5G推开虚拟现实虚掩的门
2019-11-14 14:03:01
来源：中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所
虚拟现实（VR）由来已久，钱学森院士称其为“灵境技术”，指采用以计算机技术为核心的现代信息技术生成逼真的视、听、触觉一体化的一定范围的虚拟环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得身临其境的感受和体验。作为新一代人机交互平台，多数虚拟现实应用示范目前停留在“看上去很美”的状况，即内容雷同程度较高，用户体验以单机版为主，较高的终端成本与有限的优质内容影响了用户的买单意愿，人们不禁要问普及虚拟现实，路在何方？
一、5G将成为推动虚拟现实规模应用的第一块多米诺骨牌
5G有助于提升虚拟现实用户沉浸体验层次，降低优质内容的获取难度和终端成本，进而实现产业级、网联式、规模性、差异化的应用普及之路。具言之，5G对虚拟现实的支撑推动作用主要体现为如下方面。
（一）5G支持更具沉浸感的虚拟现实用户体验
目前，业界对虚拟现实的界定从终端设备向串联端、管、云的沉浸体验演变，5G推动了虚拟现实内容上云与渲染上云。其中，渲染上云是指将计算复杂度高的图像渲染放在云端处理，大幅降低用户侧CPU+GPU的计算负载，使VR终端容易以轻量化方式和较低成本被用户接纳。内容上云是指VR内容以视频流的方式通过网络推向用户，借助5G技术，可把连接终端的线缆减除，实现终端无绳化、移动化。
参考中国信通院、华为、京东方与虚拟现实产业推进会（VRPC）等联合编写的《虚拟（增强）现实白皮书（2018年）》中的分级界定，虚拟现实发展可划分为初级沉浸、部分沉浸、深度沉浸、完全沉浸阶段，更高的发展阶段对传输带宽与时延要求更高，既要画质好，又要交互快，沉浸体验层次也更高。
在画面质量方面，根据虚拟现实的分辨率、视场角、色深、刷新率等主要指标估算，部分沉浸阶段带宽需求达百兆，而4G用户速率难以满足，5G用户速率是4G十倍以上，能够支持百兆甚至吉比特传输。
在交互响应方面，虚拟现实与传统超高清视频的主要区别在于用户转头时，VR终端所呈现的画面随之变化，用户头动到显示出相应画面的时间应控制在20ms以内，以避免因此产生的眩晕感。如果仅依靠终端的本地处理，将导致终端复杂、价格昂贵。相比之下，若将视觉计算放在云端，能够显著降低终端复杂度，但则需要考虑额外引入的网络传输时延。目前4G空口时延在几十ms，难以满足要求，5G空口时延为1ms，能够满足虚拟现实业务交互响应的时延要求。
（二）5G降低虚拟现实终端的使用门槛
用户体验与终端成本的平衡是现阶段影响VR产业发展的关键问题。当前以HTC VIVE等为代表的高品质PC VR设备，基于本地处理，其配置套装价格高达数千乃至万元，制约了VR的普及。5G云VR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购置成本与配置使用的繁复程度，保障VR业务的流畅性、沉浸感、无绳化，有望加速推动VR规模化应用。
（三）5G优化虚拟现实内容生产环境
内容匮乏是虚拟现实产业发展初期的主要问题，如何尽快缩短这一“有车没油”的发展阶段成为当前要务。在终端本地处理情况下，VR内容需要不断适配各类不同规格的硬件设备，而在5G云VR的架构下，VR内容处理与计算能力驻留在云端，更易于便捷适配各类差异化的VR硬件设备。同时，针对高昂的虚拟现实内容制作成本，5G云VR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。
二、我国5G云VR领域进展显著
（一）5G云VR成为我国虚拟现实产业政策热点
虚拟现实被列入我国“十三五”信息化规划、互联网+、人工智能等多项国家重大文件中，工信部、发改委、科技部、文化部、教育部出台相关政策，5G云VR成为发展热点。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），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。此外，在青岛、福州、成都、南昌等地方政府新一轮虚拟现实产业政策中，纷纷聚焦打造5G云VR的各类应用示范并积极推动产业化布局。
（二）我国以云化虚拟现实为抓手，积极探索5G时代发展新机遇
随着5G时代到来，我国电信运营商积极开发提升用户体验的新型业务应用，5G虚拟现实是主要切入点。
中国移动2017年开展了基于边缘计算和蜂窝网络的云VR系统研发，中国移动福建公司在2018年开启全球首个电信运营商云VR业务“和·云VR”的试商用，大众可体验巨幕影院、VR现场、VR趣播、VR教育、VR游戏等特色应用。
中国联通将虚拟现实作为5G+视频战略核心之一，在2019年推出了VR制播产品服务，为全国两会、江西春晚等一系列重要活动赛事提供VR直播，并正式发布了中国联通Cloud VR融合平台，在山东成立了中国联通5G VR基地。
中国电信立足电信1.5亿宽带用户基础，力争在未来5年将云VR打造成智慧家庭下一个千万级业务，在2019年上半年以广东为试点区域推动云VR业务落地应用，并将在下半年于全国主要城市、省会等一二线城市全面加载VR业务。
