5G推開虛擬現實虛掩的門

作者:陳曦 胡可臻 責任編輯:田小夢 2019.10.16 09:05 來源:中國信通院

虛擬現實(VR)由來已久,錢學森院士稱其為“靈境技術”,指采用以計算機技術為核心的現代信息技術生成逼真的視、聽、觸覺一體化的一定范圍的虛擬環境,用戶可以借助必要的裝備以自然的方式與虛擬環境中的物體進行交互作用、相互影響,從而獲得身臨其境的感受和體驗。作為新一代人機交互平臺,多數虛擬現實應用示范目前停留在“看上去很美”的狀況,即內容雷同程度較高,用戶體驗以單機版為主,較高的終端成本與有限的優質內容影響了用戶的買單意愿,人們不禁要問普及虛擬現實,路在何方?

一、5G將成為推動虛擬現實規模應用的第一塊多米諾骨牌

5G有助于提升虛擬現實用戶沉浸體驗層次,降低優質內容的獲取難度和終端成本,進而實現產業級、網聯式、規模性、差異化的應用普及之路。具言之,5G對虛擬現實的支撐推動作用主要體現為如下方面。

(一)5G支持更具沉浸感的虛擬現實用戶體驗

目前,業界對虛擬現實的界定從終端設備向串聯端、管、云的沉浸體驗演變,5G推動了虛擬現實內容上云與渲染上云。其中,渲染上云是指將計算復雜度高的圖像渲染放在云端處理,大幅降低用戶側CPU+GPU的計算負載,使VR終端容易以輕量化方式和較低成本被用戶接納。內容上云是指VR內容以視頻流的方式通過網絡推向用戶,借助5G技術,可把連接終端的線纜減除,實現終端無繩化、移動化。

參考中國信通院、華為、京東方與虛擬現實產業推進會(VRPC)等聯合編寫的《虛擬(增強)現實白皮書(2018年)》中的分級界定,虛擬現實發展可劃分為初級沉浸、部分沉浸、深度沉浸、完全沉浸階段,更高的發展階段對傳輸帶寬與時延要求更高,既要畫質好,又要交互快,沉浸體驗層次也更高。

在畫面質量方面,根據虛擬現實的分辨率、視場角、色深、刷新率等主要指標估算,部分沉浸階段帶寬需求達百兆,而4G用戶速率難以滿足,5G用戶速率是4G十倍以上,能夠支持百兆甚至吉比特傳輸。

在交互響應方面,虛擬現實與傳統超高清視頻的主要區別在于用戶轉頭時,VR終端所呈現的畫面隨之變化,用戶頭動到顯示出相應畫面的時間應控制在20ms以內,以避免因此產生的眩暈感。如果僅依靠終端的本地處理,將導致終端復雜、價格昂貴。相比之下,若將視覺計算放在云端,能夠顯著降低終端復雜度,但則需要考慮額外引入的網絡傳輸時延。目前4G空口時延在幾十ms,難以滿足要求,5G空口時延為1ms,能夠滿足虛擬現實業務交互響應的時延要求。

(二)5G降低虛擬現實終端的使用門檻

用戶體驗與終端成本的平衡是現階段影響VR產業發展的關鍵問題。當前以HTC VIVE等為代表的高品質PC VR設備,基于本地處理,其配置套裝價格高達數千乃至萬元,制約了VR的普及。5G云VR通過將VR應用所需的內容處理與計算能力置于云端,可有效大幅降低終端購置成本與配置使用的繁復程度,保障VR業務的流暢性、沉浸感、無繩化,有望加速推動VR規模化應用。

(三)5G優化虛擬現實內容生產環境

內容匱乏是虛擬現實產業發展初期的主要問題,如何盡快縮短這一“有車沒油”的發展階段成為當前要務。在終端本地處理情況下,VR內容需要不斷適配各類不同規格的硬件設備,而在5G云VR的架構下,VR內容處理與計算能力駐留在云端,更易于便捷適配各類差異化的VR硬件設備。同時,針對高昂的虛擬現實內容制作成本,5G云VR有助于實施更嚴格的內容版權保護措施,遏制內容盜版,保護VR產業的可持續發展。

