AI、6G與元宇宙？愛爾蘭東理發表最新《人工智慧與6G與元宇宙：基本原理、挑戰與未來研究趨勢》綜述

自從Facebook被重新命名為Meta之後，關於什麼是元宇宙（Metaverse），它是如何運作的，以及利用它的可能方法，大量的關注、辯論和探索都在加劇。

預計元宇宙將是一個快速出現的技術、用例、能力和體驗的連續體，將彌補網路的下一次演進。

為此，來自愛爾蘭東南理工大學對AI、6G以及兩者在實現元宇宙的沉浸式體驗中的作用進行全面和深入的綜述。

論文網址：https://arxiv.org/abs/2208.10921

首先，作者介紹了擴增實境(AR)、虛擬實境(VR )、混合實境(MR)和空間計算的背景和進展，然後介紹了AI和6G的技術方面。然後，作者透過回顧深度學習、電腦視覺和邊緣AI的最先進技術來研究了AI在元宇宙中的作用。

接下來，作者研究了B5G/6G對元宇宙有前景的服務，隨後確定了AI在6G網路中的角色，以及AI在6G網路中支援元宇宙應用的角色。最後，作者描述了現有的和潛在的應用、用例和項目來突出元宇宙中進展的重要性。

此外，為了向研究人員提供潛在的研究方向，作者列舉了從上述技術的文獻綜述中發現的挑戰、研究差距和經驗教訓。

引言

2021年，元宇宙開始影響現實世界，原因有: i) 疫情的生活方式，以及ii) Meta、亞馬遜、蘋果、Netflix和谷歌（MAANG）為他們的用戶發布了與元宇宙相關的功能和項目。

自那以後，元宇宙獲得了學術界和工業界的絕對關注。在目前的時間點上，元宇宙可以被普遍視為一個擴展的現實(XR)空間池，其中人類和他們的數位對等體以完全沉浸式的方式互動。

根據最近的一項調查，大多數技術專家認為，到2040年，元宇宙的運作將更加完善和無縫，世界各地的人們將能夠充分參與到它的全沉浸式能力中，作為他們日常生活的一個組成部分。

從本質上講，元宇宙預計將整合網路空間或萬維網的所有重要方面，如B5G/6G、雲端運算和邊緣運算、社交媒體、線上遊戲、擴增實境(AR)、虛擬現實(VR)、加密貨幣以及人工智慧(AI)/機器學習(ML)/深度學習(DL)平台和應用，讓使用者虛擬地進行互動。

元宇宙的一些早期應用，如Roblox、VRChat、Zepeto或Second Life，已經允許用戶生活在「不同的」或模擬的生活中，例如交朋友和與新的虛擬人物社交。這些平台已經將AR、VR和MR作為元宇宙的幾個元素。

虛擬實境技術是利用頭戴式顯示器（HMD）等各種軟體和通訊設備，以電腦產生的數位場景取代使用者周圍的真實世界。而在AR中，虛擬世界與現實世界無縫連接，以創造新的互動體驗。最後，MR作為AR和VR及其底層技術的結合而出現。

值得注意的是，這些技術的普及使得AR和VR設備以合理的價格普及，同時不斷提高使用者體驗的品質（QoE）。

然而，為了達到VR服務所需的處理能力和通訊速度，以提供流暢和沈浸式的體驗，大多數HMDs仍然要求用戶連接到PC或遊戲控制台。唯一能夠擺脫這種束縛的裝置是Meta的Oculus Quest。在接下來的幾年裡，隨著處理器變得更快，無線通訊技術變得無延遲，視覺內容和行動裝置的無連線體驗將會有許多改進。

特別是隨著5G的存在，連接到網路的裝置將會激增，這將對元宇宙的成長產生深遠的影響。 5G以低延遲實現了所有連接設備之間的即時通訊和資訊交換。

顯然，5G比4G提供更快的速度，但最重要的是，它提供了各種其他的好處，超越速度。具體來說，元宇宙開發者將能夠透過創建應用，近距離即時傳輸360◦的內容，從而受益於5G的低延遲。

