行業(yè)白皮書：《5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)白皮書》

影創(chuàng)科技、諾基亞貝爾、信通院兩化所與青島市嶗山區(qū)人民政府聯(lián)合發(fā)布行業(yè)白皮書——《5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)白皮書》。針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合近期5G商用正式開啟契機(jī)，白皮書從效果、性能、經(jīng)濟(jì)性三個(gè)維度分析了5G對(duì)VR/AR/MR賦能情況，總結(jié)了5G+VR/AR/MR關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)成熟度，同時(shí)歸納了5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)在教育、文娛、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的特色實(shí)踐案例。白皮書倡導(dǎo)應(yīng)牢牢把握住VR/AR/MR技術(shù)創(chuàng)新與5G帶來產(chǎn)業(yè)變革的窗口期，發(fā)揮VR/AR/MR帶動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)的特點(diǎn)，以技術(shù)創(chuàng)新為支撐，以應(yīng)用示范為突破，以產(chǎn)業(yè)融合為主線，豐富VR/AR/MR商業(yè)模式，整合VR/AR/MR產(chǎn)業(yè)鏈資源，構(gòu)筑“5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)”融通發(fā)展生態(tài)圈。

　　5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)白皮書

　　2019年6月

　　致謝

本白皮書由上海諾基亞貝爾股份有限公司、中國(guó)信息通信研究院信息化與工業(yè)化融合研究所、上海影創(chuàng)信息科技有限公司與青島市嶗山區(qū)人民政府聯(lián)合撰寫。限于編寫時(shí)間、項(xiàng)目組知識(shí)積累與產(chǎn)業(yè)尚未完全定型等方面的因素，內(nèi)容恐有疏漏，煩請(qǐng)不吝指正。

白皮書編寫組：

王澤權(quán)、羅江、劉澤、Chia Peter、Liang Yong、于詠梅、張國(guó)慶、陳曦、胡可臻、宮政、郭英男、王保生、孫明、陳楚天、胡金鑫、孫立、王瀟、曾震湘、謝偉、程裕翔

　　目錄

一、背景概況1

(一)5G三大場(chǎng)景成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵使能器1

(二)5G產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，輻射帶動(dòng)性強(qiáng)2

(三)2019年成為我國(guó)5G商用元年5

(四)基于eMBB場(chǎng)景的虛擬現(xiàn)實(shí)成為5G應(yīng)用落地的切入點(diǎn)6

(五)5G云VR成為虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的新興力量8

(六)5G云VR成為虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)政策熱點(diǎn)方向9

二、技術(shù)趨勢(shì)11

(一)5G催化虛擬現(xiàn)實(shí)“五橫兩縱”技術(shù)架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)11

(二)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有望在2-5年內(nèi)逐步成熟22

(三)5G助推虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)性、功能性與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化提升25

(四)5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范演進(jìn)牽引虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)進(jìn)階28

三、5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景32

(一)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+教育32

(二)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+演唱會(huì)33

(三)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+工業(yè)35

(四)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+醫(yī)療36

(五)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+游戲37

四、發(fā)展建議38

　　圖表索引

圖1 5G三大應(yīng)用場(chǎng)景及商用落地時(shí)序2

圖2 5G產(chǎn)業(yè)鏈框架視圖5

圖3 虛擬(增強(qiáng))現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)地圖9

圖4 虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸體驗(yàn)階梯12

圖5 虛擬現(xiàn)實(shí)“五橫兩縱”技術(shù)架構(gòu)12

圖6 端到端網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)機(jī)理18

圖7 5G QoS機(jī)制圖18

圖8 5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)樹22

圖9 5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)成熟度曲線23

圖10 5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)路標(biāo)25

圖11 本地/4G/5G+VR/AR方案對(duì)比28

圖12 VR/AR服務(wù)器在5G網(wǎng)絡(luò)上部署的兩種基本方案及其時(shí)延29

圖13 3GPP Rel15、16、17實(shí)現(xiàn)的主要功能和性能30

圖14諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)的5G增強(qiáng)、B5G/6G主要功能和性能30

圖15 5G+MR全息教室特性32

圖16 5G+MR全息教室網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)33

圖17 5G+VR演唱會(huì)全景直播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)34

圖18 5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)工業(yè)遠(yuǎn)程協(xié)助網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)36

圖19 5G+VR/AR云游戲網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)37

表1 近眼顯示技術(shù)網(wǎng)絡(luò)能力需求13

表2 云渲染下不同分辨率和刷新率的設(shè)備對(duì)帶寬和時(shí)延的需求20

表3 5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)路徑31

一、背景概況

(一)5G三大場(chǎng)景成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵使能器

自上世紀(jì)80年代以來，移動(dòng)通信每十年出現(xiàn)新一代革命性技術(shù)，持續(xù)加快信息產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新進(jìn)程，不斷推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的繁榮發(fā)展。目前，我國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)將使城市核心區(qū)業(yè)務(wù)密度大幅提升，預(yù)計(jì)在2021年左右將超過4G網(wǎng)絡(luò)最大承載能力。此外，現(xiàn)今的4G移動(dòng)通信技術(shù)主要用于消費(fèi)領(lǐng)域，尚未真正從根本上變革經(jīng)濟(jì)體的工業(yè)或公共部門，隨著5G技術(shù)不斷發(fā)展并支持海量終端、機(jī)器和流程聯(lián)網(wǎng)，通信將成為一個(gè)高速率、高吞吐量、高可靠性和低時(shí)延平臺(tái)。5G將以全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延和千億級(jí)的連接能力，開啟萬(wàn)物廣泛互聯(lián)、人機(jī)深度交互的新時(shí)代。

從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn)出發(fā)，可歸納出三大5G主要技術(shù)場(chǎng)景。一是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)，將擴(kuò)展現(xiàn)有4G價(jià)值，大幅提升網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)，主要用于虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻等文娛領(lǐng)域，并驅(qū)動(dòng)4.4萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)活動(dòng);二是海量機(jī)器類通信(mMTC)，將提升頻譜利用能力，顯著降低成本，促進(jìn)機(jī)器通信和傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用投入，主要在智慧城市、智能家居等領(lǐng)域產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，將驅(qū)動(dòng)3.6萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)活動(dòng);三是超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)，支持高可靠性、超低時(shí)延、高安全性及可用性的關(guān)鍵業(yè)務(wù)型應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛汽車、遠(yuǎn)程醫(yī)療等，將驅(qū)動(dòng)4.3萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng)需求和技術(shù)成熟度，以大型賽事等活動(dòng)和娛樂消費(fèi)為牽引，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶是首先獲得應(yīng)用的場(chǎng)景，其次是由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的超高可靠低時(shí)延通信，最后是需要良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和低成本通信終端的海量機(jī)器通信?？傮w上看，5G的廣泛應(yīng)用將為大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)支撐，助推制造強(qiáng)國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)，使新一代移動(dòng)通信成為引領(lǐng)國(guó)家數(shù)字化轉(zhuǎn)型的通用目的技術(shù)。

　　(圖15G三大應(yīng)用場(chǎng)景及商用落地時(shí)序)

(二)5G產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，輻射帶動(dòng)性強(qiáng)

從傳統(tǒng)通信產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求和垂直行業(yè)應(yīng)用需求角度出發(fā)，5G產(chǎn)業(yè)可大致分為基礎(chǔ)層、設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、支撐層以及應(yīng)用層。基礎(chǔ)層包括集成電路、新型顯示、通信組件等，為上層通信設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐;設(shè)備層包括系統(tǒng)設(shè)備、云設(shè)備、終端設(shè)備和儀器儀表等，為應(yīng)用服務(wù)提供通信傳輸路徑;網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)商、IT服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全等，是落實(shí)通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和通信能力保障的重要組成部分;支撐層將提供云計(jì)算、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)據(jù)處理、挖掘、分析能力，服務(wù)于傳統(tǒng)通信和垂直行業(yè)的相關(guān)應(yīng)用需求;應(yīng)用層依托以上各層基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)5G與大視頻(虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和超高清視頻)、無(wú)人機(jī)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療健康等各個(gè)行業(yè)的融合應(yīng)用。

5G觸發(fā)信息產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)展升級(jí)。5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署首先將推動(dòng)ICT制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)，射頻、天線、光模塊及系統(tǒng)設(shè)備將迎來技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)需求擴(kuò)張。在集成電路等基礎(chǔ)硬件方面，5G時(shí)代頻段數(shù)量提升及海量設(shè)備連接帶來濾波器和功率放大器增量明顯，到2020年全球射頻器件整體規(guī)模將達(dá)到200億美元，200mm等效的射頻SOI晶圓出貨量超過200萬(wàn)片;同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化以及基站規(guī)模部署將有效刺激光模塊需求，預(yù)計(jì)5G時(shí)代我國(guó)光模塊產(chǎn)業(yè)投資額大約為1500億元-1700億元(包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng))。在設(shè)備層面，Massive MIMO技術(shù)要求天線系統(tǒng)具備64T64R或128T128R并搭配多組射頻單元，5G時(shí)期基站天線投資規(guī)模將遠(yuǎn)超4G，總投資額達(dá)到約500億元規(guī)模水平，并帶動(dòng)PCB量?jī)r(jià)齊升，預(yù)計(jì)單個(gè)5G宏基站的PCB價(jià)值量是4G時(shí)代的兩倍以上。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層面，2017年我國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到457億元，5G時(shí)代以提高系統(tǒng)靈活性和效率并降低成為而引入的SDN和NFV等IT技術(shù)將給網(wǎng)絡(luò)安全帶來更多挑戰(zhàn)，預(yù)計(jì)5G正式商用后網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)將迎來全新的增長(zhǎng)動(dòng)能。

