理系統(tǒng)，所要

解決的問題、組織關系和任務都是明確的。得益于工業(yè)領

域的堅實技術基礎和明確的工業(yè)場景，未來工業(yè)元宇宙將

可能是元宇宙優(yōu)先落地應用的方向。

二、工業(yè)元宇宙可能引發(fā)的變革

工業(yè)元宇宙是元宇宙在工業(yè)領域的落地與拓展，是新

型工業(yè)數(shù)字空間、新型工業(yè)智慧互聯(lián)系統(tǒng)、數(shù)字經濟與實

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體經濟融合發(fā)展的新型載體。工業(yè)元宇宙為制造業(yè)數(shù)字化

轉型、實體經濟高質量發(fā)展、企業(yè)智慧化管理等方面提供

更大創(chuàng)新空間，并引發(fā)更加廣泛的工業(yè)變革。

（一）時空交融的平臺化設計

工業(yè)元宇宙可以通過模擬產品的設計、生產和使用環(huán)

境，對產品、產品零部件之間的作用方式進行更加直觀、

精準的模擬和展示。設計研發(fā)階段，產品設計者們可以通

過工業(yè)元宇宙構建的虛實融合環(huán)境，打破協(xié)作時空邊界，

實現(xiàn)協(xié)作體驗和效率大幅度提升。設計者還可以通過VR或

AR眼鏡，沉浸式的感受設計效果，通過“真實”的管理實

驗，完成各種人機工程的設計及優(yōu)化。

以寶馬新型數(shù)字工廠為例，借助英偉達Omniverse平

臺，設計人員可以在全球范圍內獲得31座工廠的各類數(shù)

據(jù)，借助平臺的協(xié)作工具，設計人員可以無視距離和時間

的限制，達成全球范圍內的高效協(xié)作，有效解決了設計規(guī)

劃耗時、產品無法兼容和數(shù)據(jù)更新滯后的問題。設計者可

以在設計階段體驗建成后的真實工廠，進而可以對工廠進

行優(yōu)化設計，并進行模擬生產。

（二）虛實結合的智能化制造

工業(yè)元宇宙將可以通過在虛擬世界中復刻、聚合現(xiàn)實

世界生產資源，提升全球化生產協(xié)同能力和水平，構建全

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球“大生產線”模式。工業(yè)元宇宙中，時空界限變得模

糊，可以通過構建親臨現(xiàn)場感的遠程作業(yè)模式，提升生產

經營者對作業(yè)環(huán)境的實時感知，避免生產現(xiàn)場帶來的人身

安全問題，還可以實現(xiàn)多用戶沉浸式遠程生產監(jiān)控、作業(yè)

操作指導等。

以微軟Azure平臺為例，借助內部強大的技術優(yōu)勢，微

軟將軟硬件產品整合為“元宇宙技術棧”，并通過增強現(xiàn)

實技術創(chuàng)建出一個能復刻現(xiàn)實世界的數(shù)字化工作空間，從

而加快維修和啟動新的生產線等流程。目前，日本川崎重

工已成為微軟工業(yè)元宇宙業(yè)務的新客戶，工廠員工將佩戴

HoloLens全息眼鏡開展機器人制造、設備維修等該工作，

實現(xiàn)供應鏈的透明化管理。

（三）沉浸體驗的個性化定制

工業(yè)元宇宙可以在虛擬世界中構建虛實融合、開放透

明、可直觀體驗的產品全生命周期情景視圖，吸引更多人

以各種形式參與到產品生產中來。用戶可以在工業(yè)元宇宙

構建的虛擬世界中，參與產品設計，觀摩甚至參與產品生

產過程，進行產品虛擬體驗，并隨時可以反饋產品改進或

優(yōu)化建議，也可在上述過程后直接進行產品消費并追蹤產

品物流進程、進行產品使用反饋。

以服裝生產企業(yè)的個性化定制為例，通過在生產中應

用3D量體系統(tǒng)、手持式3D掃描等新技術，實現(xiàn)快速人體

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建模和數(shù)字化量體，根據(jù)用戶需求建立精準的“人-號-型”

對應關系，同時用戶可全程監(jiān)控過程生產，實施跟蹤產品

的生產進度，并根據(jù)實際生產情況進行反饋來進一步明確

定制需求，從而實現(xiàn)了服裝的個性化定制。

（四）全局可視的網絡化協(xié)同

工業(yè)元宇宙可進一步深化產業(yè)鏈供應鏈組織模式變

革，產業(yè)鏈供應鏈上的企業(yè)和合作伙伴可以在虛擬世界中

進行協(xié)同設計、協(xié)同生產、協(xié)同服務，協(xié)同體驗更加直

觀、高效，并且通過虛實融合、3D展示、沉浸體驗，精準

展示完整的協(xié)作進程和協(xié)作視圖，進而促進資源共享、能

力交易以及業(yè)務優(yōu)化配置。

以百度天工物聯(lián)網平臺為例，平臺通過傳感器連接所

有物理資產，并將物理世界的數(shù)據(jù)和狀態(tài)傳送到元宇宙應

用數(shù)字程序的數(shù)字虛擬空間，結合百度地圖的海量數(shù)據(jù)處

理能力和物聯(lián)網的時間聚合分析能力，構建一整套時空大

數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并采用時空時序數(shù)據(jù)庫來用于存儲和管理時間

序列數(shù)據(jù)及地理空間數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)治理及共享，使

得需要結合空間與時間的應用落地就會變得簡單，提升了

工業(yè)協(xié)同效率。

（五）虛實共生的服務化延伸

工業(yè)元宇宙可以通過對現(xiàn)實世界的映射、化身等技

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術，支撐企業(yè)打造多種虛擬化形象、虛擬場景，打破時空

