元宇宙:Web3 驱动的分布式计算网络如何成为元宇宙重要基建？

原文标题：《A&T 前瞻: 为什么 Web3 驱动的分布式算力网络是元宇宙的基础设施？》

撰文：Rosie，A&T Capital 高级投资经理

根据网上对元宇宙的定义，元宇宙是利用科技手段 (AR/VR/MR/XR 等 ) 在与现实世界映射或 3D 虚拟世界里进行链接和创造。笔者建议，把元宇宙看作与真实世界平行的空间，通过不同的技术手段，可以建立趋近于无数个平行的空间。AR/VR/MR/XR 产业带来的不仅仅是对硬件交互的颠覆，也给人类对空间的理解和在空间的使用上带来了新的可能。

随着明年苹果推出名为 Reality 的 MR 设备，Meta 不断迭代其 Oculus 的 VR，国内的 Rokid、光粒、Nreal 等 AR 设备厂商也在纷纷出货，我们已经站在元宇宙爆发的前夕。本文基于对元宇宙硬件发展的理解，推导元宇宙应用大规模爆发时对计算和传输的要求，论证为何 Web3 和分布式算力将成为元宇宙时代的计算基础设施。

以内容作为驱动整个生态发展的底层逻辑，内容与计算和存储咨询交互，通过传输，内容到达 AR/VR/MR/XR 硬件设备。用户通过使用终端硬件进入元宇宙。本篇文章讲 AR/VR 的发展，重心主要落在计算和传输，存储是另外一个大话题，将在后续文章里单独进行分析。

AR/VR 设备是用户进入元宇宙的硬件入口。

AR

AR 全称 Augmented Reality/ 增强现实，即利用计算机模拟将虚拟物体叠加在真实环境里，使他们在同一画面和空间存在。

AR 的技术趋势为光波导 +Micro LED。

Web3 隐私层 Iron Fish 正式启动主网:金色财经报道，Web3 隐私层 Iron Fish 宣布已正式启动主网。Iron Fish 此前已公布代币经济模型，将在主网上线的创世区块中释放 4200 万枚代币，代币的总供应量上限为 256,970,400 枚。在最初释放的 4200 万枚代币中，测试网空投占比 2.25%；未来的空投占比 2.25%；Pre-Seed 轮投资者占比 5.1%；种子轮投资者占比 9.9%；A 轮投资者占比 14.5%；顾问占比 0.6%；核心团队占比 37.4%；IF Labs 占比 5%；用于未来捐赠的代币占比 5%；Iron Fish 基金会占比 18%。包括投资者、顾问和员工在内的人员分配的代币都将锁定 12 个月，再分为 12 个月进行释放。[2023/4/21 14:16:50]

VR

VR 全称 Virtual Reality/ 虚拟现实，即利用计算机模拟生成 3D 虚拟世界，向提供使用者近似真实的感官模拟。

VR 的技术趋势为折叠光路 +Micro OLED。

虽然 AR 和 VR 的具体技术路线有差异，但是总体的技术框架相似。两者都是需要通过选择光源和成像方案，将图像呈现在显示屏幕上，给用户从视觉上制造沉浸感。

本篇文章对沉浸感的定义，是人对计算机系统创造和显示出来的虚拟环境的感受无限趋近于人类对真实自然环境的感受。为了实现最高沉浸感，也就是最趋于人对真实世界感知的感受，对 AR/VR 设备的显示要求是类视网膜的要求。AR/VR 设备的显示屏有 2 个重要参数直接影响用户的沉浸感：

分辨率 /Resolution 这里先提一个单位，叫做 PPD(Pixel Per Degree)，它决定显示的清晰程度。与传统屏幕不同，AR/VR 等近眼设备采用 PPD 衡量屏幕的清晰程度，PPD 代表视野中每一度视场角的像素密度。类视网膜的屏幕需要达到 60PPD。另外一个需要理解的是 FOV(Field of View)/ 视场角，也可以理解为视野。假设单眼横向 FOV 为 110°，纵向约 120°：2*(110 x 60) x (120 x 60) 按照分辨率定义，也就是一块差不多 13k 的屏幕才能满足类视网膜的显示需求。

Web3音乐创作者平台SphereTrax完成25万英镑融资:3月22日消息，Web3 音乐创作者平台 SphereTrax 完成由 Jenson Funding Partners 投资的 25 万英镑（约 30.68 万美元）融资，以支持其让创作者获得音乐控制权。该轮融资将用于扩大 SphereTrax 团队。