5G催生信息產(chǎn)業(yè)衍生全新產(chǎn)業(yè)鏈條。其一，移動(dòng)邊緣計(jì)算是為適配5G網(wǎng)絡(luò)超大連接、超低時(shí)延以及超大帶寬等核心要素而形成的分布式計(jì)算方式，并衍生出全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，包括電信運(yùn)營(yíng)商、電信設(shè)備商、IT廠商、第三方應(yīng)用和內(nèi)容提供商等多個(gè)環(huán)節(jié)。其二，5G具有高頻和低頻兩種頻譜資源，宏基站作為低頻載體是前期網(wǎng)絡(luò)商用部署重點(diǎn)，而中后期高頻網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫深度覆蓋，將推動(dòng)基站需求由宏基站向小基站轉(zhuǎn)移，中小型設(shè)備廠商及IT設(shè)備商積極進(jìn)入小基站市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2021年全球室內(nèi)小型基站市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到18億美元。其三，5G網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)軟件化、智能化和平臺(tái)化趨勢(shì)，通信技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合將有效推動(dòng)SDN/NFV等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，到2022年全球NFV和運(yùn)營(yíng)商SDN市場(chǎng)規(guī)模分別將達(dá)到375億和178億美元。

5G賦能跨界應(yīng)用產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。5G通過與交通、醫(yī)療、工業(yè)、文化娛樂等各個(gè)行業(yè)融合，孕育新興信息產(chǎn)品和服務(wù)，產(chǎn)生各種5G行業(yè)應(yīng)用，重塑傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。5G技術(shù)讓智能家居、可穿戴設(shè)備等新型信息產(chǎn)品，虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字內(nèi)容服務(wù)真正走進(jìn)千家萬(wàn)戶，增加信息消費(fèi)的有效供給，推動(dòng)信息消費(fèi)的擴(kuò)大和升級(jí)，釋放內(nèi)需潛力。5G也將與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、人工智能等ICT前沿科技技術(shù)深度融合，產(chǎn)生更具創(chuàng)新的豐富應(yīng)用，提升了5G各應(yīng)用領(lǐng)域的智能化水平。

　　(圖25G產(chǎn)業(yè)鏈框架視圖)

(三)2019年成為我國(guó)5G商用元年

我國(guó)高度重視5G戰(zhàn)略地位，通過網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)、十三五規(guī)劃等對(duì)5G做出重要部署，旨在完成“2G起步，3G突破，4G并跑，5G引領(lǐng)”的發(fā)展任務(wù)，使我國(guó)成為5G技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用發(fā)展的領(lǐng)先國(guó)家之一?？傮w發(fā)展思路歸納為：加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，建立協(xié)同推進(jìn)機(jī)制;統(tǒng)籌科技資源，加大研發(fā)支持力度;推動(dòng)形成全球統(tǒng)一的5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);啟動(dòng)技術(shù)試驗(yàn)，支撐研發(fā)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定;加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)，提高國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán);開展頻譜研究，為5G發(fā)展?fàn)幦☆l率資源;注重應(yīng)用牽引，開展5G面向行業(yè)應(yīng)用研究;加強(qiáng)開放與合作，推動(dòng)構(gòu)建國(guó)際合作體系。相應(yīng)舉措是：成立國(guó)家IMT-2020(5G)推進(jìn)組;部署重大專項(xiàng)及863項(xiàng)目;啟動(dòng)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn);推進(jìn)5G與行業(yè)應(yīng)用融合;2019年6月6日工信部正式向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)廣電4家公司發(fā)放5G商用牌照。

(四)基于eMBB場(chǎng)景的虛擬現(xiàn)實(shí)成為5G應(yīng)用落地的切入點(diǎn)

我國(guó)三大電信運(yùn)營(yíng)商積極開展5G云VR創(chuàng)新業(yè)務(wù)布局。中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)福建有限公司于2018年7月開啟全球首個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商云VR業(yè)務(wù)試商用。2018年9月中國(guó)聯(lián)通發(fā)布了5G+視頻推進(jìn)計(jì)劃，將從技術(shù)引領(lǐng)、開放合作、重大應(yīng)用、規(guī)模推廣等四個(gè)方面啟動(dòng)5G+視頻未來推進(jìn)計(jì)劃，并以8K、VR為代表的5G網(wǎng)絡(luò)超高清視頻應(yīng)用將構(gòu)成未來中國(guó)聯(lián)通5G+視頻戰(zhàn)略核心。中國(guó)電信同期發(fā)布了云VR計(jì)劃，將立足中國(guó)電信1.5億寬帶用戶產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，依托于網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算和智慧家庭等方面的優(yōu)勢(shì)資源，聯(lián)合合作伙伴制定云VR規(guī)范，加速推進(jìn)云VR技術(shù)的產(chǎn)品化和商業(yè)模式創(chuàng)新。此外，為加速虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)普及推廣，工信部在2018年12月印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》(簡(jiǎn)稱《意見》)，《意見》提出發(fā)展端云協(xié)同的虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)和應(yīng)用服務(wù)聚合平臺(tái)(Cloud VR)，旨在提升高質(zhì)量、產(chǎn)業(yè)級(jí)、規(guī)模化產(chǎn)品的有效供給。

5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)核心在于內(nèi)容上云、渲染上云、乃至日后的制作上云。將云計(jì)算、云渲染的理念及技術(shù)引入到虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)中，借助高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，將云端的顯示輸出和聲音輸出等經(jīng)過編碼壓縮后傳輸?shù)接脩舻慕K端設(shè)備，在虛擬現(xiàn)實(shí)終端無(wú)繩化的情況下，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)內(nèi)容上云、渲染上云，成為貫通采集、傳輸、播放全流程的云控平臺(tái)解決方案。其中，渲染上云是指將計(jì)算復(fù)雜度高的渲染設(shè)置在云端處理，大幅降低終端CPU+GPU渲染計(jì)算壓力，使終端容易以輕量的方式和較低的消費(fèi)成本能被用戶所接受。內(nèi)容上云是指計(jì)算機(jī)圖形渲染移到云上后，內(nèi)容以視頻流的方式通過網(wǎng)絡(luò)推向用戶，借助網(wǎng)絡(luò)的Wi-Fi和5G技術(shù)，可把連接終端的HDMI線減除，實(shí)現(xiàn)終端無(wú)繩化、移動(dòng)化。

用戶體驗(yàn)、終端成本、技術(shù)創(chuàng)新與內(nèi)容版權(quán)成為5G云VR發(fā)展動(dòng)因。VR用戶體驗(yàn)與終端成本的平衡是目前影響VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。低成本終端確實(shí)有助于提升VR硬件普及率，但有限的硬件配置也限制了用戶體驗(yàn)，影響了消費(fèi)者對(duì)VR的持續(xù)使用和真正接納。另一方面，以HTC VIVE、Oculus Rift、Sony PlayStation等為代表的高品質(zhì)VR設(shè)備，其配置套裝價(jià)格高達(dá)數(shù)千乃至萬(wàn)元，過高的終端成本明顯制約了高品質(zhì)VR的普及。在這一背景下，5G云 VR有望切實(shí)加速推動(dòng)VR規(guī)?；瘧?yīng)用，預(yù)計(jì)2020年，VR用戶滲透率將達(dá)15%，視頻用戶滲透率達(dá)80%。通過將VR應(yīng)用所需的內(nèi)容處理與計(jì)算能力置于云端，可有效大幅降低終端成本，且維持良好的用戶體驗(yàn)，對(duì)VR業(yè)務(wù)的流暢性、清晰度、無(wú)繩化等提供保障。同時(shí)，隨著VR終端的逐漸普及，VR內(nèi)容需要不斷適配各類不同規(guī)格的硬件設(shè)備。在Cloud VR架構(gòu)下，VR內(nèi)容處理與計(jì)算能力駐留在云端，可以便捷地適配差異化的VR硬件設(shè)備，同時(shí)針對(duì)高昂的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容制作成本，也有助于實(shí)施更嚴(yán)格的內(nèi)容版權(quán)保護(hù)措施，遏制內(nèi)容盜版，保護(hù)VR產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，由于Cloud VR的計(jì)算和內(nèi)容處理在云端完成，VR內(nèi)容在云端與終端設(shè)備間的傳輸需要相比4G時(shí)代更優(yōu)的帶寬和時(shí)延水平，利用5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時(shí)延特性，電信運(yùn)營(yíng)商可以開發(fā)基于體驗(yàn)的新型業(yè)務(wù)模式，為5G網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)和業(yè)務(wù)發(fā)展探索新的機(jī)會(huì)，探索5G時(shí)代的殺手級(jí)應(yīng)用，加快投資回收速度。在這一過程中，運(yùn)營(yíng)商憑借擁有的渠道、資金和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，聚合產(chǎn)業(yè)資源，通過Cloud VR連接電信網(wǎng)絡(luò)與VR產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)生態(tài)各方的共贏發(fā)展。