（三）5G虚拟现实应用加速向生产与生活领域渗透，涌现出一批新应用与新业态
在文娱赛事方面，5G+VR技术扩展了观众的观演空间，实现了与舞台零距离、360度全景、舞美细节尽收眼底的沉浸体验，此外，新的技术也丰富了日后艺术创作维度。
2019年江西卫视推出了全国首个5G+VR春晚，观众可通过扫描电视屏幕上的二维码，使用VR眼镜或手机观看360度8K春晚，直播当晚吸引了全国31个省市自治区的用户进行观看，访问次数达到百万，当年收视率跃升为全国各地春晚前十。
借助5G VR直播，著名舞蹈艺术家杨丽萍编导创作的现代舞剧《春之祭》让杭州、宁波、温州、嘉兴等第二现场的观众也可大饱眼福，达到在第一现场的体验。
2019年中超进行了首场5G全景VR直播，通过国内首辆VR转播车，对多机位超广角拍摄内容进行现场合成与在线直播包装，呈现出覆盖整个视野的全景画面，球迷可根据喜好自由切换观赛视角。
2019年重庆国际马拉松首次实现广域赛事级5G VR直播，在20多公里赛道实现5G连片网络覆盖，多路VR视频实时回传，并在开窗中加入平面直播、VR直播解说、赛事播报等信息，更加完整的呈现赛事概况。
在教育培训方面，广东、上海、贵州、浙江、安徽等多地纷纷落地云 VR教室。上海徐汇中学开通5G+VR科创教育实验室，与云南元阳一中实现异地双向同步教学，两地师生可同时学习并进行交互；贵州建设了我国首个支持300个VR头显同时运行的智慧教室，搭建“一端授课多端学习”的5G VR慕课系统。
在医疗健康方面，北京清华长庚医院成功开展了首次5G远程协同手术，与深圳市人民医院实时连线，基于5G虚拟现实方式进行术前方案研讨、术中病灶确认及手术路径标注，通过线上无缝互动实现对远在深圳的肝胆外科医生的指导。瑞金医院进行了基于5G VR腹腔镜手术直播，让无法亲临现场的医学生通过VR头显清晰地看到主刀医生的所有操作，有助于加速基层外科医生培养。
在工业制造领域，中国商飞在ARJ21支线飞机装配辅助过程中应用了虚拟现实技术，一线操作员可通过佩戴的虚拟现实眼镜实时获得在飞机线缆连接器装配流程中的作业指导。海尔在“智能＋5G互联工厂”中投入使用5G AR远程协作系统，家电产线工人在AR眼镜中实时获得远程专家操作指导，提升了10%生产管理效率，降低了30%事故风险。一汽集团在红旗轿车产品研发中使用5G AR方式进行设计审核，工程师通过AR眼镜实现模型与实物的快速比对与协同设计，进一步提升了质检效率和准确性。
三、当前主要问题挑战
（一）有待跨越由“展厅观摩”向“产业落地”演进过程中的发展裂谷
虚拟现实产业链条长，涉及技术领域多，部分5G虚拟现实业者存在以技术方案作为产业趋势的问题，片面追求单一性能参数，缺少对跨产业链条、面向特定场景的虚拟现实应用性技术断点的识别、拉通，而在当前技术体系初步成形的情况下，虚拟现实单点突破所带来研发效能相对有限，面临可持续发展挑战。
（二）有待打造串联端、管、云协同集约的产业生态
国外基于谷歌、苹果、微软、Facebook等ICT巨头平台，众多中小企业围绕特定重点领域进行软硬适配的内容生产，研发并利用各类平台化开发工具，加速制作流程，提高内容质量，降低开发门槛。我国产业生态处于各自为战、小而散的发展态势，存在彼此封闭、烟囱式的发展框架，协同化的产业雁阵尚待成型，集约化的平台能力尚待提高，差异化、特色化的发展定位尚须明确。
四、未来前景和发展建议
（一）预计未来五年，5G云VR将变得更轻便、更沉浸、更智能
VR终端将摆脱线缆束缚，同时在重量、外形上会愈发接近人们日常生活所佩戴的眼镜，未来有望做到100g以下。借助5G高带宽、低时延的通信特性，内容与特定终端解耦加速生态成形，规模化应用试点开始落地。一些依赖硬件性能的视觉计算任务将由用户侧转移至处理能力更强的云端完成，进而推动视频画质与互动性的持续进阶，给人们带来身临其境的沉浸体验。此外，虚拟现实将成为智能化的人机交互界面，通过加载图像识别、语音识别与追踪定位等人工智能技术，为人们生产生活中带来巨大助力。为实现上述目标愿景，可重点开展如下工作。
（二）聚焦融合创新，提高创新资源利用效率
鼓励产学研用联合成立技术创新载体，围绕近眼显示、网络传输、感知交互、内容制作、渲染处理等关键细分领域做优做强“5G虚拟现实+”内生能力，叠加赋能“5G虚拟现实+ABC”外延能力，强化5G虚拟现实与人工智能、大视频、云计算等新一代信息技术的深度融合，坚持市场业务导向与技术断点弥合的研发思路，提高创新资源利用效率与产出水平，由传统强调虚拟现实技术层面的创新性和价值点，转变为更加看重技术产业化的落地价值，推动各类创新要素在产学研用间的聚焦、流动与增值。
（三）开展规模化应用试点，探索具备落地潜力的解决方案
突破业界惯有“展厅级、孤岛式、小众性、雷同化”的虚拟现实应用示范发展瓶颈，坚持走群众路线，在小区、工厂、场馆、商圈、景区、医院、学校、军营等示范效应显著、方案相对成熟的细分领域，落地一批可复制、易推广、有产出、上规模的应用示范，紧抓5G时代机遇窗口期，推动普惠VR，实现“产业级、网联式、规模性、差异化”的应用普及之路，推开虚拟现实“虚掩的门”。
