西南交通大學(xué)《元宇宙概論》課程教學(xué)大綱（2021版）一、課程基本信息課程名稱(chēng)元宇宙概論IntroductiontoMetaverse課程代碼課程性質(zhì)通識(shí)課/選修課開(kāi)課單位計(jì)算機(jī)與人工智能學(xué)院課程類(lèi)型□√通識(shí)課GeneralEducationCourses□新生研討課FreshmanSeminar□公共基礎(chǔ)課PublicBasicCourses□專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課SpecialtyFoundationalCourses□專(zhuān)業(yè)課SpecializedCourses□實(shí)驗(yàn)課ExperimentalCourses□課程設(shè)計(jì)CurriculumDesign□√多元化課程DiversifiedCourses□實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)PracticalTraining授課學(xué)期第2學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)2/34課內(nèi)學(xué)時(shí)26理論學(xué)時(shí)4實(shí)踐學(xué)時(shí)4課外學(xué)時(shí)4課程負(fù)責(zé)人趙其剛課程團(tuán)隊(duì)李天瑞王紅軍適用專(zhuān)業(yè)無(wú)限制授課語(yǔ)言中文先修課程無(wú)要求后續(xù)課程區(qū)塊鏈/人工智能/軟件工程等課程中文簡(jiǎn)介元宇宙是人類(lèi)社會(huì)信息科技發(fā)展到一個(gè)新的階段后，對(duì)信息科技的又一次集中、集成運(yùn)用，是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的高階形態(tài)，它將全面促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)物質(zhì)空間、數(shù)字空間與人自身能力的高度發(fā)展和融合，并由此推進(jìn)人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)、生活方式及產(chǎn)業(yè)形態(tài)的重大改變。對(duì)元宇宙的學(xué)習(xí)有助學(xué)生了解當(dāng)今新興IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新動(dòng)向，并有助于拓展創(chuàng)新思維、開(kāi)拓視野，為未來(lái)的方向選擇奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前通過(guò)各類(lèi)媒體、報(bào)刊、文獻(xiàn)所看到的元宇宙知識(shí)屬于大量的碎片式性知識(shí)，這些以知識(shí)點(diǎn)為特征的內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性、整體性，很多情況下相互矛盾，難以為我們的學(xué)習(xí)、工作與實(shí)踐提供切實(shí)的指導(dǎo)和幫助。本課程擬通過(guò)我們對(duì)元宇宙的系統(tǒng)思考和知識(shí)總結(jié)，以IT知識(shí)架構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合業(yè)界對(duì)元宇宙的主流定義，擬從如下方面展開(kāi)元宇宙的闡述。第一方面，我們將向?qū)W習(xí)者從整體上闡述元宇宙的概念、產(chǎn)生、發(fā)展歷程，從哲學(xué)的視角考察元宇宙的位置，建立元宇宙的根本思維；從與現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的比較，闡述以區(qū)塊鏈作為底層基礎(chǔ)設(shè)施的元宇宙經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，將呈現(xiàn)的新特征和運(yùn)行模式；從現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界融合的角度，分析原子世界與比特世界如何相互支撐與賦能；從元宇宙的構(gòu)建與發(fā)展將帶來(lái)的社會(huì)變革角度，研究元宇宙將對(duì)現(xiàn)實(shí)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)關(guān)系、社會(huì)關(guān)系、社會(huì)階層、產(chǎn)業(yè)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的巨變；從元宇宙有序發(fā)展的要求出發(fā)，討論未來(lái)元宇宙治理中的倫理問(wèn)題、國(guó)家與主權(quán)問(wèn)題、法律問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)社會(huì)組織與有序管理問(wèn)題。第二方面，基于元宇宙是信息科技發(fā)展到了一個(gè)新的階段后的集中、集成運(yùn)用的事實(shí)，我們將向?qū)W習(xí)者詳細(xì)介紹這些新的信息科技，以讓學(xué)習(xí)者明白這些信息科技各自在元宇宙發(fā)展中所發(fā)揮的重要作用。這些信息科技包括：感知物理世界包括感知我們?nèi)梭w及大腦信號(hào)各類(lèi)物聯(lián)感知技術(shù)，如各類(lèi)傳感技術(shù)、影像采集技術(shù)、體感裝置及腦機(jī)接口等；進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，特別是終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，如核心網(wǎng)技術(shù)、５Ｇ/６Ｇ技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)；進(jìn)行高速數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算的計(jì)算技術(shù)，如云計(jì)算、量子計(jì)算、邊緣計(jì)算、可信計(jì)算及虛擬現(xiàn)實(shí)引擎等；提供元宇宙經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)施、可信計(jì)算與可信數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈技術(shù)、分布式存儲(chǔ)技術(shù)與ＷＥＢ３.０；基于大量物理世界、虛擬世界中的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)并服務(wù)于諸多虛實(shí)場(chǎng)景的人工智能技術(shù)；以及推進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界充分融合的虛擬現(xiàn)實(shí)VR\增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)ＡＲ＼虛實(shí)混合技術(shù)MＲ。