元宇宙解密：原理、技術及應用

胡征，漢口學院，互聯網金融系系主任，胡征（1978.4.27—），男，湖北武漢人，畢業於華中科技大學，碩士學歷。有著近二十年豐富的綜合經歷,既有長期的高校教育教學與管理經歷,又有豐富的大型集團企業的高管領導經驗，既是教育者也是管理者，又是創新學術理論學者，先後在人民衛生出版社、清華大學出版社、山西出版社、天津科技翻譯出版社等多家出版社正式出版各類著作多部，在各類核心學術期刊上公開發表論文數篇。

第一章　解構元宇宙　001
第一節　元宇宙的發展史　002
一、元宇宙的起源　002
二、全球科技巨頭及國家爭相布局元宇宙　003
第二節　元宇宙的概念　004
一、元宇宙是什麼　004
二、元宇宙不是什麼　009

第二章　元宇宙的理論框架　011
第一節　元宇宙的核心　012
一、元宇宙的特征　012
二、元宇宙的價值　015
三、元宇宙的本質　015
第二節　元宇宙的架構　016
一、元宇宙的特點　016
二、元宇宙的構成要素　018
三、元宇宙的框架　020
四、元宇宙的發展路徑　021
五、元宇宙的虛實融合　022

第三章　元宇宙的體系及價值鏈　025
第一節　元宇宙體系　026
一、元宇宙的資源配置　026
二、元宇宙的生活方式　026
第二節　元宇宙的經濟體系　027
一、元宇宙的經濟系統　027
二、元宇宙的經濟要素　028
三、元宇宙與數字經濟　030
第三節　元宇宙的價值鏈　031
一、元宇宙七層產業鏈　031
二、元宇宙產業參與者類型　033

第四章　元宇宙的基礎設施　037
第一節　通信網絡基礎設施　038
一、5G　038
二、6G　040
三、物聯網　042
第二節　算力基礎設施　043
一、邊緣計算　043
二、雲計算　044
第三節　新技術基礎設施　045
一、人工智能　045
二、數字孿生　047
第四節　渲染　048
一、渲染概述　048
二、光線追蹤　049
三、渲染方式　052

第五章　元宇宙的實現路徑：VR/AR/MR　057
第一節　VR概述　058
一、VR的取名　058
二、VR的實現　058
三、VR設備　061
第二節　VR頭顯　062
一、頭顯設備概述　062
二、VR頭顯的組成　063
三、VR頭顯之鏡片　066
四、主機系統　068
五、VR設備操作系統　068
第三節　AR概述　068
一、從現實到虛擬現實再到增強現實　068
二、AR概念　069
三、AR與VR的區別　071
第四節　AR顯示系統　073
一、頭盔顯示設備　074
二、非頭盔顯示設備　075
三、AR近眼顯示系統　078
四、AR顯示系統的種類　079
第五節　MR概述　080
一、MR的概念　080
二、3D電影、VR、AR、MR的區別　083
三、XR簡介　087

第六章　元宇宙的實時人機交互　089
第一節　沈浸式聲場　090
一、沈浸式聲場示例　090
二、二維聲場到三維聲場　090
三、傳統音頻定位理論　091
第二節　手勢交互　092
一、手勢識別　092
二、數據手套　094
三、光學標記　097
四、手部交互的發展趨勢　097
第三節　眼動追蹤　098
一、眼動追蹤簡介　098
二、眼動追蹤技術原理　099
第四節　觸覺反饋　100
一、觸覺反饋簡介　100
二、Tesla Suit全身觸覺反饋服　101
三、Tesla Suit手套　102
四、慣性動作捕捉　102
第五節　語音交互　104
第六節　腦機接口　104
一、腦機接口概述　105
二、腦機接口原理　105
三、腦機接口分類　107

第七章　元宇宙的人機交互設備　109
第一節　顯示器件：屏幕　110
第二節　清晰度和流暢度　115
一、清晰度　115
二、流暢度　118
第三節　傳感器　119
一、加速度傳感器　120
二、陀螺儀　120
三、地磁傳感器　124
四、慣性傳感器　125
第四節　控制器（手柄）　126
一、控制器概述　127
二、HTC Vive手柄　129
三、Oculus Touch手柄　130
四、Pico Neo3手柄　131
第五節　體感設備　132
一、VR體感槍+Tracker追蹤器　132
二、體感控制器　134
第六節　動作捕捉設備　136
一、動捕手套　136
二、面部追蹤器　136
三、全身無線動作捕捉系統　137
第七節　外設部件　138
一、基站（定位器）支架　138
二、VR萬向跑步機　139

