元宇宙的概念在近幾年才開始被關(guān)注，而隨著越來越多人意識到它的價值，越來越多企業(yè)投入到這個領(lǐng)域中。在元宇宙發(fā)展過程中有許多概念是可以被使用，比如“元宇宙”或“虛擬世界”，以及如何定義“元宇宙”。本文主要討論“元宇宙”這個概念，并提出相關(guān)建議。元宇宙概念很多，其中比較著名的有HTML5和 Oculus Rift。

元宇宙是一個以沉浸式虛擬環(huán)境為核心，基于 VR、 AR、 MR等技術(shù)構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實平臺、游戲、社交網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。該平臺通過互聯(lián)網(wǎng)和各類硬件設(shè)備連接起來，通過智能手機(jī)、智能電視等終端設(shè)備實現(xiàn)多終端同步互動?？梢詫⒃钪娣譃閮纱箢悾涸澜绾吞摂M世界(Weblogic)。虛擬世界主要指虛擬世界中具有沉浸感的空間和場景；元宇宙則是指在元宇宙中具有一個屬于“元”世界中其他區(qū)域及整個虛擬世界的空間。元宇宙是繼 PC互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)之后新一輪科技革命引發(fā)的全新概念，也是繼云計算之后人類歷史上又一次對科技進(jìn)行重大變革。因此在未來世界中對元宇宙概念進(jìn)行定義和分析具有重要指導(dǎo)意義。

二、HTML5與 Oculus Rift

HTML5是指基于5 G網(wǎng)絡(luò)的下一代網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用。2019年3月5日晚，微軟宣布與高通公司達(dá)成協(xié)議，雙方將在基于5 G技術(shù)通信的軟件開發(fā)和人工智能(AI)等領(lǐng)域展開合作。此外蘋果與微軟也在今年1月達(dá)成了合作意向。VR/AR是指基于 VR/AR技術(shù)打造的設(shè)備，主要包括頭顯和相關(guān)軟件等。據(jù)統(tǒng)計預(yù)計2020年全球頭顯市場規(guī)模將達(dá)到650億美元, VR頭顯有望成為新支柱行業(yè)。

三、如何定義“元宇宙”？

本文主要討論如何定義“元宇宙”。首先，要明確“元宇宙”概念：元宇宙=虛擬世界+現(xiàn)實世界中的交互設(shè)備+信息交互場景+交互方式。其次，定義“元宇宙”時最重要的兩個要素：內(nèi)容和用戶。對于元宇宙來說，內(nèi)容是關(guān)鍵要素之一。它與用戶有關(guān)：用戶可以體驗到虛擬世界帶來的高質(zhì)量、沉浸式的體驗；用戶可以通過用戶體驗感受到現(xiàn)實世界不可能給他帶來的情感和體驗；用戶可以通過對虛擬游戲和沉浸式體驗方式去感知現(xiàn)實生活中沒有體驗到的東西。

“元宇宙”(Metaverse)指未來的一種新的虛擬空間，其特點決定了它不僅可以創(chuàng)造、構(gòu)建和體驗一個虛擬的世界，而且可以創(chuàng)造一個真實空間、互動空間和社交空間來影響用戶參與并建立用戶之間的關(guān)系。例如元宇宙中的互動空間(VR)以及由此衍生出的社交空間(Metaverse)則是虛擬空間中人與人聯(lián)系、交流并相互影響的具體空間。目前“元宇宙”被認(rèn)為可以包括現(xiàn)實世界和虛擬世界兩個部分（如 VR)。

