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2018246-1
运营技术广角
5G 网络中的移动 VR 应用
刘洁,王庆扬,林奕琳
(中国电信股份有限公司广州研究院,广东 广州 510630)
摘 要:首先介绍移动 VR/AR/MR 的应用场景、系统的基本原理,分析其对网络的要求,指出现有移动网络
承载移动 VR/AR/MR 应用的问题;结合 5G 网络中引入的新架构和新技术,提出移动 VR 网络解决方案,进
一步分析该解决方案带来的对应用使能的增强效果,旨在为 5G 网络中的移动 VR 应用提供参考,起到推动
5G 生态圈应用发展的示范效果。
关键词:5G;虚拟现实;控制面和用户面分离;边缘计算;渲染
中图分类号:TN925.5
文献标识码:A
doi: 10.11959/j.issn.1000−0801.2018246
Mobile VR application in 5G network
LIU Jie, WANG Qingyang, LIN Yilin
Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China
Abstract: VR/AR/MR application scenarios were introduced, as well as the basic principle of VR system, the re-
quirements for the bearer network and those problems concerning exiting mobile bearing were analyzed. With the in-
troducing of 5G new architecture and new techniques, a solution was put forward and the application effect was ana-
lyzed, the application-enhanced enhancements brought by the solution was further analyzed, aiming at providing ref-
erence for VR application deployment in 5G network and setting up a demonstrative example for other innovative
applications in 5G ecosystem.
Key words: 5G, virtual reality, control and user plane separation, edge computing, render
1 虚拟现实的应用特点和场景
维基百科给出的虚拟现实(virtual reality,
VR)的定义为:虚拟现实是利用计算机模拟产生
一个三维空间的虚拟世界,提供用户关于视觉等
感官的模拟,让用户感觉身临其境,可以及时、
没有限制地观察三维空间内的事物。该技术集成
了计算机图形、计算机仿真、人工智能、感应、
显示及网络并行处理等技术的最新发展成果,是
一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
3GPP(Third Generation Partnership Project,
第三代合作伙伴计划)从网络技术的角度出发,
把虚拟现实定义为:一种把传输过来的视觉和
听觉场景渲染出来的版本。所谓的渲染就是当
用户在应用定义好的范围内移动时构建三维的
呈现效果,尽可能模拟现实世界的视觉和听觉
收稿日期:2018−03−06;修回日期:2018−09−07
运营技术广角 ·144·
感官刺激。
产业界将虚拟现实定义为 3 类技术应用方式:
VR(virtual reality,虚拟现实)、AR(augmented
reality,增强现实)和 MR(mixed reality,混合现
实)。VR 模拟的是完全独立于现实世界的虚拟世
界,通过隔绝式的音视频内容带来沉浸感体验,
对显示画质要求较高;AR 在真实环境的基础上,
叠加 VR 模拟的虚拟世界,通过交互提高感官体
验,强调的是感知交互和场景的融合。混合现实
灵活地结合了虚拟现实的沉浸感和增强现实的
实用的特点,运用人工智能和生物工程等新技
术,使得虚拟世界和真实世界的衔接更加无缝和
自然。VR 与 AR 在关键器件、终端形态上相似
性较大,而在关键技术和应用领域上有所差异;
VR 侧重于游戏、视频、直播与社交等大众市场,
AR 侧重于工业、军事等垂直应用。随着技术的
不断发展,AR 和 VR 也在不断融合,最终造就
MR 为主导的应用生态。广义的 VR 包括了 AR
和 MR,本文从网络需求的角度出发,采用广义
的 VR 概念。
从应用的角度看,虚拟现实可用于各行各业,
并主要聚焦于 3 类应用场景。
(1)技术演练
各种危险环境(如核设施、水下设施)、作
业对象难以获得(如医疗手术、航天器维修)以
及耗费巨大(如军事演练)的行业领域的技术业
务训练和演练,提高各类训练的效率和效果。
(2)设计验证
在城市规划、产品设计中应用 VR 系统模拟,
可以预先评估成品的呈现效果,缩短设计周期,
提高设计的合理性。
(3)增强观赏
主要用于娱乐类应用,通过将现实世界或目
标场景数字化,提升观赏的逼真度和视觉效果;
这类应用如虚拟景观、数字博物馆以及各种游戏、
视频制作等。
2 VR 系统网络要求
2.1 VR 系统基本原理
VR 系统本质是多个业务环节构成的计算机
应用系统。它的业务流程通常包括图像、视频数
据的采集,物体的建模,视频图像数据的投影、
编码及存储,动作或位置信息的交付,视频图像
数据的解码、显示重构/渲染以及最后的显示展
现。通常认为采集、互动信息的生成、展现是在
终端完成的,而设计建模和渲染等计算处理的工
作在服务端完成。
实际应用中终端有摄像机等采集终端、手柄
等感知终端以及头盔等显示终端,服务端功能的
部署通常有远端和近端两种情况。远端部署是服
务器功能单独设置,并由独立的计算或存储单元
负责,而近端部署是将全部或部分处理要求,通
常是把对计算资源要求较高的渲染功能,放置在
终端中实现,于是出现各种各样的终端,如一体
化 VR 头盔、手机+VR 眼镜、外置 PC 主机+VR
头盔等,为获取较好体验,通常要求终端有较高
配置,用户门槛高。VR 系统是个音频和视频协同
的应用,考虑到音频的处理相对简单,下面主要
关注视频的处理流程,具体如图 1 所示。
近端部署之所以广泛存在,原因在于 VR 服
务需要媲美人体的视觉感知,对服务端的最基本
要求是业务反应快(时延低),而远程组网带来的
时延往往不尽如人意。
2.2 VR 系统的网络要求
人眼视网膜的分辨率大致为 60PPD(pixel per
degree,单位角度像素)。分辨率越接近人眼,VR
的视觉体验越好;另外,VR 视频的观赏过程中,
普遍造成眩晕的不良体验,这种影响来自于多种
因素,但 MTP(motion to photons,头动到显示出
相应画面的时间)时延长、视频图像的帧率低是
很重要的影响因素。分辨率越高、帧率越大,图
像信息量越大,传送带宽要求也越高。MTP 时延
2018246-2
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