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司晓：数字交互引擎助力数实融合——功能特征、应用场景与前景趋势

腾讯研究院

发布于 2024-01-05 01:42:52

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数字交互引擎是在文化创意场景下产生、伴随数字文化产业升级而不断实现技术迭代一类工具集，其核心能力是支持“实时虚实交互”。在服务游戏产业高效构建虚拟世界、与现实世界高质量交互的过程中，数字交互引擎形成了一套技术能力体系，同时在产业数字化的浪潮中，逐渐跨界进入文旅、工业、建筑等领域，成为多领域实现三维可视化仿真、沉浸式人机协作的基础工具集。

数字交互引擎的

起源与发展：历经“三重变迁”

数字交互引擎集成物理模拟、3D建模、实时渲染等多种前沿技术，是文化科技融合的典型产物。数字交互引擎在发展前期主要应用于游戏场景，在行业场景下被称为“游戏引擎”；当前，数字交互引擎已经应用于多元领域，并有望基于游戏特有组件的精简、重构和行业能力的补充，形成面向行业的“通用引擎”。

数字交互引擎的起源与发展伴随着“三重变迁”：在数字交互引擎的推动下，游戏作为文化传播媒介实现了重要的媒介跃迁；在文化消费需求升级的驱动下，数字交互引擎不断实现技术迭代，从单一领域技术走向通用技术；同时，随着其社会功能从模拟现实走向“以数促实”，数字交互引擎被日益广泛地应用于实体行业的数字化转型中，成为构建实时虚拟世界、实现虚实交互的关键工具集。在数实融合的浪潮中，数字交互引擎正在实现广阔的价值连接。

1. 媒介跃迁：从视听层面向走向感知交互层面

回顾现代媒介的发展历程，不断借助新兴技术创造“虚拟世界”，是人类社会生生不息的愿望。这既是实现文化创意、认识物理世界的重要途径，也是文化科技融合的重要推动力，催生出摄影、电影、电视等各类文化艺术形态。20世纪中叶电子游戏诞生，意味着人们对虚拟世界的探索进入新阶段：从视听层面向走向更深层次的感知、交互层面。虚拟场景的构建，也逐步从二维平面影像走向更具沉浸感、交互感的三维形态。

为了提升创作效率，游戏开发者逐步使用数字交互引擎提供可直接调用的功能模块，简化游戏开发流程。20世纪90年代初，早期游戏开发者构建通用代码的开发工具，如知名游戏制作工具RPG Maker，已具有数字交互引擎的雏形。1993年，“3D游戏之父”卡马克（John Carmack）在开发游戏《毁灭战士（DOOM）》的过程中开发了Id Tech引擎，被广泛认为是应用于游戏行业的第一款数字交互引擎。1996年，Id Software公司推出《雷神之锤（Quake）》，Quake引擎被认为是游戏行业的第一款3D数字交互引擎。

数字交互引擎不仅能提升数字文化内容的开发效率，其核心能力还体现为实时渲染能力。多数三维内容制作软件支持创建“可观看”的虚拟世界，但影视、动画乃至实体行业常用的三维软件多为非实时渲染，输出的成果是既定内容，交互性较为欠缺；相比之下，数字交互引擎能够通过实时渲染创建“可观看、可交互的虚拟场景”——在构建虚拟场景的基础上，动态呈现其外观变化，支持其与物理世界达成实时交互。

梅罗维茨（Joshua Meyrowitz）认为，新的传播媒介的出现和广泛使用，可能会塑造新的社会场景，而新的社会场景模式又会重新塑造社会行为 [1]。数字交互引擎不仅让人们对虚拟世界的探索更加深层多维，也促使游戏作为文化媒介实现了一次重要跃迁——内容的“受众”走向“参与者”甚至是“创造者”，媒介受众的主动权大大提升，与创作者共同完成了内容的构建。

2. 技术升级：从单一领域技术走向通用技术

数字交互引擎是计算机图形技术的集大成者，在发展前期主要应用于游戏场景。游戏产业庞大的用户规模以及不断追求极致体验的天然基因，为数字交互引擎提供了持续迭代技术的动力。21世纪以来，数字交互引擎的实时光影渲染、物理仿真等关键能力持续增强，与前沿科技形成广泛交叉，驱动终端硬件、显卡性能不断升级，并发展出独特能力与优势。

