诺基亚贝尔&信通院:5G云化虚拟现实白皮书(43页).pdf

上传人:风亭 文档编号:8949 上传时间:2020-07-31 格式:PDF 页数:43 大小:3.01MB
下载 相关 举报
诺基亚贝尔&信通院:5G云化虚拟现实白皮书(43页).pdf_第1页
第1页 / 共43页
诺基亚贝尔&信通院:5G云化虚拟现实白皮书(43页).pdf_第2页
第2页 / 共43页
诺基亚贝尔&信通院:5G云化虚拟现实白皮书(43页).pdf_第3页
第3页 / 共43页
诺基亚贝尔&信通院:5G云化虚拟现实白皮书(43页).pdf_第4页
第4页 / 共43页
诺基亚贝尔&信通院:5G云化虚拟现实白皮书(43页).pdf_第5页
第5页 / 共43页
点击查看更多>>
资源描述

1、 致致 谢谢 本白皮书由上海诺基亚贝尔股份有限公司、 中国信息通信研究院 信息化与工业化融合研究所、 上海影创信息科技有限公司与青岛市崂 山区人民政府联合撰写。限于编写时间、项目组知识积累与产业尚未 完全定型等方面的因素,内容恐有疏漏,烦请不吝指正。 白皮书编写组: 王泽权、罗江、刘泽、Chia Peter、Liang Yong、于咏梅、张国庆、 陈曦、胡可臻、宫政、郭英男、胡金鑫、孙立、王潇、曾震湘、谢 伟、程裕翔、王保生、孙明、陈楚天 目目 录录 一、一、 背景概况背景概况 . 1 1 (一) 5G 三大场景成为经济社会数字化转型的关键使能器 . 1 (二) 5G 产业链条长,辐射带动性强

2、 . 2 (三) 2019 年成为我国 5G 商用元年 . 5 (四) 基于 eMBB 场景的虚拟现实成为 5G 应用落地的切入点 . 6 (五) 5G 云 VR 成为虚拟现实产业生态中的新兴力量 . 8 (六) 5G 云 VR 成为虚拟现实产业政策热点方向 . 9 二、二、 技术趋势技术趋势 .1111 (一) 5G 催化虚拟现实“五横两纵”技术架构持续演进 . 11 (二) 5G 云化虚拟现实技术有望在 2-5 年内逐步成熟 . 22 (三) 5G 助推虚拟现实体验性、功能性与经济性的优化提升 . 25 (四) 5G 标准规范演进牵引虚拟现实体验进阶 . 28 三、三、 5G5G 云化虚拟

3、现实应用场景云化虚拟现实应用场景 .3232 (一) 5G 云化虚拟现实+教育 . 32 (二) 5G 云化虚拟现实+演唱会 . 33 (三) 5G 云化虚拟现实+工业 . 35 (四) 5G 云化虚拟现实+医疗 . 36 (五) 5G 云化虚拟现实+游戏 . 37 四、四、 发展建议发展建议 .3838 图表索引图表索引 图 1 5G 三大应用场景及商用落地时序 . 2 图 2 5G 产业链框架视图 . 5 图 3 虚拟(增强)现实产业地图 . 9 图 4 虚拟现实沉浸体验阶梯 . 12 图 5 虚拟现实“五横两纵”技术架构 . 12 图 6 端到端网络切片实现机理 . 18 图 7 5G

4、QoS 机制图 . 18 图 8 5G 云化虚拟现实技术树 . 22 图 9 5G 云化虚拟现实关键技术成熟度曲线 . 23 图 10 5G 云化虚拟现实技术路标 . 25 图 11 本地/4G/5G+VR/AR 方案对比 . 28 图 12 VR/AR 服务器在 5G 网络上部署的两种基本方案及其时延 . 29 图 13 3GPP Rel15、16、17 实现的主要功能和性能 . 30 图 14 诺基亚贝尔实验室预测的 5G 增强、B5G/6G 主要功能和性能 . 30 图 15 5G+MR 全息教室特性 . 32 图 16 5G+MR 全息教室网络架构 . 33 图 17 5G+VR 演唱

