虛擬數字人

“虛擬數字人”一詞最早源于1989年美國國立醫學圖書館發起的“可視人計劃"；(Visible Human Project， YHP)。 2001年，國內以“中國數字化虛擬人體的科技問題”為主題的香山科學會議第174次學術討論會提出了“數字化虛擬人體”的概念。這些“虛擬數字人”主要是指人體結構的可視化，以三維形式顯示人體解剖結構的大小、形狀、位置及器官間的相互空間關系，即利用人體信息，實現人體解剖結構的數字化。主要應用于醫療領域的人體解剖教學、臨床診療等。

美國作家尼爾.斯蒂芬森(Neal Stephenson)在1992年出版的科幻小說《雪崩》(SnowCrash)中創造了兩個概念:元宇宙(Metaverse)和虛擬分身(Avatar) ?！疤摂M分身”在中國發展至今，擁有了更廣泛的稱呼:“虛擬數字人”(Metahuman) ，被視為未來人們進入虛擬“元宇宙”的入口。從技術層面看，虛擬數字人(Metahuman)可以理解為是通過計算機圖形學、語音合成技術、深度學習、類腦科學、生物科技、計算科學等聚合科技(Converging Technologies)創設，并具有“人”的外觀、行為、甚至思想(價值觀)的可交互的虛擬形象。從未來媒體形態和服務模式看，聚合科技帶來語義傳播與無障礙傳播的新空間，由此誕生的虛擬數字人將作為新媒介角色，廣泛應用在元宇宙新生態中，擔任著信息制造、傳遞的責任，是元宇宙中“人”與“人”、“人”與事物或事物與事物之間產生聯系或發生孿生關系的新介質^[1]。

總體而言，虛擬數字人的發展歷程主要經歷了以下四個階段，分別是萌芽階段、探索階段、初級階段、成長階段

(1)萌芽階段(20世紀八十年代)：在這個階段，人們開始嘗試將虛擬人物引進到現實世界，技術主要以手繪為主。1984年，英國人George Stone創造出了一個叫做Max Headroom的虛擬人物，這個人物參演了一部電影，并且還拍攝了很多支廣告。1982年，世界上第一位虛擬歌姬姬林明美出現。

(2)探索階段(21世紀初)：這個階段，傳統的手繪正在逐漸的被CG、動作捕捉等計算機技術顛覆，技術上面有了很大的革新。2007年，日本制造出了第一個被認可的虛擬偶像，初音未來，2001年電影《指環王》當中的角色咕嚕由CG技術和動作(表情)捕捉技術產生。

(3)初級階段：在這個階段，深度學習算法取得了較大的突破，數字人的制作過程得到了有效的簡化，與此同時，AI成為了不可分割的工具。2019年，浦發銀行和百度共同合作開發的銀行首位數字員工小浦正式亮相，為用戶提供金融服務，2018年，搜狗和新華社聯合發布了全球第一個全仿真智能AI主持人。

(4)成長階段：當前正在朝著智能化、便捷化、精細化和多樣化發展，技術得到了全面的提升和突破。2020年，在CES國際消費電子展上，三星旗下的STAR Labs展示了其設計的虛擬數字人NEON，2019年，數字王國軟件研發部負責人Doug Roble帶著自己的虛擬形象DigiDoug登上了TED演講舞臺。

2月11日，虛擬歌手登上春晚:虛擬歌手洛天依登上春節聯歡晚會表演少兒歌舞《聽我說》，標志著虛擬歌手發展進入新紀元。

5月20日，中國首個Metahuman迅速走紅:外表和真人無異的AYAYI出現在小紅書上，AYAYI作為中國 首個Metahuman迅速走紅，一夜之間吸引了近4萬粉絲，首發帖閱讀量達到了近300萬。AYAYI不僅與嬌蘭、LV、BOSE、安慕希等大品牌達成合作，還在2021年9月入職阿里，成為天貓超級品牌日數字主理人。

6月15日，清華大學迎來首個虛擬人學生:清華大學計算機系舉行“華智冰”成果發布會，宣布首個虛擬人學生“華智冰”正式“入學”與一般的虛擬人不同，“華智冰” 擁有持續的學習能力，可以從新場景中學到新能力融入模型中，從而變得越來越聰明。

6月21日，B站虛擬主挪同比增長40%: B站十二周年演講時，CEO陳睿提到過去一年有超過3.2萬名虛擬主播 在B站開播，同比增長40%。在B站直播領域，虛擬主播是增長最快的品類。

10月22日，首個全虛擬人綜藝節目開播:江蘇衛視國產原創動漫形象舞臺競演節目《2060》 開播，洛天依、QQ炫舞虛擬偶像星瞳紛紛加盟，首播CSM63城平均收視達2.29%，位列當晚同時段第二。愛奇藝也計劃于2022年第二季度推出虛擬形象音樂競演綜藝《元宇宙唱將》.

