元宇宙原理概述

本文作者:甘华鸣  中国移动通信联合会元宇宙产业委员会常务副主任、共同发起人、中国通信工业协会区块链专业委员会副主任

元宇宙（metaverse）原理包括元宇宙的功能、结构和运行等三个方面。笔者尝试地提出元宇宙原理甘氏模型。该模型可图示如下：

元宇宙原理甘氏模型也可以叫做元宇宙原理5-2-4模型。“元宇宙原理5-2-4模型”这个名称取自将在下面谈到的元宇宙功能、结构和运行的“五个领域”“两个世界”“四个产生”。

一、元宇宙的功能

在功能上，或者说在场景或“应用”上，元宇宙是“五个领域”全囊括。即，元宇宙囊括了经济、政治（或者说政务、政府）、军事（或者说国防）、社会、文化等五个领域（这五个领域构成我们人类活动领域的全部）；换句话说，元宇宙有经济元宇宙、政治元宇宙（或者说政务元宇宙、政府元宇宙）、军事元宇宙（或者说国防元宇宙）、社会元宇宙、文化元宇宙等五个领域。

经济元宇宙包括消费元宇宙（以消费者为中心）、产业元宇宙（以生产者为中心）。产业元宇宙包括工业元宇宙、农业元宇宙、第三产业元宇宙。

第三产业元宇宙包括金融元宇宙、教育元宇宙、体育元宇宙、旅游元宇宙等等。

注意，经济元宇宙、政治元宇宙、军事元宇宙、社会元宇宙、文化元宇宙是互联互通的。

元宇宙囊括一切，元宇宙就是一切——就是人类以及人类的升维拓展了的生存发展空间全部。

二、元宇宙的结构

1.“两个世界”融合为一体

在结构上，元宇宙是“两个世界”融合为一体。即，元宇宙是虚拟世界（或者说数字世界）与现实世界（或者说物理世界）融合为一体的世界；简略地说，元宇宙是虚实融合（或者说数物融合）的世界。

注意，虚拟世界是跟现实世界无缝结合的，而不是独立于现实世界的。

顺便指出，虚拟世界（数字世界）与现实世界（物理世界）融合当然包含了下列诸个融合：数字经济与实体经济融合，数字资产与实物资产融合，数字社会与现实社会融合，数字生活与现实生活融合，数字身份与现实身份融合，等等。

2.现实世界

现实世界由社会、互联网和狭义物理世界等三个子系统构成。社会由人构成，互联网由计算机构成，狭义物理世界由狭义物理实体构成。

穿透到底层说，现实世界是各种物理实体的总和。物理实体可以分为人、计算机和狭义物理实体等三类，所以，现实世界的组分就是人、计算机和狭义物理实体等三类物理实体。

狭义物理实体指除人和计算机之外的物理实体，包括自然实体和狭义物理人工物。

自然实体包括时间、空间、天体、天体上的各种自然实体、地球、地球上的各种自然实体。

狭义物理人工物指除计算机和人脑内想法之外的物理人工物，可以分为狭义非虚构物理人工物和狭义虚构物理人工物等两类。虚构也叫做幻想，下同。

人是元宇宙的中心，计算机是元宇宙的关键。

显见，现实世界含有三个二元系统：人机系统（或者说人-机系统、人-机共同体），物机系统（或者说物-机系统、物-机共同体），人物系统（或者说人-物系统、人-物共同体）。这里，“机”指计算机，“物”指狭义物理实体。

应该指出，我们也可以换个角度从人工性/非人工性和虚构性/非虚构性来看现实世界的结构。从这个角度来看，现实世界是由现实非虚构世界和现实虚构世界等两个子系统构成的。

3.虚拟世界

虚拟世界实际上是存在于计算机中的。

虚拟世界由计算机软件定义，由计算机生成，以比特形式存在。

虚拟世界由虚拟非虚构世界和虚拟虚构世界等两个子系统构成。虚拟非虚构世界由非虚构虚拟实体构成，虚拟虚构世界由虚构虚拟实体构成。

穿透到底层说，虚拟世界是各种虚拟实体的总和。虚拟实体可以分为非虚构虚拟实体和虚构虚拟实体等两类，所以，虚拟世界的组分就是非虚构虚拟实体和虚构虚拟实体等两类虚拟实体。