界線與用戶進行更高效的交流，更精準的獲取用戶產品使

用信息。企業(yè)產品客戶通過VR、AR設備，可以實時看到

產品操作流程和使用要求，從而有效降低培訓難度，減少

操作失誤率。企業(yè)設備供應商通過AR、VR進入虛擬工

廠，可以獲取更精確的情景信息，加快故障定位、原因排

查和故障修復。

以百事可樂的AR生產支持為例，在AR技術未引入

前，百事可樂位于南非德班的Prospecton工廠需要員工掌握

四種以上的語言才能保證工作的順利進行，這對一線員工

帶來了極大的挑戰(zhàn)。借助AR技術，一些不具備外語能力的

當?shù)毓と?，就可以在車間接受培訓和開展工作，同時結合

AR眼鏡內置的Zoom應用，就可實現(xiàn)居家辦公人員與現(xiàn)場

人員遠程溝通，讓工人可以便捷開展工作交流，最終提升

生產效率。

（六）全息洞察的數(shù)字化管理

工業(yè)元宇宙可以在虛擬世界中實時展示智能工廠的建

設、運營管理、生產設備和產線運行狀態(tài)，更加直觀、便

捷地優(yōu)化、創(chuàng)新乃至重塑企業(yè)相關活動。在智能工廠建設

前期，建設與現(xiàn)實智能工廠的建筑結構、產線布置、生產

流程、設備結構一致的虛擬智能工廠，對產能配置、設備

結構、人員動線等的合理性進行提前驗證。在智能工廠運

14

行階段，可以在虛擬智能工廠中進行全場景、全環(huán)節(jié)、全

要素、全過程的3D化直觀展示、模擬和預測分析，極大提

升經營管理效率。

以ALVASystems打造的基于AR數(shù)字孿生的研發(fā)量產

研究中心為例，中心將數(shù)據(jù)分析以及虛擬仿真等過程

“搬”到現(xiàn)場，管理人員能夠將數(shù)字模型投放在任意平

面，進行區(qū)域、產線、設備等不同層級的內容信息查看、

觸摸、抓取、移動、縮放等AR交互操作，實現(xiàn)遠程的生產

狀態(tài)監(jiān)測與運維管理。

三、工業(yè)元宇宙概念框架和發(fā)展階段

（一）概念框架

工業(yè)元宇宙作為元宇宙的重要應用場景，主要目標是

實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)實世界到虛擬世界的映射，并實現(xiàn)工業(yè)生產在

虛擬世界中的新發(fā)展。工業(yè)元宇宙的概念框架如圖3所示。

15

圖3工業(yè)元宇宙概念框架

現(xiàn)實世界。除工業(yè)生產外，現(xiàn)實世界還包含對工業(yè)全

要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈的全面感知。其中，全要素包

括人、機、料、法、環(huán)、質，全產業(yè)鏈包括采購、生產、

物流、銷售等多個環(huán)節(jié)構成的完整的產業(yè)鏈，全價值鏈包

括所有參與者和生產銷售等活動的組織及其價值、利潤分

配?，F(xiàn)實世界通過對全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈的數(shù)字

化，構建了工業(yè)元宇宙堅實的數(shù)據(jù)基礎。

基礎設施。工業(yè)元宇宙在網絡、算力、存儲等關鍵信

息基礎設施的支撐下，進一步打造體驗、身份、資產和平

16

臺等具有工業(yè)元宇宙特色的基礎設施，形成社會、時空、

經濟和治理四大體系。其中，體驗基礎設施主要聚焦虛實

交互和內容與渲染引擎的打造，是工業(yè)元宇宙中虛實交互

的關口，也是用戶進入虛擬世界的關鍵。身份基礎設施主

要實現(xiàn)虛實身份的表征并實現(xiàn)身份的關聯(lián)與映射，是支撐

工業(yè)元宇宙中“化身”實現(xiàn)的重要基礎，是實現(xiàn)工業(yè)元宇

宙內部社會關系的重要支撐。資產基礎設施主要是將工業(yè)

全要素進行資產化，實現(xiàn)工業(yè)全要素的表征，并支撐表征

下的工業(yè)數(shù)字資產的交易。平臺基礎設施支撐工業(yè)元宇宙

中的虛實資源協(xié)同，面向整個體系提供數(shù)據(jù)驅動的工業(yè)智

能與服務，支撐體驗、身份、資產之間的關聯(lián)交互，支撐

面向工業(yè)生產經營管理的新型社會、經濟、時空和治理體

系的構建，支撐虛擬世界構建和各種工業(yè)元宇宙創(chuàng)新應用

支撐。工業(yè)元宇宙構建在整個元宇宙社會、經濟、時空和

治理基礎之上，適配新型工業(yè)化需求并持續(xù)進行迭代演

進，其中時空體系和社會體系通過虛擬世界實現(xiàn)對現(xiàn)實世

界的數(shù)字拓展，通過分布式標識、數(shù)字化身等技術賦予用

戶更強的身份自主能力，通過現(xiàn)實世界的數(shù)字孿生和虛擬

原生構建更加豐富多彩的虛擬世界，并跨越時空限制；經

濟體系既涵蓋又可以超越現(xiàn)實世界的經濟體系，甚至在虛

擬世界中構建全新的經濟體系并影響現(xiàn)有經濟體系，如創(chuàng)

