行业白皮书：《5G云化虚拟现实白皮书》（4）

(二) 5G云化虚拟现实技术有望在2-5年内逐步成熟

借鉴Gartner技术成熟度曲线呈现形式，分析总结如下与5G显著关联的各类虚拟现实技术产业化进程。5G+虚拟现实的技术创新大多分布于稳步爬升光明期、泡沫化低谷期和过高期望峰值期，预计在两年内发展成熟的技术以近眼显示、网络传输领域为主，占比约为三分之一。在二至五年内发展至主流阶段的技术占比接近一半，集中于在云端进行的面向复杂环境、场景与内容的渲染计算;有望在5-10年内发展为主流的技术将深入至云端神经网络计算，为场景和应用提供复杂的空间识别算力、高保真渲染效果及虚实融合的交互能力，进而为5G环境下的虚拟现实内容提供更加优质的用户体验;面向10年以上成熟的技术目前主要有光场显示和混合渲染，在网络传输能力和云端计算能力发展到较高程度下，有望为用户提供完全沉浸体验。

(图 9 5G云化虚拟现实关键技术成熟度曲线)

在5 G+ 虚拟现实融合创新方面 ， 受影视行业及机器视觉技术的快速发展，实时抠像 已日趋成熟，5G云化将加快这一技术落地，预估2年内发展至成熟阶段。高性能拼接缝合 是时延、带宽双敏感型业务，产业化相对较快，预估在2年内发展成熟。云化三维重建 借助云计算带来高精度三维重建效果，降低了终端计算负载，目前尚须跨领域技术整合，预计3-5年发展成熟。基于5G云化的虚实场景拟合 有望促使融合效果出现质变，预估2-5年发展成熟。一体多目式（非光场式）全景拍摄 发展较快，在5G网络帮助下设备成本和体积将会向小型轻便发展，发展至成熟预估需要2-3年时间。阵列式（光场式）全景拍摄 长期受光学和底层图像处理能力的限制，在5G云端GPU集群的助力下有望出现显著改观，预估需2-5年时间发展成熟。W eb XR 目前仍处于初级阶段，但由于本身基于Web技术构建，5G网络将加快其迭代和落地，2019年初WebXR 刚发布API 1.0版草案，发展成熟仍有5-10年时间。依据3GPP标准制定进度，5 G R15 确定了5G的基本架构，包括新的空口、非独立(NSA)/独立(SA)组网网络架构、云化核心网、核心网网络切片 等基本技术，实现小区下行峰值速率10Gbps、空口时延1ms的目标，该标准自2018年底开始在全球逐步建设，边缘计算 设备也将随着5G网络的建设开始部署，支持5G云化虚拟现实应用。而5 G R16 所支持的行业应用技术，包括端到端(包含无线网络)网络切片、高可靠性等技术，将随着标准的完成在未来2-5年内逐步部署。5G R17 于2019年开始确定研究课题，现阶段的重点为加入人工智能/机器学习的能力，实现网络运维的自动化等功能，因此部署的时间还将更晚。预计从2025年开始，5G将进入B5G /6G 时代，开始B5G和6G的技术研究和部署。根据诺基亚贝尔实验室的预测，B5G/6G将利用信息技术、计算技术、大数据和人工智能技术实现网络的完全智能和自动化，并实现下行峰值速率大于100Gbps的目标。6G的标准化预计要到2028年以后才能形成，正式商用则预计在2030年以后。在传输预处理方面，目前虚拟现实视频编码仍主要使用HEVC，H .265 已成为主流技术。5G对视频编码技术提出了更高的要求，下一代视频编码标准H.266 在2018年4月正式开始标准化工作，将于2020年发布标准，预计于5-10年可以成为新的主流技术。混合渲染 对云渲染技术有一定依赖性，属于在云渲染基础上对画质、时延和功耗的优化，发展至成熟仍需2-5年。深度学习渲染 须采集大量图形渲染数据进行训练，该技术在学界和业界仍处于研讨期，短期内难以商用落地，预估成熟期在5-10年。作为面向未来的渲染技术，光场渲染 的处理、优化、传输尚处于基础技术研发阶段，预估成熟期在10年以上。机器视觉 需要依赖神经网络提供计算与分析，5G云化将提供GPU和CPU集群，加快训练速度，预期到达技术成熟需3至5年时间。云端神经网络 和云端语义地图 ，将为物理世界的数字化构建提供更加精确的建图能力和定位能力，需借助后5G时代云化提供的高算力和高承载能力，预估发展至成熟期需5至10年。

(图 10 5G云化虚拟现实技术路标)