SphereTrax 由区块链系统支持，允许创作者保留高达 75% 的版税，它使用 Bitcoin SV，支持即时付款。SphereTrax 预计将于 4 月 1 日推出，届时将有超过 1 万首曲目，并接受作曲家入驻申请。[2023/3/22 13:19:33]

刷新率 /Rate of Refresh 可以用 fps(frame per second) 理解，也就是每秒里面有多少帧图像 ( 一帧就是一张图像 )。见下图，当 fps 低的时候，人眼看到的物品的移动是不连续的。随着帧数增加，人眼感受到的是物品在连续的移动。

引用：《Frame Rate: A Beginner’s Guide for Live Streaming》

当 fps 低的时候，人会因为画面的不连续产生晕眩感。所以通过提高 fps 能降低使用 AR/VR 硬件感受到的晕眩感。当达到 60fps 的时候，基本上不会产生晕眩；当达到 144 fps 的时候，就能达到人眼能察觉的最高极限，也就达到了人类感知真实环境的效果。

IDC 公布 2021 年全球 AR/VR 出货量达到 1,120 万台，同比增长 92.1%。如果与智能手机的出货量做类比 ( 见下图 )，我们正所处在 AR/VR 时代爆发的前夕。

Robinhood正式发布加密钱包APP，可充当Web3浏览器:1月20日消息，Robinhood正式发布软钱包APP，允许用户转移、兑换加密货币和NFT，并且能够充当Web3浏览器。

Robinhood表示，该钱包还提供了其他高级功能，比如连接去中心化应用程序和NFT市场，该钱包应用会向其100万名候补用户陆续开放，未来预计将成为MetaMask、Phantom和Coinbase Wallet的竞争对手。（Decrypt）[2023/1/20 11:22:52]

随着 AR/VR 总出货量的增加，越来越多的用户将通过 AR/VR 设备进入元宇宙，同时使用 AR/VR 设备的在线人数会随之增加。

沉浸感是通过使用计算机生成的 3D 虚拟世界或是通过图像生成三维重建世界，投射在 2D 屏幕上让人感受到距离、光影、色差而得到的。3D 虚拟世界是使用专业的建模软件 ( 如 unity) 生成的，而 3D 世界 ( 包括三维重建的世界 ) 及里面的模型如何成像在 2D 屏幕上是由渲染决定的。渲染是元宇宙世界里使用最多算力的计算工作类型。渲染算法通过一系列参数 ( 例如光照角度、强度等 ) 计算出模型该有的阴影、颜色灰度等，生产出一张张让人眼看上去与真实世界非常相近的图片。用户在 AR/VR 设备里看到的其实是渲染好的图片流。现在做渲染的方式大类有三种 ( 见下 )：

本地主机：也就是应用程序跑在 AR/VR 设备里，直接使用 AR/VR 设备的硬件进行渲染，渲染完成后直接推图片流到 AR/VR 设备里的显示屏。本地主机渲染架构有几个大的痛点：

AR/VR 应用程序包大，导致在主机端无法同时下载和存储多个应用；

AR/VR 主机厂的因为需要控制设备成本价格，不会选择在主机上安装很多计算资源，因此，AR/VR 设备不能满足对渲染要求高的场景的应用程序，限制了能在 AR/VR 设备上运行的应用程序数量和类型；

游戏媒体IGN发布首个Web3游戏Abyss World预热视频:12月16日消息，IGN官方推特刚发布了一款第三人称ARPG游戏Abyss World的预热视频，这也是IGN发布的首个Web3游戏视频。

据悉，IGN是一家多媒体和评论网站，主要对象为视频游戏，现已发展成为全球规模最大的游戏娱乐媒体。[2022/12/16 21:48:51]

AR/VR 设备与人体接触，需要维持其运行的温度在人体能接受的区间，如果做太多本地计算则会使其温度上升，让热管理成为一个问题；

由于是佩戴型设备，如果在本地做太多计算，用电速度则会加快，导致用户需要频繁充电，降低了用户的佩戴时间。

基于上述的几个痛点，AR/VR 内容提供商和主机厂普遍建议不要在本地做太多计算。

串流：也就是应用程序跑在用户的电脑里，使用电脑的硬件进行渲染，渲染完成后直接推图片流到 AR/VR 设备里的显示屏。串流架构最大的痛点在于渲染速度限制于用户的硬件参数。非常少量的用户拥有能做到 13k/img/2022104143408/5.jpg" />