作者經濟等；治理體系為元宇宙安全可靠及平穩(wěn)運行的制

17

度和規(guī)則基礎。

虛擬世界。以現(xiàn)實世界映射而來的鏡像為基礎，以工

業(yè)元宇宙基礎設施為支撐，在社會、時空、經濟和治理體

系下，構建包含虛擬物、虛擬人、虛擬組織和虛擬環(huán)境等

數(shù)字化要素的虛擬世界。其中，虛擬物主要是對現(xiàn)實世界

生產資料的映射，包括數(shù)字化的物料、設備和產品；虛擬

人主要是對工業(yè)生產參與者的映射，包括數(shù)字化的生產

者、設計者、經營管理者和消費者；虛擬組織主要是對生

產主體的映射，包括數(shù)字化的工廠、車間、企業(yè)和園區(qū)；

虛擬環(huán)境主要是對生產環(huán)境的映射，包括數(shù)字化的時空、

天地和建筑。未來，虛擬世界將成為工業(yè)元宇宙時代進行

工業(yè)生產經營管理的重要載體。

新興模式和應用。工業(yè)元宇宙借助虛實結合，實現(xiàn)了

對工業(yè)現(xiàn)實世界的極大擴展，消除時空限制并實現(xiàn)物理資

源、數(shù)字資源在更大范圍內的整合調度，同時借助工業(yè)元

宇宙帶來的交互手段、展現(xiàn)方式、協(xié)作模式以及社會體

系、經濟體系、治理體系的變革，促進平臺化設計、智能

化制造、個性化定制、網絡化協(xié)同、服務化延伸、數(shù)字化

管理六大典型應用模式進一步創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)設計、生

產、制造、服務、管理的全面提升。

在此基礎上，用戶、內容創(chuàng)作者、運營方、平臺建設

方、基礎設施提供方和平臺監(jiān)管者等參與主體，圍繞工業(yè)

18

元宇宙基礎共性以及制造、能源、醫(yī)療、交通等行業(yè)領

域，開展創(chuàng)新探索，推進新型工業(yè)化體系建設與發(fā)展。

（二）發(fā)展階段

作為元宇宙的重要應用場景，工業(yè)元宇宙發(fā)展遵循元

宇宙發(fā)展的一般規(guī)律，在虛實融合、生態(tài)連通、人機交互

和信息交互等方面有類似的發(fā)展脈絡，但由于工業(yè)應用的

復雜性及與生產綁定的耦合性，工業(yè)元宇宙的發(fā)展還具有

其自身的特點。

在初期發(fā)展階段，現(xiàn)有現(xiàn)實世界的生產過程和需求結

構尚未改變，虛擬物、虛擬人、虛擬組織和虛擬環(huán)境等的

構建需要結合實際需要和場景逐步展開，現(xiàn)實世界與虛擬

世界虛實結合及虛實融合的程度、深度和廣度有待培育，

并受限于工業(yè)元宇宙相關支撐體系的發(fā)展、社會經濟治理

體系的發(fā)展以及工業(yè)場景的復雜度，工業(yè)元宇宙聚焦“單

點”探索。在快速發(fā)展階段，虛擬世界變得更加真實感，

并深入?yún)⑴c到改造現(xiàn)實世界的生產過程。工業(yè)元宇宙相關

的技術、交互設備、基礎設施等支撐體系較完善，設計、

生產、制造、服務、管理等生產經營活動加速向虛擬世界

進行映射或遷移，出現(xiàn)大量可復制可推廣的創(chuàng)新應用模

式，創(chuàng)新社交模式和經濟活動推動治理體系變革。在成熟

發(fā)展階段，工業(yè)元宇宙將工業(yè)生產的虛實統(tǒng)一。虛擬世界

和現(xiàn)實世界之間實現(xiàn)完整映射和無縫交互，人們借助虛實

19

融合參與到生產經營的各個環(huán)節(jié)。

四、工業(yè)元宇宙支撐體系

（一）總體視圖

工業(yè)元宇宙的發(fā)展需要構建強有力的支撐體系，涉及

支持工業(yè)元宇宙發(fā)展的新型基礎設施建設、技術產品創(chuàng)

新、產業(yè)生態(tài)培育以及配套政策法規(guī)建立等。結合當前業(yè)

界對工業(yè)元宇宙的研究與探索，我們給出了工業(yè)元宇宙的

支撐體系的總體視圖如圖4所示。

20

圖4工業(yè)元宇宙支撐體系

21

（二）基礎設施

1．感知與控制

感知是工業(yè)元宇宙重要的數(shù)據(jù)來源和運行的數(shù)據(jù)基

礎，通過音視頻采集、測量、傳感、射頻識別、位置信息

采集等數(shù)據(jù)采集手段，實現(xiàn)對工業(yè)生產經營活動的全方位

感知。控制將工業(yè)信息與控制系統(tǒng)、虛擬世界的控制信息

和指令作用到現(xiàn)實世界，改變現(xiàn)實世界資產運行狀態(tài)，使

得虛擬交互界面下用戶可以實現(xiàn)對生產經營活動的操控。

2．網絡、計算與存儲

工業(yè)元宇宙帶來的數(shù)據(jù)量爆炸式的增長，全息通信、

虛實互動、數(shù)字資產交易、去中心化交互等需求，以及塑

造支撐工業(yè)元宇宙發(fā)展的社會體系、經濟體系、時空體系

和治理體系等，都對現(xiàn)有信息基礎設施提出跨越式的發(fā)展

要求，網絡帶寬、傳輸時延、算力等方面需求的持續(xù)提高

也對通信技術和基礎設施的建設帶來了巨大的挑戰(zhàn)。通信

技術中，工業(yè)以太網、5G/6G、Wi-Fi6等為代表的網絡技

術提供更可靠、快捷、靈活的數(shù)據(jù)傳輸能力，并且需要適

應工業(yè)元宇宙應用需求發(fā)展，如虛實融合場景下的高實時

應用要求網絡毫秒級時延。邊緣計算、云計算、算力中心

等計算技術為不同工業(yè)場景提供分布式、低成本數(shù)據(jù)計算

能力，特別是區(qū)塊鏈等分布式技術應用以及數(shù)字化身、數(shù)

22

字資產交易等，對網絡計算能力和存儲能力都將帶來巨大

挑戰(zhàn)。

3．平臺

平臺為工業(yè)元宇宙的構建、運行提供通用能力支撐，

通過聚合虛實數(shù)據(jù)、虛實資產、虛實資源、模型工具、數(shù)