在元宇宙領(lǐng)域，最受關(guān)注的是其帶來的“沉浸式體驗”、“用戶隱私保護(hù)”等方面問題，但在元宇宙中也存在許多問題。首先，元宇宙的開發(fā)模式在某種程度上是依賴于信息技術(shù)領(lǐng)域。如果元宇宙領(lǐng)域中不能實現(xiàn)真正意義上的沉浸式體驗，那么元宇宙將很難成為現(xiàn)實。另外，隨著元宇宙領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，市場上也出現(xiàn)了一些仿效其他元宇宙領(lǐng)域的“水軍”企業(yè)。例如：一些技術(shù)公司以虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實作為元宇宙基礎(chǔ)技術(shù)框架研發(fā)產(chǎn)品。這種仿效并不能真正解決元宇宙未來發(fā)展中存在的問題，元宇宙依然需要更多具有實際應(yīng)用價值的技術(shù)創(chuàng)新來解決上述問題。傳統(tǒng)的彩色圖像傳遞系統(tǒng)，需要在圖像中添加彩色的像素點，需要通過大量的圖像處理軟件對圖像進(jìn)行處理，并且通常需要一定的時間，將圖像傳回信息中心后再進(jìn)行處理。如果圖像中的像素點太多，將會造成設(shè)備損壞或無法正常使用；同時在整個過程中，將會浪費大量的時間。如果圖像中只有像素點，則不需要使用大量的時間來進(jìn)行處理，從而節(jié)省了人力和物力。彩色圖像傳遞系統(tǒng)采用了獨特的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計思想來滿足各種要求，因此在許多方面能夠滿足圖像傳遞需要，并且可以在短時間內(nèi)獲得所需要的圖像信息。在過去，彩色圖像傳遞系統(tǒng)主要采用 DRAM (數(shù)字存貯存儲器）方式完成傳讀與傳輸工作，然而這種方式存在很多缺點：首先是由于需要使用大量存儲設(shè)備和大量傳輸數(shù)據(jù)資源來完成傳讀工作；其次由于設(shè)計人員在處理時采用了各種“非標(biāo)準(zhǔn)”工具，所以設(shè)備會變得笨重、不靈活；第三是由于設(shè)備體積過大或需要更換零件，在傳輸過程中將耗費較多時間。同時由于圖像傳遞系統(tǒng)主要工作人員在操作時都處于半封閉狀態(tài)，因此在正常使用情況下難以做到實時更新信息等。彩色圖像傳遞系統(tǒng)還存在很多缺點和不足之處:1.它只采用單機(jī)模式進(jìn)行傳輸;2.無法實現(xiàn)多點連續(xù)傳輸;3.不能進(jìn)行無源信息的識別。

一、控制電路

一般情況下，該系統(tǒng)應(yīng)采用可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行控制，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。PLC主要由存儲器、鍵盤、存儲器控制器以及電源模塊等組成。其中存儲器負(fù)責(zé)讀取所要傳輸?shù)膱D像，鍵盤和電源模塊負(fù)責(zé)將圖像轉(zhuǎn)換為文字或數(shù)字信息并通過鍵盤存儲在硬盤上。其中存儲器控制器負(fù)責(zé)將圖像存儲在數(shù)字存儲器中。在彩色圖像傳遞系統(tǒng)中還可以通過使用不同的接口來實現(xiàn)與其他設(shè)備之間的通訊以及數(shù)據(jù)交換。例如在該彩動態(tài)控制系統(tǒng)中就采用了兩種接口模式: PND接口和 TI接口。其中 PND接口可以接受來自 PC機(jī)的任何命令并通過時鐘反饋至 LED屏上; TI接口可以接受來自 PC機(jī)（一般不包括 PC機(jī)）或其他 PC機(jī)發(fā)送的信息并通過時鐘反饋至 LED屏上（如圖3所示); TI接口還可以接受來自 PC機(jī)或其它 PC機(jī)讀取回來的信息并經(jīng)過時鐘反饋至 LED屏上（如圖4所示）。

1、圖像采集電路

圖像采集電路主要由數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)字解碼模塊、視頻輸出端以及圖像采集模塊等組成。由于圖像采集技術(shù)是以高速進(jìn)行傳輸而無需復(fù)雜的存儲程序，因此只需要通過比較器來選擇是否將圖像轉(zhuǎn)換為文字或者數(shù)據(jù)點。圖像輸入單元主要包括了16位和32位 ADC及其控制邏輯模塊以及 PND。其中8位 ADC使用MFL157DFP1與AVA1之間的采樣速率為1 KB/s的同步采樣線接口相連，兩條同步采樣線分別連接到4路采集管腳（每個通道有兩個寄存器）上。通過選擇采樣速率，程序可以選擇最優(yōu)速率和最小采樣率。ADC在執(zhí)行 I/O任務(wù)時會根據(jù)不同的測量速率改變采集管腳之間的時鐘同步，從而使不同的 PND與不同的 ADC之間產(chǎn)生較好的同步能力，從而保證在同一時間內(nèi)輸出不同波形中各個點的亮度與對比度相同或相似，進(jìn)而確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。而本彩動態(tài)控制系統(tǒng)采用一種較新型的圖像采集方式——基于 FPGA的采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(Multi-flow Consortium Gate Code,簡稱 CDCs)。該采樣電路主要是通過模擬電路和數(shù)字電路采集圖像，然后將圖像轉(zhuǎn)換為文字或數(shù)字信息進(jìn)行傳遞。