5、会全景直播网络架构 . 34 图 18 5G 云化虚拟现实工业远程协助网络架构 . 36 图 19 5G+VR/AR 云游戏网络架构 . 37 表 1 近眼显示技术网络能力需求 . 13 表 2 云渲染下不同分辨率和刷新率的设备对带宽和时延的需求 . 20 表 3 5G 云化虚拟现实网络传输技术路径 . 31 1 一、一、背景概况背景概况 (一一) 5G 三大场景成为经济社会数字化转型的关键使能器三大场景成为经济社会数字化转型的关键使能器 自上世纪 80 年代以来,移动通信每十年出现新一代革命性 技术,持续加快信息产业的创新进程,不断推动经济社会的繁荣 发展。目前,我国移动数据流量的快速增长将

6、使城市核心区业务 密度大幅提升,预计在 2021 年左右将超过 4G 网络最大承载能 力。此外,现今的 4G 移动通信技术主要用于消费领域,尚未真 正从根本上变革经济体的工业或公共部门,随着 5G 技术不断发 展并支持海量终端、机器和流程联网,通信将成为一个高速率、 高吞吐量、高可靠性和低时延平台。5G 将以全新的网络架构, 提供至少十倍于 4G 的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的 连接能力,开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。 从移动互联网和物联网主要应用场景、 业务需求及挑战出发, 可归纳出三大5G主要技术场景。 一是增强型移动宽带 (eMBB) , 将扩展现有 4G 价值,大幅提

7、升网络性能和用户体验,主要用于 虚拟现实、超高清视频等文娱领域,并驱动 4.4 万亿美元的经济 活动;二是海量机器类通信(mMTC) ,将提升频谱利用能力, 显著降低成本,促进机器通信和传统物联网应用投入,主要在智 慧城市、智能家居等领域产生规模经济效益,将驱动 3.6 万亿美 元的经济活动;三是超高可靠低时延通信(uRLLC) ,支持高可 靠性、超低时延、高安全性及可用性的关键业务型应用,如工业 2 自动化、自动驾驶汽车、远程医疗等,将驱动 4.3 万亿美元的经 济活动。根据目标市场需求和技术成熟度,以大型赛事等活动和 娱乐消费为牵引,增强型移动宽带是首先获得应用的场景,其次 是由工业互联网

8、和车联网驱动的超高可靠低时延通信, 最后是需 要良好的网络覆盖和低成本通信终端的海量机器通信。 总体上看, 5G 的广泛应用将为大众创业、万众创新提供坚实支撑,助推制 造强国、网络强国建设,使新一代移动通信成为引领国家数字化 转型的通用目的技术。 图 1 5G 三大应用场景及商用落地时序 (二二) 5G 产业链条长,辐射带动性强产业链条长,辐射带动性强 从传统通信产业升级需求和垂直行业应用需求角度出发,从传统通信产业升级需求和垂直行业应用需求角度出发, 5G 产业可大致分为基础层、设备层、网络层、支撑层以及应用产业可大致分为基础层、设备层、网络层、支撑层以及应用 层。层。基础层包括集成电路、新

9、型显示、通信组件等,为上层通信 设备和应用服务提供基础技术支撑;设备层包括系统设备、云设 备、终端设备和仪器仪表等,为应用服务提供通信传输路径;网 3 络层包括网络规划、运营商、IT 服务和网络安全等,是落实通 信基础设施建设和通信能力保障的重要组成部分; 支撑层将提供 云计算、边缘计算、大数据、人工智能等数据处理、挖掘、分析 能力,服务于传统通信和垂直行业的相关应用需求;应用层依托 以上各层基础实现 5G 与大视频 (虚拟/增强现实和超高清视频) 、 无人机、 工业互联网、 车联网、 医疗健康等各个行业的融合应用。 5G 触发信息产业重点领域发展升级。触发信息产业重点领域发展升级。 5G 网

10、络规模部署首先 将推动 ICT 制造产业升级,射频、天线、光模块及系统设备将迎 来技术升级和产业需求扩张。在集成电路等基础硬件方面,5G 时代频段数量提升及海量设备连接带来滤波器和功率放大器增 量明显,到 2020 年全球射频器件整体规模将达到 200 亿美元, 200mm 等效的射频 SOI 晶圆出货量超过 200 万片; 同时 5G 网络 架构变化以及基站规模部署将有效刺激光模块需求,预计 5G 时 代我国光模块产业投资额大约为 1500 亿元-1700 亿元 (包括无线 网络和传输网) 。 在设备层面, Massive MIMO 技术要求天线系统 具备 64T64R 或 128T128R

