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)實白皮書》。針對虛擬現(xiàn)實網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展趨勢，結合近期5G商用正式開啟契機，白皮書從效果、性能、經(jīng)濟性三個維度分析了5G對VR/AR/MR賦能情況，總結了5G+VR/AR/MR關鍵技術的產(chǎn)業(yè)成熟度，同時歸納了5G云化虛擬現(xiàn)實在教育、文娛、工業(yè)、醫(yī)療等領域的特色實踐案例。白皮書倡導應牢牢把握住VR/AR/MR技術創(chuàng)新與5G帶來產(chǎn)業(yè)變革的窗口期，發(fā)揮VR/AR/MR帶動效應強的特點，以技術創(chuàng)新為支撐，以應用示范為突破，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，構筑“5G云化虛擬現(xiàn)實”融通發(fā)展生態(tài)圈。

　　5G云化虛擬現(xiàn)實白皮書

　　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。限于編寫時間、項目組知識積累與產(chǎn)業(yè)尚未完全定型等方面的因素，內(nèi)容恐有疏漏，煩請不吝指正。

白皮書編寫組：

王澤權、羅江、劉澤、Chia Peter、Liang Yong、于詠梅、張國慶、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三大場景成為經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型的關鍵使能器1

(二)5G產(chǎn)業(yè)鏈條長，輻射帶動性強2

(三)2019年成為我國5G商用元年5

(四)基于eMBB場景的虛擬現(xiàn)實成為5G應用落地的切入點6

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

(六)5G云VR成為虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)政策熱點方向9

二、技術趨勢11

(一)5G催化虛擬現(xiàn)實“五橫兩縱”技術架構持續(xù)演進11

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

(三)5G助推虛擬現(xiàn)實體驗性、功能性與經(jīng)濟性的優(yōu)化提升25

(四)5G標準規(guī)范演進牽引虛擬現(xiàn)實體驗進階28

三、5G云化虛擬現(xiàn)實應用場景32

(一)5G云化虛擬現(xiàn)實+教育32

(二)5G云化虛擬現(xiàn)實+演唱會33

(三)5G云化虛擬現(xiàn)實+工業(yè)35

(四)5G云化虛擬現(xiàn)實+醫(yī)療36

(五)5G云化虛擬現(xiàn)實+游戲37

四、發(fā)展建議38

　　圖表索引

圖1 5G三大應用場景及商用落地時序2

圖2 5G產(chǎn)業(yè)鏈框架視圖5

圖3 虛擬(增強)現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)地圖9

圖4 虛擬現(xiàn)實沉浸體驗階梯12

圖5 虛擬現(xiàn)實“五橫兩縱”技術架構12

圖6 端到端網(wǎng)絡切片實現(xiàn)機理18

圖7 5G QoS機制圖18

圖8 5G云化虛擬現(xiàn)實技術樹22

圖9 5G云化虛擬現(xiàn)實關鍵技術成熟度曲線23

圖10 5G云化虛擬現(xiàn)實技術路標25

圖11 本地/4G/5G+VR/AR方案對比28

圖12 VR/AR服務器在5G網(wǎng)絡上部署的兩種基本方案及其時延29

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

圖14諾基亞貝爾實驗室預測的5G增強、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)絡架構33

圖17 5G+VR演唱會全景直播網(wǎng)絡架構34

圖18 5G云化虛擬現(xiàn)實工業(yè)遠程協(xié)助網(wǎng)絡架構36

圖19 5G+VR/AR云游戲網(wǎng)絡架構37

表1 近眼顯示技術網(wǎng)絡能力需求13

表2 云渲染下不同分辨率和刷新率的設備對帶寬和時延的需求20

表3 5G云化虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡傳輸技術路徑31

一、背景概況

(一)5G三大場景成為經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型的關鍵使能器

自上世紀80年代以來，移動通信每十年出現(xiàn)新一代革命性技術，持續(xù)加快信息產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新進程，不斷推動經(jīng)濟社會的繁榮發(fā)展。目前，我國移動數(shù)據(jù)流量的快速增長將使城市核心區(qū)業(yè)務密度大幅提升，預計在2021年左右將超過4G網(wǎng)絡最大承載能力。此外，現(xiàn)今的4G移動通信技術主要用于消費領域，尚未真正從根本上變革經(jīng)濟體的工業(yè)或公共部門，隨著5G技術不斷發(fā)展并支持海量終端、機器和流程聯(lián)網(wǎng)，通信將成為一個高速率、高吞吐量、高可靠性和低時延平臺。5G將以全新的網(wǎng)絡架構，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，開啟萬物廣泛互聯(lián)、人機深度交互的新時代。

從移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要應用場景、業(yè)務需求及挑戰(zhàn)出發(fā)，可歸納出三大5G主要技術場景。一是增強型移動寬帶(eMBB)，將擴展現(xiàn)有4G價值，大幅提升網(wǎng)絡性能和用戶體驗，主要用于虛擬現(xiàn)實、超高清視頻等文娛領域，并驅動4.4萬億美元的經(jīng)濟活動;二是海量機器類通信(mMTC)，將提升頻譜利用能力，顯著降低成本，促進機器通信和傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應用投入，主要在智慧城市、智能家居等領域產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟效益，將驅動3.6萬億美元的經(jīng)濟活動;三是超高可靠低時延通信(uRLLC)，支持高可靠性、超低時延、高安全性及可用性的關鍵業(yè)務型應用，如工業(yè)自動化、自動駕駛汽車、遠程醫(yī)療等，將驅動4.3萬億美元的經(jīng)濟活動。根據(jù)目標市場需求和技術成熟度，以大型賽事等活動和娛樂消費為牽引，增強型移動寬帶是首先獲得應用的場景，其次是由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)驅動的超高可靠低時延通信，最后是需要良好的網(wǎng)絡覆蓋和低成本通信終端的海量機器通信?？傮w上看，5G的廣泛應用將為大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新提供堅實支撐，助推制造強國、網(wǎng)絡強國建設，使新一代移動通信成為引領國家數(shù)字化轉型的通用目的技術。

　　(圖15G三大應用場景及商用落地時序)

(二)5G產(chǎn)業(yè)鏈條長，輻射帶動性強

從傳統(tǒng)通信產(chǎn)業(yè)升級需求和垂直行業(yè)應用需求角度出發(fā)，5G產(chǎn)業(yè)可大致分為基礎層、設備層、網(wǎng)絡層、支撐層以及應用層。基礎層包括集成電路、新型顯示、通信組件等，為上層通信設備和應用服務提供基礎技術支撐;設備層包括系統(tǒng)設備、云設備、終端設備和儀器儀表等，為應用服務提供通信傳輸路徑;網(wǎng)絡層包括網(wǎng)絡規(guī)劃、運營商、IT服務和網(wǎng)絡安全等，是落實通信基礎設施建設和通信能力保障的重要組成部分;支撐層將提供云計算、邊緣計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)據(jù)處理、挖掘、分析能力，服務于傳統(tǒng)通信和垂直行業(yè)的相關應用需求;應用層依托以上各層基礎實現(xiàn)5G與大視頻(虛擬/增強現(xiàn)實和超高清視頻)、無人機、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療健康等各個行業(yè)的融合應用。