一方面，数字交互引擎能够加速虚拟世界的场景构建，提升虚拟场景开发效率。例如，2022年腾讯联合中国文保基金会、五洲传播中心等机构推出的“云游长城”项目，借助数字交互引擎、云游戏等游戏科技，毫米级高精度复刻了一公里长的喜峰口长城，同时结合PCG（程序化内容生成）技术快速复原长城植被，高效“种植”了超过20万棵树。

另一方面，数字交互引擎能够实现高性能渲染、呈现高度拟真的视觉效果，并在芯片等技术的推动下不断优化渲染效果。2018年，英伟达发布支持实时光线追踪的RTX系列显卡，此后虚幻引擎5、全球头部厂商的自研引擎纷纷实现基于光线追踪的实时动态全局光照技术，标志着游戏产业进入“实时动态全局光照时代”，将虚拟场景的画面效果提升至电影级。

游戏产业科技属性的不断增强，也带动了技术的跨界应用，数字交互引擎逐步适配多种高性能硬件平台，构建跨行业通用能力。2008年左右，伴随移动互联网时代到来，Unity等主流商业引擎开启“移动端迁移”，并逐步支持iOS、安卓等20余个平台；2018年左右，主流商业引擎超越游戏场景，涉足影视、汽车、建筑设计等领域；2022年以来，国产自研引擎跨界应用于文物保护、工业制造等多元领域，加速拓展行业能力与应用场景。

当前，数字交互引擎正在从单一领域的工具集走向跨平台、跨行业的通用技术。如同汽车引擎决定了汽车的核心性能，数字交互引擎决定了虚拟世界的声光效果、交互感等核心表现力，已成为构建实时虚拟世界、实现虚实交互的关键工具集。

3. 功能拓展：从模拟现实走向“以数促实”

美国哲学家伯纳德·舒兹（Bernard Suits）认为，“玩游戏即是自愿克服非必要的障碍”[2]。这反映了游戏的一大基础功能：帮助人们在模拟现实的场景下，完成超功利的自我实现。随着网络游戏的社会功能不断拓展，非功利性的游戏行为，也能够通过模拟现实世界的外观及运转规律，为解决现实问题提供帮助。作为游戏产业价值外溢的代表性技术，数字交互引擎被日益广泛地应用于实体行业数字化转型中，发挥“以数促实”的功能。

从功能模块来看，数字交互引擎主要由图形模块、仿真模块、实时渲染等模块构成，通过两个核心功能实现对现实的模拟：一方面参考物理世界，高效地构建虚拟场景及其变化规则，并能实现高度拟真的画面效果；另一方面，让虚拟世界向物理世界实时输出声、像、图等反馈，模拟现实世界的互动规律，支持“两个世界”的实时交互。

基于这两大核心功能，数字交互引擎在各行业所需的实时3D显示、实时交互等场景下具备丰富应用空间，实现“虚拟重现”“虚拟仿真”“虚实融合”“虚实互动”等功能。其中，“虚拟重现”主要指逼真再现已经消失的物理空间及其运动轨迹；“虚拟仿真”即通过打造虚拟场景，支持对现实场景的模拟、预测等；虚实融合是将真实元素和虚拟场景进行融合、实时关联匹配；虚实互动指支持人们与虚拟场景进行实时互动、实现沉浸式协作。

尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）提出的“数字化生存”概念，认为人类将在一个虚拟化、数字化的空间中生存[3]。今天，数字技术对各行各业的渗透已成趋势，数字交互引擎创建的实时数字场景，能够广泛助力创意与工作流程的数字化呈现与模拟，成为支持“虚实融合”“以数促实”的重要技术基础。

数字交互引擎的应用：

从社会消费端向生产端延伸

当前，数字中国建设已经进入整体布局、全面推进的新阶段，文化数字化也上升至国家战略新高度。数实融合进程加速的背景下，数字交互引擎与云计算、AI等数字技术交织融合，已构成新一轮产业数字化、智能化革命的基础设施。其中，数字交互引擎的应用正在从社会消费端向生产端延伸：不仅作为文化数字化的重要技术支撑，助力文化业态打破时空局限、实现多维升级；也走向制造业领域的“新型工业软件”，支持实时、智能、高度可视化的数字场景，帮助企业生产提质增效。

1. 支持文化产业数字化，从“在线”到“在场”的“助推器”