(五)5G云VR成為虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的新興力量

虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，參與主體多，主要分為內(nèi)容應(yīng)用、終端器件、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和內(nèi)容生產(chǎn)。目前，5G云VR正成為虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的新興力量。內(nèi)容應(yīng)用方面，聚焦文化娛樂、教育培訓(xùn)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康和商貿(mào)創(chuàng)意領(lǐng)域，呈現(xiàn)出“虛擬現(xiàn)實(shí)+”大眾與行業(yè)應(yīng)用融合創(chuàng)新的特點(diǎn)。終端器件方面，傳統(tǒng)高配置VR終端造價(jià)高昂，主要涉及一體式與主機(jī)式頭顯整機(jī)、追蹤定位與多通道交互等感知交互外設(shè)、屏幕、芯片、傳感器、鏡片等關(guān)鍵器件，5G云VR可有效降低終端配置需求，且維持良好的用戶體驗(yàn)，促進(jìn)規(guī)模化應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)方面，除互聯(lián)網(wǎng)廠商主導(dǎo)的內(nèi)容聚合與分發(fā)平臺(tái)外，電信運(yùn)營(yíng)商以云化架構(gòu)為引領(lǐng)推出寬帶及5G云VR，基于虛擬現(xiàn)實(shí)終端無(wú)繩化發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)內(nèi)容上云、渲染上云，以期降低優(yōu)質(zhì)內(nèi)容的獲取難度和硬件成本，探索虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)階段規(guī)?；瘧?yīng)用，5G網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步提升現(xiàn)有云VR體驗(yàn)層級(jí)，且為工業(yè)、醫(yī)療等對(duì)低延時(shí)要求極高的場(chǎng)景提供可能。內(nèi)容生產(chǎn)方面，主要涉及面向虛擬現(xiàn)實(shí)的操作系統(tǒng)、開發(fā)引擎、SDK、API、拼接縫合軟件、全景相機(jī)、3D掃描儀等開發(fā)環(huán)境、工具與內(nèi)容采集系統(tǒng)。

　　(圖3虛擬(增強(qiáng))現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)地圖)

(六)5G云VR成為虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)政策熱點(diǎn)方向

虛擬現(xiàn)實(shí)已被列入“十三五”信息化規(guī)劃、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)等多項(xiàng)國(guó)家重大文件中，工信部、發(fā)改委、科技部、文化部、商務(wù)部出臺(tái)相關(guān)政策，5G云VR正逐漸成為熱點(diǎn)趨勢(shì)之一。2018年12月工信部出臺(tái)《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出在產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面，要發(fā)展端云協(xié)同的虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)和應(yīng)用服務(wù)聚合平臺(tái)(Cloud VR)，要推動(dòng)建立高效、安全的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容與應(yīng)用支付平臺(tái)及分發(fā)渠道。在青島、福州、成都、南昌等地方政府新一輪虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)政策中，著重聚焦5G云VR的應(yīng)用場(chǎng)景并積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化布局。以青島嶗山區(qū)為例，在《虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)之都發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2019-2021年)》中，聚焦5G與虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的融合創(chuàng)新，即緊抓5G時(shí)代機(jī)遇窗口期，以云化架構(gòu)為引領(lǐng)，突破業(yè)界慣有“展廳級(jí)”、“孤島式”、“小眾性”、“雷同化”的應(yīng)用示范發(fā)展瓶頸，堅(jiān)持走群眾路線，通過5G云VR實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)級(jí)、網(wǎng)聯(lián)式、規(guī)模性、差異化的應(yīng)用普及之路。

二、技術(shù)趨勢(shì)

(一)5G催化虛擬現(xiàn)實(shí)“五橫兩縱”技術(shù)架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)

隨著業(yè)界對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)注程度的不斷提高，VR/AR在支持應(yīng)用和企業(yè)數(shù)量上迎來了新一輪的增長(zhǎng)。在技術(shù)層面，由于VR/AR行業(yè)多領(lǐng)域?qū)W科交叉融合的技術(shù)特性，整體技術(shù)軌跡仍處于螺旋上升的發(fā)展期，現(xiàn)有技術(shù)日漸成型，新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)。云化虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)，將云計(jì)算的理念及技術(shù)引入到VR/AR業(yè)務(wù)中，給行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。然而，受限于當(dāng)前帶寬和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)條件的約束，其落地應(yīng)用受限較大。考慮到虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)對(duì)eMBB場(chǎng)景特性的高度契合，5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)有望加速VR/AR的技術(shù)演進(jìn)和場(chǎng)景落地，極大改變大眾學(xué)習(xí)、娛樂、工作與生活方式。

業(yè)界對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的界定認(rèn)知由特定終端設(shè)備向聯(lián)通端管云產(chǎn)業(yè)鏈條的沉浸體驗(yàn)演變。參考國(guó)際上自動(dòng)駕駛汽車智能化程度分級(jí)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展劃分為如下五個(gè)階段，不同發(fā)展階段對(duì)應(yīng)相應(yīng)體驗(yàn)層次，目前處于部分沉浸期。此外，由于虛擬現(xiàn)實(shí)所固有的多領(lǐng)域交叉復(fù)合的發(fā)展特性，多種技術(shù)交織混雜，產(chǎn)品定義處于發(fā)展初期，技術(shù)軌道尚未完全定型。本白皮書參考工信部有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展指導(dǎo)意見以及《虛擬(增強(qiáng))現(xiàn)實(shí)白皮書(2018年)》中提出的“五橫兩縱”技術(shù)架構(gòu)，即“五橫”指代近眼顯示、感知交互、網(wǎng)絡(luò)傳輸、渲染處理與內(nèi)容制作，“兩縱”是指VR與AR，同時(shí)結(jié)合2019年5G商用元年的發(fā)展動(dòng)態(tài)，提出5G時(shí)代下虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)趨勢(shì)。

(圖4虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸體驗(yàn)階梯)

　　(圖5虛擬現(xiàn)實(shí)“五橫兩縱”技術(shù)架構(gòu))

4G網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)更高程度的視覺沉浸。在云化牽引的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，不斷提升的近眼顯示技術(shù)對(duì)傳輸帶寬提出了更高要求。若以角分辨率、視場(chǎng)角、色深、刷新率、焦平面作為衡量視覺沉浸感的主要測(cè)度，基于其乘數(shù)效應(yīng)估算可得，完全體驗(yàn)等級(jí)所須未經(jīng)壓縮的原始帶寬可達(dá)5Tbit/s。此外，對(duì)于多焦面顯示技術(shù)，當(dāng)同時(shí)聚焦的焦平面達(dá)到八個(gè)時(shí)，其4K顯示的承載網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬需求高達(dá)26.4Gbps。對(duì)于全息顯示技術(shù)，由于LCos-SLM是對(duì)全息編碼圖像進(jìn)行加載顯示，因此，其承載網(wǎng)絡(luò)除須滿足3.3Gbps傳輸帶寬要求外，還須對(duì)待顯示圖像的光場(chǎng)信息進(jìn)行大體量的全息計(jì)算，將待顯示圖像的光場(chǎng)信息上傳到云端進(jìn)行全息計(jì)算，針對(duì)4K的屏幕分辨率，所需的上行網(wǎng)絡(luò)帶寬需要達(dá)到3.3Gbps，針對(duì)120Hz的顯示刷新率，單獨(dú)全息圖的計(jì)算時(shí)間需小于3ms。

　　(表1近眼顯示技術(shù)網(wǎng)絡(luò)能力需求)