5G觸發(fā)信息產(chǎn)業(yè)重點領域發(fā)展升級。5G網(wǎng)絡規(guī)模部署首先將推動ICT制造產(chǎn)業(yè)升級，射頻、天線、光模塊及系統(tǒng)設備將迎來技術升級和產(chǎn)業(yè)需求擴張。在集成電路等基礎硬件方面，5G時代頻段數(shù)量提升及海量設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)模將達到200億美元，200mm等效的射頻SOI晶圓出貨量超過200萬片;同時5G網(wǎng)絡架構變化以及基站規(guī)模部署將有效刺激光模塊需求，預計5G時代我國光模塊產(chǎn)業(yè)投資額大約為1500億元-1700億元(包括無線網(wǎng)絡和傳輸網(wǎng))。在設備層面，Massive MIMO技術要求天線系統(tǒng)具備64T64R或128T128R并搭配多組射頻單元，5G時期基站天線投資規(guī)模將遠超4G，總投資額達到約500億元規(guī)模水平，并帶動PCB量價齊升，預計單個5G宏基站的PCB價值量是4G時代的兩倍以上。在網(wǎng)絡服務層面，2017年我國網(wǎng)絡安全產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到457億元，5G時代以提高系統(tǒng)靈活性和效率并降低成為而引入的SDN和NFV等IT技術將給網(wǎng)絡安全帶來更多挑戰(zhàn)，預計5G正式商用后網(wǎng)絡安全產(chǎn)業(yè)將迎來全新的增長動能。

5G催生信息產(chǎn)業(yè)衍生全新產(chǎn)業(yè)鏈條。其一，移動邊緣計算是為適配5G網(wǎng)絡超大連接、超低時延以及超大帶寬等核心要素而形成的分布式計算方式，并衍生出全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，包括電信運營商、電信設備商、IT廠商、第三方應用和內(nèi)容提供商等多個環(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)絡商用部署重點，而中后期高頻網(wǎng)絡的無縫深度覆蓋，將推動基站需求由宏基站向小基站轉移，中小型設備廠商及IT設備商積極進入小基站市場，預計2021年全球室內(nèi)小型基站市場規(guī)模將達到18億美元。其三，5G網(wǎng)絡呈現(xiàn)軟件化、智能化和平臺化趨勢，通信技術與信息技術的深度融合將有效推動SDN/NFV等網(wǎng)絡服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展，到2022年全球NFV和運營商SDN市場規(guī)模分別將達到375億和178億美元。

5G賦能跨界應用產(chǎn)業(yè)提質增效。5G通過與交通、醫(yī)療、工業(yè)、文化娛樂等各個行業(yè)融合，孕育新興信息產(chǎn)品和服務，產(chǎn)生各種5G行業(yè)應用，重塑傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。5G技術讓智能家居、可穿戴設備等新型信息產(chǎn)品，虛擬現(xiàn)實等數(shù)字內(nèi)容服務真正走進千家萬戶，增加信息消費的有效供給，推動信息消費的擴大和升級，釋放內(nèi)需潛力。5G也將與大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣計算、人工智能等ICT前沿科技技術深度融合，產(chǎn)生更具創(chuàng)新的豐富應用，提升了5G各應用領域的智能化水平。

　　(圖25G產(chǎn)業(yè)鏈框架視圖)

(三)2019年成為我國5G商用元年

我國高度重視5G戰(zhàn)略地位，通過網(wǎng)絡強國、制造強國、十三五規(guī)劃等對5G做出重要部署，旨在完成“2G起步，3G突破，4G并跑，5G引領”的發(fā)展任務，使我國成為5G技術、標準、產(chǎn)業(yè)和應用發(fā)展的領先國家之一?？傮w發(fā)展思路歸納為：加強統(tǒng)籌規(guī)劃，建立協(xié)同推進機制;統(tǒng)籌科技資源，加大研發(fā)支持力度;推動形成全球統(tǒng)一的5G國際標準;啟動技術試驗，支撐研發(fā)與國際標準制定;加強組織協(xié)調，提高國際標準話語權;開展頻譜研究，為5G發(fā)展爭取頻率資源;注重應用牽引，開展5G面向行業(yè)應用研究;加強開放與合作，推動構建國際合作體系。相應舉措是：成立國家IMT-2020(5G)推進組;部署重大專項及863項目;啟動5G技術研發(fā)試驗;推進5G與行業(yè)應用融合;2019年6月6日工信部正式向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通和中國廣電4家公司發(fā)放5G商用牌照。

(四)基于eMBB場景的虛擬現(xiàn)實成為5G應用落地的切入點

我國三大電信運營商積極開展5G云VR創(chuàng)新業(yè)務布局。中國移動通信集團福建有限公司于2018年7月開啟全球首個電信運營商云VR業(yè)務試商用。2018年9月中國聯(lián)通發(fā)布了5G+視頻推進計劃，將從技術引領、開放合作、重大應用、規(guī)模推廣等四個方面啟動5G+視頻未來推進計劃，并以8K、VR為代表的5G網(wǎng)絡超高清視頻應用將構成未來中國聯(lián)通5G+視頻戰(zhàn)略核心。中國電信同期發(fā)布了云VR計劃，將立足中國電信1.5億寬帶用戶產(chǎn)業(yè)基礎，依托于網(wǎng)絡、云計算和智慧家庭等方面的優(yōu)勢資源，聯(lián)合合作伙伴制定云VR規(guī)范，加速推進云VR技術的產(chǎn)品化和商業(yè)模式創(chuàng)新。此外，為加速虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)普及推廣，工信部在2018年12月印發(fā)《關于加快推進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》(簡稱《意見》)，《意見》提出發(fā)展端云協(xié)同的虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡分發(fā)和應用服務聚合平臺(Cloud VR)，旨在提升高質量、產(chǎn)業(yè)級、規(guī)?；a(chǎn)品的有效供給。

5G云化虛擬現(xiàn)實核心在于內(nèi)容上云、渲染上云、乃至日后的制作上云。將云計算、云渲染的理念及技術引入到虛擬現(xiàn)實業(yè)務中，借助高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡，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端設備，在虛擬現(xiàn)實終端無繩化的情況下，實現(xiàn)業(yè)務內(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解決方案。其中，渲染上云是指將計算復雜度高的渲染設置在云端處理，大幅降低終端CPU+GPU渲染計算壓力，使終端容易以輕量的方式和較低的消費成本能被用戶所接受。內(nèi)容上云是指計算機圖形渲染移到云上后，內(nèi)容以視頻流的方式通過網(wǎng)絡推向用戶，借助網(wǎng)絡的Wi-Fi和5G技術，可把連接終端的HDMI線減除，實現(xiàn)終端無繩化、移動化。

用戶體驗、終端成本、技術創(chuàng)新與內(nèi)容版權成為5G云VR發(fā)展動因。VR用戶體驗與終端成本的平衡是目前影響VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵問題。低成本終端確實有助于提升VR硬件普及率，但有限的硬件配置也限制了用戶體驗，影響了消費者對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VR設備，其配置套裝價格高達數(shù)千乃至萬元，過高的終端成本明顯制約了高品質VR的普及。在這一背景下，5G云 VR有望切實加速推動VR規(guī)?；瘧?，預計2020年，VR用戶滲透率將達15%，視頻用戶滲透率達80%。通過將VR應用所需的內(nèi)容處理與計算能力置于云端，可有效大幅降低終端成本，且維持良好的用戶體驗，對VR業(yè)務的流暢性、清晰度、無繩化等提供保障。同時，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)格的硬件設備。在Cloud VR架構下，VR內(nèi)容處理與計算能力駐留在云端，可以便捷地適配差異化的VR硬件設備，同時針對高昂的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容制作成本，也有助于實施更嚴格的內(nèi)容版權保護措施，遏制內(nèi)容盜版，保護VR產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，由于Cloud VR的計算和內(nèi)容處理在云端完成，VR內(nèi)容在云端與終端設備間的傳輸需要相比4G時代更優(yōu)的帶寬和時延水平，利用5G網(wǎng)絡的高速率、低時延特性，電信運營商可以開發(fā)基于體驗的新型業(yè)務模式，為5G網(wǎng)絡的市場經(jīng)營和業(yè)務發(fā)展探索新的機會，探索5G時代的殺手級應用，加快投資回收速度。在這一過程中，運營商憑借擁有的渠道、資金和技術優(yōu)勢，聚合產(chǎn)業(yè)資源，通過Cloud VR連接電信網(wǎng)絡與VR產(chǎn)業(yè)鏈，促進生態(tài)各方的共贏發(fā)展。

