元宇宙是“方塊”搭成的？

摘要

本文著眼於一個問題：為什麼風靡全球的Roblox、Minecraft都是樂高式的方塊搭成的？為什麼不能像魔獸一樣有精美的人物模型？

特立獨行，方塊構建遊戲世界。根據Sensor Tower今年6月的數據，App Store端營收Roblox已成功登上第三位，其受歡迎程度可見一斑。值得注意的是，榜上其他遊戲多是採用傳統三維建模手段，追求一種精美、逼真的視覺體驗。反觀使用體素建模的Roblox和Minecraft，視覺體驗上差距較大。為何不顧主流趨勢，犧牲視覺效果來堅持用方塊來構建遊戲世界值得討論。

元宇宙將是三維立體，可以穿梭其中的數字新時代。元宇宙是一個由Blockchain、game、network、display四大重要元素支撐的全感官、人機交互的全真互聯網體系。這一階段的互聯網將會是三維立體的，人們不再是透過顯示屏瀏覽互聯網而是穿梭在互聯網宇宙中。元宇宙的核心不僅是要在視覺上無限接近現實，更重要的是在法則上接近真實的宇宙。真實的宇宙中，生命體和非生命體均會隨著時間的推移而改變，他們看似是一個個單獨的整體，其本質是由一個個更小的單位組成的，因此作為底層設施的建模手段需要考慮到能否滿足需求。目前的建模手段主要有三維建模和體素建模。

現階段被廣泛使用的三維建模難以滿足元宇宙世界的需求。三維建模構建的模型雖然逼真，但只是在二維視覺上給到一種三維的效果，且無法分割。這兩點使得其不適用於元宇宙世界的構建。同時，較高的創作技術要求和成本使得其難以被普通用戶作為工具來進行創作。

體素建模：構造接近真實宇宙法則的元宇宙世界。體素建模中，方塊作為最小單位搭建模型，相同屬性的方塊可以被看做FT，不同數量、屬性的FT經過不同排列方式組成NFT，且可以再互相嵌套生成全新的NFT。與市場認知不同，我們認為FT與NFT是對立統一的，類似動物都由結構相似的細胞構成，但外表卻各異。這一特性使得體素建模能夠模擬出一些真實的宇宙法則，意味著每一個方塊可以單獨改變，可以隨著時間或突發事件做出細微變化。目前，雖然體素建模搭建的世界展現的視覺效果較差。通過提升方塊的分辨率可以實現更逼真立體的視覺效果。和像素類似，當方塊的體積縮小，表達同等模型的方塊數量增加時，能夠實現精緻的畫面。除提升分辨率以外，光線追踪等技術的渲染可以帶來近乎真實的真正電影級圖形和光影物理效果。這對於硬件設備的存儲和算力要求極高。體素建模所搭建的世界是真實三維立體的。方塊堆疊的搭建方式和真實世界中一磚一瓦搭建類似。這使得用戶可以像現實世界一樣穿梭其中並進行創作活動。

投資建議：體素建模對硬件和運營帶來全新的機會。一方面，底層的算力、網絡將會升級，利好英偉達、Intel、Google、蘋果等巨頭，國內中興通訊、新華三、新易盛等硬件廠商也將受益；另一方面，對圖形建模、 IP運營提出了更高的要求，近期互聯網大廠在NFT方面的嘗試即是佐證。

風險提示：基礎建設發展不達預期，精美的視覺效果對於存儲、算力、設備的要求高，基礎建設的發展不及預期對於行業發展有影響；政策監管變化的不確定性，政策監管正在逐步摸索如何規範化，在這過程中不確定因素較多。

1.特立獨行，方塊構建遊戲世界

接觸元宇宙概念以來，我們看到風靡全球的Roblox、Minecraft都採用樂高式的方塊搭建，市場認為這只適合低齡兒童，成年人應該更青睞如《魔獸》一般精美的人物模型。為什麼此類沙盒、UGC平台都採用方塊定義世界？對行業有哪些啟發？

隨著今年初Roblox的上市，“元宇宙”這個概念開始進入人們的視野，多數人對於“元宇宙”的認知停留在遊戲的層面，認為其是一個開放的遊戲社區，擁有與現實互通的經濟體系，用戶可以在其中進行遊戲創作。自2020年起，Roblox的日活用戶數（DAU）和用戶使用時長增長迅速。根據Sensor Tower今年6月的數據，App Store端營收Roblox已成功登上第三位，僅次於常年穩居前二的“王者榮耀”和“吃雞”。不同於榜上的其他遊戲，Roblox採用了體素建模的方式，即利用一個個小方塊構建了遊戲世界。同樣頗受歡迎的Minecraft也採用了體素建模的方式，其開放的創作方式接近於元宇宙。