內(nèi)容制作的發(fā)展需要5G網(wǎng)絡(luò)支撐。隨著終端用戶對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容質(zhì)量和實(shí)時(shí)性需求不斷提高，內(nèi)容制作對(duì)超高速網(wǎng)絡(luò)的需求與日俱增，相關(guān)技術(shù)包括內(nèi)容采集方向的實(shí)時(shí)摳像、全景拍攝，內(nèi)容編輯方向的云端三維重建、虛實(shí)場(chǎng)景擬合、拼接縫合、空間計(jì)算，內(nèi)容播放方向的WebXR。實(shí)時(shí)摳像主要分為基于綠幕摳像和基于計(jì)算機(jī)視覺兩個(gè)方向?；诰G幕的實(shí)時(shí)摳像技術(shù)是時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)，雖然綠幕摳像技術(shù)發(fā)展較為成熟，但受限于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在時(shí)延和傳輸能力上仍需較大提升;而隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，基于CNN(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)摳像的技術(shù)正在興起，以Instagram、Snapchat等移動(dòng)終端社交軟件為代表，通過對(duì)已有的海量圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記導(dǎo)入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，從而研發(fā)出可對(duì)動(dòng)態(tài)人像進(jìn)行實(shí)時(shí)摳圖的技術(shù)，這種技術(shù)需要強(qiáng)大運(yùn)算能力支持CNN進(jìn)行訓(xùn)練與分析，考慮到終端設(shè)備的局限性，需要將運(yùn)算放于云端進(jìn)行，減輕終端算力負(fù)擔(dān)，目前渲染幀率保證在不低于30fps。5G網(wǎng)絡(luò)可以為實(shí)時(shí)摳像提供更高的渲染幀率，有望在今后提升至60fps甚至90fps。全景拍攝通常通過一體多目式(非光場(chǎng)式)360°全景相機(jī)完成，常見的有2、4、6、8、16等多種相機(jī)組合類型，如Insta 360 Pro、Nokia的OZO等。此外，基于陣列式(光場(chǎng)式)相機(jī)的全景拍攝技術(shù)可通過上百個(gè)鏡頭組成相機(jī)矩陣進(jìn)行拍攝，生成由兩張具有一定視差的左右全景圖組合的立體全景圖，附帶具有深度信息，成像效果令觀眾更具沉浸感。由于全景拍攝的相機(jī)數(shù)目較多時(shí)，特別是面向全景直播等時(shí)延敏感性業(yè)務(wù)場(chǎng)景，數(shù)據(jù)計(jì)算、傳輸量會(huì)急劇增加。面對(duì)全景拍攝帶寬、時(shí)延雙敏感的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)可為全景直播提供傳輸保障。適配5G網(wǎng)絡(luò)的云端三維重建將采集到的點(diǎn)云信息上傳云端，在云端完成點(diǎn)數(shù)據(jù)的濾波降噪、分割、配準(zhǔn)、網(wǎng)格渲染等處理，構(gòu)建3D模型。將三維重建放在云端，可極大減輕終端計(jì)算壓力，提高三維重建精準(zhǔn)度。同時(shí)，對(duì)云端重建的模型可結(jié)合云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度特征提取、識(shí)別、追蹤等，用于構(gòu)建云端三維語(yǔ)義地圖等。虛實(shí)場(chǎng)景擬合是指在AR系統(tǒng)中需要將虛擬對(duì)象與真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配，以保證虛擬對(duì)象更加逼真融入現(xiàn)實(shí)世界。在虛實(shí)融合過程中，一是要達(dá)到幾何一致性，保證虛擬對(duì)象符合真實(shí)世界物理原則;二是要達(dá)到時(shí)間一致性，保證交互得到及時(shí)反饋;三是要達(dá)到光照一致性，在幾何與時(shí)間一致的前提下，提供實(shí)時(shí)光照追蹤與渲染。針對(duì)為幾何、時(shí)間、光照一致性提供的GPU集群，5G網(wǎng)絡(luò)有助于承載海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。高性能拼接縫合對(duì)多鏡頭拍攝的畫面進(jìn)行高精度拼接縫合，通過亮度色彩調(diào)整、對(duì)齊、畸變喬正、投影到球面等一系列處理，形成完整的全景視頻。高性能拼接縫合須進(jìn)行大量計(jì)算，通常由駐留本地的高性能服務(wù)器完成。在5G網(wǎng)絡(luò)支持下，高性能拼接縫合技術(shù)可移到邊緣云完成，實(shí)現(xiàn)高精度畫質(zhì)的全景直播。WebXR技術(shù)針對(duì)目前硬件終端和內(nèi)容服務(wù)商碎片化的發(fā)展現(xiàn)狀，旨在推動(dòng)內(nèi)容生態(tài)加速成形，解決跨平臺(tái)內(nèi)容分發(fā)問題。2019年初W3C正式發(fā)布了WebXR Device API首個(gè)規(guī)范工作草案，提供開發(fā)基于 Web的沉浸式應(yīng)用程序。WebXR處于早期階段，目前支持的瀏覽器廠商包括Mozilla 和 Chrome，受支持的設(shè)備包括兼容ARCore的設(shè)備、Google Daydream、HTC Vive、Magic Leap One、微軟 Hololens、Oculus Rift、三星 Gear VR、Windows 混合現(xiàn)實(shí)頭戴設(shè)備等。5G技術(shù)高帶寬、低時(shí)延的特性，將極大擴(kuò)展Web端內(nèi)容呈現(xiàn)能力，推動(dòng)WebXR技術(shù)落地。

移動(dòng)邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片與5G核心網(wǎng)QoS有助于保證虛擬現(xiàn)實(shí)不斷進(jìn)階沉浸體驗(yàn)需求。針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)帶寬、時(shí)延雙敏感的業(yè)務(wù)特性，5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與商用部署需要做出針對(duì)性的優(yōu)化，適配邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片、5GQoS、智能運(yùn)維、擁塞控制等網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，旨在彌合潛在技術(shù)斷點(diǎn)，推動(dòng)用戶體驗(yàn)進(jìn)階。其中，邊緣計(jì)算借助網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備一定的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，實(shí)現(xiàn)云化虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)分發(fā)，如VR視頻直播可以全視角流推送到網(wǎng)絡(luò)邊緣，再進(jìn)行基于單用戶視場(chǎng)角的信息分發(fā)。MEC可根據(jù)用戶接入的位置選擇合適的邊緣數(shù)據(jù)中心提供計(jì)算服務(wù)，將推送內(nèi)容同步緩存在本地，實(shí)現(xiàn)CDN的特性。此外，還可通過5GC能力開放接口獲取終端的移動(dòng)性事件通知，實(shí)現(xiàn)VR/AR業(yè)務(wù)的移動(dòng)性和連續(xù)性保障。邊緣云作為基礎(chǔ)設(shè)施提供了渲染所須GPU資源及平臺(tái)服務(wù)API，如視頻分析、人臉識(shí)別、圖像特征提取等，以供虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用調(diào)用，從而降低應(yīng)用算法復(fù)雜度，避免原始數(shù)據(jù)回傳，節(jié)省回傳帶寬。網(wǎng)絡(luò)切片為AR/VR提供端到端網(wǎng)絡(luò)資源的保障。Network Slice Orchestration提供了NSMF，下方不同領(lǐng)域(例如SDN，MANO，EMS等)各有相對(duì)應(yīng)NSSMF。NSMF負(fù)責(zé)管理和編排NSI (Network Slice Instance) 以及根據(jù)網(wǎng)絡(luò)片相關(guān)要求推導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)片子網(wǎng)相關(guān)要求。此外，NSMF包括跨域切片管理器的功能，該管理器負(fù)責(zé)NSI生命周期管理(即預(yù)先提供，實(shí)例化，配置和激活以及退役)，并通過不同領(lǐng)域內(nèi)的多維協(xié)調(diào)滿足E2E要求。 NSMF根據(jù)每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的能力分解成多組要求，將每個(gè)需求部分映射到相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。為保證整體端到端的要求，NSMF匯總了每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能，然后執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)整和配置以確保閉環(huán)控制。NSSMF負(fù)責(zé)NSSI (Network Slice Subnet Instance) 的管理和協(xié)調(diào)。NSSMF包括用于不同技術(shù)域的域片管理器，如接入網(wǎng)絡(luò)NSSMF、核心網(wǎng)絡(luò)NSSMF以及傳輸網(wǎng)絡(luò)NSSMF或組合域NSSMF。作為邏輯實(shí)體，NSSMF負(fù)責(zé)在單個(gè)技術(shù)或組合域中預(yù)先提供實(shí)例化、配置、激活以及退役子網(wǎng)。NSSMF確保在每個(gè)單個(gè)或組合域中實(shí)現(xiàn)對(duì)分解的E2E需求能力的實(shí)時(shí)保證。VR/AR端到端的服務(wù)依據(jù)不同領(lǐng)域所需提供的配置與設(shè)定，由NSFM下發(fā)至NSSMF并實(shí)際到各領(lǐng)域執(zhí)行，最終實(shí)現(xiàn)端到端的服務(wù)滿足;不同于LTE 基于承載的QoS管控，5G QoS模型基于QoS流，5G QoS模型支持保障流比特速率(GBR QoS)的QoS流和非保障流比特速率(Non-GBR)的QoS流，5G QoS模型還支持反射QoS。在一個(gè)PDU會(huì)話中，QoS流是可區(qū)分QoS的最小單位。QoS流由QFI標(biāo)識(shí)。QFI包含在N3的數(shù)據(jù)包頭中。在用戶平面，同樣QFI的流得到同樣的轉(zhuǎn)發(fā)處理(例如排隊(duì)、許可控制門限)。QoS流在PDU會(huì)話建立或修改時(shí)建立。5GC 中SMF負(fù)責(zé)QoS的控制，建立一條PDU會(huì)話時(shí)，SMF會(huì)給UPF、AN、UE配置相應(yīng)的Qos參數(shù)。對(duì)于上行數(shù)據(jù)，UE根據(jù)QoS規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配，數(shù)據(jù)包從匹配上的QoS流以及其對(duì)應(yīng)的AN通道(對(duì)應(yīng)的RB)向上傳輸;對(duì)于下行數(shù)據(jù)，UPF根據(jù)PDR對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，數(shù)據(jù)包從匹配上的QoS流以及其對(duì)應(yīng)的AN通道下下傳輸。如果一個(gè)數(shù)據(jù)包沒有匹配上任何一個(gè)QoS規(guī)則(上行)或PDR(下行)，則該數(shù)據(jù)包會(huì)被UE或UPF丟棄。這種基于流的QoS機(jī)制，對(duì)于VR/AR這類實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化用戶體驗(yàn)的基礎(chǔ)。