通過(guò)這些技術(shù)的了解使學(xué)習(xí)者建立起元宇宙的ＩＴ技術(shù)架構(gòu)，并明白這些技術(shù)是如何影響元宇的發(fā)展的。第三方面，我們將基于對(duì)人類(lèi)社會(huì)運(yùn)行、發(fā)展結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)元宇宙數(shù)字空間與現(xiàn)實(shí)空間的充分融合趨勢(shì)，探討未來(lái)元宇宙社會(huì)的整體運(yùn)行架構(gòu)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，包括：如何基于感知技術(shù)、人工智能的鏈接為元宇宙社會(huì)提供物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)的物理世界；物聯(lián)設(shè)施、智能設(shè)施如何有序組織，構(gòu)建元宇宙社會(huì)的“手”和“腳”；通信網(wǎng)絡(luò)、算力設(shè)施、數(shù)據(jù)中心如何有序部署，為元宇宙社會(huì)提供基礎(chǔ)設(shè)施，即我們現(xiàn)在所談的新基建；區(qū)塊鏈如何可靠部署和運(yùn)行，以為元宇宙數(shù)字資產(chǎn)、社會(huì)關(guān)系搭建可靠的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)；元宇宙中的居民如何基于元宇宙的新基建、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建各類(lèi)社會(huì)關(guān)系，并穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，這需要借助基于區(qū)塊鏈的智能合約；結(jié)合各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景和虛實(shí)交互需求，如何發(fā)展構(gòu)建元宇宙的豐富應(yīng)用生態(tài)。第四方面，我們將結(jié)合各類(lèi)已經(jīng)出現(xiàn)、尚在構(gòu)思中或完全基于我們推測(cè)和展望，探討各類(lèi)元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景。包括面向消費(fèi)端的各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，如學(xué)習(xí)、購(gòu)物、娛樂(lè)、旅游、工作和生活場(chǎng)景；面向企業(yè)端的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、城市管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的場(chǎng)景；以及因元宇宙的發(fā)展而催生的元宇宙產(chǎn)業(yè)生態(tài)，包括基礎(chǔ)設(shè)施、開(kāi)發(fā)工具、應(yīng)用開(kāi)發(fā)商及各類(lèi)應(yīng)用運(yùn)營(yíng)商。在課程的最后，我們將結(jié)合元宇宙的最新發(fā)展趨勢(shì)，給出我們對(duì)元宇宙未來(lái)發(fā)展愿景的展望，并對(duì)可能的發(fā)展路徑進(jìn)行預(yù)測(cè)。課程英文簡(jiǎn)介Metaverseisanothercentralizedandintegratedapplicationofinformationtechnologyafterthedevelopmentofinformationtechnologyinhumansocietytoanewstage.Itisahigh-levelformofInternetdevelopment.Itwillcomprehensivelypromotethehighdevelopmentandintegrationofhumansocialmaterialspace,digitalspaceandhumanownability,andthuspromotethesignificantchangesofhumansocialproduction,lifestyleandindustrialform.Thestudyofmetauniversehelpsstudentsunderstandthelatesttrendofthedevelopmentoftoday'semergingITindustry,expandtheirthinkingandvision,andlayafoundationforthechoiceofdirectioninthefuture.Atpresent,theMetaverseknowledgeseenthroughvariousmedia,newspapersanddocumentsbelongstoalargenumberoffragmentedknowledge.Thesecontentscharacterizedbyknowledgepointsarelackofsystematicnessandintegrity.Inmanycases,theyarecontradictoryanddifficulttoprovidepracticalguidanceandhelpforourstudy,workandpractice.ThroughoursystematicthinkingandknowledgesummaryoftheMetaverse,basedontheITknowledgearchitectureandcombinedwithourdefinitionoftheMetaverse,thiscourseintendstoelaboratetheMetaversefromthefollowingaspects.Ontheonehand,wewillexplaintheconcept,emergenceanddevelopmentofthemetaversetolearnersasawhole,investigatethelocationoftheMetaversefromaphilosophicalperspective,andestablishthefundamentalthinkingoftheMetaverse;Fromthecomparisonwiththerealeconomicsystem,thischapterexpoundsthenewcharacteristicsandoperationmodeoftheMetaverseeconomicsystemwithblockchainastheunderlyinginfrastructure;Fromtheperspectiveoftheintegrationofrealworldandvirtualworld,thischapteranalyzeshowtheatomicworldandbitworldsupportandempowereachother;FromtheperspectiveofsocialchangesthattheconstructionanddevelopmentoftheMetaversewillbring,thischapterstudiesthegreatchangesthattheMetaversewillbringtotheeconomicrelations,socialrelations,socialstrata,industrialecologyandindustrialstructureoftherealsociety;StartingfromtherequirementsoftheorderlydevelopmentoftheMetaverse,thischapterdiscussestheethicalissues,stateandsovereigntyissues,legalissues,economicandsocialorganizationandorderlymanagementissuesinthegovernanceoftheMetaverseinthefuture.Second,basedonthefactthatMetaverseisthecentralizedandintegratedapplicationofinformationtechnologyafterithasdevelopedtoanewstage,wewillintroducethesenewinformationtechnologiestolearnersindetail,sothatlearnerscanunderstandtheimportantroleoftheseinformationtechnologiesinthedevelopmentofMetaverse.Theseinformationtechnologiesinclude:perceivingthephysicalworld,includingperceivingthesignalsofourhumanbodyandbrain,andvariousIOTsensingtechnologies,suchasvarioussensingtechnologies,imageacquisitiontechnologies,somatosensorydevicesandbraincomputerinterfaces;Communicationtechnologyforhigh-speeddatatransmission,especiallyterminaldatatransmission,suchascorenetworktechnology,5g/6Gtechnologyandsatellitecommunicationtechnology;Computingtechnologyforhigh-speeddataprocessingandcomputing,suchascloudcomputing,quantumcomputing,edgecomputing,trustedcomputingandvirtualrealityengine;ProvidetheoperationinfrastructureofMetaverseeconomicsystem,blockchaintechnologyoftrustedcomputingandtrusteddatastorage,distributedstoragetechnologyandWeb3０；Artificialintelligencetechnologybasedonalargenumberofdatainthephysicalworldandvirtualworldtolearnandservemanyvirtualandrealscenes;AndvirtualrealityVR\augmentedrealityAR＼virtualrealityhybridtechnologyMR,whichpromotesthefullintegrationoftherealworldandthevirtualworld.Throughtheunderstandingofthesetechnologies,learnerscanestablishtheITtechnologyarchitectureofmetaverseandunderstandhowthesetechnologiesaffectthedevelopmentofmetaverse.Thirdly,basedontheanalysisoftheoperationanddevelopmentstructureofhumansocietyandthefullintegrationtrendofmetaversedigitalspaceandrealspace,wewillexploretheoveralloperationstructureandindustrialecologyofmetaversesocietyinthefuture,including:howtoprovidethephysicalworldofmaterialproductionservicesformetaversesocietybasedonthelinkofperceptualtechnologyandartificialintelligence;HowtoorganizeIOTfacilitiesandintelligentfacilitiesinordertobuildthe"hand"and"foot"ofmetaversesociety;Howtodeploycommunicationnetworks,computingfacilitiesanddatacentersinanorderlymannertoprovideinfrastructureforthemetaversesociety,thatis,thenewinfrastructurewearetalkingaboutnow;Howtodeployandoperatetheblockchainreliablyandbuildareliableeconomicsystemforthedigitalassetsandsocialrelationsofthemetaverse;Howresidentsinthemetaversebuildvarioussocialrelationsandoperatestablyandreliablybasedonthenewinfrastructureandeconomicinfrastructureofthemetaverse,whichrequiresthehelpofsmartcontractsbasedonblockchain;Combinedwithvariousapplicationscenariosandvirtualrealinteractionneeds,howtodevelopandbuildarichapplicationecologyofthemetaverse.Fourth,wewillexplorevariousmetaverseapplicationscenariosincombinationwithvariousexisting,stillintheprocessofconceptionorbasedentirelyonourspeculationandprospect.Includingvariousconsumerorientedapplicationscenarios,suchaslearning,shopping,entertainment,tourism,workandlife;Scenesofdesign,production,sales,urbanmanagementandagriculturalproductionfortheenterpriseend;Aswellasthemetaverseindustrialecologyspawnedbythedevelopmentofmetaverse,includinginfrastructure,developmenttools,applicationdevelopersandvariousapplicationoperators.Attheendofthecourse,wewillcombinethelatestdevelopmenttrendofthemetaverse,giveourvisionofthefuturedevelopmentofthemetaverse,andpredictthepossibledevelopmentpath.