二、我國5G云VR領域進展顯著

(一)5G云VR成為我國虛擬現實產業政策熱點

虛擬現實被列入我國“十三五”信息化規劃、互聯網+、人工智能等多項國家重大文件中,工信部、發改委、科技部、文化部、教育部出臺相關政策,5G云VR成為發展熱點。2018年12月工信部出臺《關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見》,指出要發展端云協同的虛擬現實網絡分發和應用服務聚合平臺(Cloud VR),推動建立高效、安全的虛擬現實內容與應用支付平臺及分發渠道。此外,在青島、福州、成都、南昌等地方政府新一輪虛擬現實產業政策中,紛紛聚焦打造5G云VR的各類應用示范并積極推動產業化布局。

(二)我國以云化虛擬現實為抓手,積極探索5G時代發展新機遇

隨著5G時代到來,我國電信運營商積極開發提升用戶體驗的新型業務應用,5G虛擬現實是主要切入點。

中國移動2017年開展了基于邊緣計算和蜂窩網絡的云VR系統研發,中國移動福建公司在2018年開啟全球首個電信運營商云VR業務“和·云VR”的試商用,大眾可體驗巨幕影院、VR現場、VR趣播、VR教育、VR游戲等特色應用。

中國聯通將虛擬現實作為5G+視頻戰略核心之一,在2019年推出了VR制播產品服務,為全國兩會、江西春晚等一系列重要活動賽事提供VR直播,并正式發布了中國聯通Cloud VR融合平臺,在山東成立了中國聯通5G VR基地。

中國電信立足電信1.5億寬帶用戶基礎,力爭在未來5年將云VR打造成智慧家庭下一個千萬級業務,在2019年上半年以廣東為試點區域推動云VR業務落地應用,并將在下半年于全國主要城市、省會等一二線城市全面加載VR業務。

(三)5G虛擬現實應用加速向生產與生活領域滲透,涌現出一批新應用與新業態

在文娛賽事方面,5G+VR技術擴展了觀眾的觀演空間,實現了與舞臺零距離、360度全景、舞美細節盡收眼底的沉浸體驗,此外,新的技術也豐富了日后藝術創作維度。

2019年江西衛視推出了全國首個5G+VR春晚,觀眾可通過掃描電視屏幕上的二維碼,使用VR眼鏡或手機觀看360度8K春晚,直播當晚吸引了全國31個省市自治區的用戶進行觀看,訪問次數達到百萬,當年收視率躍升為全國各地春晚前十。

借助5G VR直播,著名舞蹈藝術家楊麗萍編導創作的現代舞劇《春之祭》讓杭州、寧波、溫州、嘉興等第二現場的觀眾也可大飽眼福,達到在第一現場的體驗。

2019年中超進行了首場5G全景VR直播,通過國內首輛VR轉播車,對多機位超廣角拍攝內容進行現場合成與在線直播包裝,呈現出覆蓋整個視野的全景畫面,球迷可根據喜好自由切換觀賽視角。

2019年重慶國際馬拉松首次實現廣域賽事級5G VR直播,在20多公里賽道實現5G連片網絡覆蓋,多路VR視頻實時回傳,并在開窗中加入平面直播、VR直播解說、賽事播報等信息,更加完整的呈現賽事概況。

在教育培訓方面,廣東、上海、貴州、浙江、安徽等多地紛紛落地云 VR教室。上海徐匯中學開通5G+VR科創教育實驗室,與云南元陽一中實現異地雙向同步教學,兩地師生可同時學習并進行交互;貴州建設了我國首個支持300個VR頭顯同時運行的智慧教室,搭建“一端授課多端學習”的5G VR慕課系統。

在醫療健康方面,北京清華長庚醫院成功開展了首次5G遠程協同手術,與深圳市人民醫院實時連線,基于5G虛擬現實方式進行術前方案研討、術中病灶確認及手術路徑標注,通過線上無縫互動實現對遠在深圳的肝膽外科醫生的指導。瑞金醫院進行了基于5G VR腹腔鏡手術直播,讓無法親臨現場的醫學生通過VR頭顯清晰地看到主刀醫生的所有操作,有助于加速基層外科醫生培養。