　　(圖6端到端網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)機(jī)理)

　　(圖75G QoS機(jī)制圖)

虛擬現(xiàn)實(shí)渲染處理對(duì)帶寬和時(shí)延提出了更高要求。渲染處理是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響內(nèi)容呈現(xiàn)與用戶體驗(yàn)效果。當(dāng)前移動(dòng)式虛擬現(xiàn)實(shí)終端硬件性能有限，僅能輸出不高于智能手機(jī)圖形處理效果的3D模型。為提高虛擬現(xiàn)實(shí)終端的圖形處理能力以及3D圖形的顯示效果，可利用5G網(wǎng)絡(luò)及云端渲染優(yōu)化畫面質(zhì)量。云渲染旨在幫助用戶在中低配頭顯上實(shí)現(xiàn)渲染能力更強(qiáng)的PC級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸體驗(yàn)，降低終端購(gòu)置成本。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)這一時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)，云渲染引入的新增時(shí)延對(duì)于用戶體驗(yàn)潛在影響較大。此外，3D應(yīng)用對(duì)于用戶指令的響應(yīng)高度敏感，如進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)游戲時(shí)，用戶指令須得到及時(shí)響應(yīng)，若稍有時(shí)延，容易引發(fā)眩暈感。混合云渲染旨在解決云渲染所引入的新增時(shí)延以及編碼壓縮造成的畫質(zhì)損失，將渲染處理拆分為云端與本地渲染協(xié)同進(jìn)行，利用云端強(qiáng)大的渲染與存儲(chǔ)能力實(shí)現(xiàn)靜態(tài)畫質(zhì)與視覺保真度的提升，同時(shí)基于本地渲染滿足時(shí)延控制要求。5G網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延的特性可有效降低分步渲染產(chǎn)生的新增時(shí)延，進(jìn)一步降低渲染損失和功耗。由于采用云端渲染處理、終端交互呈現(xiàn)的技術(shù)架構(gòu)，云渲染、混合云渲染對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、可靠性提出更高要求，對(duì)當(dāng)前高匯聚、高收斂承載網(wǎng)絡(luò)面臨更大挑戰(zhàn)。深度學(xué)習(xí)渲染成為人工智能在圖像渲染領(lǐng)域的重要技術(shù)創(chuàng)新，可實(shí)現(xiàn)圖像降噪、抗鋸齒以及因注視點(diǎn)渲染帶來的渲染負(fù)載減少。深度學(xué)習(xí)渲染依賴于云計(jì)算龐大計(jì)算能力，在中心云完成深度學(xué)習(xí)渲染訓(xùn)練，之后將訓(xùn)練集同步到邊緣云，并借助MEC降低實(shí)時(shí)渲染時(shí)延，輸出超高畫質(zhì)效果。目前，學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界正在越來越多地投入深度學(xué)習(xí)渲染這一新興熱點(diǎn)中。光場(chǎng)渲染是基于圖片集進(jìn)行影像渲染，在不需要圖像深度信息或相關(guān)性的條件下，通過對(duì)相機(jī)采集到的圖像集進(jìn)行渲染計(jì)算。在實(shí)時(shí)渲染的情況下，光場(chǎng)渲染比三維模型生成的畫面更加真實(shí)。光場(chǎng)渲染須存儲(chǔ)空間中所有光線的方向和角度，進(jìn)而渲染出場(chǎng)景中所有表面的反射和陰影，更大的數(shù)據(jù)流契合5G網(wǎng)絡(luò)傳輸特性。

　　(表2云渲染下不同分辨率和刷新率的設(shè)備對(duì)帶寬和時(shí)延的需求)

基于5G的端云協(xié)同模式觸發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)感知交互能力躍升。業(yè)界主流移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)終端可通過基于傳感融合的SLAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、設(shè)備定位和地圖三維重構(gòu)等功能。實(shí)時(shí)定位技術(shù)日趨成熟，三維重構(gòu)發(fā)展相對(duì)緩慢，目前尚難以構(gòu)建出用于導(dǎo)航、避障等需求的高精度地圖或用于人機(jī)互動(dòng)的語(yǔ)義地圖，上述場(chǎng)景有賴于圖像分割、物體識(shí)別、高精度表面檢測(cè)和三維建模領(lǐng)域的融合創(chuàng)新。基于5G網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境感知可分為初期和成熟兩個(gè)階段，初級(jí)階段主要解決現(xiàn)有終端側(cè)三維重構(gòu)的缺失，通過與云端的低時(shí)延通信實(shí)時(shí)建立并保存地圖。成熟階段須在云端建立完整的語(yǔ)義地圖，各終端能夠?qū)崟r(shí)感知自身定位、獲取地圖信息并完成交互。具言之，5G對(duì)感知交互能力的提升主要表現(xiàn)在機(jī)器視覺、云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和云端語(yǔ)義地圖三方面。機(jī)器視覺基于深度學(xué)習(xí)的語(yǔ)義分割開始在識(shí)別重建中頻繁采用，準(zhǔn)確獲取圖像中的物體類屬及對(duì)應(yīng)的邊緣Mask與Mesh信息，成為未來有針對(duì)性進(jìn)行重建的必要步驟。2019年6月蘋果發(fā)布ARKit3套件，展示了全新人體遮擋效果，通過基于機(jī)器視覺的實(shí)時(shí)肢體姿態(tài)捕捉，將真實(shí)人體、虛擬場(chǎng)景與真實(shí)環(huán)境相互融合。目前，此類融合基于本地完成，隨著終端對(duì)現(xiàn)實(shí)世界理解的不斷深入，需要速度更快、算力更強(qiáng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別、分割、跟蹤、匹配等復(fù)雜任務(wù)處理，基于5G的云端處理方式有助于放大機(jī)器視覺對(duì)環(huán)境感知作用，以更低時(shí)延完成實(shí)時(shí)空間感知與語(yǔ)義標(biāo)記。云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)為多種不同的交互模態(tài)提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算，如同時(shí)處理語(yǔ)音交互與手勢(shì)交互。由于云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)借助超大型CPU與GPU集群進(jìn)行運(yùn)算，可處理更加復(fù)雜的業(yè)務(wù)，如自然語(yǔ)言識(shí)別等。5G網(wǎng)絡(luò)可降低多類自然交互產(chǎn)生的疊加時(shí)延，降低運(yùn)算處理和交互耗時(shí)。同時(shí)，基于5G云端架構(gòu)，經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以部署到邊緣云，在面對(duì)異地多人多端實(shí)時(shí)交互的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時(shí)，以更低時(shí)延處理大量交互反饋信息。此外，云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以與空間計(jì)算相結(jié)合，在5G網(wǎng)絡(luò)下提供更加貼合物理世界的虛擬信息和渲染效果，并對(duì)交互信息進(jìn)行分析和預(yù)判，提升物理世界中虛擬信息的交互體驗(yàn)。云端語(yǔ)義地圖把獲取的點(diǎn)云特征與云端預(yù)先準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，通過具體的語(yǔ)義特征對(duì)點(diǎn)云地圖進(jìn)行標(biāo)記，達(dá)到輔助理解。5G網(wǎng)絡(luò)為云端語(yǔ)義地圖提供算力更強(qiáng)的云端大型GPU集群及高速帶寬網(wǎng)絡(luò)，基于5G云端的語(yǔ)義地圖，能更好的結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建廣域地圖信息，將物理世界進(jìn)行數(shù)字重建和標(biāo)記，同時(shí)對(duì)AR云的搭建提供了極大的技術(shù)支持。

　　(圖85G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)樹)

(二)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有望在2-5年內(nèi)逐步成熟

借鑒Gartner技術(shù)成熟度曲線呈現(xiàn)形式，分析總結(jié)如下與5G顯著關(guān)聯(lián)的各類虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。5G+虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)創(chuàng)新大多分布于穩(wěn)步爬升光明期、泡沫化低谷期和過高期望峰值期，預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)發(fā)展成熟的技術(shù)以近眼顯示、網(wǎng)絡(luò)傳輸領(lǐng)域?yàn)橹?，占比約為三分之一。在二至五年內(nèi)發(fā)展至主流階段的技術(shù)占比接近一半，集中于在云端進(jìn)行的面向復(fù)雜環(huán)境、場(chǎng)景與內(nèi)容的渲染計(jì)算;有望在5-10年內(nèi)發(fā)展為主流的技術(shù)將深入至云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，為場(chǎng)景和應(yīng)用提供復(fù)雜的空間識(shí)別算力、高保真渲染效果及虛實(shí)融合的交互能力，進(jìn)而為5G環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容提供更加優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn);面向10年以上成熟的技術(shù)目前主要有光場(chǎng)顯示和混合渲染，在網(wǎng)絡(luò)傳輸能力和云端計(jì)算能力發(fā)展到較高程度下，有望為用戶提供完全沉浸體驗(yàn)。