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

虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)鏈條長，參與主體多，主要分為內(nèi)容應用、終端器件、網(wǎng)絡平臺和內(nèi)容生產(chǎn)。目前，5G云VR正成為虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的新興力量。內(nèi)容應用方面，聚焦文化娛樂、教育培訓、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康和商貿(mào)創(chuàng)意領域，呈現(xiàn)出“虛擬現(xiàn)實+”大眾與行業(yè)應用融合創(chuàng)新的特點。終端器件方面，傳統(tǒng)高配置VR終端造價高昂，主要涉及一體式與主機式頭顯整機、追蹤定位與多通道交互等感知交互外設、屏幕、芯片、傳感器、鏡片等關鍵器件，5G云VR可有效降低終端配置需求，且維持良好的用戶體驗，促進規(guī)模化應用。網(wǎng)絡平臺方面，除互聯(lián)網(wǎng)廠商主導的內(nèi)容聚合與分發(fā)平臺外，電信運營商以云化架構為引領推出寬帶及5G云VR，基于虛擬現(xiàn)實終端無繩化發(fā)展趨勢，實現(xiàn)業(yè)務內(nèi)容上云、渲染上云，以期降低優(yōu)質內(nèi)容的獲取難度和硬件成本，探索虛擬現(xiàn)實現(xiàn)階段規(guī)模化應用，5G網(wǎng)絡將進一步提升現(xiàn)有云VR體驗層級，且為工業(yè)、醫(yī)療等對低延時要求極高的場景提供可能。內(nèi)容生產(chǎn)方面，主要涉及面向虛擬現(xiàn)實的操作系統(tǒng)、開發(fā)引擎、SDK、API、拼接縫合軟件、全景相機、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)現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)地圖)

(六)5G云VR成為虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)政策熱點方向

虛擬現(xiàn)實已被列入“十三五”信息化規(guī)劃、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、產(chǎn)業(yè)結構調整指導等多項國家重大文件中，工信部、發(fā)改委、科技部、文化部、商務部出臺相關政策，5G云VR正逐漸成為熱點趨勢之一。2018年12月工信部出臺《關于加快推進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，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)實網(wǎng)絡分發(fā)和應用服務聚合平臺(Cloud VR)，要推動建立高效、安全的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容與應用支付平臺及分發(fā)渠道。在青島、福州、成都、南昌等地方政府新一輪虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)政策中，著重聚焦5G云VR的應用場景并積極推動產(chǎn)業(yè)化布局。以青島嶗山區(qū)為例，在《虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)之都發(fā)展三年行動計劃(2019-2021年)》中，聚焦5G與虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的融合創(chuàng)新，即緊抓5G時代機遇窗口期，以云化架構為引領，突破業(yè)界慣有“展廳級”、“孤島式”、“小眾性”、“雷同化”的應用示范發(fā)展瓶頸，堅持走群眾路線，通過5G云VR實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)級、網(wǎng)聯(lián)式、規(guī)模性、差異化的應用普及之路。

二、技術趨勢

(一)5G催化虛擬現(xiàn)實“五橫兩縱”技術架構持續(xù)演進

隨著業(yè)界對虛擬現(xiàn)實關注程度的不斷提高，VR/AR在支持應用和企業(yè)數(shù)量上迎來了新一輪的增長。在技術層面，由于VR/AR行業(yè)多領域學科交叉融合的技術特性，整體技術軌跡仍處于螺旋上升的發(fā)展期，現(xiàn)有技術日漸成型，新興技術不斷涌現(xiàn)。云化虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)，將云計算的理念及技術引入到VR/AR業(yè)務中，給行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。然而，受限于當前帶寬和網(wǎng)絡時延等網(wǎng)絡條件的約束，其落地應用受限較大?？紤]到虛擬現(xiàn)實業(yè)務對eMBB場景特性的高度契合，5G云化虛擬現(xiàn)實有望加速VR/AR的技術演進和場景落地，極大改變大眾學習、娛樂、工作與生活方式。

業(yè)界對虛擬現(xiàn)實的界定認知由特定終端設備向聯(lián)通端管云產(chǎn)業(yè)鏈條的沉浸體驗演變。參考國際上自動駕駛汽車智能化程度分級，將虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展劃分為如下五個階段，不同發(fā)展階段對應相應體驗層次，目前處于部分沉浸期。此外，由于虛擬現(xiàn)實所固有的多領域交叉復合的發(fā)展特性，多種技術交織混雜，產(chǎn)品定義處于發(fā)展初期，技術軌道尚未完全定型。本白皮書參考工信部有關虛擬現(xiàn)實發(fā)展指導意見以及《虛擬(增強)現(xiàn)實白皮書(2018年)》中提出的“五橫兩縱”技術架構，即“五橫”指代近眼顯示、感知交互、網(wǎng)絡傳輸、渲染處理與內(nèi)容制作，“兩縱”是指VR與AR，同時結合2019年5G商用元年的發(fā)展動態(tài)，提出5G時代下虛擬現(xiàn)實的技術趨勢。

(圖4虛擬現(xiàn)實沉浸體驗階梯)

　　(圖5虛擬現(xiàn)實“五橫兩縱”技術架構)

4G網(wǎng)絡難以實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實業(yè)務更高程度的視覺沉浸。在云化牽引的網(wǎng)絡架構下，不斷提升的近眼顯示技術對傳輸帶寬提出了更高要求。若以角分辨率、視場角、色深、刷新率、焦平面作為衡量視覺沉浸感的主要測度，基于其乘數(shù)效應估算可得，完全體驗等級所須未經(jīng)壓縮的原始帶寬可達5Tbit/s。此外，對于多焦面顯示技術，當同時聚焦的焦平面達到八個時，其4K顯示的承載網(wǎng)絡傳輸帶寬需求高達26.4Gbps。對于全息顯示技術，由于LCos-SLM是對全息編碼圖像進行加載顯示，因此，其承載網(wǎng)絡除須滿足3.3Gbps傳輸帶寬要求外，還須對待顯示圖像的光場信息進行大體量的全息計算，將待顯示圖像的光場信息上傳到云端進行全息計算，針對4K的屏幕分辨率，所需的上行網(wǎng)絡帶寬需要達到3.3Gbps，針對120Hz的顯示刷新率，單獨全息圖的計算時間需小于3ms。

　　(表1近眼顯示技術網(wǎng)絡能力需求)