11月8日，NVIDIA發布虛擬化身平臺:在GTC大會上， NVIDIA推出全方位的虛擬化身平臺0mniverse Avatar， 將Metropolis的感知能力、Riva的語音識別能力、Merlin的推薦能力、Omniverse的動畫渲染能力等交匯于一體。CEO黃仁勛現場演示了由這個平臺生成的“迷你玩具版黃仁勛”Toy-Me， 能與人自然地問答交流。

12月31日，多位虛擬人亮相主流跨年晚會:江蘇衛視跨年演唱會上，國內頂尖虛擬偶像團體VSinger家族登臺表演《卡路里》、《普通Disco》，還原鄧麗君形象及音色的虛擬人“鄧麗君"；與周深同臺演唱《小城故事》、《漫步人生路》 和《大魚》，東方衛視、嗶哩嗶哩等亦將虛擬人元素融入跨年晚會。

從“虛擬”、“數字”及“人”三個部分詳解虛擬數字人的具體特征^[2]

(1)虛擬：指的是在非物理世界中，虛擬數字人在不同場景實現難度不同。虛擬數字人的存在方式主要以圖片、視頻、實時直播、實時動畫等存在于APP、小程序、軟硬一體顯示設備等電子屏。未來VR設備與全息投影也將成為其重要存在方式。

(2)數字：虛擬數字人的產生源于多技術綜合。CG建模+真人驅動、多模態技術與深度學習都是虛擬數字人產生的核心技術。不少人認為虛擬數字人近年的發展來源于CG(Computer Graphics，利用計算機進行視覺設計和生產)、語音識別、圖像識別、動 捕等相關技術的共同成熟。

(3)人：虛擬數字人高度擬人化，特別表現在外表、行為、交互行為等方面，外在表現和交互效果已成為核心發展路線。虛擬數字人的外表代表著其面部長相和整體形象，一般會受到虛擬數字人類別(如直接借用真人形象、高保真建模、風格化)、制作細節(對汗毛、皮膚、頭發 等細節的建模)、渲染水平、設計審美等影響；虛擬數字人的行為與面部表情、形體表達、語音表述等都有關系。會受到驅動方式(真人驅動、計算驅動、預制調節等)、驅動模型類別(精細面部肌肉驅動、 語音合成模型中對語氣詞、韻律的處理等)、訓練數據、驅動模型精度等影響；虛擬數字人與現實世界的交互包括回答內容、肢體反應等，其發展水平會受到語音識別能力、自然語言理解及處理水平、知識圖譜、預先設置知識庫等影響。

虛擬人、數字人、虛擬數字人的目標相同：虛擬人、數字人、虛擬數字人的目標是利用計算機圖形學技術(Computer Graphic，CG)創造出外貌高度接近人類的數字化形象，賦予其特定的人物身份設定，在視覺上拉近和人的心理距離，和人類進行更加真實的情感互動。

數字人涵蓋虛擬人，虛擬人包含虛擬數字人，虛擬數字人的范圍最?。喊凑崭鞫x特征的要求，數字人的范疇包含虛擬人，虛擬人的范疇包含虛擬數字人。對于不要求必須具備交流互動能力時，數字人、虛擬人、虛擬數字人這三者概念可以認為是等同的。如果虛擬人定義放棄虛擬身份設定的要求，強調其存在于虛擬數字世界的性質，那么和數字人就沒有區別。

虛擬數字人、虛擬人、數字人的區別：在嚴格意義下三者之間存在著細微的差別。虛擬人的身份是虛構的，現實世界中不存在的。數字人強調角色存在于數字世界。虛擬數字人強調虛擬身份和數字化制作特性^[3]。

(1)數字人：“數字人”一詞來自于英文 Digital Human，強調了它存在于數字世界，數字世界是人類設計運行于計算設備上的代碼和數據，它是計算設備上運行的程序，數字世界底層操縱的是0和1這樣的數據。數字人的身份設定可以是按照現實世界中的人物進行設定，外觀也可以完全一致，按照真人還原制作的數字人也可以稱為數字孿生