　　(圖95G云化虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)成熟度曲線)

在5G+虛擬現(xiàn)實(shí)融合創(chuàng)新方面，受影視行業(yè)及機(jī)器視覺技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)摳像已日趨成熟，5G云化將加快這一技術(shù)落地，預(yù)估2年內(nèi)發(fā)展至成熟階段。高性能拼接縫合是時(shí)延、帶寬雙敏感型業(yè)務(wù)，產(chǎn)業(yè)化相對(duì)較快，預(yù)估在2年內(nèi)發(fā)展成熟。云化三維重建借助云計(jì)算帶來高精度三維重建效果，降低了終端計(jì)算負(fù)載，目前尚須跨領(lǐng)域技術(shù)整合，預(yù)計(jì)3-5年發(fā)展成熟。基于5G云化的虛實(shí)場(chǎng)景擬合有望促使融合效果出現(xiàn)質(zhì)變，預(yù)估2-5年發(fā)展成熟。一體多目式（非光場(chǎng)式）全景拍攝發(fā)展較快，在5G網(wǎng)絡(luò)幫助下設(shè)備成本和體積將會(huì)向小型輕便發(fā)展，發(fā)展至成熟預(yù)估需要2-3年時(shí)間。陣列式（光場(chǎng)式）全景拍攝長(zhǎng)期受光學(xué)和底層圖像處理能力的限制，在5G云端GPU集群的助力下有望出現(xiàn)顯著改觀，預(yù)估需2-5年時(shí)間發(fā)展成熟。WebXR目前仍處于初級(jí)階段，但由于本身基于Web技術(shù)構(gòu)建，5G網(wǎng)絡(luò)將加快其迭代和落地，2019年初WebXR剛發(fā)布API 1.0版草案，發(fā)展成熟仍有5-10年時(shí)間。依據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)度，5G R15確定了5G的基本架構(gòu)，包括新的空口、非獨(dú)立(NSA)/獨(dú)立(SA)組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、云化核心網(wǎng)、核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片等基本技術(shù)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)下行峰值速率10Gbps、空口時(shí)延1ms的目標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)自2018年底開始在全球逐步建設(shè)，邊緣計(jì)算設(shè)備也將隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)開始部署，支持5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。而5G R16所支持的行業(yè)應(yīng)用技術(shù)，包括端到端(包含無(wú)線網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)切片、高可靠性等技術(shù)，將隨著標(biāo)準(zhǔn)的完成在未來2-5年內(nèi)逐步部署。5G R17于2019年開始確定研究課題，現(xiàn)階段的重點(diǎn)為加入人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的自動(dòng)化等功能，因此部署的時(shí)間還將更晚。預(yù)計(jì)從2025年開始，5G將進(jìn)入B5G/6G時(shí)代，開始B5G和6G的技術(shù)研究和部署。根據(jù)諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室的預(yù)測(cè)，B5G/6G將利用信息技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的完全智能和自動(dòng)化，并實(shí)現(xiàn)下行峰值速率大于100Gbps的目標(biāo)。6G的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)計(jì)要到2028年以后才能形成，正式商用則預(yù)計(jì)在2030年以后。在傳輸預(yù)處理方面，目前虛擬現(xiàn)實(shí)視頻編碼仍主要使用HEVC，H.265已成為主流技術(shù)。5G對(duì)視頻編碼技術(shù)提出了更高的要求，下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.266在2018年4月正式開始標(biāo)準(zhǔn)化工作，將于2020年發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)于5-10年可以成為新的主流技術(shù)。混合渲染對(duì)云渲染技術(shù)有一定依賴性，屬于在云渲染基礎(chǔ)上對(duì)畫質(zhì)、時(shí)延和功耗的優(yōu)化，發(fā)展至成熟仍需2-5年。深度學(xué)習(xí)渲染須采集大量圖形渲染數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，該技術(shù)在學(xué)界和業(yè)界仍處于研討期，短期內(nèi)難以商用落地，預(yù)估成熟期在5-10年。作為面向未來的渲染技術(shù)，光場(chǎng)渲染的處理、優(yōu)化、傳輸尚處于基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)階段，預(yù)估成熟期在10年以上。機(jī)器視覺需要依賴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供計(jì)算與分析，5G云化將提供GPU和CPU集群，加快訓(xùn)練速度，預(yù)期到達(dá)技術(shù)成熟需3至5年時(shí)間。云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和云端語(yǔ)義地圖，將為物理世界的數(shù)字化構(gòu)建提供更加精確的建圖能力和定位能力，需借助后5G時(shí)代云化提供的高算力和高承載能力，預(yù)估發(fā)展至成熟期需5至10年。

　　(圖105G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)路標(biāo))

(三)5G助推虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)性、功能性與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化提升

相比本地虛擬現(xiàn)實(shí)、4G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)路線，5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)性能、功能、成本等方面改善顯著，可歸納為頭動(dòng)響應(yīng)時(shí)延(MTP)、渲染能力、顯示能力、使用移動(dòng)性、顯示能力市場(chǎng)規(guī)模、成本效率。其中，業(yè)界普遍認(rèn)為頭動(dòng)響應(yīng)時(shí)延（MTP）應(yīng)控制在20ms以內(nèi)，否則容易引起眩暈感。換言之，用戶轉(zhuǎn)動(dòng)頭部改變視角時(shí)，終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸、云端計(jì)算的整體用時(shí)應(yīng)確保頭動(dòng)和FOV 畫面改變一致，相應(yīng)新視角所呈現(xiàn)畫面的累計(jì)時(shí)延不超過20ms，也不應(yīng)出現(xiàn)全部或部分視野無(wú)畫面的情況。依靠終端的本地處理，由于無(wú)須考慮網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，領(lǐng)先的設(shè)備廠商如Oculus和HTC Vive可以做到20ms 內(nèi)MTP，但其代價(jià)在于犧牲了移動(dòng)云VR在終端價(jià)格、端云協(xié)作等方面的潛在價(jià)值。在4G網(wǎng)絡(luò)下，通過采用4G云+小型GPU的方式，將渲染和視覺計(jì)算放在云端進(jìn)行，降低了終端處理壓力的同時(shí)，引入了額外的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，典型的4G空口時(shí)延在10ms-28ms之間。在5G網(wǎng)絡(luò)下，由于高帶寬、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)特性，5G網(wǎng)絡(luò)把空口時(shí)延降低到1ms，通過采用5G+GPU云端集群的方式，可將時(shí)延控制在10ms以內(nèi)，針對(duì)高端設(shè)備和峰值網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，有可能達(dá)到7ms-5ms，即5G為虛擬現(xiàn)實(shí)在端云協(xié)同與MTP時(shí)延控制間帶來了更大的平衡空間;對(duì)于渲染分辨率、幀率所表征的渲染能力，在本地進(jìn)行的渲染，受限于終端GPU計(jì)算能力，分辨率僅可達(dá)到2K-4K，幀率在30fps-60fps。在4G網(wǎng)絡(luò)下，通過采用4G和云端渲染，渲染能力平均可以達(dá)到4K分辨率、90fps的效果。在5G網(wǎng)絡(luò)下，有望將渲染能力進(jìn)一步提升至8K分辨率、120fps效果，整體畫質(zhì)達(dá)到本地處理能力兩倍以上;對(duì)于角分辨率、刷新率、視場(chǎng)角所表征的近眼顯示能力，雖然該類性能指標(biāo)依賴于光學(xué)、屏幕等終端技術(shù)，但在虛擬現(xiàn)實(shí)端云協(xié)同的發(fā)展趨勢(shì)下，相比4G網(wǎng)絡(luò)，5G可進(jìn)一步支持廣視場(chǎng)角顯示(4G：FOV100°，5G：FOV140°及以上)、高刷新率顯示(4G：60Hz-90Hz，5G：120Hz及以上)、高分辨率顯示(4G：15-20PPD，5G：30PPD及以上);對(duì)于用戶移動(dòng)性而言，在初步解決了VR終端有繩化的問題后，5G可以解決本地以及4G云VR/AR所面臨的場(chǎng)景受限問題，通過在高速移動(dòng)場(chǎng)景中保證100Mbps以上的用戶體驗(yàn)帶寬，將時(shí)下各類虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用拓展至車載、高鐵等高速移動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景，保證了全場(chǎng)景的服務(wù)能力和必要的業(yè)務(wù)連續(xù)性;對(duì)于市場(chǎng)潛力和費(fèi)效比等經(jīng)濟(jì)性因素而言，作為新一代人機(jī)交互平臺(tái)，虛擬現(xiàn)實(shí)在單機(jī)版階段的市場(chǎng)發(fā)展較為緩慢，應(yīng)用場(chǎng)景與用戶體驗(yàn)受限于本地終端。參考梅特卡夫定律以及2017-2022年全球虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)規(guī)模，相比孤島式單機(jī)版的發(fā)展之路，虛擬現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)潛力有賴于虛擬世界潛藏的網(wǎng)絡(luò)價(jià)值，比之4G時(shí)代，5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)用戶連接交互深度(沉浸體驗(yàn))而非連接廣度(聯(lián)網(wǎng)數(shù)量)。此外，在本地VR/AR階段，由于不涉及網(wǎng)絡(luò)支持，虛擬現(xiàn)實(shí)借助網(wǎng)絡(luò)對(duì)單位生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)較低。據(jù)諾基亞貝爾測(cè)算，通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸及云端GPU運(yùn)算處理，其對(duì)生產(chǎn)力貢獻(xiàn)的能力約為僅憑借本地終端貢獻(xiàn)能力的十倍。在5G網(wǎng)絡(luò)階段，通過5G傳輸及云端GPU集群運(yùn)算處理，其對(duì)生產(chǎn)力貢獻(xiàn)的能力約為4G網(wǎng)絡(luò)階段的十倍。