11、 并搭配多组射频单元, 5G 时期基站天 线投资规模将远超 4G,总投资额达到约 500 亿元规模水平,并 带动 PCB 量价齐升,预计单个 5G 宏基站的 PCB 价值量是 4G 时代的两倍以上。在网络服务层面,2017 年我国网络安全产业 规模达到 457 亿元,5G 时代以提高系统灵活性和效率并降低成 为而引入的 SDN和 NFV等 IT技术将给网络安全带来更多挑战, 预计 5G 正式商用后网络安全产业将迎来全新的增长动能。 4 5G 催生信息产业衍生全新产业链条。催生信息产业衍生全新产业链条。其一,移动边缘计算 是为适配 5G 网络超大连接、超低时延以及超大带宽等核心要素 而形成的分布

12、式计算方式,并衍生出全新的产业生态系统,包括 电信运营商、电信设备商、IT 厂商、第三方应用和内容提供商 等多个环节。其二,5G 具有高频和低频两种频谱资源,宏基站 作为低频载体是前期网络商用部署重点, 而中后期高频网络的无 缝深度覆盖,将推动基站需求由宏基站向小基站转移,中小型设 备厂商及 IT 设备商积极进入小基站市场, 预计 2021 年全球室内 小型基站市场规模将达到18亿美元。 其三, 5G网络呈现软件化、 智能化和平台化趋势, 通信技术与信息技术的深度融合将有效推 动 SDN/NFV 等网络服务产业发展,到 2022 年全球 NFV 和运营 商 SDN 市场规模分别将达到 375

13、亿和 178 亿美元。 5G 赋能跨界应用产业提质增效。赋能跨界应用产业提质增效。5G 通过与交通、医疗、工 业、文化娱乐等各个行业融合,孕育新兴信息产品和服务,产生 各种 5G 行业应用,重塑传统产业发展模式。5G 技术让智能家 居、可穿戴设备等新型信息产品,虚拟现实等数字内容服务真正 走进千家万户,增加信息消费的有效供给,推动信息消费的扩大 和升级, 释放内需潜力。5G 也将与大数据、云计算、 边缘计算、 人工智能等 ICT 前沿科技技术深度融合, 产生更具创新的丰富应 用,提升了 5G 各应用领域的智能化水平。 5 图 2 5G 产业链框架视图 (三三) 2019 年成为我国年成为我国

14、5G 商用元年商用元年 我国高度重视 5G 战略地位,通过网络强国、制造强国、十 三五规划等对 5G 做出重要部署, 旨在完成 “2G 起步, 3G 突破, 4G 并跑,5G 引领”的发展任务,使我国成为 5G 技术、标准、 产业和应用发展的领先国家之一。总体发展思路归纳为:加强统 筹规划, 建立协同推进机制; 统筹科技资源, 加大研发支持力度; 推动形成全球统一的 5G 国际标准;启动技术试验,支撑研发与 国际标准制定;加强组织协调,提高国际标准话语权;开展频谱 研究,为 5G 发展争取频率资源;注重应用牵引,开展 5G 面向 行业应用研究;加强开放与合作,推动构建国际合作体系。相应 举措是

15、:成立国家 IMT-2020(5G)推进组;部署重大专项及 863 项目;启动 5G 技术研发试验;推进 5G 与行业应用融合;2019 年 6 月 6 日工信部正式向中国移动、中国电信、中国联通和中国 广电 4 家公司发放 5G 商用牌照。 6 (四四) 基于基于 eMBB 场景的虚拟现实成为场景的虚拟现实成为 5G 应用落地的切入点应用落地的切入点 我国三大电信运营商积极开展我国三大电信运营商积极开展 5G 云云 VR 创新业务布局。创新业务布局。中 国移动通信集团福建有限公司于 2018 年 7 月开启全球首个电信 运营商云 VR 业务试商用。 2018 年 9 月中国联通发布了 5G+

16、视频 推进计划,将从技术引领、开放合作、重大应用、规模推广等四 个方面启动 5G+视频未来推进计划,并以 8K、VR 为代表的 5G 网络超高清视频应用将构成未来中国联通 5G+视频战略核心。 中 国电信同期发布了云 VR 计划,将立足中国电信 1.5 亿宽带用户 产业基础,依托于网络、云计算和智慧家庭等方面的优势资源, 联合合作伙伴制定云 VR 规范,加速推进云 VR 技术的产品化和 商业模式创新。此外,为加速虚拟现实产业普及推广,工信部在 2018 年 12 月印发 关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见 (简称意见 ) , 意见提出发展端云协同的虚拟现实网络分 发和应用服务聚合平台 (C