元宇宙也將促進以人為中心/資料為中心的智慧系統的發展趨勢。這一趨勢對現有的5G通訊系統造成了許多限制，使其效率降低，不可靠。

例如，考慮到基於觸覺的元宇宙應用如隱形傳態或遙操作的0.1ms延遲要求，5G只能提供小於1ms的空中介面延遲，這對於這樣的應用來說是微不足道的。

此外，根據思科，行動數據流量在過去5年增長了17倍，並有望持續成長。特別是，到2022年，5G流量將佔全球行動流量總量的12%。

5G網路被設計成能夠涵蓋大範圍的頻譜，如毫米波(高達300 GHz)，因此可以處理大量的無線流量。

由於元宇宙將帶來一些可能需要高於Tbps的資料速率的應用，而mmWave系統則不太可能出現這種情況，如全像臨場感(HT)、觸覺感覺通訊、腦機介面(BCI )和XR。因此，為了實現Tbps資料速率的目標，研究人員開始探索太赫茲(THz)頻段(0.1-10 THz)。

6G通訊系統預計將提供1Tbps的數據速率，運行在3Thz的頻寬下，以支援線上遊戲、高畫質視訊直播、全像內容傳輸、即時化身互動等數據密集型應用。 6G還將提供無所不在的覆蓋和超低延遲(小於1ms)，並透過整合空間、空中、地面、海洋網絡，支援約100公里/小時的機動能力。

然而，虛擬教育和培訓、精確導航和定位、沉浸式遊戲和遠距醫療應用等元宇宙應用都將透過AI和6G實現，使元宇宙更加成功。特別地，電腦視覺的尖端技術可以用來提供三維動畫人體模型或逼真的動畫人臉，甚至可以用來創建全像圖。

然而，將3D內容用於元宇宙服務的關鍵挑戰在於現有基礎設施的可擴展性。因此，元宇宙的崛起使得開發關鍵工具和基礎設施至關重要，使元宇宙開發者能夠建立更好、更可擴展的3D/AR/VR體驗，而不管平台或目的。

原則上，研究人員需要從人工智慧的監督學習範式中邁出一步，並採用強化學習和自監督學習等多樣化的學習策略，以便在元宇宙環境中進行擴展。此外，6G網路的邊緣運算能力可以與AI結合，提供邊緣智能，從而減少元宇宙中增強的QoE的網路延遲和隱私問題。

受現有技術和可預見的挑戰的驅動，作者在元世界的背景下調查了AI和6G的最先進技術，以回答以下問題: 如何利用AI、6G和兩者之間的持續進展提供更好和可持續的元世界體驗？

從上述討論可以清楚地看出，現有的一些研究集中在AI、6G和相關技術的非常狹隘的視角，而其他一些調查了元宇宙在社會、經濟和數字價值方面的作用。與之相反，在本綜述中，作者提供了以下關鍵貢獻:

• 作者描述了元宇宙的底層組件，即VR、MR、AR和空間計算。本文介紹了上述技術的詳細背景，以便讀者了解技術方面和最先進的技術，從而實現完全沉浸式的元宇宙。
• 作者對人工智慧的最先進技術進行了廣泛的綜述，並研究了人工智慧在實現元宇宙中的作用。從本質上講，作者定義了人工智慧在元宇宙分層架構中的角色，其次是電腦視覺應用的最先進技術，學習範式和元宇宙的邊緣人工智慧。
• 作者透過先回答以下關鍵問題來解釋B5G/6G在實現元世界中的作用: i) B5G/6G需要一個小時嗎? ii) B5G/6G能為元宇宙帶來哪些服務?接下來，透過專門考慮5G-NR、URLLC、mmWave、MEC、thzcomm及其交互作用，作者回顧了沉浸式體驗和無線全像遠端呈現的最新技術。
• 作者也考慮AI和6G在實現元宇宙的綜合作用。原則上，作者研究了AI用於6G網路和6G網路用於AI支持元宇宙的潛力。接下來，作者將在前面提到的技術環境中研究元宇宙的可持續性，然後是潛在的應用和用例以及正在進行的專案。最後，作者提出了挑戰和未來的研究方向以及從這次研究中獲得的經驗教訓。

「Metaverse」一詞是前綴「meta」（意思是「超越」)和字尾「verse」（「宇宙」的縮寫）的組合。因此，它指的是物質世界之外的宇宙。這個「超越宇宙」暗指一個電腦生成的環境，而不是形而上學或神秘的概念領域超越物理現實。

元宇宙是完全沉浸式的三維數位環境，與網路空間不同，網路空間指的是所有線上空間。

元宇宙指的是物理現實向數位領域的轉化，所以它可以是物理現實和數位領域的混合，如AR、VR、MR。

永續元宇宙

參考資料：https://arxiv.org/abs/2208.10921

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