　　(圖11本地/4G/5G+VR/AR方案對(duì)比)

(四)5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范演進(jìn)牽引虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)進(jìn)階

針對(duì)業(yè)務(wù)需求的實(shí)際差異，5G虛擬現(xiàn)實(shí)主要呈現(xiàn)為兩類云化部署形態(tài)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)大帶寬、低時(shí)延的支持，將部分渲染、視頻處理的功能轉(zhuǎn)移到云端服務(wù)器處理，使得采用云端服務(wù)器和虛擬現(xiàn)實(shí)終端的連接成為可能。同時(shí)，5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)方式有助于減少終端處理能力要求，降低頭顯體積與功耗，且配戴設(shè)置更加便捷。目前，5G網(wǎng)絡(luò)上與虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)相關(guān)的服務(wù)器存在兩類云化部署方式，一是將服務(wù)器部署在5G的核心網(wǎng)絡(luò)側(cè)的應(yīng)用服務(wù)器上或中央數(shù)據(jù)中心，二是將其部署在邊緣計(jì)算或接入側(cè)數(shù)據(jù)中心上。兩類方案對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的影響聚焦于時(shí)延控制，若部署在接入側(cè)數(shù)據(jù)中心，即意味著更低時(shí)延，對(duì)時(shí)延敏感型的虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)用戶體驗(yàn)更好，但對(duì)于諸如遠(yuǎn)程教育等全網(wǎng)范圍的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，采用中央數(shù)據(jù)中心成為常規(guī)方案。

　　來源GSMA 2019

　　(圖12VR/AR服務(wù)器在5G網(wǎng)絡(luò)上部署的兩種基本方案及其時(shí)延)

隨著5G標(biāo)準(zhǔn)從R15、R16、R17向B5G/6G不斷演進(jìn)，新一代移動(dòng)通信與虛擬現(xiàn)實(shí)互相促進(jìn)，有望實(shí)現(xiàn)基于5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的深度沉浸乃至完全沉浸的體驗(yàn)需求。從5G標(biāo)準(zhǔn)制定看，業(yè)界認(rèn)為5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)主要分為三個(gè)階段，即5G、5G增強(qiáng)(包括R16、R17…)和B5G(Beyond5G)/6G。從R16開始，5G進(jìn)入5G增強(qiáng)階段，其中，R16已確定針對(duì)企業(yè)應(yīng)用增強(qiáng)(如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))，提出5G私網(wǎng)、達(dá)到99.9999%的高可靠性要求，并實(shí)現(xiàn)包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)端到端的切片能力，預(yù)計(jì)2020年3月完成標(biāo)準(zhǔn)制定。R17將支持52.6 GHz以上頻譜，加入人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的自動(dòng)化等功能，預(yù)計(jì)將于2021年底完成標(biāo)準(zhǔn)制定。預(yù)計(jì)從2025年開始，5G將進(jìn)入B5G/6G時(shí)代。根據(jù)諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室的預(yù)測(cè)，B5G/6G將利用信息技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的完全智能和自動(dòng)化，并實(shí)現(xiàn)下行峰值速率大于100Gbps的目標(biāo)。針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)際需求，總結(jié)如下5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)融合創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展路徑。

　　(圖133GPP Rel15、16、17實(shí)現(xiàn)的主要功能和性能)

　　(圖14諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)的5G增強(qiáng)、B5G/6G主要功能和性能)

　　(表35G云化虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)路徑)

三、5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景

(一)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+教育

5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建異地、多人、多端的全息教學(xué)場(chǎng)。通過傳統(tǒng)教育中的“教學(xué)練”與全息的“人物場(chǎng)”深度結(jié)合，打破時(shí)空限制，營(yíng)造虛實(shí)相融的教學(xué)環(huán)境，衍生出豐富多元的教學(xué)應(yīng)用。5G+MR全息教室是5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)教育的典型場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)三大功能：一是異地多人加入，異地師生可即時(shí)加入課堂，無(wú)人數(shù)上限;二是多人同時(shí)交互，針對(duì)教學(xué)環(huán)境中的所有內(nèi)容(包括人、物、場(chǎng))進(jìn)行交互，同步反饋，直觀高效;三是多端無(wú)縫銜接，無(wú)論當(dāng)下終端是智能眼鏡、手機(jī)或PC，皆可實(shí)時(shí)連接，且內(nèi)容呈現(xiàn)和交互協(xié)作無(wú)縫銜接?？紤]到MR混合現(xiàn)實(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延的雙敏感性，5G+MR全息教室接入高速率、低時(shí)延的5G網(wǎng)絡(luò)，并引入邊緣計(jì)算和切片網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)云端渲染，為教學(xué)提供優(yōu)秀的顯示畫質(zhì)和更低的渲染時(shí)延。5G的超大帶寬、超低時(shí)延及超強(qiáng)移動(dòng)性可確保整個(gè)全息教學(xué)系統(tǒng)的沉浸體驗(yàn)效果?；?G+MR全息教室的教學(xué)系統(tǒng)可改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過虛實(shí)結(jié)合的全新教學(xué)方式輔助課堂教學(xué)，營(yíng)造場(chǎng)景化教學(xué)新體驗(yàn)。

　　(圖155G+MR全息教室特性)

　　(圖165G+MR全息教室網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))

伴隨5G技術(shù)的發(fā)展，異地多人的教學(xué)模式可能成為未來主流。2019年6月，首個(gè)5G+MR教室在上海徐匯中學(xué)落成，并通過5G和MR混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)，順利與遠(yuǎn)在云南的紅河州云陽(yáng)中學(xué)實(shí)現(xiàn)異地雙向同步教學(xué)。同時(shí)，青島萃英中學(xué)、上海建平中學(xué)等多地重點(diǎn)中學(xué)將先后落成5G+MR教室，幫助異地師生更好的交流、探索和學(xué)習(xí)，用新一代信息技術(shù)推動(dòng)教育公平化進(jìn)程。

(二)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+演唱會(huì)

5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造演唱會(huì)全新視覺體驗(yàn)。5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在演唱會(huì)中的應(yīng)用主要有基于VR的高清全景演唱會(huì)直播，以及MR/AR形式演唱會(huì)。

VR演唱會(huì)全景直播：VR全景直播采用多機(jī)位全景視角進(jìn)行拍攝，一方面可以提供更多觀看角度，另一方面針對(duì)單一觀看點(diǎn)提供360°x180°全視角效果，極大提升演唱會(huì)觀看體驗(yàn)?；?G云化的VR全景直播技術(shù)，憑借5G超高帶寬、CDN和邊緣云MEC技術(shù)，可更好的滿足傳輸帶寬和拼接算力的需求，提供更具沉浸感的全景直播體驗(yàn)。在演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，通過全景拍攝設(shè)備(如諾基亞OZO全景相機(jī))，可從多個(gè)拍攝點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)全景影像取景，并通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至邊緣云。在邊緣云上借助高性能拼接縫合技術(shù)對(duì)視頻流進(jìn)行處理，將拍攝畫面進(jìn)行拼接和優(yōu)化，并實(shí)時(shí)傳輸給場(chǎng)內(nèi)的終端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)，同時(shí)還可通過5G網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延傳輸給場(chǎng)外的遠(yuǎn)端用戶進(jìn)行直播互動(dòng)。5G可以實(shí)現(xiàn)4K/8K的VR直播效果，并將平均時(shí)延控制在10ms。對(duì)于終端用戶，5G網(wǎng)絡(luò)支持觀看視點(diǎn)流暢平滑的無(wú)縫切換，保證直播時(shí)音畫同步。

　　(圖175G+VR演唱會(huì)全景直播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))