內(nèi)容制作的發(fā)展需要5G網(wǎng)絡支撐。隨著終端用戶對虛擬現(xiàn)實內(nèi)容質量和實時性需求不斷提高，內(nèi)容制作對超高速網(wǎng)絡的需求與日俱增，相關技術包括內(nèi)容采集方向的實時摳像、全景拍攝，內(nèi)容編輯方向的云端三維重建、虛實場景擬合、拼接縫合、空間計算，內(nèi)容播放方向的WebXR。實時摳像主要分為基于綠幕摳像和基于計算機視覺兩個方向。基于綠幕的實時摳像技術是時延敏感型業(yè)務，雖然綠幕摳像技術發(fā)展較為成熟，但受限于當前網(wǎng)絡環(huán)境，在時延和傳輸能力上仍需較大提升;而隨著神經(jīng)網(wǎng)絡技術的發(fā)展，基于CNN(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡)實現(xiàn)實時摳像的技術正在興起，以Instagram、Snapchat等移動終端社交軟件為代表，通過對已有的海量圖片數(shù)據(jù)進行標記導入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，從而研發(fā)出可對動態(tài)人像進行實時摳圖的技術，這種技術需要強大運算能力支持CNN進行訓練與分析，考慮到終端設備的局限性，需要將運算放于云端進行，減輕終端算力負擔，目前渲染幀率保證在不低于30fps。5G網(wǎng)絡可以為實時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(非光場式)360°全景相機完成，常見的有2、4、6、8、16等多種相機組合類型，如Insta 360 Pro、Nokia的OZO等。此外，基于陣列式(光場式)相機的全景拍攝技術可通過上百個鏡頭組成相機矩陣進行拍攝，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數(shù)目較多時，特別是面向全景直播等時延敏感性業(yè)務場景，數(shù)據(jù)計算、傳輸量會急劇增加。面對全景拍攝帶寬、時延雙敏感的業(yè)務特點，5G網(wǎng)絡可為全景直播提供傳輸保障。適配5G網(wǎng)絡的云端三維重建將采集到的點云信息上傳云端，在云端完成點數(shù)據(jù)的濾波降噪、分割、配準、網(wǎng)格渲染等處理，構建3D模型。將三維重建放在云端，可極大減輕終端計算壓力，提高三維重建精準度。同時，對云端重建的模型可結合云端神經(jīng)網(wǎng)絡進行深度特征提取、識別、追蹤等，用于構建云端三維語義地圖等。虛實場景擬合是指在AR系統(tǒng)中需要將虛擬對象與真實場景進行實時匹配，以保證虛擬對象更加逼真融入現(xiàn)實世界。在虛實融合過程中，一是要達到幾何一致性，保證虛擬對象符合真實世界物理原則;二是要達到時間一致性，保證交互得到及時反饋;三是要達到光照一致性，在幾何與時間一致的前提下，提供實時光照追蹤與渲染。針對為幾何、時間、光照一致性提供的GPU集群，5G網(wǎng)絡有助于承載海量數(shù)據(jù)實時傳輸。高性能拼接縫合對多鏡頭拍攝的畫面進行高精度拼接縫合，通過亮度色彩調整、對齊、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行大量計算，通常由駐留本地的高性能服務器完成。在5G網(wǎng)絡支持下，高性能拼接縫合技術可移到邊緣云完成，實現(xiàn)高精度畫質的全景直播。WebXR技術針對目前硬件終端和內(nèi)容服務商碎片化的發(fā)展現(xiàn)狀，旨在推動內(nèi)容生態(tài)加速成形，解決跨平臺內(nèi)容分發(fā)問題。2019年初W3C正式發(fā)布了WebXR Device API首個規(guī)范工作草案，提供開發(fā)基于 Web的沉浸式應用程序。WebXR處于早期階段，目前支持的瀏覽器廠商包括Mozilla 和 Chrome，受支持的設備包括兼容ARCore的設備、Google Daydream、HTC Vive、Magic Leap One、微軟 Hololens、Oculus Rift、三星 Gear VR、Windows 混合現(xiàn)實頭戴設備等。5G技術高帶寬、低時延的特性，將極大擴展Web端內(nèi)容呈現(xiàn)能力，推動WebXR技術落地。

移動邊緣計算、網(wǎng)絡切片與5G核心網(wǎng)QoS有助于保證虛擬現(xiàn)實不斷進階沉浸體驗需求。針對虛擬現(xiàn)實對帶寬、時延雙敏感的業(yè)務特性，5G網(wǎng)絡的發(fā)展與商用部署需要做出針對性的優(yōu)化，適配邊緣計算、網(wǎng)絡切片、5GQoS、智能運維、擁塞控制等網(wǎng)絡傳輸技術，旨在彌合潛在技術斷點，推動用戶體驗進階。其中，邊緣計算借助網(wǎng)絡邊緣設備一定的計算和存儲能力，實現(xiàn)云化虛擬現(xiàn)實業(yè)務的實時分發(fā)，如VR視頻直播可以全視角流推送到網(wǎng)絡邊緣，再進行基于單用戶視場角的信息分發(fā)。MEC可根據(jù)用戶接入的位置選擇合適的邊緣數(shù)據(jù)中心提供計算服務，將推送內(nèi)容同步緩存在本地，實現(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性事件通知，實現(xiàn)VR/AR業(yè)務的移動性和連續(xù)性保障。邊緣云作為基礎設施提供了渲染所須GPU資源及平臺服務API，如視頻分析、人臉識別、圖像特征提取等，以供虛擬現(xiàn)實應用調用，從而降低應用算法復雜度，避免原始數(shù)據(jù)回傳，節(jié)省回傳帶寬。網(wǎng)絡切片為AR/VR提供端到端網(wǎng)絡資源的保障。Network Slice Orchestration提供了NSMF，下方不同領域(例如SDN，MANO，EMS等)各有相對應NSSMF。NSMF負責管理和編排NSI (Network Slice Instance) 以及根據(jù)網(wǎng)絡片相關要求推導網(wǎng)絡片子網(wǎng)相關要求。此外，NSMF包括跨域切片管理器的功能，該管理器負責NSI生命周期管理(即預先提供，實例化，配置和激活以及退役)，并通過不同領域內(nèi)的多維協(xié)調滿足E2E要求。 NSMF根據(jù)每個技術領域的能力分解成多組要求，將每個需求部分映射到相關技術領域。為保證整體端到端的要求，NSMF匯總了每個技術領域的網(wǎng)絡服務性能，然后執(zhí)行相應的調整和配置以確保閉環(huán)控制。NSSMF負責NSSI (Network Slice Subnet Instance) 的管理和協(xié)調。NSSMF包括用于不同技術域的域片管理器，如接入網(wǎng)絡NSSMF、核心網(wǎng)絡NSSMF以及傳輸網(wǎng)絡NSSMF或組合域NSSMF。作為邏輯實體，NSSMF負責在單個技術或組合域中預先提供實例化、配置、激活以及退役子網(wǎng)。NSSMF確保在每個單個或組合域中實現(xiàn)對分解的E2E需求能力的實時保證。VR/AR端到端的服務依據(jù)不同領域所需提供的配置與設定，由NSFM下發(fā)至NSSMF并實際到各領域執(zhí)行，最終實現(xiàn)端到端的服務滿足;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PDU會話中，QoS流是可區(qū)分QoS的最小單位。QoS流由QFI標識。QFI包含在N3的數(shù)據(jù)包頭中。在用戶平面，同樣QFI的流得到同樣的轉發(fā)處理(例如排隊、許可控制門限)。QoS流在PDU會話建立或修改時建立。5GC 中SMF負責QoS的控制，建立一條PDU會話時，SMF會給UPF、AN、UE配置相應的Qos參數(shù)。對于上行數(shù)據(jù)，UE根據(jù)QoS規(guī)則對數(shù)據(jù)包進行匹配，數(shù)據(jù)包從匹配上的QoS流以及其對應的AN通道(對應的RB)向上傳輸;對于下行數(shù)據(jù)，UPF根據(jù)PDR對數(shù)據(jù)進行匹配，數(shù)據(jù)包從匹配上的QoS流以及其對應的AN通道下下傳輸。如果一個數(shù)據(jù)包沒有匹配上任何一個QoS規(guī)則(上行)或PDR(下行)，則該數(shù)據(jù)包會被UE或UPF丟棄。這種基于流的QoS機制，對于VR/AR這類實時業(yè)務，是實現(xiàn)優(yōu)化用戶體驗的基礎。