(2)虛擬人：虛擬網紅、虛擬主播是虛擬人(Virtual Human)，之所以稱之為虛擬，第一點人物的身份是虛構的，現實世界中不存在的，第二點虛擬人沒有現實世界中的身體，它是通過計算機圖形學技術進行虛擬制作的，虛擬人的本體存在于計算設備中(比如電腦、手機)中，通過顯示設備呈現出來，讓人類能通過眼睛看見。第三點，它具備人類的外觀和行為模式，虛擬人具有人類身體的外觀形體結構，表現出來的行為模式是與人類相仿的，虛擬人的影像通常是呈現出某種人類的活動。

(3)虛擬數字人：虛擬數字人指存在于非物理世界中，由計算機圖形學、圖形渲染、動作捕捉、深度學習、語音合成等計算機手段創造及使用，并具有多重人類特征(外貌特征、人類表演能力、人類交互能力等)的綜合產物

1虛擬數字人分為服務型虛擬數字人和身份型虛擬數字人，兩者之間存在著不同：

(1)核心功能：服務型虛擬數字人主要是功能性服務，包括替代真人服務，完成內容生產、簡單功能；多模態AI助手，提供日常陪伴、關懷等服務；身份型虛擬數字人的功能是身份性的，用于娛樂/社交；包括虛擬IP/偶像，推動虛擬內容生產；虛擬世界第二分身，用于社交娛樂及Metaverse

(2)產出定位：服務型虛擬數字人的定位有現實世界中主持人、導游、購物主播等服務型角色的虛擬化；具有關懷感和真實感的AI助手；而身份型虛擬數字人的定位有虛擬偶像或為真人偶像的輔助分身；個體在虛擬世界(或Metaverse)中的第二分身

(3)代表應用：服務型虛擬數字人的代表性應用有虛擬主播、虛擬老師、標準化內容制作、虛擬關懷師、虛擬陪伴助手；身份型虛擬數字人的代表應用有虛擬偶像、VR Chat、虛擬形象構建應用

(4)產業價值：服務型虛擬數字人的產業價值有降低已有服務型產業的成本，為存量市場降本增效；提升AI助手的交互效果，擴展其接受度與適用場景；身份型虛擬數字人的產業價值有為未來的虛擬化世界提供人的核心交互中介，在增量市場創造新價值增長點；降低虛擬內容的制作門檻

2根據人格象征，虛擬數字人可分為虛擬IP和虛擬世界第二分身

虛擬IP指的是現實世界中并不存在對應的真人，人為設定外貌特征、基本人設、各類偏好、背景信息等；核心價值是滿足IP運營的視頻化、碎片化、實時化需求；創造更為穩定、易得、低成本的IP一創造全新虛擬數字人IP；或將漫畫、小說等護立體化運營。新世代對虛擬化內容的向往、使用真人IP的風險增加、品牌方對定制化代言人的需求等將推動虛擬IP的發展

虛擬世界第二分身主要面向的是未來的虛擬世界，把為每個人創造自己的虛擬化分身為最終目的，滿足個人在虛擬；核心價值是滿足個人對虛擬身份的需求一為社交、娛樂、Metaverse設計脫離于現實世界的第二分身，新世代對虛擬化內容的向往：Metaverse帶動的虛擬數字人基礎設施普及率將推動虛擬世界第二分身的發展^[4]。

3根據人物圖形維度，虛擬數字人可分為2D和3D兩大類，從外形上可分為卡通、寫實等風格，綜合來看可分為二次元、3D卡通、3D超寫實、真人形象四種類型

(1)二次元：二次元是指在平面空間呈現，只能以單個視角去瀏覽，在制作過程中已經確定了視角，用戶不可自行更換視角，如初音未來(日本區VOCALOID虛擬歌姬)、洛天依(中國區VOCALOID虛擬歌姬)

(2)3D卡通：三維立體模型，可呈現在立體空間，能夠以任意視角去瀏覽。產品制造團可設定用戶可見的視角，如虛擬助手度曉曉IP形象

(3)3D超寫實：與真實的人類極為接近，或者在真人基礎上有一定程度的卡通化，如虛擬偶像-AYAYI、浦發銀行數字員工-小浦

(4) 真人形象：真人形象虛擬數字人的特征來源于真人，目前主要應用于AI合成主播，如AI合成主播–新小浩AI合成主播–新小萌

4根據應用范圍，虛擬人可分為人格型虛擬人和實用型虛擬人兩大類^[5]