随着数字经济的发展不断变革文化生产传播方式、塑造文化数字化新生态，数实融合已成为文化产业实现高质量发展的重要路径。传统文化产业创新面临的最大挑战之一，就是如何借助数字技术，推动文化消费走向体验化、情感化，文化生产实现智能化、高效化。《关于推进实施国家文化数字化战略的意见》提出，“大力发展线上线下一体化、在线在场相结合的数字化文化新体验”。这一背景下，数字交互引擎作为构建虚实交互的关键工具集，在影视、演艺、文保、会展、旅游等领域的数字化转型中实现了广泛应用，成为文化生产与消费从“在线”转向“在场”的关键推动力。

在文化消费环节，数字交互引擎通过创造“远程在场”的文化体验场景，让文化传播打破时空限制，提供科幻级的场景还原、沉浸体验。在演艺直播领域，数字交互引擎支持的“虚拟演播室”模式已经得到广泛应用，可通过“实时渲染+实时抠像”使观众看到现场LED和舞台以外的特效，将演播室的现实场景无缝连接到虚拟世界。例如，虚幻引擎曾支持多届央视春晚打造舞台特效，结合AR技术创造出画面逼真、交互感强的演出场景。在文物保护领域，数字交互引擎能够助力文物实现“数字永生”，并实现线上线下联动传播。今年敦煌研究院联合腾讯推出“数字藏经洞”项目，通过数字交互引擎、数字照扫、云游戏等技术，1:1毫米级高精度复现了敦煌藏经洞，及其百年前室藏6万余卷珍贵文物的盛况，生动演绎了藏经洞及文物背后的千年文化故事。

在文化生产环节，数字交互引擎通过支持“虚拟在场”的内容拍摄、创意演练，让文化创作脱离有限场域，实现智能、交互、高效的创作流程。在影视制作领域，数字交互引擎与LED结合能够作为核心工具，支持虚拟制作、虚拟预演等创新技术形态，推动影视制作技术的重要变革。其中，虚拟制作改变了传统“绿幕模式”需要先拍摄真实场景、再进行后期特效合成的流程，让虚实融合的拍摄实现“所拍既所得”，有效提升影视制作效率；《流浪地球2》是国内首部全片采用虚拟预演拍摄的电影[4]，借助数字交互引擎构建了一个可由导演和主创任意推演的“沙盘模型”，并提前预演出演员表演走位、摄影机运动、特效等元素，替代实景演练、让实际拍摄更加高效，有效降低了影视制作中的不确定性。

随着数字交互引擎在各文化领域的应用不断成熟，并通过其对视听内容生产流程的整合优化来提升生产效率，其已呈现出“整合性内容生产中台”的特征[5]。未来，数字交互引擎有望成为文化领域通用、开放的技术能力，重构数字文化领域的技术流程；同时发挥重要的资源整合作用，通过对数字资产实现统一复用、快速转换，让IP开发更加系统、高效，助力文化内容的“跨媒介叙事”走向成熟[6]。

2. 助力制造业创新升级，实现提质增效的“工具箱”

近年来，数实融合正在助推我国制造业“提速换挡”，加速构建形成现代化的制造业体系。这一进程中，智能化、可视化成为工业生产数字化转型的重要需求，推动数字交互引擎在实体产业的应用呈现出“由点及面”的发展趋势。数字交互引擎能够在数字空间中将物理实体构建为可视化、智能化的“副本”，为汽车、民航等工业制造领域提供监控管理、远程连接、演练测试的数字场景，并助力各行业基于数字仿真实现“模拟择优”，提高研发生产效率、降低产业创新风险。

打造三维可视化的“数字工厂”，为辅助决策、优化生产等提供支持，是工业数字化转型的重要路径，这一过程中，数字交互引擎可以和传统工业软件结合，增强传统工业软件在3D显示、实时交互等方面的能力，成为“新型工业软件”[7]。同时，数字交互引擎能够使数字孪生技术在实时交互、灵活部署方面更进一步，近年来已成为工业数字孪生重要的构建及运行平台。例如，华晨宝马里达工厂沈阳基地的建设，借助虚幻引擎3D创作平台，在虚拟环境中对工厂进行规划和模拟，加速了工厂的落成投产。家电制造领域，海尔基于Unity引擎开发了卡奥斯COSMOPlat数字孪生平台，打造海尔智慧产线，可实现对生产过程的监控与管理。