　　(圖6端到端網(wǎng)絡切片實現(xiàn)機理)

　　(圖75G QoS機制圖)

虛擬現(xiàn)實渲染處理對帶寬和時延提出了更高要求。渲染處理是虛擬現(xiàn)實領域的關鍵技術，直接影響內(nèi)容呈現(xiàn)與用戶體驗效果。當前移動式虛擬現(xiàn)實終端硬件性能有限，僅能輸出不高于智能手機圖形處理效果的3D模型。為提高虛擬現(xiàn)實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)絡及云端渲染優(yōu)化畫面質量。云渲染旨在幫助用戶在中低配頭顯上實現(xiàn)渲染能力更強的PC級虛擬現(xiàn)實沉浸體驗，降低終端購置成本。對于虛擬現(xiàn)實這一時延敏感型業(yè)務，云渲染引入的新增時延對于用戶體驗潛在影響較大。此外，3D應用對于用戶指令的響應高度敏感，如進行虛擬現(xiàn)實游戲時，用戶指令須得到及時響應，若稍有時延，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延以及編碼壓縮造成的畫質損失，將渲染處理拆分為云端與本地渲染協(xié)同進行，利用云端強大的渲染與存儲能力實現(xiàn)靜態(tài)畫質與視覺保真度的提升，同時基于本地渲染滿足時延控制要求。5G網(wǎng)絡低時延的特性可有效降低分步渲染產(chǎn)生的新增時延，進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)的技術架構，云渲染、混合云渲染對網(wǎng)絡帶寬、時延、可靠性提出更高要求，對當前高匯聚、高收斂承載網(wǎng)絡面臨更大挑戰(zhàn)。深度學習渲染成為人工智能在圖像渲染領域的重要技術創(chuàng)新，可實現(xiàn)圖像降噪、抗鋸齒以及因注視點渲染帶來的渲染負載減少。深度學習渲染依賴于云計算龐大計算能力，在中心云完成深度學習渲染訓練，之后將訓練集同步到邊緣云，并借助MEC降低實時渲染時延，輸出超高畫質效果。目前，學術界與產(chǎn)業(yè)界正在越來越多地投入深度學習渲染這一新興熱點中。光場渲染是基于圖片集進行影像渲染，在不需要圖像深度信息或相關性的條件下，通過對相機采集到的圖像集進行渲染計算。在實時渲染的情況下，光場渲染比三維模型生成的畫面更加真實。光場渲染須存儲空間中所有光線的方向和角度，進而渲染出場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)絡傳輸特性。

　　(表2云渲染下不同分辨率和刷新率的設備對帶寬和時延的需求)

基于5G的端云協(xié)同模式觸發(fā)虛擬現(xiàn)實感知交互能力躍升。業(yè)界主流移動虛擬現(xiàn)實終端可通過基于傳感融合的SLAM技術實現(xiàn)環(huán)境感知、設備定位和地圖三維重構等功能。實時定位技術日趨成熟，三維重構發(fā)展相對緩慢，目前尚難以構建出用于導航、避障等需求的高精度地圖或用于人機互動的語義地圖，上述場景有賴于圖像分割、物體識別、高精度表面檢測和三維建模領域的融合創(chuàng)新?；?G網(wǎng)絡的環(huán)境感知可分為初期和成熟兩個階段，初級階段主要解決現(xiàn)有終端側三維重構的缺失，通過與云端的低時延通信實時建立并保存地圖。成熟階段須在云端建立完整的語義地圖，各終端能夠實時感知自身定位、獲取地圖信息并完成交互。具言之，5G對感知交互能力的提升主要表現(xiàn)在機器視覺、云端神經(jīng)網(wǎng)絡和云端語義地圖三方面。機器視覺基于深度學習的語義分割開始在識別重建中頻繁采用，準確獲取圖像中的物體類屬及對應的邊緣Mask與Mesh信息，成為未來有針對性進行重建的必要步驟。2019年6月蘋果發(fā)布ARKit3套件，展示了全新人體遮擋效果，通過基于機器視覺的實時肢體姿態(tài)捕捉，將真實人體、虛擬場景與真實環(huán)境相互融合。目前，此類融合基于本地完成，隨著終端對現(xiàn)實世界理解的不斷深入，需要速度更快、算力更強的神經(jīng)網(wǎng)絡進行識別、分割、跟蹤、匹配等復雜任務處理，基于5G的云端處理方式有助于放大機器視覺對環(huán)境感知作用，以更低時延完成實時空間感知與語義標記。云端神經(jīng)網(wǎng)絡可以同時為多種不同的交互模態(tài)提供神經(jīng)網(wǎng)絡運算，如同時處理語音交互與手勢交互。由于云端神經(jīng)網(wǎng)絡借助超大型CPU與GPU集群進行運算，可處理更加復雜的業(yè)務，如自然語言識別等。5G網(wǎng)絡可降低多類自然交互產(chǎn)生的疊加時延，降低運算處理和交互耗時。同時，基于5G云端架構，經(jīng)過訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡可以部署到邊緣云，在面對異地多人多端實時交互的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)時，以更低時延處理大量交互反饋信息。此外，云端神經(jīng)網(wǎng)絡可以與空間計算相結合，在5G網(wǎng)絡下提供更加貼合物理世界的虛擬信息和渲染效果，并對交互信息進行分析和預判，提升物理世界中虛擬信息的交互體驗。云端語義地圖把獲取的點云特征與云端預先準備好的數(shù)據(jù)庫進行比對，通過具體的語義特征對點云地圖進行標記，達到輔助理解。5G網(wǎng)絡為云端語義地圖提供算力更強的云端大型GPU集群及高速帶寬網(wǎng)絡，基于5G云端的語義地圖，能更好的結合神經(jīng)網(wǎng)絡，構建廣域地圖信息，將物理世界進行數(shù)字重建和標記，同時對AR云的搭建提供了極大的技術支持。

　　(圖85G云化虛擬現(xiàn)實技術樹)

(二)5G云化虛擬現(xiàn)實技術有望在2-5年內(nèi)逐步成熟

借鑒Gartner技術成熟度曲線呈現(xiàn)形式，分析總結如下與5G顯著關聯(lián)的各類虛擬現(xiàn)實技術產(chǎn)業(yè)化進程。5G+虛擬現(xiàn)實的技術創(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，預計在兩年內(nèi)發(fā)展成熟的技術以近眼顯示、網(wǎng)絡傳輸領域為主，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占比接近一半，集中于在云端進行的面向復雜環(huán)境、場景與內(nèi)容的渲染計算;有望在5-10年內(nèi)發(fā)展為主流的技術將深入至云端神經(jīng)網(wǎng)絡計算，為場景和應用提供復雜的空間識別算力、高保真渲染效果及虛實融合的交互能力，進而為5G環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容提供更加優(yōu)質的用戶體驗;面向10年以上成熟的技術目前主要有光場顯示和混合渲染，在網(wǎng)絡傳輸能力和云端計算能力發(fā)展到較高程度下，有望為用戶提供完全沉浸體驗。