主流三維遊戲以三維建模為主。大部分手游和端遊是由三維三角形網格建模構建，如大受歡迎的“王者榮耀”和“GTA 5”，給到用戶一種精美、逼真的視覺體驗。尤其是“GTA 5”除常用三維網格建模工具以外，還利用了無人機掃描和激光三維重建等技術來復刻洛杉磯。

在當前追求畫面逼真度的主流趨勢下，Roblox和Minecraft卻一反常態，犧牲視覺效果，堅持用方塊來構建遊戲世界。這種設計看起來偏低齡，且無法滿足成年人的審美需要。而我們看到，部分Minecraft的用戶已經是95後，但並未離開遊戲，這些“方塊”的樂趣何在？我們從底層遊戲建模技術說起。

2.三維建模與體素建模的區別

2.1三維建模

三維建模是指使用軟件來創建三維對像或形狀的數學表示形式的過程，簡單總結有以下幾個步驟：雕刻出基本的形狀；通過拓撲工具將網格覆蓋在模型上；對於模型進行光影渲染、上色和其他細節刻畫。創建的對象稱為三維模型，這些三維模型可用於各種行業。影視、視頻遊戲、建築、施工、產品開發、科學和醫療行業均在使用三維模型進行可視化、仿真和渲染圖形設計。作為主流建模方式，其擁有成熟的建模工具，如：3D Max，Maya，Zbrush等。

三維建模具備以下特點：

1. 有成熟的創作工具，可以自由地進行創作，並且通過一些高科技技術，如激光三維建模，在虛擬世界中高度復刻現實；

2. 建模成本高且不易修改；

3. 需要專業培訓和一定美術基礎。

2.2體素建模

體素可以被理解為像素的三維版本，是數字數據於三維空間分割上的最小單位。體素建模是指用固定大小的立方塊作為最小單位來表示三維物體。

體素建模具備以下特點：

1.單個立方體可以被賦予元素特性，如：鋼、木、水等；

2.操作門檻降低且易於修改；

3.和像素一樣，人們可以通過提升體素的分辨率來實現細緻的表現。

3.體素建模——元宇宙基石，FT與NFT的對立統一

元宇宙當下才初具雛形，選擇何種建模方式取決於是否能夠滿足人們對於元宇宙未來發展的遐想。

3.1元宇宙將是三維立體，可以穿梭其中的互聯網新時代

互聯網從誕生至今，經歷了兩次重要變革。第一次是1998年，人們終於擺脫了對於英特網的能否成功的疑慮，互聯網不再是僅停留在實驗階段的一個概念。一個大時代開始，互聯網傾入各行各業，到2008年這一階段可以被稱之為pc互聯網時代。第二次是2008年，伴隨著智能手機的飛速發展，互聯網飛速融合了無線設備並經歷了服務和內容方面的發展，打敗了傳統的紙媒和電視、代替了電話和短信。互聯網不僅自身進行了重新定義，同時改變了人類長久習慣的生活方式，這一階段可以被成為移動互聯網時代。

目前，互聯網的第三次變革雛形初現，即“元宇宙”。 “元宇宙”是一個由Blockchain、game、network、display四大重要元素支撐的全感官、人機交互的全真互聯網體系。這一階段的互聯網將會是三維立體的，人們不再是透過顯示屏瀏覽互聯網而是穿梭在互聯網宇宙中。

3.2體素建模能塑造接近真實宇宙法則的元宇宙世界

元宇宙的核心不僅是要在視覺上無限接近現實，更重要的是在法則上接近真實的宇宙。這使得選擇何種建模手段去實現這一特質變得很關鍵。真實的宇宙中，生命體和非生命體均會隨著時間的推移而改變。人會慢慢變老，長出皺紋；建築會隨著時間損壞、風化。同時，物體和生物看似是一個個單獨的整體，其本質是由一個個更小的單位組成的，如：細胞、磚塊等。

現階段被廣泛使用的三維（網格）建模難以滿足元宇宙世界的需求。目前的三維建模技術雖已經能夠復刻出逼真的視覺畫面，但其建造的方式和過程決定了三維建模技術難以復刻真實宇宙法則。主要有以下幾點原因：

1.三維建模技術通過三角形或多邊形組成的網格來模擬複雜物體的表面，再進行上色、渲染等步驟使得視覺上所建造的模型是三維立體的，但這僅僅是視覺上的假象。

2.三維建模技術所建造的模型是一個整體，無法分割。這決定了完成的模型無法模仿真實宇宙法則隨著時間推移進行細微的改變。

3.需要昂貴的軟件和專業的培訓才能進行模型搭建，對於普通用戶來說難以參與創作。初期，元宇宙概念主要圍繞著game，打造一個用戶可以自由創作且從中獲益的遊戲平台能夠形成遊戲內容的良好創作生態。這使得簡單易上手的建模方式稱為必須。