在智能汽车领域，数字交互引擎已成为智能座舱人机界面设计、自动驾驶仿真测试的重要工具。智能座舱人机界面是系统和用户之间进行信息交互的媒介，数字交互引擎支持的优质画面效果、实时交互特性、跨平台通用能力使其在该领域具有显著优势，可有效提升智能座舱人机界面的设计效率。在自动驾驶方面，数字交互引擎可以构建实时的高精度仿真场景，助力仿真测试开展，加速智能驾驶的商用化落地。当前国内25款主流自动驾驶仿真软件中，有7款软件是在与数字交互引擎合作的基础上完成[8]。

在民航工业领域，数字交互引擎正在助力国家高端制造装备升级、攻克技术难题。长期以来，民航虚拟训练场景存在逼真度不够、渲染效果差、建模效率低等影响训练质效的问题。今年6月，南航和腾讯合作，基于南航自研虚像显示技术和腾讯自研引擎技术共同打造的全动飞行模拟机视景系统，完成了模拟机视景系统的代际升级，有力促进了我国民航工业核心自研技术发展，使我国成为全球第三个能独立自主研发高等级视景系统的国家。过去在“视景系统”高精度还原一个大型机场，往往需要1到2个月，现在通过腾讯自研引擎和PCG技术只需3天，在保证效果的基础上，能够将虚拟世界的重建效率提高10倍以上。

整体而言，数字交互引擎能够充分调用芯片算力、图像显示、网络带宽、交互技术等前沿科技能力，为数实融合提供“工具箱”。未来，数字交互引擎有望成为助力国家智能制造，乃至更多工业领域升级的创新工具集，为经济社会发展提供新动能。

数字交互引擎

助力数实融合的前景趋势

当前，数实融合的新浪潮正以势不可挡的姿态袭来，其显著特征在于，数字技术与实体经济从局限于部分行业与场景的点状融合，朝着广泛、充分、深入的融合演进。未来，数字交互引擎将迎来行业端、大众端的应用突破、能力升级，在数字经济中实现更广阔的价值连接；同时，随着以数字交互引擎为代表的游戏科技进入游戏之外的更多领域，游戏将迎来新的产业扩容，成为不断创造新价值与新可能的“超级数字场景”，数字交互引擎与AIGC等技术的融合将加速打造更多超级数字场景，助力数实融合走向新高度。

1. 行业应用持续深化，数字交互引擎有望应用于千行百业

当前，数字交互引擎的跨界应用已经跑通，大规模的产业数字化将进一步为数字交互引擎带来丰富的市场机会，推动其加速实现跨行业、跨设备的融合应用。

一方面，随着数实融合进入新阶段，各行业对于3D可视化表达、沉浸式人机交互的需求将进一步提升，需要更好的技术来支持优质的画面、流畅的交互；另一方面，传统行业将持续寻找新技术来预防风险、降低成本，比如在建筑、城市等领域，未来将更多地使用数字交互引擎进行模拟、演练，预防行业风险，降低不确定性与相关成本。

随着数字交互引擎的视觉表达效果不断提升，并满足更多行业的需求，未来有望依托数字交互引擎，通过行业深度应用、技术能力积累，形成面向行业的“标准化引擎”，成为数字基建的工具。

2. 大众应用门槛降低，数字交互引擎促进内容创作生产UGC化

数实融合的趋势演进，不仅涉及科技与经济，也关系到大众生活方方面面，是每个行业、个体的共同参与的智能化演进。深度数实融合的社会形态，将伴随着主流信息媒介的升级。

随着数字技术与社会生活实现无缝连接，数字交互引擎或将走向UGC工具形态，以更低的使用门槛为大众提供3D内容的生产力。正如今天短视频变革了社会信息传播方式，数字交互引擎也有望作为大众化的3D内容生产与交互工具，支持人们创造自身在虚拟空间中的形象及资产等，在数实相生世界里实现生产与生活。

当前，面向大众的游戏创作工具已经初现雏形，但数字交互引擎要真正走向大众化，还需要从技术、生态、商业模式等维度积累资源、构建能力，实现高质量的画面效果及实时算力支撑，培育丰富的开发者与多元内容体系，构建可持续的商业模式以推动创作者变现，进一步聚集内容开发者，真正推动“交互式内容”的大众化时代到来。