　　(圖95G云化虛擬現(xiàn)實關鍵技術成熟度曲線)

在5G+虛擬現(xiàn)實融合創(chuàng)新方面，受影視行業(yè)及機器視覺技術的快速發(fā)展，實時摳像已日趨成熟，5G云化將加快這一技術落地，預估2年內(nèi)發(fā)展至成熟階段。高性能拼接縫合是時延、帶寬雙敏感型業(yè)務，產(chǎn)業(yè)化相對較快，預估在2年內(nèi)發(fā)展成熟。云化三維重建借助云計算帶來高精度三維重建效果，降低了終端計算負載，目前尚須跨領域技術整合，預計3-5年發(fā)展成熟?；?G云化的虛實場景擬合有望促使融合效果出現(xiàn)質變，預估2-5年發(fā)展成熟。一體多目式（非光場式）全景拍攝發(fā)展較快，在5G網(wǎng)絡幫助下設備成本和體積將會向小型輕便發(fā)展，發(fā)展至成熟預估需要2-3年時間。陣列式（光場式）全景拍攝長期受光學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，預估需2-5年時間發(fā)展成熟。WebXR目前仍處于初級階段，但由于本身基于Web技術構建，5G網(wǎng)絡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年時間。依據(jù)3GPP標準制定進度，5G R15確定了5G的基本架構，包括新的空口、非獨立(NSA)/獨立(SA)組網(wǎng)網(wǎng)絡架構、云化核心網(wǎng)、核心網(wǎng)網(wǎng)絡切片等基本技術，實現(xiàn)小區(qū)下行峰值速率10Gbps、空口時延1ms的目標，該標準自2018年底開始在全球逐步建設，邊緣計算設備也將隨著5G網(wǎng)絡的建設開始部署，支持5G云化虛擬現(xiàn)實應用。而5G R16所支持的行業(yè)應用技術，包括端到端(包含無線網(wǎng)絡)網(wǎng)絡切片、高可靠性等技術，將隨著標準的完成在未來2-5年內(nèi)逐步部署。5G R17于2019年開始確定研究課題，現(xiàn)階段的重點為加入人工智能/機器學習的能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡運維的自動化等功能，因此部署的時間還將更晚。預計從2025年開始，5G將進入B5G/6G時代，開始B5G和6G的技術研究和部署。根據(jù)諾基亞貝爾實驗室的預測，B5G/6G將利用信息技術、計算技術、大數(shù)據(jù)和人工智能技術實現(xiàn)網(wǎng)絡的完全智能和自動化，并實現(xiàn)下行峰值速率大于100Gbps的目標。6G的標準化預計要到2028年以后才能形成，正式商用則預計在2030年以后。在傳輸預處理方面，目前虛擬現(xiàn)實視頻編碼仍主要使用HEVC，H.265已成為主流技術。5G對視頻編碼技術提出了更高的要求，下一代視頻編碼標準H.266在2018年4月正式開始標準化工作，將于2020年發(fā)布標準，預計于5-10年可以成為新的主流技術。混合渲染對云渲染技術有一定依賴性，屬于在云渲染基礎上對畫質、時延和功耗的優(yōu)化，發(fā)展至成熟仍需2-5年。深度學習渲染須采集大量圖形渲染數(shù)據(jù)進行訓練，該技術在學界和業(yè)界仍處于研討期，短期內(nèi)難以商用落地，預估成熟期在5-10年。作為面向未來的渲染技術，光場渲染的處理、優(yōu)化、傳輸尚處于基礎技術研發(fā)階段，預估成熟期在10年以上。機器視覺需要依賴神經(jīng)網(wǎng)絡提供計算與分析，5G云化將提供GPU和CPU集群，加快訓練速度，預期到達技術成熟需3至5年時間。云端神經(jīng)網(wǎng)絡和云端語義地圖，將為物理世界的數(shù)字化構建提供更加精確的建圖能力和定位能力，需借助后5G時代云化提供的高算力和高承載能力，預估發(fā)展至成熟期需5至10年。

　　(圖105G云化虛擬現(xiàn)實技術路標)

(三)5G助推虛擬現(xiàn)實體驗性、功能性與經(jīng)濟性的優(yōu)化提升

相比本地虛擬現(xiàn)實、4G云化虛擬現(xiàn)實技術路線，5G云化虛擬現(xiàn)實技術性能、功能、成本等方面改善顯著，可歸納為頭動響應時延(MTP)、渲染能力、顯示能力、使用移動性、顯示能力市場規(guī)模、成本效率。其中，業(yè)界普遍認為頭動響應時延（MTP）應控制在20ms以內(nèi)，否則容易引起眩暈感。換言之，用戶轉動頭部改變視角時，終端設備、網(wǎng)絡傳輸、云端計算的整體用時應確保頭動和FOV 畫面改變一致，相應新視角所呈現(xiàn)畫面的累計時延不超過20ms，也不應出現(xiàn)全部或部分視野無畫面的情況。依靠終端的本地處理，由于無須考慮網(wǎng)絡時延，領先的設備廠商如Oculus和HTC Vive可以做到20ms 內(nèi)MTP，但其代價在于犧牲了移動云VR在終端價格、端云協(xié)作等方面的潛在價值。在4G網(wǎng)絡下，通過采用4G云+小型GPU的方式，將渲染和視覺計算放在云端進行，降低了終端處理壓力的同時，引入了額外的網(wǎng)絡時延，典型的4G空口時延在10ms-28ms之間。在5G網(wǎng)絡下，由于高帶寬、低時延的網(wǎng)絡特性，5G網(wǎng)絡把空口時延降低到1ms，通過采用5G+GPU云端集群的方式，可將時延控制在10ms以內(nèi)，針對高端設備和峰值網(wǎng)絡狀態(tài)，有可能達到7ms-5ms，即5G為虛擬現(xiàn)實在端云協(xié)同與MTP時延控制間帶來了更大的平衡空間;對于渲染分辨率、幀率所表征的渲染能力，在本地進行的渲染，受限于終端GPU計算能力，分辨率僅可達到2K-4K，幀率在30fps-60fps。在4G網(wǎng)絡下，通過采用4G和云端渲染，渲染能力平均可以達到4K分辨率、90fps的效果。在5G網(wǎng)絡下，有望將渲染能力進一步提升至8K分辨率、120fps效果，整體畫質達到本地處理能力兩倍以上;對于角分辨率、刷新率、視場角所表征的近眼顯示能力，雖然該類性能指標依賴于光學、屏幕等終端技術，但在虛擬現(xiàn)實端云協(xié)同的發(fā)展趨勢下，相比4G網(wǎng)絡，5G可進一步支持廣視場角顯示(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);對于用戶移動性而言，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所面臨的場景受限問題，通過在高速移動場景中保證100Mbps以上的用戶體驗帶寬，將時下各類虛擬現(xiàn)實應用拓展至車載、高鐵等高速移動應用場景，保證了全場景的服務能力和必要的業(yè)務連續(xù)性;對于市場潛力和費效比等經(jīng)濟性因素而言，作為新一代人機交互平臺，虛擬現(xiàn)實在單機版階段的市場發(fā)展較為緩慢，應用場景與用戶體驗受限于本地終端。參考梅特卡夫定律以及2017-2022年全球虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)規(guī)模，相比孤島式單機版的發(fā)展之路，虛擬現(xiàn)實的市場潛力有賴于虛擬世界潛藏的網(wǎng)絡價值，比之4G時代，5G云化虛擬現(xiàn)實強調用戶連接交互深度(沉浸體驗)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)絡支持，虛擬現(xiàn)實借助網(wǎng)絡對單位生產(chǎn)力的貢獻較低。據(jù)諾基亞貝爾測算，通過4G網(wǎng)絡傳輸及云端GPU運算處理，其對生產(chǎn)力貢獻的能力約為僅憑借本地終端貢獻能力的十倍。在5G網(wǎng)絡階段，通過5G傳輸及云端GPU集群運算處理，其對生產(chǎn)力貢獻的能力約為4G網(wǎng)絡階段的十倍。

