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2020年中國5G+云VR研究報告:二者相互促進,助力VR應用發展

2020-5-14 14:23| 發布者: 叨客

摘要: 5G與云VR相互促進,將助力運營商5G業務及云VR業務的發展

概述:VR概述

VR概述

基于頭盔顯示器的沉浸式VR系統是目前發展的主流

虛擬現實是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統,通過計算機生成的、可交互的三維環境為用戶帶來沉浸感。按照用戶交互形式和沉浸感的程度不同,虛擬現實系統可以分為桌面式VR系統、分布式VR系統、增強型VR系統及沉浸式VR系統。桌面式VR是最早期的VR類型,主要利用計算機進行仿真并通過計算機屏幕顯示虛擬環境、通過鼠標與虛擬環境進行交互,沉浸感弱。沉浸式VR是目前消費者最常見的VR類型,主要利用各類輸入與輸出設備為用戶帶來極致的沉浸體驗。沉浸式VR包括基于頭盔顯示器的沉浸式VR與投影式VR,其中基于頭盔顯示器的沉浸式VR系統是目前發展的主流。按照設備類型分類,基于頭盔顯示器的沉浸式VR又可以分為基于PC的VR、基于手機的輕量級VR及VR一體機三大類型。PC VR沉浸感強,用戶體驗效果好,但是對PC高性能的要求導致用戶成本高,有線連接導致用戶自由度低。基于手機的輕量級VR與一體機VR性能低,支持的業務有限,但是成本低,無線連接自由度高。下面以PC VR為例,介紹沉浸式VR系統的組成及其交互方式。PC VR主要由輸入/輸出設備與計算機軟硬件系統組成,其中輸入/輸出設備主要負責用戶姿態的識別,并生成反饋信息,計算機主要負責內容存儲、計算與畫面的實時渲染等,兩者通過有線進行信息交互。

VR業務分為強交互VR與弱交互VR

與弱交互VR相比,強交互VR要實時渲染,對設備性能要求高

2016年被稱為VR元年,雖然近幾年VR發展阻力重重,但已經實現在直播、游戲、教育等多個領域的應用。按照用戶交互體驗分類,VR業務可分為強交互VR業務與弱交互VR業務。強交互VR業務是指VR用戶通過交互設備與虛擬環境中的物體進行實時互動,使用戶感受到虛擬環境的變化。計算機需要根據用戶的姿態信息進行邏輯計算與實時渲染,對設備性能要求高。弱交互VR業務是指VR用戶與虛擬環境中的物體無交互行為,用戶通過頭部運動與已經設定好的虛擬環境進行互動,感受虛擬環境的變化。用戶體驗的內容已提前完成,頭顯只需呈現即可,無需計算與實時渲染,因此,相較于強交互VR,弱交互VR對設備的性能要求較低。

影響VR體驗的主要因素

不斷提升清晰度與流暢性、增強交互感以保證良好的VR體驗

清晰度、流暢性及交互感是影響VR體驗的三大因素。清晰度主要受視頻內容與顯示屏分辨率的影響,低分辨率的視頻內容或顯示屏將導致視頻的清晰度低,容易使用戶產生疲勞感,難以沉浸其中。流暢性主要受幀率與刷新率的影響,高幀率與高刷新率可以使畫面更加流暢,用戶體驗更好。交互感主要受時延的影響。對于強交互業務來說,業界認為,MTP要控制在20ms以內,否則用戶將產生眩暈感。

本地VR與云VR對比

云VR成本低且輕量化,助力VR普及,但體驗指標挑戰度更高

按照業務運行的位置分類,VR可分為本地VR與云VR兩大類。本地VR的內容存儲與圖像渲染均在用戶側進行。從頭顯設備形態來看,本地VR進行內容存儲及圖像渲染的設備有PC、手機及VR一體機。高性能的PC雖能夠帶來良好的VR體驗,但成本高。手機與VR一體機成本較低,但性能差,支持的業務類型有限,無法提供良好的VR體驗。若提升手機與一體機性能又將導致成本增高。可見,成本與性能是兩個相互矛盾且影響本地VR發展的因素。云VR將內容存儲及圖像渲染遷移至云端,VR頭顯設備只需具備解碼、呈現及網絡接入能力。因此,云VR大大降低了對頭顯設備的性能要求,有效降低頭顯設備成本的同時,也將促進頭顯設備向輕量化發展,助力VR加速普及。但云VR交互感與流暢性受網絡影響,實現難度增大,挑戰度高。在交互方面,云VR引入了編解碼及傳輸時延,導致整體時延增加,要實現MTP<20ms,挑戰度高。在流暢性方面,網絡傳輸會帶來畫面卡頓的風險,要有高可靠低時延的網絡做保障,挑戰度高。