3. 技术融合提速，数字交互引擎与AIGC结合将加速打造超级数字场景

数实融合推动产业升级，依托于多种前沿技术的深度应用，也会进一步加深技术之间的彼此交融，形成新的基础设施。游戏作为前沿科技的“试炼场”，在深度跨界、产业扩容的过程中，必然将促使数字交互引擎进一步与多种前沿技术形成广泛连接，其中，数字交互引擎与AIGC技术的相互融合、驱动将成为重要趋势。

首先，数字交互引擎为AIGC爆发提供了重要推动力，并能助力AIGC迈过“深水区”。数字交互引擎为AI提供了测试与训练的重要环境，助力AI深度强化学习取得突破；同时，AIGC当前在3D内容侧的能力仍存障碍，而PCG技术已大量应用于3D内容制作，二者的结合可助力AIGC突破瓶颈、提升3D侧能力。

其次，AIGC技术融入数字交互引擎，将加速数字文化产业的工业化进程。当前，AIGC已渗透进数字文化制作的多个环节，包括动画、语音、美术、3D资产及场景等领域，简化内容开发流程。未来数字交互引擎将进一步集成多种AIGC能力，提升影视、游戏、广告等行业的智能化、工业化水平。

此外，数字交互引擎与AIGC的结合，将辐射多元社会场景，打造构建超级数字场景的高效工具集。例如，英伟达的Omniverse平台集成了数字交互引擎、AI等多种技术能力，不仅能够支持高效开发场景逼真、物理精确的游戏，也能广泛助力工业制造、自动驾驶等领域的虚拟仿真与协作。未来，数字交互引擎与AIGC相结合，将加速打造更多的超级数字场景，在感知与认知的双重维度上，实现人类生产与生活模式的全面升级。

结语

在数实融合不断深化的背景下，数字交互引擎正在为众多行业提供创新解决方案，“数字交互引擎是重要科技力量”这一观点也已经形成共识。今年7月，中国音像与数字出版协会游戏工委、中国游戏产业研究院开展的专家调研显示，跨行业专家普遍认同数字交互引擎代表着游戏产业原生的科技力量；92%的受访专家认为，数字交互引擎是关系到我国科技竞争力的重要技术。2023年，科技部已将“三维数字交互引擎关键技术研发与应用生态构建”纳入国家重点研发计划。

综观国内数字交互引擎的市场格局，近年来，国内头部游戏企业在引擎技术的研发与跨行业应用方面已经取得一定的成果。但整体而言，国产引擎发展仍面临多重因素制约，包括技术起步晚、研发成本高、人才门槛高等。未来我们可从技术、市场、人才、应用等路径着手，强化国产引擎的研发能力与市场竞争力：首先，加强数字交互引擎技术的研究与应用，强化产学研合作，支持研发自主可控、开放先进的数字交互引擎，创新数字交互引擎的中国品牌；其次，为国产引擎提供更多资源倾斜与支持，大力推广数字交互引擎创作分发平台；同时，加大专业人才培育力度，鼓励行业提供更多自研技术机会，为人才成长创造空间；此外，明确各领域产业需求，使数字交互引擎能更有效地适应各种场景应用，推动数字交互引擎链接更多社会场景，为落实国家文化数字化战略、释放数字经济新动能创造更大价值。

原文刊登 | 《中国数字出版》2023年创刊号

参考资料来源:

[1] 约书亚·梅罗维茨.消失的地域：电子媒介对社会行为的影响[M].肖志军译.北京：清华大学出版社,2002.

[2] 伯纳德·舒兹.蚱蜢：游戏、生命与乌托邦[M].胡天玫,周育萍,译.重庆：重庆出版社,2022.

[3] 尼葛洛庞帝.数字化生存[M].胡泳,范海燕,译.海口:海南出版社,1997.

[4] 赵琳,张忠德.让剧本“可视化”预演,《流浪地球2》《独行月球》都用

了这一技术[EB/OL].(2023-04-07）[2023-10-15].

https://roll.sohu.com/a/664068844_121332524.

[5] 中国文化和科技融合发展战略研究报告（2022）[EB/OL].(2022-12-02)[2023-10-24].

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1751078480299440356&wfr=spider&for=pc.

[6] 亨利·詹金斯.融合文化：新媒体和旧媒体的冲突地带[M].杜永明,译.北京：商务印书馆,2012.

[7] 2022文化科技十大前沿应用趋势[EB/OL].（2023-03-28）[2023-10-24].