字身份、時空狀態(tài)等信息，提供海量數(shù)據(jù)分析、時空建

模、內容創(chuàng)作、資源協(xié)同、資產交易、工業(yè)控制、應用開

發(fā)等功能，是工業(yè)元宇宙的核心。

（1）工業(yè)人工智能

工業(yè)人工智能（AI）是建設和驅動工業(yè)虛擬世界、實

現(xiàn)虛實聯(lián)動的關鍵。虛擬世界的創(chuàng)造需要AI，在工業(yè)元宇

宙中，用戶突破了時間和空間限制進行交流，但虛擬場景

的搭建需要進行大量工作，需要借助AI技術打造智能“大

腦”來創(chuàng)新內容，降低用戶內容創(chuàng)作門檻。虛擬世界的

“數(shù)字人”需要AI，化身是工業(yè)元宇宙提供用戶的主要功

能，數(shù)字化身除具備與現(xiàn)實對應的數(shù)字身份外，還存在一

些專為虛擬場景服務的“數(shù)字人”，這些角色需要AI技術

賦予一定的智能來完成相應的職責。工業(yè)元宇宙的自動化

管理需要AI，自治是工業(yè)元宇宙運行的關鍵能力，在應對

各種突發(fā)狀況時，工業(yè)元宇宙能夠進行自動調整，優(yōu)化自

身行為，保障自身的運轉。工業(yè)AI未來會在生成算法、多

模態(tài)、內容生成以及預訓練模型等方面持續(xù)發(fā)展。

23

（2）工業(yè)數(shù)據(jù)管理與工具

工業(yè)數(shù)據(jù)管理與工具為工業(yè)元宇宙實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)分

析、管理、治理以及在此基礎上形成的智能決策提供重要

支撐。通過對現(xiàn)實世界和虛擬世界中工業(yè)生產、經營、管

理等各類數(shù)據(jù)的匯聚，借助數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)標識、數(shù)據(jù)治

理等工業(yè)模型與數(shù)據(jù)科學，并與工業(yè)人工智能技術結合，

構建工業(yè)元宇宙數(shù)據(jù)體系，推動工業(yè)數(shù)據(jù)的知識化和資產

化，形成更深度更精準的數(shù)據(jù)洞察、分析預測、決策反饋

和可視化展示，并作用于現(xiàn)實世界和虛擬世界中的工業(yè)活

動，為工業(yè)元宇宙的自動化、智能化運轉提供基礎。

（3）工業(yè)軟件

工業(yè)軟件為工業(yè)元宇宙提供工具組件，如CAD、

MES、ERP等，使用流程優(yōu)化、仿真驗證等核心技術將工

業(yè)知識進一步顯性化，支撐工廠、產線虛擬建模與仿真、

多品種變批量任務動態(tài)排產等先進應用。未來需要與3D呈

現(xiàn)、數(shù)字孿生、虛實交互等技術結合，支撐工業(yè)元宇宙中

各種虛實結合/虛實融合的生產經營管理活動。

（4）內容生成平臺

內容生成平臺為工業(yè)元宇宙建立現(xiàn)實世界的數(shù)字映

像、打造虛擬世界、構建數(shù)字化身或數(shù)字人以及虛實交互

提供文字、圖片、音視頻等內容生成服務，包括時空引

擎、內容引擎、實時渲染等工具，當前人工智能生成內容

24

（AI-GeneratedContent，AIGC）正在成為元宇宙內容生成

的重要解決方案。工業(yè)元宇宙中，內容生成平臺需要和工

業(yè)活動需求銜接起來以加速實現(xiàn)產業(yè)落地。

（5）區(qū)塊鏈BaaS平臺

區(qū)塊鏈技術能夠賦予數(shù)據(jù)難以篡改的特性，進而支持

數(shù)據(jù)/資源/資產的跨平臺管理和流通，用戶真正擁有數(shù)字

資產，是工業(yè)元宇宙打造可信價值網絡和新型經濟體系的

基礎底座。區(qū)塊鏈BaaS平臺可以提供智能合約、共識算

法、隱私計算、跨鏈機制等服務，促進區(qū)塊鏈在工業(yè)元宇

宙中的應用，促進各種虛實數(shù)據(jù)/資源/資產在不同制造主

體之間的流轉與協(xié)作共享，加速重構現(xiàn)有的業(yè)務邏輯和商

業(yè)模式。

（6）通用PaaS平臺

通用PaaS平臺通過云計算、大數(shù)據(jù)等技術為工業(yè)元宇

宙平臺提供系統(tǒng)資源調度與運維管理等基礎共性支撐。。

4．身份與資產

工業(yè)元宇宙將是一個持久運行、虛實融合的世界，價

值性是其存在的重要基礎。資產的確權、定價和交易是激

發(fā)數(shù)據(jù)要素、數(shù)字原生創(chuàng)新、虛實資源/資產進行流通進而

達到經濟作用的基礎保障，特別是面向工業(yè)生產經營活動

尤為重要。資產的確權、定價和交易除了需要政策保障、

行業(yè)自律等，還需要依賴區(qū)塊鏈等信息化手段和機制，既

25

需要考慮虛擬世界對現(xiàn)實世界的價值延伸，還需要考慮與

現(xiàn)實世界的經濟體系銜接。

數(shù)字身份是現(xiàn)實世界的人/機/物及虛擬世界中的人/機/

物在工業(yè)元宇宙的唯一表征，涉及數(shù)字身份的唯一標識、

關聯(lián)信息以及身份驗證、關聯(lián)信息查找與定位等，工業(yè)互

聯(lián)網標識解析體系以及以分布式標識代表的新型標識體系

將提供重要基礎支撐，同時還可以借助數(shù)字錢包技術實現(xiàn)