　　(圖11本地/4G/5G+VR/AR方案對比)

(四)5G標準規(guī)范演進牽引虛擬現(xiàn)實體驗進階

針對業(yè)務需求的實際差異，5G虛擬現(xiàn)實主要呈現(xiàn)為兩類云化部署形態(tài)。隨著5G網(wǎng)絡對大帶寬、低時延的支持，將部分渲染、視頻處理的功能轉移到云端服務器處理，使得采用云端服務器和虛擬現(xiàn)實終端的連接成為可能。同時，5G云化虛擬現(xiàn)實的實現(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，且配戴設置更加便捷。目前，5G網(wǎng)絡上與虛擬現(xiàn)實業(yè)務相關的服務器存在兩類云化部署方式，一是將服務器部署在5G的核心網(wǎng)絡側的應用服務器上或中央數(shù)據(jù)中心，二是將其部署在邊緣計算或接入側數(shù)據(jù)中心上。兩類方案對虛擬現(xiàn)實的影響聚焦于時延控制，若部署在接入側數(shù)據(jù)中心，即意味著更低時延，對時延敏感型的虛擬現(xiàn)實業(yè)務用戶體驗更好，但對于諸如遠程教育等全網(wǎng)范圍的虛擬現(xiàn)實應用，采用中央數(shù)據(jù)中心成為常規(guī)方案。

　　來源GSMA 2019

　　(圖12VR/AR服務器在5G網(wǎng)絡上部署的兩種基本方案及其時延)

隨著5G標準從R15、R16、R17向B5G/6G不斷演進，新一代移動通信與虛擬現(xiàn)實互相促進，有望實現(xiàn)基于5G云化虛擬現(xiàn)實技術下的深度沉浸乃至完全沉浸的體驗需求。從5G標準制定看，業(yè)界認為5G網(wǎng)絡演進主要分為三個階段，即5G、5G增強(包括R16、R17…)和B5G(Beyond5G)/6G。從R16開始，5G進入5G增強階段，其中，R16已確定針對企業(yè)應用增強(如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))，提出5G私網(wǎng)、達到99.9999%的高可靠性要求，并實現(xiàn)包括無線網(wǎng)絡在內(nèi)端到端的切片能力，預計2020年3月完成標準制定。R17將支持52.6 GHz以上頻譜，加入人工智能/機器學習的能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡運維的自動化等功能，預計將于2021年底完成標準制定。預計從2025年開始，5G將進入B5G/6G時代。根據(jù)諾基亞貝爾實驗室的預測，B5G/6G將利用信息技術、計算技術、大數(shù)據(jù)和人工智能技術實現(xiàn)網(wǎng)絡的完全智能和自動化，并實現(xiàn)下行峰值速率大于100Gbps的目標。針對虛擬現(xiàn)實對5G網(wǎng)絡傳輸?shù)膶嶋H需求，總結如下5G云化虛擬現(xiàn)實融合創(chuàng)新技術發(fā)展路徑。

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

　　(圖14諾基亞貝爾實驗室預測的5G增強、B5G/6G主要功能和性能)

　　(表35G云化虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡傳輸技術路徑)

三、5G云化虛擬現(xiàn)實應用場景

(一)5G云化虛擬現(xiàn)實+教育

5G云化虛擬現(xiàn)實技術構建異地、多人、多端的全息教學場。通過傳統(tǒng)教育中的“教學練”與全息的“人物場”深度結合，打破時空限制，營造虛實相融的教學環(huán)境，衍生出豐富多元的教學應用。5G+MR全息教室是5G云化虛擬現(xiàn)實教育的典型場景，可實現(xiàn)三大功能：一是異地多人加入，異地師生可即時加入課堂，無人數(shù)上限;二是多人同時交互，針對教學環(huán)境中的所有內(nèi)容(包括人、物、場)進行交互，同步反饋，直觀高效;三是多端無縫銜接，無論當下終端是智能眼鏡、手機或PC，皆可實時連接，且內(nèi)容呈現(xiàn)和交互協(xié)作無縫銜接?？紤]到MR混合現(xiàn)實對網(wǎng)絡帶寬和時延的雙敏感性，5G+MR全息教室接入高速率、低時延的5G網(wǎng)絡，并引入邊緣計算和切片網(wǎng)絡，實現(xiàn)云端渲染，為教學提供優(yōu)秀的顯示畫質和更低的渲染時延。5G的超大帶寬、超低時延及超強移動性可確保整個全息教學系統(tǒng)的沉浸體驗效果?；?G+MR全息教室的教學系統(tǒng)可改變傳統(tǒng)教學模式，通過虛實結合的全新教學方式輔助課堂教學，營造場景化教學新體驗。

　　(圖155G+MR全息教室特性)

　　(圖165G+MR全息教室網(wǎng)絡架構)

伴隨5G技術的發(fā)展，異地多人的教學模式可能成為未來主流。2019年6月，首個5G+MR教室在上海徐匯中學落成，并通過5G和MR混合現(xiàn)實教學系統(tǒng)，順利與遠在云南的紅河州云陽中學實現(xiàn)異地雙向同步教學。同時，青島萃英中學、上海建平中學等多地重點中學將先后落成5G+MR教室，幫助異地師生更好的交流、探索和學習，用新一代信息技術推動教育公平化進程。

(二)5G云化虛擬現(xiàn)實+演唱會

5G云化虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)造演唱會全新視覺體驗。5G云化虛擬現(xiàn)實技術在演唱會中的應用主要有基于VR的高清全景演唱會直播，以及MR/AR形式演唱會。

VR演唱會全景直播：VR全景直播采用多機位全景視角進行拍攝，一方面可以提供更多觀看角度，另一方面針對單一觀看點提供360°x180°全視角效果，極大提升演唱會觀看體驗?；?G云化的VR全景直播技術，憑借5G超高帶寬、CDN和邊緣云MEC技術，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。在演唱會現(xiàn)場，通過全景拍攝設備(如諾基亞OZO全景相機)，可從多個拍攝點進行實時全景影像取景，并通過5G網(wǎng)絡傳輸至邊緣云。在邊緣云上借助高性能拼接縫合技術對視頻流進行處理，將拍攝畫面進行拼接和優(yōu)化，并實時傳輸給場內(nèi)的終端進行現(xiàn)場互動，同時還可通過5G網(wǎng)絡低時延傳輸給場外的遠端用戶進行直播互動。5G可以實現(xiàn)4K/8K的VR直播效果，并將平均時延控制在10ms。對于終端用戶，5G網(wǎng)絡支持觀看視點流暢平滑的無縫切換，保證直播時音畫同步。