云VR系統組成與端云異步渲染技術

端云異步渲染技術使云VR滿足MTP<20ms,保障用戶體驗

云VR由終端、網絡、平臺及內容四部分組成,利用云平臺強大的計算能力將計算與渲染放在云端,經過處理的畫面編碼后通過網絡傳輸至用戶VR終端上。可見,相對于本地VR,云VR引入了編解碼及傳輸時延導致整體時延增加,若按照傳統渲染技術將難以實現MTP<20ms的要求。端云異步渲染技術是將畫面渲染與終端刷新顯示這兩個過程從串行處理分離成并行處理。在平臺根據用戶最新的姿態信息進行計算與渲染的同時,VR終端將上一次平臺傳送回來的畫面作為基礎進行二次投影。可見,此時MTP由終端決定,不依賴于網絡和云渲染,從而滿足MTP<20ms。

方案:基于5G的云VR解決方案

云VR對網絡的需求

大帶寬、高可靠及低時延的網絡是云VR良好體驗的保障

如前文所述,清晰度、流暢性及交互感是影響VR體驗的三大因素。相較于本地VR來說,云VR的業務運行在云端,平臺與終端之間通過網絡連接,可見,云VR的體驗因素將受到網絡的影響。對于清晰度來說,視頻內容分辨率越高,視頻越清晰,但也將導致信息量越大,對帶寬的要求越高。對于流暢性來說,視頻內容的有效幀率越高,視頻越流暢,但也會導致信息量增加,對網絡帶寬的要求增高。另外,視頻流暢性還需要高可靠低時延的網絡保障,否則將會導致視頻的卡頓與花屏。對于交互感來說,云VR引入網絡傳輸時延,導致強交互業務的MTP時延很難控制在20ms內。雖然端云異步渲染技術可以使MTP不受實時渲染與網絡的影響,但會造成黑邊的問題,且黑邊占比與網絡時延大小成反比,網絡時延低則黑邊占比小。可見,大帶寬、高可靠及低時延的網絡是云VR良好體驗的保障。

5G與千兆家寬

5G與千兆家寬提升云VR體驗,助力云VR發展普及

目前云VR處于發展初期,畫質與交互感均比較差。隨著云VR的不斷發展,更高的畫質與更強的交互感能為用戶帶來更好的云VR體驗,但也要求更高的網絡帶寬與更低的端到端時延保證穩定的視頻傳輸。在帶寬方面,8K分辨率能基本滿足云VR對清晰度的需求。8K分辨率的全景視頻使用全視角傳輸方案與H.265編碼標準,需要140Mbps以上的傳輸帶寬。同等清晰度的強交互業務至少需要260Mbps以上的傳輸帶寬。在時延方面,強交互業務在端云異步渲染方案下,網絡端到端時延要小于15ms才能基本滿足云VR的交互需求。5G 與千兆家寬均可實現10Gbps的下行速率能保證云VR更高畫質的穩定傳輸,基于MEC的平臺部署方案能實現毫秒級的端到端時延可保證云VR游戲等強交互業務的良好交互體驗。網絡是應用的基礎。在5G新基站方面,2019年底,我國已經建設13萬基站實現了50余個城市的覆蓋,2020年將進一步擴大覆蓋規模以實現地市級以上城市的覆蓋。在家寬方面,用戶正在向更高速率的家寬遷移,逐步進入千兆家寬時代。在國家政策的大力推動與運營商的積極建設下,5G與家寬均實現了快速發展,將有效助力云VR的推廣與普及。