17、loud VR) , 旨在提升高质量、 产业级、 规模化产品的有效供给。 5G 云化虚拟云化虚拟现实核心在于内容上云、渲染上云、乃至日后现实核心在于内容上云、渲染上云、乃至日后 的制作上云。的制作上云。将云计算、云渲染的理念及技术引入到虚拟现实业 务中,借助高速稳定的网络,将云端的显示输出和声音输出等经 过编码压缩后传输到用户的终端设备, 在虚拟现实终端无绳化的 情况下,实现业务内容上云、渲染上云,成为贯通采集、传输、 播放全流程的云控平台解决方案。其中,渲染上云是指将计算复 杂度高的渲染设置在云端处理, 大幅降低终端 CPU+GPU 渲染计 算压力, 使终端容易以轻量的方式和较低的消费成本能

18、被用户所 7 接受。内容上云是指计算机图形渲染移到云上后,内容以视频流 的方式通过网络推向用户,借助网络的 Wi-Fi 和 5G 技术,可把 连接终端的 HDMI 线减除,实现终端无绳化、移动化。 用户体验、终端成本、技术创新与内容版权成为用户体验、终端成本、技术创新与内容版权成为 5G 云云 VR 发展动因。发展动因。VR 用户体验与终端成本的平衡是目前影响 VR 产业 发展的关键问题。低成本终端确实有助于提升 VR 硬件普及率, 但有限的硬件配置也限制了用户体验, 影响了消费者对 VR 的持 续使用和真正接纳。 另一方面, 以 HTC VIVE、 Oculus Rift、 Sony Pla

19、yStation 等为代表的高品质 VR 设备,其配置套装价格高达数 千乃至万元,过高的终端成本明显制约了高品质 VR 的普及。在 这一背景下,5G 云 VR 有望切实加速推动 VR 规模化应用,预 计 2020 年, VR 用户渗透率将达 15%, 视频用户渗透率达 80%。 通过将 VR 应用所需的内容处理与计算能力置于云端, 可有效大 幅降低终端成本, 且维持良好的用户体验, 对VR业务的流畅性、 清晰度、无绳化等提供保障。同时,随着 VR 终端的逐渐普及, VR 内容需要不断适配各类不同规格的硬件设备。在 Cloud VR 架构下,VR 内容处理与计算能力驻留在云端,可以便捷地适配 差

20、异化的VR硬件设备, 同时针对高昂的虚拟现实内容制作成本, 也有助于实施更严格的内容版权保护措施,遏制内容盗版,保护 VR 产业的可持续发展。此外,由于 Cloud VR 的计算和内容处 理在云端完成, VR 内容在云端与终端设备间的传输需要相比 4G 时代更优的带宽和时延水平,利用 5G 网络的高速率、低时延特 性,电信运营商可以开发基于体验的新型业务模式,为 5G 网络 的市场经营和业务发展探索新的机会,探索 5G 时代的杀手级应 8 用, 加快投资回收速度。 在这一过程中, 运营商凭借拥有的渠道、 资金和技术优势,聚合产业资源,通过 Cloud VR 连接电信网络 与 VR 产业链,促进

21、生态各方的共赢发展。 (五五) 5G 云云 VR 成为虚拟现实产业生态成为虚拟现实产业生态中的新兴力量中的新兴力量 虚拟现实虚拟现实产业链条长,参与主体多,主要分为产业链条长,参与主体多,主要分为内容应用、终内容应用、终 端器件、网络平台和内容生产端器件、网络平台和内容生产。目前,。目前,5G 云云 VR 正成为虚拟现正成为虚拟现 实产业生态中的新兴力量实产业生态中的新兴力量。内容应用方面,聚焦文化娱乐、教育 培训、工业生产、医疗健康和商贸创意领域,呈现出“虚拟现实 +”大众与行业应用融合创新的特点。终端器件方面,传统高配置 VR 终端造价高昂,主要涉及一体式与主机式头显整机、追踪定 位与多通

22、道交互等感知交互外设、屏幕、芯片、传感器、镜片等 关键器件,5G 云 VR 可有效降低终端配置需求,且维持良好的 用户体验,促进规模化应用。网络平台方面,除互联网厂商主导 的内容聚合与分发平台外, 电信运营商以云化架构为引领推出宽 带及 5G 云 VR,基于虚拟现实终端无绳化发展趋势,实现业务 内容上云、 渲染上云, 以期降低优质内容的获取难度和硬件成本, 探索虚拟现实现阶段规模化应用,5G 网络将进一步提升现有云 VR 体验层级,且为工业、医疗等对低延时要求极高的场景提供 可能。内容生产方面,主要涉及面向虚拟现实的操作系统、开发 引擎、SDK、API、拼接缝合软件、全景相机、3D 扫描仪等开