　　(圖175G+VR演唱會全景直播網(wǎng)絡架構)

MR/AR演唱會：借助5G網(wǎng)絡下端到端網(wǎng)絡切片的SLA/QoS 保障，以及實時虛實場景擬合和高性能拼接技術，MR/AR全息演唱會可提供強交互、多場景的全息沉浸體驗。在5G網(wǎng)絡環(huán)境下，通過網(wǎng)絡切片和MEC技術完成云渲染和虛實場景擬合，現(xiàn)場觀眾可佩戴MR/AR眼鏡觀看融入全息特效的演唱會，并在歌手、觀眾、全息數(shù)字特效間形成多維互動，營造豐富的現(xiàn)場效果。

(三)5G云化虛擬現(xiàn)實+工業(yè)

5G云化虛擬現(xiàn)實技術深度融合物聯(lián)網(wǎng)技術，推動關鍵業(yè)務降本增效。借助5G網(wǎng)絡將云化虛擬現(xiàn)實技術與企業(yè)ERP系統(tǒng)及IoT物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對接，圍繞工業(yè)中的剛需場景，構建新型智慧工業(yè)，服務于業(yè)務更精細化、要求更高的遠程協(xié)助、實時操作指引、日常巡檢、生產(chǎn)動態(tài)展示、員工培訓等關鍵業(yè)務。

產(chǎn)品展示：AR眼鏡通過5G網(wǎng)絡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，進而提高工作效率。

日常巡檢：借助5G網(wǎng)絡MEC功能可對廠區(qū)進行三維重建，構建基于智能眼鏡的全息BIM系統(tǒng)，并可隨時調取查看各區(qū)域產(chǎn)線生產(chǎn)信息。5G云化技術提供的云端語義地圖可直接獲取設備實時運轉數(shù)據(jù)，并通過全息信息交互遠程操控動態(tài)調配產(chǎn)能。

操作指引：借助5G云化虛擬現(xiàn)實技術中邊緣云MEC和中心云神經(jīng)網(wǎng)絡計算，對操作對象和環(huán)境進行實時掃描與智能標記，提供操作流程3D指引，并通過IoT提供實時操作反饋。

遠程協(xié)助：通過5G云化虛擬現(xiàn)實技術，將操作環(huán)境和對象在遠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)境中進行操作并將過程同步回傳至操作現(xiàn)場，真實還原專家“手把手”協(xié)助指導。

　　(圖185G云化虛擬現(xiàn)實工業(yè)遠程協(xié)助網(wǎng)絡架構)

(四)5G云化虛擬現(xiàn)實+醫(yī)療

5G云化虛擬現(xiàn)實技術推動救治模式革新，助力醫(yī)療資源公平化進程。在5G網(wǎng)絡下，VR/AR醫(yī)療應用時延將降至10ms內(nèi)，實現(xiàn)從教學培訓和輔助康復延展到時效性更強的救治和診療中，極大拓寬醫(yī)療領域應用場景。

遠程救治：憑借5G超低時延的特性，一線搶救人員可通過智能終端實時拍攝記錄傷員創(chuàng)傷情況，并在第一時間以VR直播形式傳回救治中心。遠端醫(yī)生可對創(chuàng)傷進行實時3D標注，并發(fā)送救治操作方法給一線搶救人員。由于5G時延極低，醫(yī)院了解到的患者體征數(shù)據(jù)與一線同步，保證救治手段及時準確。

智能會診：通過5G云化虛擬現(xiàn)實技術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)絡集群，對患者病情走勢進行分析和預判，提供有精準有效的治療方案。

5G云化虛擬現(xiàn)實技術幫助醫(yī)療行業(yè)提高救治效率，減少由時延帶來的不必要病痛。同時通過多端全息會診可推動醫(yī)療資源公平化和均衡化發(fā)展，服務更多偏遠地區(qū)患者。

(五)5G云化虛擬現(xiàn)實+游戲

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

VR/AR游戲的實時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)傳輸造成的時延。VR/AR終端僅需從MEC接收渲染效果并進行基礎解碼、處理、呈現(xiàn)，間接減小了對終端體積和性能的要求。用戶可通過更廉價、輕便的終端連接5G網(wǎng)絡，享受互動感和沉浸感兼具的云端游戲。

　　(圖195G+VR/AR云游戲網(wǎng)絡架構)

四、發(fā)展建議

把握住虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)新與5G帶來產(chǎn)業(yè)變革的窗口期，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實帶動效應強的特點，以技術創(chuàng)新為支撐，以應用示范為突破，以產(chǎn)業(yè)融合為主線，豐富虛擬現(xiàn)實商業(yè)模式，整合虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)鏈資源，構筑“5G云VR+”融通發(fā)展生態(tài)圈。

強化5G云化虛擬現(xiàn)實技術預研與趨勢預判，提高創(chuàng)新資源利用率。支持電信運營商、終端企業(yè)、內(nèi)容廠商、高校院所在內(nèi)的產(chǎn)學研主體聯(lián)合組建5G云VR創(chuàng)新中心與實驗室，開展針對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融合領域，加大研發(fā)投入，深化知識產(chǎn)權儲備，跟蹤技術產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程;堅持規(guī)模應用導向與技術斷點彌合的研發(fā)思路，提高創(chuàng)新資源利用效率與產(chǎn)出水平，由傳統(tǒng)強調虛擬現(xiàn)實技術層面的創(chuàng)新性和價值點，轉變?yōu)楦涌粗丶夹g產(chǎn)業(yè)化的落地價值，推動各類創(chuàng)新要素在產(chǎn)學研用間的聚焦、流動與增值。

開展5G云VR規(guī)?；瘧迷圏c，探索可商業(yè)落地的解決方案。在5G時代與云化架構的引領下，降低優(yōu)質內(nèi)容的獲取難度和硬件成本，保護虛擬現(xiàn)實內(nèi)容版權，突破業(yè)界慣有“展廳級”、“孤島式”、“小眾性”、“雷同化”的應用示范發(fā)展瓶頸，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、田園綜合體等實體經(jīng)濟特色領域中，深化“虛擬現(xiàn)實+”行業(yè)應用的探索融合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)級、網(wǎng)聯(lián)式、規(guī)模性、差異化的應用普及之路;在文旅、教育、醫(yī)療等具備業(yè)務變現(xiàn)能力、政府帶頭示范效應顯著、方案相對成熟優(yōu)良的細分應用領域，落地一批應用示范，如“5G云VR進小區(qū)”等試點工程，發(fā)揮龍頭帶動作用。

推動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，對產(chǎn)業(yè)鏈進行網(wǎng)狀重構，幫助虛擬現(xiàn)實深度導入信息通信產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。推動5G云VR扶持政策制定，鼓勵平臺生態(tài)與產(chǎn)業(yè)協(xié)作，提高財稅政策利用效率，實現(xiàn)由政策輸血向政策造血的轉變;為電信運營商與虛擬現(xiàn)實關鍵器件廠商、終端企業(yè)、內(nèi)容聚合分發(fā)平臺、解決方案提供商間的協(xié)同創(chuàng)新提供專項資金支持及公共服務平臺，鼓勵探索商業(yè)模式、網(wǎng)絡架構、內(nèi)容應用的創(chuàng)新變革，推動單點突破向產(chǎn)業(yè)集聚的轉變。

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