數(shù)字身份與數(shù)字資產的綁定以及在此基礎之上數(shù)字資產交

易。借助數(shù)字化身等技術，既可以支撐企業(yè)打造多種虛擬

化形象、虛擬場景，還可以吸引人們打破時空界線，借助

數(shù)字化身參與到工業(yè)生產經營活動。

（三）交互與應用

工業(yè)元宇宙將帶來全新的人機交互模式和體驗，借助

自然語言、擴展現(xiàn)實、腦機接口、數(shù)字智能體等交互技術

和設備，可以實現(xiàn)虛實結合或虛實融合，并且可以根據(jù)工

業(yè)場景定制開發(fā)所需要的交互環(huán)境，使交互體驗更加真

實、流暢。工業(yè)元宇宙發(fā)展，對交互設備在光學、芯片、

傳感、感知交互等技術能力水平不斷提出更高要求，包括

穩(wěn)定性、精確性、實時性、用戶友好度、更低成本等。交

互形式如腦機接口正在不斷創(chuàng)新發(fā)展，交互范圍也由傳統(tǒng)

的人人交互向人與數(shù)字智能體的混合交互發(fā)展。

應用方面，工業(yè)元宇宙將賦能千行百業(yè)，通過虛實結

26

合/虛實融合促進設計、生產、制造、服務、管理各環(huán)節(jié)的

創(chuàng)新發(fā)展。

（四）其他支撐

當前工業(yè)元宇宙還處于發(fā)展初期階段，但對現(xiàn)有社會

經濟體系帶來新的沖擊和挑戰(zhàn)，需要結合工業(yè)元宇宙發(fā)展

不斷完善法律、政策和國際治理，以確保工業(yè)元宇宙規(guī)范

健康發(fā)展。此外，還需要頻譜、IP地址、標識編碼等關鍵

資源保障。安全與隱私保護為工業(yè)元宇宙發(fā)展的重要前

提，以區(qū)塊鏈為代表的分布式技術應用、數(shù)字化身模式、

內容生產以及數(shù)據(jù)/資源/資產的跨主體、跨平臺流通，對工

業(yè)元宇宙的安全與隱私保護都提出了更高要求，涉及安全

防護、身份安全、交易安全、知識產權保護與隱私保護

等，并且需要考慮隱私計算等技術應用以保障數(shù)據(jù)的全生

命周期安全可信、用戶有能力自主控制數(shù)據(jù)、支持各方進

行分布式協(xié)同治理。工業(yè)元宇宙的發(fā)展離不開產業(yè)生態(tài)培

育以及配套創(chuàng)新環(huán)境和公共服務能力建設，包括創(chuàng)新載

體、投融資、開源與標準化、技術與應用服務商等。

五、工業(yè)元宇宙推進建議

（一）引導應用創(chuàng)新探索

結合工業(yè)元宇宙相關技術產品成熟度情況，引導各行

業(yè)結合自身發(fā)展基礎和發(fā)展需求，圍繞設計、生產、制

27

造、服務、管理等環(huán)節(jié)，選擇典型場景，開展工業(yè)元宇宙

應用探索，以應用促發(fā)展。

（二）加快關鍵技術創(chuàng)新

加強擴展現(xiàn)實、人工智能、區(qū)塊鏈、內容生成等新一

代信息技術研發(fā)投入，基于工業(yè)需求、虛實結合/虛實融合

需求開展融合性技術創(chuàng)新。加強工業(yè)知識的挖掘與轉化。

注重創(chuàng)新載體建設，為工業(yè)元宇宙技術創(chuàng)新和成果轉化提

供平臺和環(huán)境。

（三）培育關鍵產品和產業(yè)鏈

工業(yè)元宇宙對相關軟硬件產品的可靠性、精準性要求

更高，可以結合落地難度相對小場景，如維修、培訓等，

開發(fā)工業(yè)元宇宙產品，實現(xiàn)工業(yè)元宇宙的快速落地，促進

產品迭代升級。同時建立產品目錄，圍繞重點產品鍛造產

業(yè)鏈。

（四）加強基礎設施建設

目前全球都在加速構建面向信任和價值傳遞的新型基

礎設施。面向工業(yè)元宇宙未來發(fā)展，持續(xù)推動工業(yè)互聯(lián)網

網絡、標識、平臺、安全基礎設施建設，同步推進6G、新

型標識、工業(yè)元宇宙平臺、隱私計算等能力建設與應用，

快速構建支撐工業(yè)元宇宙發(fā)展的基礎設施。

28

（五）探索監(jiān)管機制

工業(yè)元宇宙將帶動區(qū)塊鏈等分布式技術、數(shù)字智能體

與數(shù)字化身、原生虛擬資產、人工智能生成內容等快速發(fā)