第八章　元宇宙的呈現之虛擬世界：VR系統　141
第一節　VR設備　142
一、VR眼鏡及典型代表　142
二、沈浸感　143
三、佩戴舒適度　145
四、VR設備連接　148
第二節　VR關鍵技術：追蹤系統　151
一、追蹤系統　151
二、“由外向內”（outside-in）定位及典型案例　154
三、“由內向外”（inside-out）定位及典型案例　160
第三節　VR資源　165
一、影視資源　165
二、遊戲資源　165
三、遊戲資源介紹：Steam蒸汽平臺　166
四、內容制作　167

第九章　元宇宙的呈現之虛實相生：AR系統　171
第一節　AR眼鏡　172
一、AR眼鏡的硬件組成　172
二、AR眼鏡的開發平臺　174
三、AR眼鏡的分類　174
四、AR眼鏡典型設備　177
第二節　光機　178
一、光機概述　178
二、LCOS　180
三、OLEDOS　181
四、Micro LED　183
五、DLP　184
第三節　AR模組（光學組合器）　187
一、棱鏡方案　188
二、Birdbath方案　189
三、自由曲面方案（“蟲眼”光學設計）　190

第十章　元宇宙之AR系統的關鍵技術　195
第一節　光波導　196
一、光波導概述　196
二、光波導方案的分類　201
第二節　場景理解　204
一、場景理解概述　204
二、物體檢測和識別　206
第三節　虛實相生　207
一、虛實相生概述　207
二、跟蹤　209
三、標定　211
四、三維註冊（配準）技術　211

第十一章　元宇宙的認證機制：區塊鏈　215
第一節　區塊鏈概述　216
一、元宇宙的層次結構　216
二、區塊鏈的技術背景　217
三、區塊鏈的基本概念　218
第二節　區塊鏈技術　220
一、區塊鏈的技術架構　220
二、區塊鏈的工作原理　222
三、區塊鏈的關鍵技術　222
四、區塊鏈的發展展望　224
五、區塊鏈於元宇宙的價值　226

第十二章　元宇宙的通證經濟：NFT　229
第一節　通證　230
一、通證概述　230
二、通證的屬性　230
第二節　元宇宙與NFT　231
一、Web3.0與數字化資產　231
二、NFT與元宇宙世界　232
三、什麼是NFT　233
第三節　NFT的原理及價值　234
一、NFT的原理　234
二、NFT的價值　234
三、數碼藝術作品NFT過程演示　236
第四節　NFT的發行和交易　237
一、如何參與NFT　237
二、NFT的發行和交易平臺　238

第十三章　元宇宙的智能合約　241
第一節　智能合約概述　242
一、智能合約與傳統合約　242
二、智能合約的特征　243
三、智能合約的概念　243
第二節　智能合約的價值　244
一、智能合約的應用場景　244
二、智能合約的法律問題　247
三、元宇宙的法律和倫理　248

第十四章　元宇宙應用　251
第一節　教育　252
一、職業培訓　252
二、教育培訓　254
三、虛擬情景學習系統　255
第二節　巨幕影視與娛樂　256
一、VR應用之巨幕影視　256
二、AR應用之巨幕影視　256
三、AR應用之娛樂　257
第三節　醫療　257
一、Magic Leap眼鏡　257
二、HoloLens 2眼鏡　258
第四節　遊戲與旅遊　259
一、VR應用之VR遊戲　259
二、VR應用之VR旅遊　259
第五節　虛擬社交與虛擬會議　260
一、VR應用之虛擬社交　260
二、VR應用之虛擬會議　261
第六節　看房與工程施工　262
一、VR應用之VR看房　262
二、AR應用之工程施工　263
第七節　3D模型與視頻　263
一、3D模型　263
二、AR應用之視頻　265
第八節　虛擬世界　266
一、Decentraland，基於以太坊的3D虛擬世界　266
二、The Sandbox，基於以太坊的虛擬世界　266
第九節　NFT數字藏品與去中心化遊戲　267
一、無聊猿（BAYC）NFT數字藏品　267
二、去中心化回合制策略遊戲Axie　268

參考文獻　271