23、发 环境、工具与内容采集系统。 9 图 3 虚拟(增强)现实产业地图 (六六) 5G 云云 VR 成为虚拟现实产业政策热点方向成为虚拟现实产业政策热点方向 虚拟现实已被列入“十三五”信息化规划、互联网+、人工 智能、产业结构调整指导等多项国家重大文件中,工信部、发改 委、科技部、文化部、商务部出台相关政策,5G 云 VR 正逐渐 成为热点趋势之一。2018 年 12 月工信部出台关于加快推进虚 拟现实产业发展的指导意见 ,指出在产业生态方面,要发展端 云协同的虚拟现实网络分发和应用服务聚合平台(Cloud VR) , 要推动建立高效、 安全的虚拟现实内容与应用支付平台及分发渠 道。在青岛、福州

24、、成都、南昌等地方政府新一轮虚拟现实产业 10 政策中, 着重聚焦5G云VR的应用场景并积极推动产业化布局。 以青岛崂山区为例,在虚拟现实产业之都发展三年行动计划 (2019-2021 年) 中,聚焦 5G 与虚拟现实产业的融合创新,即 紧抓 5G 时代机遇窗口期, 以云化架构为引领, 突破业界惯有“展 厅级”、“孤岛式”、“小众性”、“雷同化”的应用示范发展瓶颈,坚 持走群众路线,通过 5G 云 VR 实现产业级、网联式、规模性、 差异化的应用普及之路。 11 二、二、技术趋势技术趋势 (一一) 5G 催化催化虚拟现实虚拟现实“五横两纵”“五横两纵”技术技术架构持续架构持续演进演进 随着业界

25、对虚拟现实关注程度的不断提高,VR/AR 在支持 应用和企业数量上迎来了新一轮的增长。在技术层面,由于 VR/AR 行业多领域学科交叉融合的技术特性,整体技术轨迹仍 处于螺旋上升的发展期, 现有技术日渐成型, 新兴技术不断涌现。 云化虚拟现实的出现,将云计算的理念及技术引入到 VR/AR 业 务中,给行业带来了新的发展机遇。然而,受限于当前带宽和网 络时延等网络条件的约束,其落地应用受限较大。考虑到虚拟现 实业务对 eMBB 场景特性的高度契合,5G 云化虚拟现实有望加 速 VR/AR 的技术演进和场景落地,极大改变大众学习、娱乐、 工作与生活方式。 业界对虚拟现实的界定认知由特定终端设备向联

26、通端管云 产业链条的沉浸体验演变。 参考国际上自动驾驶汽车智能化程度 分级,将虚拟现实技术发展划分为如下五个阶段,不同发展阶段 对应相应体验层次,目前处于部分沉浸期。此外,由于虚拟现实 所固有的多领域交叉复合的发展特性,多种技术交织混杂,产品 定义处于发展初期,技术轨道尚未完全定型。本白皮书参考工信 部有关虚拟现实发展指导意见以及虚拟(增强)现实白皮书 (2018 年) 中提出的“五横两纵”技术架构,即“五横”指代 近眼显示、 感知交互、 网络传输、 渲染处理与内容制作, “两纵” 12 是指 VR 与 AR,同时结合 2019 年 5G 商用元年的发展动态,提 出 5G 时代下虚拟现实的技术

27、趋势。 来源:中国信通院 图 4 虚拟现实沉浸体验阶梯 图 5 虚拟现实“五横两纵”技术架构 4G 网络难以实现虚拟现实业务更高程度的视觉沉浸网络难以实现虚拟现实业务更高程度的视觉沉浸。在云 化牵引的网络架构下, 不断提升的近眼显示技术对传输带宽提出 了更高要求。若以角分辨率、视场角、色深、刷新率、焦平面作 为衡量视觉沉浸感的主要测度,基于其乘数效应估算可得,完全 体验等级所须未经压缩的原始带宽可达 5Tbit/s。此外,对于多焦 面显示技术,当同时聚焦的焦平面达到八个时,其 4K 显示的承 载网络传输带宽需求高达 26.4Gbps。对于全息显示技术,由于 13 LCos-SLM 是对全息编码

