《元宇宙導(dǎo)論》旨在從元宇宙底層技術(shù)出發(fā)，為高校學(xué)生提供一個(gè)全面了解元宇宙的機(jī)會(huì)，讀者對(duì)象包括新工科各專業(yè)的本科生，也可供研究生及電子信息類相關(guān)從業(yè)人員使用。 本教材共分為五個(gè)主要部分，全面涵蓋了元宇宙的概念、基礎(chǔ)設(shè)施、去中心化以及AI驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)，并探討了元宇宙的未來發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)。第一部分，首先介紹了元宇宙的基本概念、歷史脈絡(luò)、發(fā)展現(xiàn)狀以及技術(shù)基本組成框架。學(xué)生將了解到元宇宙的起源和發(fā)展，并探索其中的技術(shù)構(gòu)成要素。第二部分，詳細(xì)講解了元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括網(wǎng)絡(luò)、通信、云計(jì)算和硬件技術(shù)等方面的需求與發(fā)展方向。學(xué)生將深入了解支撐元宇宙運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施要求，探究其發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)要點(diǎn)。第三部分，介紹了實(shí)現(xiàn)去中心化的技術(shù)，包括區(qū)塊鏈和Web3.0等實(shí)現(xiàn)元宇宙去中心化數(shù)字社會(huì)的技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生探索如何通過區(qū)塊鏈等技術(shù)確保元宇宙的安全、開放與可信任性。第四部分，對(duì)AI驅(qū)動(dòng)的技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺和自然語言處理等賦予元宇宙智能的人工智能技術(shù)，帶領(lǐng)學(xué)生了解如何利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)元宇宙的智能交互與個(gè)性化服務(wù)。最后，教材第五部分總結(jié)及展望了元宇宙的應(yīng)用和未來將要面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)元宇宙的應(yīng)用前景和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)有更清晰的認(rèn)識(shí)。通過《元宇宙導(dǎo)論》的學(xué)習(xí)，學(xué)生將深入了解元宇宙的基礎(chǔ)概念、底層核心技術(shù)，能夠全面把握基礎(chǔ)設(shè)施、去中心化、智能化等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，為學(xué)生們?cè)谖磥碓钪鏁r(shí)代的學(xué)習(xí)、研究和職業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。
元宇宙的熱潮雖然稍微過去了一點(diǎn)，但是勿庸置疑，人工智能仍然是未來十年的重點(diǎn)發(fā)展學(xué)科。《元宇宙導(dǎo)論》這本書，從元宇宙底層技術(shù)出發(fā)，為讀者提供一個(gè)全面了解元宇宙的機(jī)會(huì)。本書全面涵蓋了元宇宙的概念、基礎(chǔ)設(shè)施、去中心化以及AI驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)，并探討了元宇宙的未來發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)。通過本書的閱讀，可以深入了解元宇宙的基礎(chǔ)概念、底層核心技術(shù)，能夠全面把握基礎(chǔ)設(shè)施、去中心化、智能化等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，為未來元宇宙時(shí)代的學(xué)習(xí)、研究和職業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。
人類社會(huì)正在逐漸邁入一個(gè)前所未有的數(shù)字化時(shí)代，2021年被稱為元宇宙元年，作為數(shù)字世界的重要組成部分，元宇宙的設(shè)想、概念、技術(shù)并非一蹴而就，而是隨著數(shù)字科技幾十年來的飛速進(jìn)步而逐漸產(chǎn)生和發(fā)展起來的，是眾多前沿?cái)?shù)字技術(shù)的集大成者。本書共11章，系統(tǒng)地介紹了元宇宙的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。
第1章介紹元宇宙的全貌，包括元宇宙的基本概念、發(fā)展歷程、基本框架、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、應(yīng)用和影響等。