2、視頻編解碼功能

該系統(tǒng)除了視頻信號和數(shù)字信號處理功能外，還必須提供視頻編解碼功能。具體來講，它需要一個由八個音頻電路、三個數(shù)字音頻電路、一個視頻編碼器和一個解碼器組成的硬件電路，該硬件芯片采用 SONY公司的 ARM架構(gòu)，其中四塊存儲芯片中由四塊核心音頻設(shè)備組成。當(dāng)采用視頻流時，該數(shù)字音頻電路通過三個數(shù)字音頻設(shè)備組成: A、 B、 C。其中 A與 B之間的連接構(gòu)成一個串行通訊方式; C和 D則負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)通過 USB存儲軟件直接讀取。這兩個芯片分別用于編碼和解碼時的數(shù)據(jù)傳送。在實現(xiàn)了數(shù)字音頻編碼功能后還需要處理壓縮信號。其中圖像采集芯片主要負(fù)責(zé)發(fā)送圖像信息至計算機(jī)的輸入端；解碼芯片則負(fù)責(zé)解碼視頻信號至計算機(jī)的輸出端。因為當(dāng)需要從計算機(jī)傳輸視頻時都要進(jìn)行解碼，因此該系統(tǒng)應(yīng)配備一套先進(jìn)的 DSP模塊用以處理壓縮信號。

3、顯示方式

一般情況下，彩色圖像傳遞系統(tǒng)都會采用液晶顯示屏來顯示信息。通常情況下，液晶顯示屏可以用來顯示圖像以及數(shù)字的顏色。當(dāng)液晶顯示屏被用來顯示信息時，則可以將信息轉(zhuǎn)換為文字，這樣就可以顯示出圖像了；當(dāng)液晶顯示屏被用來顯示信息時，則可以將圖像顯示在液晶顯示屏中。此外，隨著電子產(chǎn)品的普及和發(fā)展，目前很多的顯示屏都具有多色顯示功能。例如顯示器上的一種顏色顯示功能叫做“Display”(HDR),它可以根據(jù)需要提供紅色、綠色等色彩模式，使用戶在任何環(huán)境中都能獲得滿意的色彩顯示效果。另外采用 HDR技術(shù)也可以提高圖像處理的速度和質(zhì)量。在該彩動態(tài)控制系統(tǒng)中，由于顯示器本身具有高速存儲和傳輸數(shù)據(jù)等功能，所以只需要采用該顯示器來設(shè)置屏幕的顯示方式就可以了。

4、時鐘接收電路

該系統(tǒng)采用4位時鐘開關(guān)作為時鐘傳輸模塊。其電路主要由時鐘開關(guān)和DC-DC變換電路組成。其中時鐘開關(guān)是一種可進(jìn)行時間和頻率測量的開關(guān)。其頻率測量原理是：用電流開關(guān)來測量頻率參數(shù)的變化是符合邏輯的，在此基礎(chǔ)上可以使用電流的乘積來確定電壓及頻率是否滿足使用需要。同時，不同的信號電流與電壓大小還會對時鐘電路中的延遲時間產(chǎn)生影響。因此為保證時鐘的測量精度需要采用較小的電平。因此，這也是一般采用差分輸入方式進(jìn)行時鐘信號測量的原因之一。

通過輸入輸出設(shè)備將圖像輸出到服務(wù)器。服務(wù)器提供的圖像包括了分辨率和幀率等指標(biāo)，以供用戶選擇合適的應(yīng)用環(huán)境來使用，從而保證系統(tǒng)性能。輸入輸出的內(nèi)容通常包括 RGB值、濾波器及控制信號等。在輸出中，輸入設(shè)備會接受到信號，然后根據(jù)其性質(zhì)對信號進(jìn)行處理，生成信號并傳送到服務(wù)器。當(dāng)系統(tǒng)中圖像大小發(fā)生變化時，會重新進(jìn)行傳碼通信。對于一些需要移動、校正和識別的圖像信息應(yīng)采用基于計算機(jī)圖形處理技術(shù)進(jìn)行傳輸。與傳統(tǒng)的圖像獲取方式相比，計算機(jī)圖形識別技術(shù)具有高分辨率、高動態(tài)范圍等特點。為了保證計算機(jī)圖形識別程序可以正常運行，系統(tǒng)中還需要提供一種自動校正功能從而提高系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)效率和讀取結(jié)果精確度；此外當(dāng)計算機(jī)圖形處理技術(shù)和自動校正技術(shù)相結(jié)合時，可實現(xiàn)低成本、快速、有效地檢測和校正圖像數(shù)據(jù)的目的。