展，同時也帶來分布式系統(tǒng)監(jiān)管、企業(yè)數(shù)據(jù)與活動保護、

虛擬資產炒作、生成內容知識產權保護等系列監(jiān)管挑戰(zhàn)，

需要結合工業(yè)元宇宙發(fā)展提前研究可能的機制和手段。

六、發(fā)展展望

工業(yè)元宇宙通過打造與現(xiàn)實工業(yè)經濟映射和交互的虛

擬世界，構建圍繞產品、企業(yè)自身、企業(yè)上下游、消費者

乃至整個工業(yè)生態(tài)體系虛實共生環(huán)境下智能高效協(xié)作閉

環(huán)，推動工業(yè)向全息智能生產經營管理的更高階段發(fā)展。

當前，工業(yè)元宇宙仍處發(fā)展初期，網絡傳輸能力、內容引

擎開發(fā)、應用場景創(chuàng)新、虛實映射與交互等方面還面臨很

多限制，工業(yè)元宇宙應用的實時性、交互感、沉浸感和真

實感仍有待提高，特別是面向制造過程孿生化的核心業(yè)務

和應用系統(tǒng)相對較少，工業(yè)元宇宙離落地應用仍有較大差

距，但工廠數(shù)字孿生、產品沉浸式體驗、AR/VR培訓等等

應用已經展示出了成效。未來，隨著應用探索和技術創(chuàng)新

不斷展開，工業(yè)元宇宙將逐漸走向成熟。

29

目錄

一、工業(yè)元宇宙概述.................................................................1

（一）元宇宙基本內涵....................................................1

（二）工業(yè)元宇宙基本內涵............................................9

二、工業(yè)元宇宙可能引發(fā)的變革..........................................10

（一）時空交融的平臺化設計......................................11

（二）虛實結合的智能化制造......................................11

（三）沉浸體驗的個性化定制......................................12

（四）全局可視的網絡化協(xié)同......................................13

（五）虛實共生的服務化延伸......................................13

（六）全息洞察的數(shù)字化管理......................................14

三、工業(yè)元宇宙概念框架和發(fā)展階段..................................15

（一）概念框架...............................................................15

（二）發(fā)展階段...............................................................19

四、工業(yè)元宇宙支撐體系......................................................20

（一）總體視圖...............................................................20

（二）基礎設施...............................................................22

（三）交互與應用..........................................................26

（四）其他支撐...............................................................27

五、工業(yè)元宇宙推進建議......................................................27

（一）引導應用創(chuàng)新探索..............................................27

（二）加快關鍵技術創(chuàng)新..............................................28

（三）培育關鍵產品和產業(yè)鏈......................................28

（四）加強基礎設施建設..............................................28

（五）探索監(jiān)管機制......................................................29

六、發(fā)展展望...........................................................................29

一、工業(yè)元宇宙概述

（一）元宇宙基本內涵

元宇宙目前尚無完全統(tǒng)一定義，通常來說元宇宙是指

利用科技手段創(chuàng)造的與現(xiàn)實世界映射交互的虛擬世界，在

此基礎上形成具備新型社會經濟體系的數(shù)字生活空間。綜

合元宇宙相關定義，可以將元宇宙看作是基于多種信息技

術有機結合，沉浸式、自主化、虛實融合的數(shù)字網絡空

間，是基于互聯(lián)網平臺價值重構，身份資產化、內容價值

化、開放互通的虛擬經濟體系，是基于現(xiàn)實世界社會活動

與人際關系時空深度延伸的新型網絡社會。元宇宙利用擴

展現(xiàn)實、區(qū)塊鏈、人工智能、數(shù)字孿生等技術實現(xiàn)對現(xiàn)實

世界的數(shù)字拓展，完成對現(xiàn)實世界的空間延伸、時間延伸

和價值延伸。元宇宙概念示意如圖1所示。

圖1元宇宙概念示意

1

1．元宇宙概況

通常認為元宇宙概念來源于1992年科幻作品《雪崩》

中提到的“Metaverse”。2021年是元宇宙元年，3月份隨

著元宇宙概念第一股Roblox上市，元宇宙開始進入公眾視

野，國外臉書、微軟、英偉達等科技公司紛紛布局相關領

域，國內騰訊、字節(jié)跳動、百度等公司也緊隨其后，10月

份，臉書正式改名為Meta徹底擁抱元宇宙，使得全球范圍

內掀起了關注元宇宙發(fā)展的熱潮。自此以后，世界各國開

始在擴展現(xiàn)實、人工智能等元宇宙重要的領域開展了布

局，政策和產業(yè)發(fā)展策略等方面也有所傾斜。

（1）主要政策

國外，主要國家在元宇宙技術研發(fā)、產業(yè)發(fā)展、政策

監(jiān)管等方面進行了積極布局。在技術研發(fā)上，韓國重點關

注元宇宙城市、虛擬數(shù)字人、擴展現(xiàn)實等方向，且給予資

金支持，2021年5月，韓國科學技術信息通信部發(fā)起成立

包括現(xiàn)代、SK集團等200多家韓國本土企業(yè)和機構的“元

宇宙聯(lián)盟”，專注元宇宙探索。法國在數(shù)字資產、擴展現(xiàn)

實等方向積極展開探索，于西部盧瓦爾河大區(qū)成立了配備

虛擬實現(xiàn)工業(yè)中心的智能工廠創(chuàng)新科研中心，擬通過虛擬

現(xiàn)實技術，開展新型工廠設計、新機器監(jiān)測、人體工學研

究以及員工虛擬培訓等研究。在產業(yè)發(fā)展上，2021年7

月，韓國公布《數(shù)字新政2.0》，推出數(shù)字內容產業(yè)培育支

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援計劃，共投資2024億韓元，其中投資擴展現(xiàn)實內容開

發(fā)、數(shù)字內容開發(fā)和擴展現(xiàn)實產業(yè)基礎共計760億韓元。

2021年11月3日，首爾市長提出首爾愿景2030計劃，計

劃投資30億韓元建設元宇宙首爾，涵蓋包括經濟、教育、

旅游、通信、城市、行政、和基礎設施7個領域。韓國產業(yè)

界對元宇宙關注度極高，主要側重于元宇宙平臺、虛擬

人、VR等方面，并初步形成了游戲、虛擬偶像、虛擬世界

等領域應用。2021年7月，日本經濟產業(yè)省發(fā)布了《關于

虛擬空間行業(yè)未來可能性與課題的調查報告》，報告認

為，政府應著重防范和解決“虛擬空間”的法律問題，并

對跨國、跨平臺業(yè)務法律適用條款加以完善，政府應與業(yè)

內人士制定行業(yè)標準和指導方針，并向全球輸出此類規(guī)