基于5G的網絡傳輸方案

傳統云平臺集中部署,5G傳輸環節長,滿足云VR初期發展

云VR對于網絡的需求主要用于內容的回傳與分發。對于VR游戲、VR視頻點播等業務來說,網絡是連接云平臺與終端的紐帶,主要用于視頻與游戲內容的分發。對于VR直播業務來說,實時的內容生產需要網絡實時回傳至云平臺。傳統云平臺集中部署在云端,5G網絡作為傳輸管道,用戶信息要經過基站,承載網到達核心網,再穿過核心網網關才能訪問部署在骨干網上的云平臺。若A城市用戶要訪問B城市的云平臺,那么傳輸時延受距離影響更大,傳輸節點更長,時延更高。可見,在5G網絡傳輸方案下,用戶信息要按照固定路線穿過整個封閉的運營商網絡,才能訪問互聯網上的數據,傳輸環節長,時延高,但該方案基于5G NSA組網實現,成熟時間早,能滿足云VR發展初期的需求。基于大帶寬光纖的極簡網絡傳輸方案亦能滿足云VR初期的發展需求。方案提供商可根據用戶實際情況選擇傳輸方案。

基于5G MEC的云VR解決方案

VR應用部署在MEC上,傳輸環節少,時延低,但成熟時間晚

5G采用SBA架構(Service BasedArchitecture,即基于服務的架構),核心網控制面與用戶面分離,控制面集中部署調度,用戶面在靠近用戶側實現分布式部署。在5G網絡下,MEC可實現用戶面功能(UPF)與邊緣計算平臺功能的融合,在靠近基站側部署,主要提供無線網絡能力、IT業務環境和云計算能力。運營商及第三方廠商可以根據本地用戶的業務特征,將本地用戶常訪問且對時延要求高的業務部署在MEC上,從而減少云平臺與終端用戶之間的設備跳數,降低端到端時延,提升用戶體驗。基于5G MEC的云VR解決方案,將VR應用部署在MEC上,在MEC上實現VR視頻的轉碼與分發,VR云游戲的計算與渲染,終端與云平臺之間只需經過基站,一跳可達,傳輸節點少,時延低,能真正實現毫秒級的端到端時延,保證VR用戶良好的業務體驗,將成為主流的云VR解決方案。但該方案需要成熟的5G網絡支撐,因此,相較于基于5G的傳輸方案來說,該方案成熟時間晚。另外,MEC亦支持非3GPP的其他通信協議的接入,基于MEC的光纖解決方案也能實現端到端低時延,助力云VR發展。

應用:5G+云VR應用場景

5G云VR應用場景

5G云VR降低消費門檻,提升用戶體驗,將助力VR應用發展

近幾年,經過業界的不斷探索,VR已經實現了在多個領域的應用。根據用戶群體不同,VR應用場景可劃分為2B與2C兩大類,2B類應用場景涉及教育、醫療、房地產及主題館等領域,2C類的應用主要包括直播、點播、云游戲及健身等。對于本地VR來說,成本與體驗之間的矛盾阻礙了VR的普及。VR普及率低又將影響內容廠商的投資意愿,從而導致內容匱乏。內容匱乏在一定程度上又影響了VR的普及。普及率與內容相互制約,影響了VR應用的規模化發展。5G云VR利用云端強大的計算能力,將應用部署在云端并通過5G網絡進行信息交互,能有效降低用戶消費門檻,提升用戶體驗,助力VR的普及與VR應用的規模化發展。