第2章介紹元宇宙的接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)與通信，包括網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)概述、新一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6、新一代移動(dòng)通信技術(shù)和短距離無線接入技術(shù)等，探討網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第3章介紹元宇宙的引擎云計(jì)算，包括云計(jì)算概述、關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)等，探討云計(jì)算在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第4章介紹元宇宙萬物互聯(lián)的技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)，包括物聯(lián)網(wǎng)概述、技術(shù)體系、邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)等，探討物聯(lián)網(wǎng)在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第5章介紹從現(xiàn)實(shí)世界邁入元宇宙的技術(shù)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)，包括擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述、實(shí)物虛化和虛物實(shí)化技術(shù)等，探討擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第6章介紹自然融入元宇宙的技術(shù)人機(jī)交互，包括人機(jī)交互技術(shù)概述、發(fā)展歷程、系統(tǒng)組成和交互設(shè)備等，探討人機(jī)交互在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第7章介紹元宇宙的信任基石區(qū)塊鏈，包括區(qū)塊鏈概述、發(fā)展歷程、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)等，探討區(qū)塊鏈在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第8章介紹元宇宙環(huán)境下的未來互聯(lián)網(wǎng)Web3.0，包括Web3.0的基本概念和組成，探討Web3.0在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第9章介紹元宇宙的智慧源泉人工智能，包括人工智能概述、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、多模態(tài)人工智能、大模型和人工智能生成內(nèi)容等，探討各項(xiàng)人工智能技術(shù)在元宇宙中的作用和發(fā)展方向。
第10章探討元宇宙在娛樂、社交、醫(yī)療、工業(yè)和教育等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，展現(xiàn)元宇宙在各領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
第11章探討元宇宙發(fā)展中可能面臨的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，并介紹產(chǎn)業(yè)元宇宙和消費(fèi)元宇宙。
本書獲華僑大學(xué)教材建設(shè)基金立項(xiàng)資助，由華僑大學(xué)曾煥強(qiáng)主編，他帶領(lǐng)華僑大學(xué)智能視覺信息處理團(tuán)隊(duì)（SmartVIPLab）完成了本書撰寫工作。本書第1～3章由曾煥強(qiáng)編寫，第4、5章由陳婧編寫，第6～8章由朱建清編寫，第9章由施一帆編寫，第10、11章由林琦編寫。在編寫過程中，團(tuán)隊(duì)成員蔡磊、鄭惠潔、孔慶瑋、丁瑞、鄭航杰、柯雯瑤、張祥杰、鄒慧婷、嚴(yán)月日、劉智鴻、朱顯丞、焦超、文豪、胡浩麟等提供了大量輔助性工作，在此向他們表示誠摯的感謝。本書部分內(nèi)容引用了國內(nèi)外同行專家的研究成果，在此對(duì)他們表示衷心的感謝。同時(shí)，特別感謝清華大學(xué)出版社的大力支持。
無論您是科技從業(yè)者，還是對(duì)未來充滿好奇的讀者，希望本書能為您打開一扇通向元宇宙的大門，帶您走進(jìn)一個(gè)嶄新的數(shù)字世界，深入了解令人振奮的數(shù)字化前沿技術(shù)，探索元宇宙的無限可能。
由于作者知識(shí)水平所限，書中不當(dāng)之處在所難免，歡迎廣大同行和讀者進(jìn)行批評(píng)指正。
曾煥強(qiáng)
2024年1月
曾煥強(qiáng),華僑大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，工學(xué)院院長(zhǎng)，新加坡南洋理工大學(xué)博士，香港中文大學(xué)博士后，國際著名期刊IEEE T-IP編委，福建省級(jí)高層次人才（A類），福建省青年拔尖人才，福建省杰青，福建青年五四獎(jiǎng)?wù)�，中國電子學(xué)會(huì)信號(hào)處理分會(huì)委員，IEEE高級(jí)會(huì)員等，曾任多個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議大會(huì)主席/技術(shù)委員會(huì)主席等。主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等30余項(xiàng)課題。發(fā)表論文150余篇，ESI高被引論文1篇。獲得授權(quán)發(fā)明專利51項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)3個(gè)專利成果轉(zhuǎn)化，以第一完成人獲得福建省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二/三等獎(jiǎng)、廈門市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。