體素建模的特質決定了其被用於構建元宇宙世界。

3.2.1方塊作為最小單位搭建模型

在區塊鏈概念中，被賦予不同屬性的同質化代幣（FT——fungibletoken）結合在一起，組成了非同質化代幣（NFT——non-fungible token），一層層嵌套。這樣的方式模擬了上文中所提到了不同的物體或生物看似是一個個獨立整體，本質確是由許多同質化的元素組成的。如：建築物均是由磚頭、木頭、鋼鐵、玻璃等元素建造成功的，不同的排列組合構建出了不同的建築。同理，生物均是由細胞組成的，細菌等絕大部分微生物以及原生動物為單細胞生物，高等植物與高等動物則是多細胞生物。

此前在區塊鏈世界中，人們認識到同質化代幣與股票類似的交易屬性，而非同質化代幣則更多與現實數字資產相結合，畢竟音樂版權、藝術品等都有個體差異。但在元宇宙中，兩者將構成對立統一的主體，從而更逼真地映射現實世界。體素建模中，相同屬性的方塊可以被看做FT，不同數量、屬性的FT經過不同排列方式組成NFT，且可以再互相嵌套生成全新的NFT。這一特性使得體素建模能夠模擬出一些真實的宇宙法則。

1.體素建模構建的世界以方塊為最小單位，意味著每一個方塊可以單獨改變。這一原則能夠幫助實現我們所需要的，在元宇宙世界裡，隨著時間、突發事件等，物體會作出相對應的改變。

可以展現真實的摧毀和損壞。三維建模構建的模型是一個整體，摧毀一個物體只是代碼上的一個刪除，被摧毀的物體將不留痕跡消失。即使我們能夠看到摧毀的過程也只是電腦代碼製作出的假象。而體素建模的模型被摧毀或損壞後，切實存在一個NFT被打碎成一堆FT或小的NFT。

2.每一個方塊可以被賦予不同的屬性並表現出這一屬性特有的硬度、彈性等，且可被標記。這種方式，可以實現不同的模型的特性是不同的。如：木頭屬性方塊構建的物體可以輕易被鋼屬性構建的工具損壞。而三維建模構建的物體屬性上是一致的。除此之外，在塑造人物形象時，可以通過這一特點從內而外表達出人物形象的特點（類似現實生活中的DNA）。

3.2.2通過提升方塊的分辨率可以實現更逼真立體的視覺效果

目前我們隨看到的大多數體素建模遊戲的畫質都比較粗糙，但在視覺效果方面其實有較大的空間，沒有普及的主要原因是對於存儲、算力等基礎建設要求嚴格。

體素就是三維版本的像素，可以通過提升體素數據的分辨率，例如從每立方米一個體素提升至每立方厘米一個體素來增強畫面的精緻度。分辨率的提升意味著表達同一個模型所需的方塊數量幾何倍增長，對於存儲空間要求很高，且在加載的過程中對於電腦的硬件要求高。

除提升分辨率以外，光線追踪等技術的渲染可以帶來近乎真實的真正電影級圖形和光影物理效果。光線追踪是指通過追踪光線與物體表面發生的交互作用，得到光線經過路徑的模型。實時光線追踪渲染對於GPU的要求極高。

3.2.3體素建模構建的世界是真實三維立體的

不同於三維建模僅是在視覺上做出三維立體的感受，體素建模所搭建的世界是真實三維立體的。方塊堆疊的搭建方式和真實世界中一磚一瓦搭建類似。這使得用戶可以真實穿梭在元宇宙世界中。這一特質使用戶能夠在元宇宙世界中“搬磚”創造物體。

4.投資建議

體素建模將成為元宇宙的基礎，其對網絡、終端算力的需求將逐步凸顯。一方面，底層的算力、網絡的升級，利好英偉達、Intel、Google、蘋果等巨頭，國內中興通訊、新華三、新易盛、立訊精密等硬件廠商也將受益；另一方面，對圖形建模、IP運營提出了更高的要求，近期互聯網大廠在NFT方面的嘗試即是佐證，而圖形建模對於Z世代而言將和搭建個人主頁一樣常見。

風險提示

基礎建設發展不達預期，精美的視覺效果對於存儲、算力、設備的要求高，基礎建設的發展不及預期對於行業發展有影響；政策監管變化的不確定性，政策監管正在逐步摸索如何規範化，在這過程中不確定因素較多。

本文節選自國盛證券研究所已於2021年8月4日發布的報告《國盛區塊鏈| 元宇宙（三）——元宇宙是“方塊”搭成的？ 》，具體內容請詳見相關報告。

宋嘉吉 S0680519010002 songjiaji@gszq.com

金鬱欣 S0680521070002 jinyuxin@gszq.com