(三) 5G助推虚拟现实体验性、功能性与经济性的优化提升

相比本地虚拟现实、4G云化虚拟现实技术路线，5G云化虚拟现实技术性能、功能、成本等方面改善显著，可归纳为头动响应时延(MTP)、渲染能力、显示能力、使用移动性、显示能力市场规模、成本效率。其中，业界普遍认为头动响应时延（MTP ） 应控制在20ms以内，否则容易引起眩晕感。换言之，用户转动头部改变视角时，终端设备、网络传输、云端计算的整体用时应确保头动和 FOV 画面改变一致，相应新视角所呈现画面的累计时延不超过20ms，也不应出现全部或部分视野无画面的情况。依靠终端的本地处理，由于无须考虑网络时延，领先的设备厂商如Oculus和HTC Vive可以做到20ms 内MTP，但其代价在于牺牲了移动云VR在终端价格、端云协作等方面的潜在价值。在4G网络下，通过采用4G云+小型GPU的方式，将渲染和视觉计算放在云端进行，降低了终端处理压力的同时，引入了额外的网络时延，典型的4G空口时延在10ms-28ms之间。在5G网络下，由于高带宽、低时延的网络特性，5G网络把空口时延降低到1ms，通过采用5G+GPU云端集群的方式，可将时延控制在10ms以内，针对高端设备和峰值网络状态，有可能达到7ms-5ms，即5G为虚拟现实在端云协同与MTP时延控制间带来了更大的平衡空间;对于渲染分辨率、帧率所表征的渲染能力， 在本地进行的渲染，受限于终端GPU计算能力，分辨率仅可达到2K-4K，帧率在30fps-60fps。在4G网络下，通过采用4G和云端渲染，渲染能力平均可以达到4K分辨率、90fps的效果。在5G网络下，有望将渲染能力进一步提升至8K分辨率、120fps效果，整体画质达到本地处理能力两倍以上;对于角分辨率、刷新率、视场角所表征的近眼显示能力， 虽然该类性能指标依赖于光学、屏幕等终端技术，但在虚拟现实端云协同的发展趋势下，相比4G网络，5G可进一步支持广视场角显示(4G：FOV 100°，5G：FOV 140°及以上)、高刷新率显示(4G：60Hz-90Hz，5G：120Hz及以上)、高分辨率显示(4G：15-20PPD，5G：30PPD及以上);对于用户移动性而言， 在初步解决了VR终端有绳化的问题后，5G可以解决本地以及4G云VR/AR所面临的场景受限问题，通过在高速移动场景中保证100Mbps以上的用户体验带宽，将时下各类虚拟现实应用拓展至车载、高铁等高速移动应用场景，保证了全场景的服务能力和必要的业务连续性;对于市场潜力和费效比等经济性因素而言， 作为新一代人机交互平台，虚拟现实在单机版阶段的市场发展较为缓慢，应用场景与用户体验受限于本地终端。参考梅特卡夫定律以及2017-2022年全球虚拟现实产业规模，相比孤岛式单机版的发展之路，虚拟现实的市场潜力有赖于虚拟世界潜藏的网络价值，比之4G时代，5G云化虚拟现实强调用户连接交互深度(沉浸体验)而非连接广度(联网数量)。此外，在本地VR/AR阶段，由于不涉及网络支持，虚拟现实借助网络对单位生产力的贡献较低。据诺基亚贝尔测算，通过4G网络传输及云端GPU运算处理，其对生产力贡献的能力约为仅凭借本地终端贡献能力的十倍。在5G网络阶段，通过5G传输及云端GPU集群运算处理，其对生产力贡献的能力约为4G网络阶段的十倍。

(图 11 本地/4G/5G+VR/AR方案对比)

(四) 5G标准规范演进牵引虚拟现实体验进阶

针对业务需求的实际差异，5 G 虚拟现实主要呈现为两类云化部署形态。 随着5G网络对大带宽、低时延的支持，将部分渲染、视频处理的功能转移到云端服务器处理，使得采用云端服务器和虚拟现实终端的连接成为可能。同时，5G云化虚拟现实的实现方式有助于减少终端处理能力要求，降低头显体积与功耗，且配戴设置更加便捷。目前， 5G网络上与虚拟现实业务相关的服务器存在两类云化部署方式，一是将服务器部署在5G的核心网络侧的应用服务器上或中央数据中心，二是将其部署在边缘计算或接入侧数据中心上。两类方案对虚拟现实的影响聚焦于时延控制，若部署在接入侧数据中心，即意味着更低时延，对时延敏感型的虚拟现实业务用户体验更好，但对于诸如远程教育等全网范围的虚拟现实应用，采用中央数据中心成为常规方案。

来源 GSMA 2019

(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)

随着5 G 标准从 R15 、 R16 、R 17 向B 5G/6G 不断演进，新一代移动通信与虚拟现实互相促进，有望实现基于5 G 云化虚拟现实技术下的深度沉浸乃至完全沉浸的体验需求。 从5G标准制定看，业界认为5G网络演进主要分为三个阶段，即5G、5G增强(包括R16、R17…)和B5G(Beyond5G)/6G。从R16开始，5G进入5G增强阶段，其中，R16已确定针对企业应用增强(如工业互联网)，提出5G私网、达到99.9999%的高可靠性要求，并实现包括无线网络在内端到端的切片能力，预计2020年3月完成标准制定。R17将支持52.6 GHz以上频谱，加入人工智能/机器学习的能力，实现网络运维的自动化等功能，预计将于2021年底完成标准制定。预计从2025年开始，5G将进入B5G/6G时代。根据诺基亚贝尔实验室的预测，B5G/6G将利用信息技术、计算技术、大数据和人工智能技术实现网络的完全智能和自动化，并实现下行峰值速率大于100Gbps的目标。针对虚拟现实对5G网络传输的实际需求，总结如下5G云化虚拟现实融合创新技术发展路径。

(图 13 3GPP Rel15、16、17实现的主要功能和性能)

(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)