1、自動校正方法的選擇

對于自動校正，當(dāng)前國內(nèi)外的主要方法有光柵校正、傅立葉校正以及差分模糊控制技術(shù)等。光柵校正的優(yōu)點是快速并且不會對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。同時其缺點是成本較高，在圖像質(zhì)量要求較高的場合難以適用。傅立葉校正和差分模糊控制方法都可以對輸入圖像進(jìn)行校正，但是在應(yīng)用場景上具有局限性。由于兩種方法在識別精度方面有一定差別，因此在實際應(yīng)用上二者也存在一定的差異。傅立葉校正是對輸入圖像進(jìn)行二值化處理，利用傅立葉變換來獲得所需的位置。相對于光柵校正來說，傅立葉校正更易于應(yīng)用于場景更大，因此其效率較高，而且價格較低。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1為圖像傳遞系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖，通過 MCU控制計算機(jī)屏幕上的畫面與服務(wù)器中的圖像進(jìn)行對比，判斷圖像是否正常。本系統(tǒng)使用了低功耗的X86芯片，其中主控芯片采用了 Zynq公司研發(fā)的AX8212系列處理器，芯片主頻為40 MHz。該處理器提供了5通道并行存儲器以及16通道高速并行 DSP芯片。AX8212的工作頻率為200 MHz,每秒鐘有8對數(shù)字信號以1000 MHz頻率進(jìn)行傳送并保持良好的信號時序。TI公司的S3C12TL模塊提供了8通道高速并行 DSP架構(gòu)，支持2路DDR3內(nèi)存,32通道高速并行 DSP,1個可編程 A/D控制器,1個可編程內(nèi)存控制器以及一個可擴(kuò)展內(nèi)存控制器(SDRAM)。TI公司提供了 SRAM存儲器,2個32 KB B型 RAM存儲器及4個2 K NAND型 DRAM存儲器及4個可編程外接 I/O存儲器控制器。本系統(tǒng)中還通過 LCD顯示屏顯示實時畫面。通過軟件處理可以實時識別、記錄、傳輸動態(tài)視覺圖像，并在圖像中對識別結(jié)果進(jìn)行識別與修正，完成對設(shè)備自動校正作業(yè)，可快速地進(jìn)行實時檢測與校正；也可以將當(dāng)前圖像數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換成當(dāng)前視頻數(shù)據(jù)；還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理等[6],實現(xiàn)了人機(jī)交互方式下靜態(tài)圖像信息獲取與管理過程無紙化和低成本化.該系統(tǒng)具有較好的實用性和可行性。

3、系統(tǒng)的控制

當(dāng)計算機(jī)圖形識別系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致傳輸圖像中出現(xiàn)不符合設(shè)定值的變化。因此需要對系統(tǒng)進(jìn)行控制，使圖像傳輸過程可以正常運行。在運行過程中，服務(wù)器將根據(jù)傳輸給輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)值的變化情況，來對圖像輸出進(jìn)行調(diào)整。一般來講，當(dāng)計算機(jī)圖形識別系統(tǒng)無法正常運行時，需要對系統(tǒng)進(jìn)行修改。根據(jù)軟件開發(fā)人員使用的情況，系統(tǒng)需要滿足一定的控制條件。如果在系統(tǒng)中需要修改圖像中的參數(shù)或更改程序，則需要在數(shù)據(jù)傳輸過程中對其進(jìn)行相應(yīng)的修改。例如，如果在傳輸中需要將圖像進(jìn)行調(diào)整，則需要在文件中為文件設(shè)置特定參數(shù)，并將參數(shù)設(shè)置到文件的指定位置；如果需要對文件進(jìn)行修改，則需要修改相應(yīng)文件的描述接口，并將修改所需的時間設(shè)置為相應(yīng)時間范圍內(nèi)；例如，通過對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行自動校正，在校正時將需要調(diào)整該值并用相應(yīng)的時間范圍內(nèi)調(diào)整算法將其校正到指定位置。當(dāng)用戶決定對圖像進(jìn)行更新或是更改輸出算法時，則需要對這些修改作出相應(yīng)改動：將初始化算法寫入指定字符串；將指定字符串寫入數(shù)據(jù)中；將需要更改后圖像與用戶進(jìn)行相關(guān)修改以及輸入修改等。

顯示屏幕尺寸主要包括4個部分:1.屏幕分辨率:2.顯示分辨率:3.顯示的窗口大小:4.顯示信息的類型:4.顯示畫面：顯示內(nèi)容的方式一般分為4種：直放式、側(cè)放式和環(huán)放式4種.根據(jù)不同的應(yīng)用需要可以把屏幕分為單獨的液晶顯示器。由于液晶顯示器具有比 LED顯示屏幕更低的功耗，因此使用較多。液晶顯示器還可以通過改變液晶顯示屏發(fā)光部分亮度來控制液晶顯示器的溫度參數(shù)，在很大程度上提高了其工作性能。目前液晶顯示器顯示像素已經(jīng)超過了5000萬。這種以液晶面板為顯示設(shè)備的系統(tǒng)在尺寸上比 LED顯示屏幕小很多，但是卻能讓更多的設(shè)備得到廣泛使用。同時由于顯示器屏幕是在高強(qiáng)度的平板顯示器上工作的，所以在抗沖擊測試上也比 LED顯示屏幕要好很多。采用不同的屏體結(jié)構(gòu)設(shè)計來進(jìn)行不同功能的屏幕也很重要。

1、高對比度：

由于液晶屏幕的動態(tài)范圍很大，因此在顯示畫面時要有足夠的對比度來保證畫面顯示的色彩精確度。一般情況下，一個圖像中只有非常多的點具有高對比度才能得到較好的畫面效果。高對比度有很多方面的好處：首先，高對比度圖像具有較好且清晰的清晰度。由于圖像像素是多點顯示的點，而高對比度圖像具有極高的亮度，所以需要有足夠高的亮度來實現(xiàn)高對比度圖像。高對比度使圖像顯示效果非常流暢漂亮，所以提高對比度可以使圖像的色彩精確度更高。其次，高對比度圖像具有較好的色溫，這樣可以使圖像具有更高的色彩飽和度，從而降低色彩失真問題的發(fā)生，提高圖像的動態(tài)范圍；同時也可以減少圖像因暗部色調(diào)而產(chǎn)生的色差，從而避免了對人眼的損傷及因高對比度圖像造成的低對比度問題。由于液晶屏幕是在高亮度條件下顯示，因此它對亮度有著較高要求，其亮度設(shè)置需要采用可調(diào)光方式而不是常規(guī)光源，同時還要注意亮度調(diào)節(jié)范圍不能太大，以免造成暗部色彩不真實和圖像失真問題在實際使用中還需要特別注意這些問題。而當(dāng)液晶顯示器用于顯示靜態(tài)圖像時，它要求亮度設(shè)置盡量均勻或接近于零點，這就要求顯示信息中必須包含高對比度圖案，以保證畫面色彩更加艷麗絢麗、圖像失真問題解決后能達(dá)到高清顯示效果。

2、高亮度：

顯示屏的亮度是由顯示內(nèi)容的多少來決定的，屏幕的亮度越高，顯示信息越豐富。如果應(yīng)用的場合較小，或者需要一定的亮度范圍的話，可以采用較高亮度的顯示方式。同時顯示器為了保證顯示屏亮度的一致性，一般采用2-4個發(fā)光單元組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)屏來實現(xiàn)較高亮度。目前在背光屏領(lǐng)域應(yīng)用最多的是 LCD背光屏。其發(fā)光單元可以是單色光源以及雙色光源也可以是兩種光源并用的組合燈.因此具有較大的發(fā)光范圍和較高的亮度。而為了達(dá)到較高的亮度要求，液晶顯示屏則需要使用多色光器件來控制，因此具有較高亮度的顯示屏需要有比較高的亮度控制能力。LCD背光屏的最大亮度范圍為250 lm/m2時可以顯示最多12 GB亮度信號。另外，為了提高顯示器亮度，液晶顯示屏必須有較高的靈敏度，否則屏幕很難顯示較大亮度，尤其是在亮度和清晰度方面；對于不同亮度下顯示出來的圖片顏色深淺不一致等現(xiàn)象將會影響其質(zhì)量，并且在屏幕上顯示出來的圖片也會有明顯暗點和高亮點等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響畫面質(zhì)量。