計算機圖形學在元宇宙中的作用

• 2021 年 12 月 8 日
• 筆記

計算機圖形學在元宇宙中的作用

引入
　　二零二一年，元宇宙元年。「元宇宙」一詞，來源於1992 年的一本科幻小說《雪崩》。「元
宇宙」思想的源頭，為大多數人所認可的，是美國計算機科學家夫諾文奇先生。自從元宇宙誕
生，索尼，Facebook，位元組跳動，騰訊，網易，阿里巴巴等知名互聯網公司紛紛入局。近期，耐

克宣布進軍元宇宙，更是令潮人們激動不已，更是把元宇宙炒到了一個高峰。元宇宙更是一躍
成為2021 年年度熱詞。
元宇宙的概念
　　那麼什麼是元宇宙呢？元宇宙是利用科技手段進行鏈接與創造的，與現實世界映射與交互
的虛擬世界，具備新型社會體系的數字生活空間。它整合了多種新技術而產生的新型虛實相融
的互聯網應用和社會形態，它基於擴展現實技術提供沉浸式體驗，基於數字孿生技術生成現實
世界的鏡像，基於區塊鏈技術搭建經濟體系，將虛擬世界與現實世界在經濟系統、社交系統、
身份系統上密切融合，並且允許每個用戶進行內容生產和世界編輯。
元宇宙從時間上看是真實的，從空間上看是虛假的, 是由數據而產生的一個空間。關於元
宇宙，許多影視作品，以及文學作品中其實早已出現類似設想。日本著名的動漫《刀劍神域》
中設想人們通過沉浸式虛擬現實技術，進入到一個名叫SAO 的世界，在這個世界中，有着各
種各樣現實中的物品，有着與現實相同的時間流速，人們在這個世界中打怪、闖關、升級。近
期電影《失控玩家》《頭號玩家》也有着類似的理念，都是通過虛擬現實，或者增強現實技術
提供一個虛擬世界，人們在虛擬世界裏進行和現實世界類似的生活，甚至超越現實，加入作者
的想像，能夠做到super man 一般的舉動。
計算機圖形學在元宇宙中的運用
　　所謂計算機圖形學，就是將各種圖形通過各種算法，轉化為計算機中的數據，在計算機程
序中形成相應的圖形。相信許多計算機大佬，曾經都想像過一種可能：能否用計算機創造一個
虛擬的世界呢？為了實現這個目標，無數人為之付出心血。而想要創建一個虛擬的世界，想要
有其真實性，需要還原現實世界中的視覺，聽覺，味覺，觸覺等等。很顯然其中，最容易實現
的便是視覺。於是，計算機科學家們便想到了利用計算機來模擬現實的場景。眾所周知，任何
宏觀層面的東西都可以通過點線面來構成。因此，計算機學家們便探索出了各種建模計算。為
了使得物體更加真實，計算機學家們又發明出了各種渲染算法。為了讓物體動起來，科學家們
又通過各種方程，進行圖形模擬計算，通過各種運動方程來構建虛擬世界中，物體的運動，使
其最大程度接近真實世界。例如，對於剛體，我們有動力學方程，對於柔體，我們又有本構方程；

對於流體，我們有Navier—Stokes 方程。至此，我們已經能夠通過計算機，形成非常真實的虛
擬世界。
　　元宇宙最大特色，就在於其真實性。它是一個虛擬的宇宙，但在虛擬中有有着各種虛擬的
現實物品，元宇宙可以看作現實世界的延申，是現實世界的拓展。由於其真實性，人們在元宇
宙中能夠做到他們在現實生活中想做的事，甚至是現實中完全不可能的事。而元宇宙中的物品
越是擬真，人們在體驗元宇宙過程中，所感受到的就越真實，體驗就越好，也就越能滿足現實
中的需求。而計算機圖形學正是讓元宇宙更加真實的基礎。元宇宙中人們看見的所有物品，都
是通過計算機圖形學的各種算法，各種函數模擬計算出來的。
　　因此，計算機圖形學可以說是元宇宙的基礎，是元宇宙的核心技術，對元宇宙起到決定性

作用沒有計算機圖形學，元宇宙也就無法實現。