MR/AR演唱會(huì)：借助5G網(wǎng)絡(luò)下端到端網(wǎng)絡(luò)切片的SLA/QoS 保障，以及實(shí)時(shí)虛實(shí)場(chǎng)景擬合和高性能拼接技術(shù)，MR/AR全息演唱會(huì)可提供強(qiáng)交互、多場(chǎng)景的全息沉浸體驗(yàn)。在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過網(wǎng)絡(luò)切片和MEC技術(shù)完成云渲染和虛實(shí)場(chǎng)景擬合，現(xiàn)場(chǎng)觀眾可佩戴MR/AR眼鏡觀看融入全息特效的演唱會(huì)，并在歌手、觀眾、全息數(shù)字特效間形成多維互動(dòng)，營(yíng)造豐富的現(xiàn)場(chǎng)效果。

(三)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+工業(yè)

5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)深度融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，推動(dòng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)降本增效。借助5G網(wǎng)絡(luò)將云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與企業(yè)ERP系統(tǒng)及IoT物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接，圍繞工業(yè)中的剛需場(chǎng)景，構(gòu)建新型智慧工業(yè)，服務(wù)于業(yè)務(wù)更精細(xì)化、要求更高的遠(yuǎn)程協(xié)助、實(shí)時(shí)操作指引、日常巡檢、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)展示、員工培訓(xùn)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

產(chǎn)品展示：AR眼鏡通過5G網(wǎng)絡(luò)可提供基于云渲染的全息虛擬產(chǎn)品形態(tài)，以及全息的操作內(nèi)容輔助，極大提高操作人員信息接收效率，進(jìn)而提高工作效率。

日常巡檢：借助5G網(wǎng)絡(luò)MEC功能可對(duì)廠區(qū)進(jìn)行三維重建，構(gòu)建基于智能眼鏡的全息BIM系統(tǒng)，并可隨時(shí)調(diào)取查看各區(qū)域產(chǎn)線生產(chǎn)信息。5G云化技術(shù)提供的云端語(yǔ)義地圖可直接獲取設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，并通過全息信息交互遠(yuǎn)程操控動(dòng)態(tài)調(diào)配產(chǎn)能。

操作指引：借助5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中邊緣云MEC和中心云神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，對(duì)操作對(duì)象和環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描與智能標(biāo)記，提供操作流程3D指引，并通過IoT提供實(shí)時(shí)操作反饋。

遠(yuǎn)程協(xié)助：通過5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將操作環(huán)境和對(duì)象在遠(yuǎn)端專家面前模擬還原。通過雙向全息呈像，專家可在模擬的全息環(huán)境中進(jìn)行操作并將過程同步回傳至操作現(xiàn)場(chǎng)，真實(shí)還原專家“手把手”協(xié)助指導(dǎo)。

　　(圖185G云化虛擬現(xiàn)實(shí)工業(yè)遠(yuǎn)程協(xié)助網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))

(四)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+醫(yī)療

5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)推動(dòng)救治模式革新，助力醫(yī)療資源公平化進(jìn)程。在5G網(wǎng)絡(luò)下，VR/AR醫(yī)療應(yīng)用時(shí)延將降至10ms內(nèi)，實(shí)現(xiàn)從教學(xué)培訓(xùn)和輔助康復(fù)延展到時(shí)效性更強(qiáng)的救治和診療中，極大拓寬醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景。

遠(yuǎn)程救治：憑借5G超低時(shí)延的特性，一線搶救人員可通過智能終端實(shí)時(shí)拍攝記錄傷員創(chuàng)傷情況，并在第一時(shí)間以VR直播形式傳回救治中心。遠(yuǎn)端醫(yī)生可對(duì)創(chuàng)傷進(jìn)行實(shí)時(shí)3D標(biāo)注，并發(fā)送救治操作方法給一線搶救人員。由于5G時(shí)延極低，醫(yī)院了解到的患者體征數(shù)據(jù)與一線同步，保證救治手段及時(shí)準(zhǔn)確。

智能會(huì)診：通過5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立的異地多人通訊，病例與救治方案可以3D形式呈現(xiàn)在醫(yī)生與患者雙方/多方面前，并借助云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集群，對(duì)患者病情走勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)判，提供有精準(zhǔn)有效的治療方案。

5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)幫助醫(yī)療行業(yè)提高救治效率，減少由時(shí)延帶來的不必要病痛。同時(shí)通過多端全息會(huì)診可推動(dòng)醫(yī)療資源公平化和均衡化發(fā)展，服務(wù)更多偏遠(yuǎn)地區(qū)患者。

(五)5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)+游戲

5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造全新互動(dòng)游戲視覺與交互體驗(yàn)。5G連接的云端GPU集群將極大提高游戲渲染能力，提升多人互動(dòng)游戲的沉浸體驗(yàn)。

VR/AR游戲的實(shí)時(shí)渲染和媒體處理所需的GPU龐大算力將由MEC邊緣云完成，就近完成渲染處理和效果下發(fā)，最大限度降低大量圖像數(shù)據(jù)傳輸造成的時(shí)延。VR/AR終端僅需從MEC接收渲染效果并進(jìn)行基礎(chǔ)解碼、處理、呈現(xiàn)，間接減小了對(duì)終端體積和性能的要求。用戶可通過更廉價(jià)、輕便的終端連接5G網(wǎng)絡(luò)，享受互動(dòng)感和沉浸感兼具的云端游戲。

　　(圖195G+VR/AR云游戲網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))

四、發(fā)展建議

把握住虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)新與5G帶來產(chǎn)業(yè)變革的窗口期，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)帶動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)的特點(diǎn)，以技術(shù)創(chuàng)新為支撐，以應(yīng)用示范為突破，以產(chǎn)業(yè)融合為主線，豐富虛擬現(xiàn)實(shí)商業(yè)模式，整合虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈資源，構(gòu)筑“5G云VR+”融通發(fā)展生態(tài)圈。

強(qiáng)化5G云化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)預(yù)研與趨勢(shì)預(yù)判，提高創(chuàng)新資源利用率。支持電信運(yùn)營(yíng)商、終端企業(yè)、內(nèi)容廠商、高校院所在內(nèi)的產(chǎn)學(xué)研主體聯(lián)合組建5G云VR創(chuàng)新中心與實(shí)驗(yàn)室，開展針對(duì)5G+VR的端到端解決方案研究，打通“端管云”產(chǎn)業(yè)鏈條;圍繞內(nèi)容上云、渲染上云乃至制作上云等重點(diǎn)融合領(lǐng)域，加大研發(fā)投入，深化知識(shí)產(chǎn)權(quán)儲(chǔ)備，跟蹤技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程;堅(jiān)持規(guī)模應(yīng)用導(dǎo)向與技術(shù)斷點(diǎn)彌合的研發(fā)思路，提高創(chuàng)新資源利用效率與產(chǎn)出水平，由傳統(tǒng)強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)層面的創(chuàng)新性和價(jià)值點(diǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)楦涌粗丶夹g(shù)產(chǎn)業(yè)化的落地價(jià)值，推動(dòng)各類創(chuàng)新要素在產(chǎn)學(xué)研用間的聚焦、流動(dòng)與增值。

開展5G云VR規(guī)?；瘧?yīng)用試點(diǎn)，探索可商業(yè)落地的解決方案。在5G時(shí)代與云化架構(gòu)的引領(lǐng)下，降低優(yōu)質(zhì)內(nèi)容的獲取難度和硬件成本，保護(hù)虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容版權(quán)，突破業(yè)界慣有“展廳級(jí)”、“孤島式”、“小眾性”、“雷同化”的應(yīng)用示范發(fā)展瓶頸，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、田園綜合體等實(shí)體經(jīng)濟(jì)特色領(lǐng)域中，深化“虛擬現(xiàn)實(shí)+”行業(yè)應(yīng)用的探索融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)級(jí)、網(wǎng)聯(lián)式、規(guī)模性、差異化的應(yīng)用普及之路;在文旅、教育、醫(yī)療等具備業(yè)務(wù)變現(xiàn)能力、政府帶頭示范效應(yīng)顯著、方案相對(duì)成熟優(yōu)良的細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域，落地一批應(yīng)用示范，如“5G云VR進(jìn)小區(qū)”等試點(diǎn)工程，發(fā)揮龍頭帶動(dòng)作用。

推動(dòng)5G云VR扶持政策制定。5G云VR扶持政策將打破傳統(tǒng)彼此封閉、煙囪式的產(chǎn)業(yè)發(fā)展框架，對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行網(wǎng)狀重構(gòu)，幫助虛擬現(xiàn)實(shí)深度導(dǎo)入信息通信產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。推動(dòng)5G云VR扶持政策制定，鼓勵(lì)平臺(tái)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)協(xié)作，提高財(cái)稅政策利用效率，實(shí)現(xiàn)由政策輸血向政策造血的轉(zhuǎn)變;為電信運(yùn)營(yíng)商與虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵器件廠商、終端企業(yè)、內(nèi)容聚合分發(fā)平臺(tái)、解決方案提供商間的協(xié)同創(chuàng)新提供專項(xiàng)資金支持及公共服務(wù)平臺(tái)，鼓勵(lì)探索商業(yè)模式、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、內(nèi)容應(yīng)用的創(chuàng)新變革，推動(dòng)單點(diǎn)突破向產(chǎn)業(yè)集聚的轉(zhuǎn)變。

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