5G+云VR應用場景-視頻

基于5G的云VR傳輸方案將推動云VR視頻應用的快速發展

截止到2019年6月,我國網絡視頻用戶規模已達到7.6億,網絡直播用戶規模已達到4.3億,分別占網民總數量的88.8%與手機用戶的50.7%。VR視頻是普通視頻的升級,身臨其境的沉浸感能為用戶帶來極致的觀看體驗,潛在市場規模巨大,對業界企業有較強的吸引力,有利于產業鏈與內容的完善。基于5G的云VR傳輸方案,若CDN部署在運營商省/市機房內,用戶瀏覽視頻需穿過運營商封閉的網絡,從核心網出去后訪問緩存在CDN上的內容,若CDN上未緩存,需要到源站服務器(云端)獲取,雙向時延高,視頻加載、切換的時間長。基于5G MEC的解決方案,可將CDN部署在MEC上,實現了CDN的進一步下沉,用戶信息一站可達,能有效降低時延,提升用戶體驗。可見,基于5G MEC的解決方案能提供更好的云VR視頻體驗,但是該方案要基于5G SA組網實現,成熟時間晚,若要基于5G NSA部署MEC,需要對核心網進行升級改造,實現困難且成本高。5G云VR傳輸方案基于5G NSA組網實現,成熟時間早。云VR視頻業務屬于eMBB場景,對時延要求相對寬松,在40ms時延內對用戶影響不大,因此,基于5G的云VR傳輸方案能保障云VR視頻用戶的良好體驗,將推動云VR視頻應用場景的發展。基于5G MEC的解決方案是未來主流的解決方案,將進一步提升云VR視頻用戶的體驗,同時基于MEC的CDN也將成為未來的發展趨勢。在內容方面,存量影視長視頻、抖音等短視頻的轉換,熱點體育賽事、會議、演唱會直播及海外VR視頻內容的引入使VR視頻內容逐漸豐富化。在云VR發展前期,VR視頻內容相對豐富,基于5G的云VR傳輸方案將推動云VR視頻點播、云VR視頻直播的快速發展。

5G+云VR應用場景-云游戲

基于5G MEC的解決方案與VR內容的成熟推動VR云游戲發展

截止到2019年6月,我國網絡游戲用戶規模已經達到4.9億,占全國網民總數的57.8%,手機網絡游戲用戶規模達到了4.7億,占手機用戶的55.2%。VR云游戲能有效降低用戶消費門檻,為用戶帶來極致的游戲體驗,潛在市場規模大,但對網絡時延要求高,交互體驗保障難度大。在端云異步渲染技術下,網絡時延需要控制在18ms以內,才能基本保障VR云游戲用戶的交互體驗。基于5G的云VR傳輸方案,畫面的渲染在云端進行,網絡整體時延包括運營商內網與外網時延,受傳輸節點與傳輸距離的影響大,時延難以保障。在5G SA組網下,MEC有多種部署方案,可根據用戶需求下沉到更靠近用戶的位置,從而減小傳輸距離,降低傳輸時延。基于5G MEC的解決方案,在MEC上實現畫面渲染,設備跳數少、傳輸距離短,整體時延小,能夠為云VR游戲用戶提供極致的游戲體驗。在內容方面,受投入成本與研發周期的影響,目前VR游戲主要以射擊類游戲與休閑游戲為主,種類單一,難以推動VR游戲用戶的規模增長。可見,基于5G MEC解決方案的成熟與多品類游戲的發展,才能推動現有的游戲用戶大規模向VR云游戲遷移,推動VR云游戲用戶的規模增長。

5G+云VR應用場景-教育

視頻教學類的應用,體驗易保障,內容開發難度低,發展快

云VR在教育領域中的應用主要涉及K12教育和職業/高等教育兩個細分領域,其中在K12教育中的應用主要是視頻教學類的場景,屬于弱交互VR,在職業/高等教育中的應用既包括視頻教學類應用,又包括實操類的強交互VR應用。基于5G的云VR傳輸方案能保障視頻教學類應用的良好體驗,基于5GMEC的云VR解決方案才能為實操類應用提供更好的體驗。目前,VR在教育中的應用,以建立專用VR教室的形式在各院校中推廣。2018年,我國小初高學校共有22.8萬所,按照40人的專用VR教室配置,預測該市場將達到912萬的用戶規模。2018年,我國職業及高等學校共有1.3萬所,按照100人的VR實驗室配置,預測該市場將達到130萬的用戶規模。在內容方面,K12教育的VR課件開發難度低,職業、高等教育實操類的VR應用,專業性強,開發難度較高。因此,在教育應用場景中,K12教育及職業、高等教育中視頻直播教學等視頻教學類應用場景的體驗易保障,且內容開發難度低,發展速度快。