人格型虛擬人:主要通過塑造人設和形象來突出人格魅力，目的是給用戶提供感官刺激和建立情感聯系，主要應用在社交娛樂等領域。根據側重點不同，可以分為內容型虛擬人(強調內容IP，比如虛擬偶像A-SOUL等，甚至玲娜貝兒)和形象

型虛擬人(強調特色形象，比如AYAYI 翎Ling等)兩類。

實用型虛擬人:突出實用價值，是元宇宙時代的基礎設施。根據功能不同可以分為功能型虛擬人(類似于游戲中NPC的概念，將虛擬人應用到部分現實工種中，比如虛擬主持人、虛擬客服等)和虛擬化身Avatar (應用虛擬人技術為元字宙用戶提供虛擬形象)兩類。

虛擬數字人的技術架構一般分為“五橫兩縱”。

(1) “五橫”是指用于數字人制作、交互的五大技術模塊，即人物生成、人物表達、合成顯示、識別感知、分析決策等模塊。其中，人物表達包括語音生成和動畫生成。動畫生成則包含驅動(動作生成)和渲染兩大部分。

(2)“兩縱”是指 2D、3D 數字人，3D 數字人需要額外使用三維建模技術生成數字形象，信息維度增加，所需的計算量更大。其中核心的技術環節包括建模、驅動和渲染。

(1)影視：數字替身特效可以幫助導演實現現實拍攝中無法表現的內容和效果，已成為特效商業大片拍攝中的重要技術手段和賣點。角色有數字替身

(2)傳媒：定制化虛擬主持人/主播/偶像，支持從音頻/文本內容一鍵生成視頻，實現節目內容快速、自動化生產，打造品牌特有 IP 形象，實現觀眾互動，優化觀看體驗。角色有虛擬主持人、虛擬主播、虛擬偶像

(3)游戲：越來越真實的數字人游戲角色使游戲者有了更強的代入感，可玩性變得更強。角色有數字角色

(4)金融：通過智能理財顧問、智能客服等角色，實現以客戶為中心、智能高效的人性化服務。角色有智能客服、理財顧問

(5)文旅：博物館、科技館、主題樂園、名人故居等虛擬小劇場、虛擬導游、虛擬講解員。角色有虛擬導游、虛擬講解員

(6)教育：基于 VR/AR 的場景式教育，虛擬導師幫助構建自適應/個性化學習環境。角色有虛擬導師

(7)醫療：以數字人實現家庭陪護/家庭醫生/心理咨詢，實時關注家庭成員身心健康，并及時提供應對建議。角色有心理醫生、家庭醫生

(8)零售：零售從大屏到機器人到全息空間，從數據分析、個性營銷、智能貨架、無人商店四大應用場景切入構建線下零售服務新流程。電商直播在虛擬數字人與真人主播和觀眾互動，介紹商品。角色有顧客服務數字人、商家管理數字人、虛擬主播

虛擬數字人的產業鏈從上到下可以分為基礎層、平臺層和應用層?；A層為虛擬數字人提供基礎軟硬件支撐，硬件包括顯示設備、光學器件、傳感器、芯片等，基礎軟件包括建模軟件、渲染引擎。平臺層包括軟硬件系統、生產技術服務平臺、AI能力平臺，為虛擬數字人的制作及開發提供技術能力。應用層是指虛擬數字人技術結合實際應用場景領域，切入各類，形成行業應用解決方案，賦能行業領域。按照應用場景或行業的不同，已經出現了娛樂型數字人(如虛擬主播、虛擬偶像)、教育型數字人(如虛擬教師)、助手型數字人(如虛擬客服、虛擬導游、智能助手)、影視數字人(如替身演員或虛擬演員)等。不同外形、不同功能的虛擬數字人賦能影視、傳媒、游戲、金融、文旅等領域，根據需求為用戶提供定制化服務。

中國虛擬數字人有柳葉熙、小布虛擬人、小漾、冬奧手語播報數字人、云笙等

[1]傳媒大學&；頭號偶像：2021中國虛擬數字人影響力指數報告（39頁）.pdf

[2]量子位：虛擬數字人白皮書（18頁）.pdf

[3]三個皮匠報告.什么是數字人、虛擬人、虛擬數字人?聯系與區別介紹

[4]互聯網傳媒行業：虛擬數字人元宇宙的主角破圈而來-220120（42頁）.pdf

[5]2021年虛擬人行業發展應用現狀分析及商業模式研究報告（27頁）.pdf

[6]中國人工智能產業發展聯盟：2020年虛擬數字人發展白皮書（34頁）.pdf