28、图像进行加载显示,因此,其承载网络 除须满足 3.3Gbps 传输带宽要求外,还须对待显示图像的光场信 息进行大体量的全息计算, 将待显示图像的光场信息上传到云端 进行全息计算,针对 4K 的屏幕分辨率,所需的上行网络带宽需 要达到 3.3Gbps,针对 120Hz 的显示刷新率,单独全息图的计算 时间需小于 3ms。 表 1 近眼显示技术网络能力需求 显示效果 固定焦深 多焦面显示 光场显示 1080P(1920 x1080)/90Hz 0.52Gbps 4.17Gbps 0.52Gbps 2K(2560 x1440)/90Hz 0.93Gbps 7.42Gbps 0.93Gbps 4K(3

29、840 x2560)/120Hz 3.3Gbps 26.4Gbps 3.3Gbps 8K(7680 x4320)120Hz 11.12Gbps 88.99Gbps 11.12Gbps 内容制作内容制作的发展需要的发展需要 5G 网络支撑网络支撑。随着终端用户对虚拟现 实内容质量和实时性需求不断提高, 内容制作对超高速网络的需 求与日俱增, 相关技术包括内容采集方向的实时抠像、 全景拍摄, 内容编辑方向的云端三维重建、虚实场景拟合、拼接缝合、空间 计算,内容播放方向的 WebXR。实时抠像实时抠像主要分为基于绿幕抠 像和基于计算机视觉两个方向。 基于绿幕的实时抠像技术是时延 敏感型业务,虽然绿幕

30、抠像技术发展较为成熟,但受限于当前网 络环境,在时延和传输能力上仍需较大提升;而随着神经网络技 术的发展,基于 CNN(卷积神经网络)实现实时抠像的技术正 在兴起,以 Instagram、Snapchat 等移动终端社交软件为代表,通 过对已有的海量图片数据进行标记导入卷积神经网络进行训练, 从而研发出可对动态人像进行实时抠图的技术, 这种技术需要强 14 大运算能力支持 CNN 进行训练与分析,考虑到终端设备的局限 性,需要将运算放于云端进行,减轻终端算力负担,目前渲染帧 率保证在不低于 30fps。 5G 网络可以为实时抠像提供更高的渲染 帧率,有望在今后提升至 60fps 甚至 90fp

31、s。全景拍摄全景拍摄通常通过 一体多目式(非光场式)360全景相机完成,常见的有 2、4、 6、8、16 等多种相机组合类型,如 Insta 360 Pro、Nokia 的 OZO 等。此外,基于阵列式(光场式)相机的全景拍摄技术可通过上 百个镜头组成相机矩阵进行拍摄, 生成由两张具有一定视差的左 右全景图组合的立体全景图,附带具有深度信息,成像效果令观 众更具沉浸感。由于全景拍摄的相机数目较多时,特别是面向全 景直播等时延敏感性业务场景,数据计算、传输量会急剧增加。 面对全景拍摄带宽、时延双敏感的业务特点,5G 网络可为全景 直播提供传输保障。适配 5G 网络的云端三维重建云端三维重建将采集

32、到的点 云信息上传云端,在云端完成点数据的滤波降噪、分割、配准、 网格渲染等处理,构建 3D 模型。将三维重建放在云端,可极大 减轻终端计算压力,提高三维重建精准度。同时,对云端重建的 模型可结合云端神经网络进行深度特征提取、识别、追踪等,用 于构建云端三维语义地图等。 虚实场景拟合虚实场景拟合是指在 AR 系统中需 要将虚拟对象与真实场景进行实时匹配, 以保证虚拟对象更加逼 真融入现实世界。在虚实融合过程中,一是要达到几何一致性, 保证虚拟对象符合真实世界物理原则;二是要达到时间一致性, 保证交互得到及时反馈;三是要达到光照一致性,在几何与时间 15 一致的前提下,提供实时光照追踪与渲染。针

33、对为几何、时间、 光照一致性提供的 GPU 集群, 5G 网络有助于承载海量数据实时 传输。 高性能拼接缝合高性能拼接缝合对多镜头拍摄的画面进行高精度拼接缝合, 通过亮度色彩调整、 对齐、 畸变乔正、 投影到球面等一系列处理, 形成完整的全景视频。高性能拼接缝合须进行大量计算,通常由 驻留本地的高性能服务器完成。在 5G 网络支持下,高性能拼接 缝合技术可移到边缘云完成,实现高精度画质的全景直播。 WebXR 技术针对目前硬件终端和内容服务商碎片化的发展现状, 旨在推动内容生态加速成形,解决跨平台内容分发问题。2019 年初 W3C 正式发布了 WebXR Device API 首个规范工作草