二、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐序號(hào)課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求1掌握元宇宙基本概念、技術(shù)，能應(yīng)用元宇宙創(chuàng)新理念和技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)（1）工程知識(shí)：掌握從事計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域工作所需要的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并能夠運(yùn)用這些知識(shí)解決復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程問(wèn)題。（2）問(wèn)題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和計(jì)算機(jī)工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程問(wèn)題，并能通過(guò)文獻(xiàn)研究分析，獲得有效結(jié)論。結(jié)合技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)、新動(dòng)態(tài)，敏銳發(fā)現(xiàn)前沿技術(shù)將對(duì)社會(huì)、產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的影響，并迅速學(xué)習(xí)理解的能力。2掌握元宇宙的應(yīng)用、開(kāi)發(fā)平臺(tái)、工具，應(yīng)用元宇宙研發(fā)平臺(tái)、工具進(jìn)行相應(yīng)開(kāi)發(fā)。支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)（3）設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程問(wèn)題的解決方案，開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足特定需求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、單元（模塊），具有一定的創(chuàng)新意識(shí)，并在設(shè)計(jì)中考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等因素。（5）使用現(xiàn)代工具：能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、開(kāi)發(fā)環(huán)境或開(kāi)發(fā)相關(guān)工具，對(duì)復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程問(wèn)題進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，并能夠分析和理解其局限性。掌握元宇宙技術(shù)原理及技術(shù)體系，為進(jìn)一步從事元宇宙相應(yīng)技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)及實(shí)踐工作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。3運(yùn)用元宇宙思想、技術(shù)進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題分析，并與環(huán)境、人文進(jìn)行有機(jī)結(jié)合支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)（6）工程與社會(huì)：在復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程問(wèn)題解決方案的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，能夠根據(jù)具體的工程背景合理分析和評(píng)價(jià)其對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。（7）環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展：在復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程問(wèn)題解決方案的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過(guò)程及系統(tǒng)運(yùn)行中，能夠理解和評(píng)價(jià)其對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。（8）職業(yè)規(guī)范：具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。靈活運(yùn)用元宇宙新的創(chuàng)新理念、技術(shù)特征，結(jié)合實(shí)際環(huán)境，進(jìn)行問(wèn)題分析和需求分析，并具有良好的適應(yīng)性。4具有自主查找、學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈最新技術(shù)、理論及應(yīng)用，并進(jìn)行交流、競(jìng)爭(zhēng)與合作能力支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)（10）溝通：能夠就復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫(xiě)報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，并具有一定的國(guó)際視野和跨文化溝通交流能力。（12）終身學(xué)習(xí)：具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。掌握元宇宙自主學(xué)習(xí)、持續(xù)學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)元宇宙知識(shí)的自主更新。56三、教學(xué)內(nèi)容及進(jìn)度安排序號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果課時(shí)理論/實(shí)踐支撐課程目標(biāo)1一、元宇宙概論1.1元宇宙產(chǎn)生的背景 1.2元宇宙基本概念 1.3元宇宙的哲學(xué)思考1.4元宇宙的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)1.5元宇宙帶來(lái)的社會(huì)變革1.6元宇宙的治理掌握元宇宙的基本概念及產(chǎn)生背景，明