5G+云VR應用場景-醫療

示教、探視及簡單操作訓練等應用場景發展速度較快

云VR在醫療行業的應用主要包括遠程醫療、教育培訓及醫療診斷三個細分領域。遠程醫療包括遠程會診、遠程手術指導、遠程康復指導、遠程巡視/查房等。教育培訓是指對醫護人員的教育和培訓,主要包括醫學解剖教學,手術直播教學及手術操作訓練等。醫療診斷是指將VR作為診療水平提升的工具,主要包括醫學影像的分析和診斷、手術規劃、精神類疾病治療等。其中,醫學解剖、手術操作訓練等強交互VR應用需要基于5G MEC的解決方案才能保障良好的體驗需求。目前,業內主要采用內容廠商、解決方案廠商直接為醫院提供服務的模式。因醫療領域專業性強,細分領域多,內容廠商同時兼顧內容制作和應用推廣,投入大,內容更新慢,不利于VR在醫療領域的發展。未來,云平臺模式,云VR平臺與內容廠商、解決方案商分工合作,共同推動VR在醫療領域的應用更具優勢。VR在醫療領域已經實現了急救操作訓練、直播教學、新生兒探視、ICU病人探視、精神疾病及心理疾病康復治療等細分領域的應用。2019年,我國醫療機構數量共計101.4萬個,按照醫院平均采購50臺,基層醫療機構平均采購10臺計算,預測VR在醫療領域可達到1000萬的用戶規模。在內容方面,如上文所述,醫療領域專業性強,細分領域多,需要由資深醫療背景的內容開發團隊,或者內容制造商與醫院合作開發,內容開發難度大,且開發周期長,發展較緩慢。綜上所述,在醫療領域,示教、探視及簡單操作訓練等體驗易保障且內容易開發的應用場景,發展速度較快。

展望:5G+云VR發展趨勢

5G+云VR為運營商帶來發展機會

5G與云VR相互促進,推動運營商5G業務及云VR業務的發展

5G的大帶寬與低時延保障云VR良好的用戶體驗,助力云VR的發展。云VR作為5G的典型應用場景之一,規模化發展又將加速5G網絡的建設與應用。5G與云VR相互促進,為運營商帶來發展機會。首先,云VR視頻點播、體育賽事/演唱會直播及云游戲等場景的規模化發展,將帶來DOU的爆發式增長,推動運營商5G業務的發展。其次,5G實現云網融合,為運營商發展云VR業務帶來優勢。

5G云VR典型應用場景分析

云VR視頻發展快,運營商改變視頻、云游戲平臺的市場格局

3G/4G時代,雖移動互聯網應用層出不窮,對網絡帶寬的要求也越來越高,但對時延指標要求不高,運營商封閉的移動網絡能保障良好的用戶體驗。5G時代,移動互聯網應用不但要求更高的帶寬,也對傳輸時延要求更加嚴格。5G網絡使能應用發展,對用戶體驗的影響增大。因此,5G時代,除內容外,體驗也將成為影響用戶決策的主要因素之一。對于云VR來說,體驗不但會影響云VR細分應用場景的發展速度,也可能改變視頻、云游戲等升級類場景的市場格局。一方面,在終端價格下降的前提下,良好的體驗與豐富的內容將推動云VR應用的快速發展。內容豐富度主要受云VR細分應用場景的潛在市場規模及內容開發難度的影響。潛在市場規模大的細分應用場景,內容制作商多且投資意愿強,內容也更加豐富。目前,云VR視頻點播與視頻直播的用戶體驗易保障,且內容比較豐富,發展速度快。另一方面,運營商同時掌握云網資源,能提供更好的云VR體驗,可能會憑借體驗優勢改變現在視頻、云游戲等升級類應用的市場格局,尤其是對時延要求嚴格的云游戲應用,但受體制影響的團隊素質及運營能力是其成功的關鍵阻力。

運營商云VR業務發展建議

運營商云VR發展建議:打基礎、快布局、建生態

運營商應充分發揮其云網優勢,積極布局云VR業務,并與上下游企業共同推動云VR的發展。首先,運營商應快速建設高質量的5G網絡,為云VR的發展打好基礎,充分發揮其優勢。其次,運營商應快速布局云VR業務,搶占用戶,建立體驗與價格壁壘。最后,運營商還應該與上下游產業鏈共同推動云VR的發展與普及。

來源:艾瑞咨詢

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