Web3酒店平台Blackbird完成1100万美元种子轮融资，Multicoin Capital等领投:10月6日消息，Web3酒店平台Blackbird完成1100万美元种子轮融资，Union Square Ventures、Shine Capital和Multicoin Capital共同领投，Variant、Circle Ventures和IAC等参投。Blackbird的最低可行产品可能会在2023年上半年上市。

据介绍，Blackbird是专为酒店业打造的web3平台，专注于通过忠诚度和会员服务在餐厅和客人之间建立直接联系。（TheBlock）[2022/10/6 18:41:12]

2021 年全球 GPU 总出货量加保有量大约是 4 亿颗，预计到 2025 年年底 GPU 总出货量加保有量大约是～15 亿颗。假设云厂商拥有全市场 30% 的算力，按照同比例，云厂于 2021 年拥有 1.2 亿颗 GPU，于 2025 年拥有 4.5 亿颗 GPU。

根据分辨率和 fps 的要求，算出每渲染一张照片每秒同时使用多少颗 GPU；再从总 GPU 数量，算出支持全球同时在线的 AR/VR 设备数量。可以看到，当渲染计算强度是类人眼时，也就是渲染算力需求是 13k/img/2022104143408/7.jpg" />

引用《3D 可视化入门基础：看渲染管线如何在 GPU 运作》

Application 阶段：在 CPU 端执行，通常用于准备绘制所需的几何数据、Uniform 数据等，并发送给 GPU 端；

Geometry Processing 阶段：又可以拆分为顶点着色、细分着色、几何着色、Stream Out( 用于将 Geometry Processing 阶段处理的结果写回到 Buffer 中 )、裁剪 ( 将超过 NDC 的坐标裁剪掉并生成新的顶点 )、以及屏幕映射 (Screen Mapping，将 NDC 坐标映射到屏幕坐标 )；

Rasterization( 光栅化 ) 阶段：将上一阶段处理的图 ( 点，线，三角形 ) 转变为一个个离散的像素块；

Pixel Processing 阶段：将光栅化生成的像素进行着色 (Pixel Shading)，之后将计算好的像素根据一定规则写入到 frame buffer 或者开发者指定的 buffer 中。

在这些步骤里，有几步是可以被并行处理的，例如像素着色、顶点变换、图元组装或者通用计算等。这些可以被并行处理的计算可以被发送到不同的节点上进行工作，利用分布式节点的算力，成为元宇宙的计算基础设施。

在上文里提到，当渲染强度是类人眼时，也就是渲染算力需求是 13k/img/2022104143408/8.jpg" />

云厂商的 GPU 资源还是会被充分利用，但是作为 general compute resource providers，GPU 资源除了被渲染使用，还有很大一部分会被 AI 相关的领域所使用，所以需要调动更多的计算资源；

通过激励模式，让更多的节点加入算力网络。通过评估网络里不同节点的算力的强度，分发相应的渲染工作；

AR/VR 端最终会收到多个节点推来的照片流。AR/VR 端只需要对这些照片流进行排序即可在显示屏上显示给用户。

传输

理论上来说，电信号的传播速度是光速，由于物理距离带来的数据传输延迟高的原因在于这些信号在传输过程中会有损耗，因此，长距离传输需要经过「中转站」。这些中转站在收到数据后需要把这个数据的信号加强，还原成刚发出的信号。因为这个过程需要时间，所以总的来说是地理距离越远，延迟越高。

如上图所示，当用户端 1 在离云厂商的机房物理距离远时，选择使用就近的分布式网络节点完成渲染任务；

用户端 2 在离云厂商的机房物理距离近时且离某些分布式节点近时，选择混合渲染方案，即中心 + 分布式方案；

AR/VR 端会接收多个节点推来的图片流，完成排序后，显示在屏幕上。

Tokenomics + PoPW

使用 tokenomics 激励全球的网络用户加入算力网络，PoPW 的共识协议确保数据的正确性和完整性。

Tokenomics 用于基础设施网络有两个好处：

能够在全球范围内快速扩展网络，更好的响应全球的渲染工作的需求；

大型物理网络需要资金投入，不管是前期购入硬件成本还是后期的运维和维护成本。通过使用 tokenomics 构建和维护网络并将收益全部分配给供应方是一种更具成本效益的解决方案。

分布式算力市场 Mapping

笔者认为，短期来看，Web3 驱动的分布式算力的实现难度高，不管对于渲染模型、降低使用的 GPU 门槛、还是传输，还需要时间发展。但是中长期看，这个是一个必然的结果和选择，将会支持元宇宙大规模爆发，成为元宇宙里算力的重要基建。

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