在工業制造領域,中國商飛在ARJ21支線飛機裝配輔助過程中應用了虛擬現實技術,一線操作員可通過佩戴的虛擬現實眼鏡實時獲得在飛機線纜連接器裝配流程中的作業指導。海爾在“智能+5G互聯工廠”中投入使用5G AR遠程協作系統,家電產線工人在AR眼鏡中實時獲得遠程專家操作指導,提升了10%生產管理效率,降低了30%事故風險。一汽集團在紅旗轎車產品研發中使用5G AR方式進行設計審核,工程師通過AR眼鏡實現模型與實物的快速比對與協同設計,進一步提升了質檢效率和準確性。

三、當前主要問題挑戰

(一)有待跨越由“展廳觀摩”向“產業落地”演進過程中的發展裂谷

虛擬現實產業鏈條長,涉及技術領域多,部分5G虛擬現實業者存在以技術方案作為產業趨勢的問題,片面追求單一性能參數,缺少對跨產業鏈條、面向特定場景的虛擬現實應用性技術斷點的識別、拉通,而在當前技術體系初步成形的情況下,虛擬現實單點突破所帶來研發效能相對有限,面臨可持續發展挑戰。

(二)有待打造串聯端、管、云協同集約的產業生態

國外基于谷歌、蘋果、微軟、Facebook等ICT巨頭平臺,眾多中小企業圍繞特定重點領域進行軟硬適配的內容生產,研發并利用各類平臺化開發工具,加速制作流程,提高內容質量,降低開發門檻。我國產業生態處于各自為戰、小而散的發展態勢,存在彼此封閉、煙囪式的發展框架,協同化的產業雁陣尚待成型,集約化的平臺能力尚待提高,差異化、特色化的發展定位尚須明確。

四、未來前景和發展建議

(一)預計未來五年,5G云VR將變得更輕便、更沉浸、更智能

VR終端將擺脫線纜束縛,同時在重量、外形上會愈發接近人們日常生活所佩戴的眼鏡,未來有望做到100g以下。借助5G高帶寬、低時延的通信特性,內容與特定終端解耦加速生態成形,規模化應用試點開始落地。一些依賴硬件性能的視覺計算任務將由用戶側轉移至處理能力更強的云端完成,進而推動視頻畫質與互動性的持續進階,給人們帶來身臨其境的沉浸體驗。此外,虛擬現實將成為智能化的人機交互界面,通過加載圖像識別、語音識別與追蹤定位等人工智能技術,為人們生產生活中帶來巨大助力。為實現上述目標愿景,可重點開展如下工作。

(二)聚焦融合創新,提高創新資源利用效率

鼓勵產學研用聯合成立技術創新載體,圍繞近眼顯示、網絡傳輸、感知交互、內容制作、渲染處理等關鍵細分領域做優做強“5G虛擬現實+”內生能力,疊加賦能“5G虛擬現實+ABC”外延能力,強化5G虛擬現實與人工智能、大視頻、云計算等新一代信息技術的深度融合,堅持市場業務導向與技術斷點彌合的研發思路,提高創新資源利用效率與產出水平,由傳統強調虛擬現實技術層面的創新性和價值點,轉變為更加看重技術產業化的落地價值,推動各類創新要素在產學研用間的聚焦、流動與增值。

(三)開展規模化應用試點,探索具備落地潛力的解決方案

突破業界慣有“展廳級、孤島式、小眾性、雷同化”的虛擬現實應用示范發展瓶頸,堅持走群眾路線,在小區、工廠、場館、商圈、景區、醫院、學校、軍營等示范效應顯著、方案相對成熟的細分領域,落地一批可復制、易推廣、有產出、上規模的應用示范,緊抓5G時代機遇窗口期,推動普惠VR,實現“產業級、網聯式、規模性、差異化”的應用普及之路,推開虛擬現實“虛掩的門”。


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