范。2021年12月，日本成立元宇宙的業(yè)界團體“一般社團

法人日本元宇宙協(xié)會”，啟動市場構建，力爭使日本成為

元宇宙發(fā)達國家。2022年4月，日本成立面向應用推進研

究和規(guī)則完善的“元宇宙推進協(xié)議會”。在政策監(jiān)管上，

2021年10月，美國出臺《政府對人工智能數(shù)據(jù)的所有權和

監(jiān)督法案》，要求對人工智能系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)，特別是

面部識別數(shù)據(jù)，進行監(jiān)管。2022年3月9日，美國總統(tǒng)簽

署“關于確保數(shù)字資產負責任發(fā)展”的行政命令，要求各

部門通力合作，就數(shù)字資產展開相關研究。2022年4月和

7月，歐盟分別通過了《數(shù)字服務法》和《數(shù)字市場法》，

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重點關注網絡平臺內容安全、保護、個人隱私安全以及惡

性競爭等關鍵問題。

國內，元宇宙產業(yè)也獲得了廣泛的重點關注。2021年

12月，中央紀委國家監(jiān)委網站發(fā)布《元宇宙如何改寫人類

社會生活》，提出要“理性看待元宇宙帶來的新一輪技術

革命和對社會的影響，不低估5-10年的機會，也不高估1-2

年的演進變化”。2022年1月，工信部召開中小企業(yè)發(fā)展

情況發(fā)布會，提出要注重培育一批深耕專業(yè)領域工業(yè)互聯(lián)

網、工業(yè)軟件、網絡與數(shù)據(jù)安全、智能傳感器等方面的

“小巨人”企業(yè)，培育一批進軍元宇宙、區(qū)塊鏈、人工智

能等新興領域的創(chuàng)新型中小企業(yè)。此外，工信部工業(yè)文化

發(fā)展中心于2022年10月發(fā)布的《工業(yè)元宇宙三年行動計劃

（2022-2025年）》，以及工信部、教育部等五部委2022

年11月聯(lián)合發(fā)布的《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應用融合發(fā)展行動計

劃（2022—2026年）》，著重突出了對元宇宙產業(yè)發(fā)展的

重視。目前，我國已有24省市相繼發(fā)布元宇宙方面的產業(yè)

發(fā)展規(guī)劃或方案，涉及產業(yè)發(fā)展、人才引進、稅收支持等

方面。

（2）發(fā)展情況

當前，元宇宙整體還處在探索期，相關技術、產品、

平臺和應用還需要進一步整合和發(fā)展，但關鍵領域產業(yè)布

局趨勢已經逐漸明朗。

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在硬件方面，擴展現(xiàn)實設備、算力芯片和網絡基礎設

施等已成為元宇宙產業(yè)關注重點。其中，擴展現(xiàn)實設備已

經成為元宇宙最直接入場券，以美國為主的國外廠商占據(jù)

先發(fā)優(yōu)勢，市場占比較高。2021年第一季度臉書旗下的

Oculus出貨量已占全球VR/AR頭顯出貨量75%，同比增長

117%，行業(yè)呈現(xiàn)向頭部集中的趨勢。以GPU為代表的算力

正逐步向元宇宙計算核心發(fā)展，英偉達在該領域具有絕對

的話語權和主導權，在前四大云供應商亞馬遜、谷歌、阿

里巴巴、Azure中97.4%的AI加速器實例部署了英偉達

GPU，同時英偉達主導著人工智能算法訓練市場，全球

Top500超級計算機中近70%使用了英偉達GPU。以網絡為

代表的基礎設施成為保障沉浸式體驗的關鍵，在傳統(tǒng)無線

方式不能解決元宇宙終端設備需求的背景下，5G和新的

WIFI標準不斷出現(xiàn)，華為5G通信天罡基站和巴龍5000等

都在向該方向發(fā)展。

在核心技術上，人工智能、區(qū)塊鏈等成為了重要元宇

宙的重要支撐。其中，人工智能已經成為驅動元宇宙的內

在動力，美國圍繞人工算法基礎框架開展了大量的研究與

應用。谷歌、臉書、亞馬遜、微軟等科技巨頭紛紛布局基

礎算法框架，開發(fā)了TensorFlow、MXNet、CNTK、Caffe

等重要產品，其中谷歌所研發(fā)的TensorFlow已被大量人工

智能項目采納。國內，作為最早“AllinAI”的公司，百度

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在AI領域的積累深厚，基于百度大腦的VR2.0產業(yè)化平臺

為產業(yè)提供全棧式行業(yè)場景應用開發(fā)，并提供全鏈路元宇

宙內容生態(tài)和AI支撐下的元宇宙新業(yè)態(tài)。區(qū)塊鏈技術作為

元宇宙數(shù)字身份和數(shù)字資產的支撐也獲得了飛速發(fā)展。據(jù)

IDC數(shù)據(jù)顯示，我國區(qū)塊鏈市場規(guī)模已達4.68億美元，是

全球的第二大區(qū)塊鏈支出單體。隨著產業(yè)動能的釋放，我

國區(qū)塊鏈產業(yè)鏈條進一步完善，產業(yè)鏈上、中、下游持續(xù)

補充，形成了具備成熟度與完備性的全產業(yè)鏈鏈條，在數(shù)

字經濟帶動下，應用領域企業(yè)飆升，約占據(jù)我國區(qū)塊鏈產

業(yè)鏈條61.37%，同比增加24.48%。

在應用方面，當前游戲和社交領域仍是元宇宙應用的

主要方向。國外作為元宇宙的發(fā)起方，在應用方面積累了

大量的優(yōu)質企業(yè)，產業(yè)發(fā)展優(yōu)勢明顯。我國科技企業(yè)在元

宇宙應用領域迅速跟進，以騰訊、字節(jié)跳動、華為、阿里

巴巴等為代表的巨頭整合業(yè)務優(yōu)勢迅速布局，以米哈游、

莉莉絲等為代表的游戲企業(yè)升維游戲場景靠近虛擬世界，

游戲公司中青寶、寶通科技、湯姆貓等宣布開發(fā)元宇宙概

念游戲。整體來看，得益于強大的基建能力及人口規(guī)模優(yōu)