34、案, 提供开发基于 Web 的沉浸式应用程序。WebXR 处于早期阶段, 目前支持的浏览器厂商包括 Mozilla 和 Chrome,受支持的设备 包括兼容 ARCore 的设备、Google Daydream、HTC Vive、Magic Leap One、 微软 Hololens、Oculus Rift、 三星 Gear VR、Windows 混合现实头戴设备等。5G 技术高带宽、低时延的特性,将极大 扩展 Web 端内容呈现能力,推动 WebXR 技术落地。 移动边缘计算、网络切片与移动边缘计算、网络切片与 5G 核心网核心网 QoS 有助于保证虚有助于保证虚 拟现实不断拟现实不断进阶沉

35、浸进阶沉浸体验体验需求需求。针对虚拟现实对带宽、时延双敏 感的业务特性,5G 网络的发展与商用部署需要做出针对性的优 化,适配边缘计算、网络切片、5G QoS、智能运维、拥塞控制 等网络传输技术,旨在弥合潜在技术断点,推动用户体验进阶。 其中,边缘计算其中,边缘计算借助网络边缘设备一定的计算和存储能力,实现 16 云化虚拟现实业务的实时分发, 如 VR 视频直播可以全视角流推 送到网络边缘,再进行基于单用户视场角的信息分发。MEC 可 根据用户接入的位置选择合适的边缘数据中心提供计算服务, 将 推送内容同步缓存在本地,实现 CDN 的特性。此外,还可通过 5GC 能力开放接口获取终端的移动性事

36、件通知,实现 VR/AR 业 务的移动性和连续性保障。 边缘云作为基础设施提供了渲染所须 GPU 资源及平台服务 API,如视频分析、人脸识别、图像特征提 取等,以供虚拟现实应用调用,从而降低应用算法复杂度,避免 原始数据回传,节省回传带宽。网络切片网络切片为 AR/VR 提供端到端 网络资源的保障。Network Slice Orchestration 提供了 NSMF,下 方不同领域 (例如 SDN, MANO, EMS 等) 各有相对应 NSSMF。 NSMF 负责管理和编排 NSI (Network Slice Instance) 以及根据网 络片相关要求推导网络片子网相关要求。此外,

37、NSMF 包括跨域 切片管理器的功能, 该管理器负责 NSI 生命周期管理 (即预先提 供,实例化,配置和激活以及退役) ,并通过不同领域内的多维 协调满足 E2E 要求。 NSMF 根据每个技术领域的能力分解成多 组要求,将每个需求部分映射到相关技术领域。为保证整体端到 端的要求,NSMF 汇总了每个技术领域的网络服务性能,然后执 行相应的调整和配置以确保闭环控制。NSSMF 负责 NSSI (Network Slice Subnet Instance) 的管理和协调。 NSSMF 包括用于 不同技术域的域片管理器,如接入网络 NSSMF、核心网络 NSSMF以及传输网络 NSSMF或组合域

38、 NSSMF。 作为逻辑实体, 17 NSSMF 负责在单个技术或组合域中预先提供实例化、配置、激 活以及退役子网。 NSSMF 确保在每个单个或组合域中实现对分 解的 E2E 需求能力的实时保证。VR/AR 端到端的服务依据不同 领域所需提供的配置与设定, 由 NSFM 下发至 NSSMF 并实际到 各领域执行,最终实现端到端的服务满足;不同于 LTE 基于承 载的 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 模型还支持反射 QoS。在一个 PDU

39、会话中,QoS 流是可区分 QoS 的最小单位。QoS 流由 QFI 标识。QFI 包含在 N3 的数据包头中。在用户平面,同样 QFI 的 流得到同样的转发处理(例如排队、许可控制门限) 。QoS 流在 PDU 会话建立或修改时建立。5GC 中 SMF 负责 QoS 的控制, 建立一条 PDU 会话时,SMF 会给 UPF、AN、UE 配置相应的 Qos 参数。 对于上行数据, UE 根据 QoS 规则对数据包进行匹配, 数据包从匹配上的 QoS 流以及其对应的 AN 通道(对应的 RB) 向上传输;对于下行数据,UPF 根据 PDR 对数据进行匹配,数 据包从匹配上的 QoS 流以及其对应