第1章 數(shù)字技術(shù)的集大成者：元宇宙 / 1
1.1 元宇宙的基本概念 / 2
1.2 元宇宙的發(fā)展歷程 / 5
1.3 元宇宙的發(fā)展現(xiàn)狀 / 7
1.4 元宇宙的基本框架 / 10
1.5 元宇宙產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用 / 15
1.6 元宇宙的影響 / 19
1.7 小結(jié) / 22
1.8 習(xí)題 / 23
第2章 接入元宇宙：網(wǎng)絡(luò)與通信 / 25
2.1 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)概述 / 26
2.2 新一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6 / 35
2.3 新一代移動(dòng)通信技術(shù) / 40
2.4 短距離無線接入技術(shù) / 45
2.5 元宇宙與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) / 51
2.6 小結(jié) / 53
2.7 習(xí)題 / 53
第3章 元宇宙的引擎：云計(jì)算 / 55
3.1 云計(jì)算概述 / 56
3.2 云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù) / 61
3.3 云計(jì)算產(chǎn)業(yè) / 73
3.4 元宇宙與云計(jì)算 / 77
3.5 小結(jié) / 80
3.6 習(xí)題 / 80
第4章 元宇宙萬物互聯(lián)：物聯(lián)網(wǎng) / 81
4.1 物聯(lián)網(wǎng)概述 / 82
4.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 / 86
4.3 邊緣計(jì)算 / 92
4.4 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè) / 95
4.5 元宇宙與物聯(lián)網(wǎng) / 101
4.6 小結(jié) / 103
4.7 習(xí)題 / 103
第5章 現(xiàn)實(shí)世界邁入元宇宙：擴(kuò)展現(xiàn)實(shí) / 105
5.1 擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 / 106
5.2 實(shí)物虛化 / 118
5.3 虛物實(shí)化 / 128
5.4 元宇宙與擴(kuò)展現(xiàn)實(shí) / 140
5.5 小結(jié) / 145
5.6 習(xí)題 / 145
第6章 自然融入元宇宙：人機(jī)交互 / 147
6.1 人機(jī)交互基本概念 / 148
6.2 人機(jī)交互的發(fā)展歷程 / 149
6.3 人機(jī)交互系統(tǒng)組成 / 152
6.4 人機(jī)交互設(shè)備 / 161
6.5 元宇宙與人機(jī)交互 / 169
6.6 小結(jié) / 170
6.7 習(xí)題 / 171
第7章 元宇宙的信任基石：區(qū)塊鏈 / 173
7.1 區(qū)塊鏈概述 / 174
7.2 區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程 / 175
7.3 區(qū)塊鏈的體系結(jié)構(gòu) / 178
7.4 區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù) / 186
7.5 元宇宙與區(qū)塊鏈 / 194
7.6 小結(jié) / 198
7.7 習(xí)題 / 198
第8章 元宇宙與未來互聯(lián)網(wǎng)：Web3.0 / 199
8.1 Web3.0的基本概念 / 200
8.2 Web3.0的組成 / 205
8.3 元宇宙與Web3.0 / 215
8.4 小結(jié) / 216
8.5 習(xí)題 / 216
第9章 元宇宙的智慧：人工智能 / 217
9.1 人工智能概述 / 218
9.2 機(jī)器學(xué)習(xí) / 222
9.3 計(jì)算機(jī)視覺 / 231
9.4 自然語言處理 / 242
9.5 多模態(tài)人工智能 / 254
9.6 大模型 / 257
9.7 人工智能生成內(nèi)容 / 263
9.8 元宇宙與人工智能 / 267
9.9 小結(jié) / 268
9.10 習(xí)題 / 269
第10章 從概念到落地：元宇宙應(yīng)用 / 271
10.1 娛樂領(lǐng)域的元宇宙應(yīng)用 / 273
10.2 社交領(lǐng)域的元宇宙應(yīng)用 / 274
10.3 醫(yī)療領(lǐng)域的元宇宙應(yīng)用 / 276
10.4 工業(yè)領(lǐng)域的元宇宙應(yīng)用 / 278
10.5 教育領(lǐng)域的元宇宙應(yīng)用 / 282
10.6 小結(jié) / 285
10.7 習(xí)題 / 286
第11章 數(shù)字世界的無限可能：元宇宙未來展望 / 287
11.1 元宇宙的挑戰(zhàn) / 289
11.2 元宇宙的風(fēng)險(xiǎn) / 293
11.3 元宇宙產(chǎn)業(yè) / 299
11.4 小結(jié) / 311
11.5 習(xí)題 / 311
參考文獻(xiàn) / 312
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