勢，我國元宇宙科技企業(yè)在后端基建、人工智能、內容與

場景創(chuàng)新等方面的潛力巨大。

在國家整體層面，美國重視基礎研發(fā)，尤其在底層架

構方面，整體領先水平較高。中國掌握用戶基數(shù)與社交基

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因優(yōu)勢，在后端基建和人工智能領域持續(xù)布局和發(fā)力。日

本有豐富的ACG（動畫Animation、漫畫Comic、游戲

Game）產業(yè)基礎，其應用已逐步由游戲向其他場景延展。

韓國元宇宙由政府引領，應用場景主要由“偶像經濟”驅

動，并在“虛擬數(shù)字人”上有一定技術領先。

2．元宇宙主要特性

元宇宙主要特點是幫助人們實現(xiàn)在虛擬世界的數(shù)字化

身，進而借助擴展現(xiàn)實等人機交互手段實現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)

實世界的融合。從元宇宙數(shù)字化身的角度上看，元宇宙主

要具備時空融合性、多元共生性、價值融通性、自主多樣

性四個主要特性。時空融合性是指元宇宙不僅完成對現(xiàn)實

世界的數(shù)字拓展，更是在時間和空間上提供了多種發(fā)展的

可能，時間和空間高度統(tǒng)一，借助元宇宙，用戶可發(fā)展多

個時間線，體驗不同空間、不同場景下的生活，未來可能

性大大增加。多元共生性是指元宇宙可將多重身份進行統(tǒng)

一，實現(xiàn)虛擬身份和現(xiàn)實身份的綁定，化身將成為元宇宙

身份的主要特點。價值融通性是指元宇宙實現(xiàn)了現(xiàn)實世界

和數(shù)字世界的價值流轉和融合，新型經濟體系將會出現(xiàn)，

現(xiàn)實世界的重要數(shù)據(jù)會轉變?yōu)橹匾臄?shù)字資產，在虛擬世

界中的數(shù)字化創(chuàng)造也可能轉為現(xiàn)實財富。自主多樣性是指

元宇宙給予了用戶充分的自主和自由，用戶可自由掌握自

身身份信息的應用范圍，選擇自己想要置身的場景。

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3．元宇宙發(fā)展趨勢

元宇宙發(fā)展趨勢可以從虛實融合、生態(tài)連通、人機交

互和信息交互四方面描述。一是虛實融合性將不斷加強。

元宇宙是現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的總和，從世界融合的角度

上看，元宇宙可能會經歷獨立發(fā)展、虛實結合和虛實相生

三個階段。在獨立發(fā)展階段，數(shù)字世界是現(xiàn)實世界的附

屬，兩者之間不存在太多的交互。在虛實結合階段，現(xiàn)實

世界與數(shù)字世界交互頻繁，兩者相互影響。在虛實相生階

段，數(shù)字世界與現(xiàn)實世界高度融合，數(shù)字世界在時間、空

間、經濟等體量上逼近甚至超越現(xiàn)實世界，出現(xiàn)新的社會

形態(tài)。二是應用覆蓋范圍不斷擴大。從應用發(fā)展趨勢看，

元宇宙要經歷自發(fā)階段、領域互聯(lián)階段和全連接階段。在

初始階段，一些相互獨立的應用零散出現(xiàn)，然后應用開始

按照領域、應用目標等不斷聚合，形成領域生態(tài)，最后實

現(xiàn)全面互聯(lián)，形成元宇宙應用生態(tài)。三是人機交互體驗不

斷提升。從交互技術發(fā)展上看，元宇宙將推動現(xiàn)有文字、

視頻等傳統(tǒng)交互向以擴展現(xiàn)實為主的音視頻沉浸式交互轉

變，最終可能涵蓋甚至超越人體五感的全方位沉浸式交

互，實現(xiàn)真正意義的元宇宙交互模式。四是信息交互方式

向去中心化轉變。從信息交互理念上看，元宇宙將推動互

聯(lián)網從信息只讀的網-人交互、人-人交互向以智能化的人-

網交互為主的web3.0邁進。

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目前，元宇宙還在初期階段：一是核心關鍵技術有待

進一步發(fā)展，如擴展現(xiàn)實的體驗上尚未完全解決人機交互

的根本問題，沉浸式體驗有待加強，人工智能技術仍舊停

留在模式識別階段，元宇宙迫切需要的意識層面交互還尚

未實現(xiàn)，區(qū)塊鏈技術也面臨著性能、安全、去中心化“不

可能三角”問題。二是基礎設施能力與理想需求還存在很

大差距，元宇宙的發(fā)展對基礎設施提供更高能力要求，以

算力為例，元宇宙的算力需求預測過千甚至超萬EFLOPS，

根據(jù)IDC統(tǒng)計，2020年全球的算力只有429EFLOPS，兩者

存在巨大的缺口。三是應用內容還需進一步豐富。元宇宙

雖在游戲、社交等領域取得一定進展，但能夠代表行業(yè)突

破的現(xiàn)象級應用尚未出現(xiàn)，應用的廣度和深度有待加強，

標桿應用有待進一步培育。

（二）工業(yè)元宇宙基本內涵

李伯虎院士指出“工業(yè)元宇宙是指在新發(fā)展理念指引

下，在新一代人工智能技術引領下，借助新時代各類新技

術群跨界融合，實現(xiàn)工業(yè)領域中‘人、虛擬空間與現(xiàn)實空間’

虛實映射/交互/融合、以虛促實、以虛強實的工業(yè)全要素

鏈、全產業(yè)鏈、全價值鏈（三鏈）智慧、協(xié)同