40、的 AN 通道下下传输。如果 一个数据包没有匹配上任何一个 QoS 规则(上行)或 PDR(下 行) , 则该数据包会被 UE或 UPF丢弃。 这种基于流的 QoS机制, 对于 VR/AR 这类实时业务,是实现优化用户体验的基础。 18 图 6 端到端网络切片实现机理 图 7 5G QoS 机制图 虚拟现实虚拟现实渲染处理对带宽和时延提出了更高要求。渲染处理对带宽和时延提出了更高要求。 渲染处理 是虚拟现实领域的关键技术, 直接影响内容呈现与用户体验效果。 当前移动式虚拟现实终端硬件性能有限, 仅能输出不高于智能手 机图形处理效果的 3D 模型。为提高虚拟现实终端的图形处理能 力以及 3D 图

41、形的显示效果,可利用 5G 网络及云端渲染优化画 面质量。 云渲染云渲染旨在帮助用户在中低配头显上实现渲染能力更强 的 PC 级虚拟现实沉浸体验,降低终端购置成本。对于虚拟现实 这一时延敏感型业务, 云渲染引入的新增时延对于用户体验潜在 19 影响较大。此外,3D 应用对于用户指令的响应高度敏感,如进 行虚拟现实游戏时,用户指令须得到及时响应,若稍有时延,容 易引发眩晕感。 混合混合云云渲染渲染旨在解决云渲染所引入的新增时延以 及编码压缩造成的画质损失, 将渲染处理拆分为云端与本地渲染 协同进行, 利用云端强大的渲染与存储能力实现静态画质与视觉 保真度的提升,同时基于本地渲染满足时延控制要求。

42、5G 网络 低时延的特性可有效降低分步渲染产生的新增时延, 进一步降低 渲染损失和功耗。由于采用云端渲染处理、终端交互呈现的技术 架构,云渲染、混合云渲染对网络带宽、时延、可靠性提出更高 要求,对当前高汇聚、高收敛承载网络面临更大挑战。深度学习深度学习 渲染渲染成为人工智能在图像渲染领域的重要技术创新, 可实现图像 降噪、抗锯齿以及因注视点渲染带来的渲染负载减少。深度学习 渲染依赖于云计算庞大计算能力, 在中心云完成深度学习渲染训 练,之后将训练集同步到边缘云,并借助 MEC 降低实时渲染时 延,输出超高画质效果。目前,学术界与产业界正在越来越多地 投入深度学习渲染这一新兴热点中。 光场渲染光

43、场渲染是基于图片集进行 影像渲染,在不需要图像深度信息或相关性的条件下,通过对相 机采集到的图像集进行渲染计算。在实时渲染的情况下,光场渲 染比三维模型生成的画面更加真实。 光场渲染须存储空间中所有 光线的方向和角度,进而渲染出场景中所有表面的反射和阴影, 更大的数据流契合 5G 网络传输特性。 20 表 2 云渲染下不同分辨率和刷新率的设备对带宽和时延的需求 设备名 设备分辨率 屏幕刷新率 带宽需求 时延需求 Shadow VR 2K(2560 x1440) 75Hz 0.8Gbps-1Gbps 13ms Action One 2K(2560 x720) 90Hz 0.5Gbps-0.63G

44、bps 11ms HTC Vive Focus 3K(2880 x1600) 75Hz 1.0Gbps-1.3Gbps 13ms Idealens K3+ 4K(3840 x2160) 72Hz 1.8Gbps-2.3Gbps 14ms 基于基于 5G 的端云协同模式触发虚拟现实感知交互能力跃升。的端云协同模式触发虚拟现实感知交互能力跃升。 业界主流移动虚拟现实终端可通过基于传感融合的 SLAM 技术 实现环境感知、设备定位和地图三维重构等功能。实时定位技术 日趋成熟, 三维重构发展相对缓慢, 目前尚难以构建出用于导航、 避障等需求的高精度地图或用于人机互动的语义地图, 上述场景 有赖于图像分割、物体识别、高精度表面检测和三维建模领域的 融合创新。 基于 5G 网络的环境感知可分为初期和成熟两个阶段, 初级阶段主要解决现有终端侧三维重构的

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
资源标签

当前位置:首页 > 人工智能 > 虚拟现实

关于我们                               联系我们


copyright@ 2008-2013        长沙景略智创信息技术有限公司版权所有
网站备案/许可证号:湘ICP备17000430号-2