智慧城市的虚拟实体就是典型的非虚构虚拟实体，电子游戏中的虚拟实体就是典型的虚构虚拟实体。

应该指出，虚拟实体当然都是人工物。

三、元宇宙的运行

在运行上，元宇宙是“四个产生”形成大回路。即，在元宇宙中数字孪生、数字原生、物理孪生和物理原生形成大回路。

数字孪生（虚拟孪生）是物理产生数字（现实产生虚拟），即把物理数字化（把现实虚拟化）。

数字原生（虚拟原生）是数字产生数字（虚拟产生虚拟），其中包括自学习、自适应、自复制、自进化的虚拟实体产生虚拟实体。

物理孪生（现实孪生）是数字产生物理（虚拟产生现实），即把数字物理化（把虚拟现实化）。

物理原生（现实原生）是物理产生物理（现实产生现实），其中包括自学习、自适应、自复制、自进化的机器人制造机器人和其他物理人工物。

由于“四个产生”形成大回路，所以，元宇宙虚拟世界与现实世界之间实时且动态地双向映射、双向驱动、双向控制。

应该指出，数字原生实际上是发生于计算机中的。

还应该指出，虚拟世界与现实世界的交互实际上是通过计算机用户界面进行的，即，数字孪生实际上是从人、狭义物理实体或计算机到计算机的，物理孪生实际上是从计算机到人、狭义物理实体或计算机的。

四、元宇宙概念涵盖并超越了相关概念

元宇宙概念涵盖并超越了下列相关概念：

人-信息-物理系统（Human-Cyber-Physical Systems，HCPS，人赛博物理系统）；

社会物理信息系统（Cyber-Physical-Social Systems，CPSS，赛博物理社会系统，信息物理社会系统）；

信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS，赛博物理系统）；

物联网（Internet of Things，IoT）；

数字孪生（digital twin）（工业界所说的数字孪生，不等同于本文所说的元宇宙的数字孪生）；

智能制造（intelligent manufacturing）；

先进制造（advanced manufacturing）；

工业4.0（Industry 4.0）；

工业互联网（industrial internet）；

智慧城市（smart city）；

电子游戏（video games，electronic games）。

五、元宇宙一句话定义

根据上面对元宇宙的分析，我们可以给元宇宙下一个定义：元宇宙（metaverse）是虚拟世界（或者说数字世界）与现实世界（或者说物理世界）融合为一体的世界；简略地说，元宇宙是虚实融合（或者说数物融合）的世界。

上述定义虽然简单，但也足够充分，因为，术语学认为，定义（definition）是对概念的简洁而准确的描述性陈述（descriptive statement），使区别于其他相关概念。跟百科全书式描述或者解释说明不同，定义的主要目的不是对一个给定的概念提供全面完整的理解，而是提供足够的理解以避免将给定的概念与其他相关概念混淆。

六、若干术语的英汉对照

■自然实体（natural entity）。

■人工物（artifact，也叫做人造物），人工实体（artificial entity，man-made entity，也叫做人造实体）。

注：“人造物”“人工实体”“人造实体”是“人工物”的同义词。

■物理实体（physical entity）。

■物理人工物（physical artifact，也叫做物理人造物），人工物理实体（artificial physical entity，man-made physical entity，也叫做人造物理实体）。

注：“物理人造物”“人工物理实体”“人造物理实体”是“物理人工物”的同义词。

■虚拟实体（virtual entity），虚拟人工物（virtual artifact，也叫做虚拟人造物），人工虚拟实体（artificial virtual entity，man-made virtual entity，也叫做人造虚拟实体）。

注：“虚拟人工物”“虚拟人造物”“人工虚拟实体”“人造虚拟实体”是“虚拟实体”的同义词。

注：上列术语中的“物理（physical）”可以替换为“现实（real）”或者“原子（atomic）”，“虚拟（virtual）”可以替换为“数字（digital）”或者“比特（bit）”