5G+AR技術(shù)在智慧旅游的應(yīng)用研究

薛 雨

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司，云南 昆明 650000）

0 引 言

虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality/Augmented Reality，VR/AR）作為一場(chǎng)人機(jī)交互體驗(yàn)的技術(shù)革命，是算力、聯(lián)接和顯示的革命性升級(jí)。根據(jù)最新發(fā)布的《IDC全球增強(qiáng)與虛擬現(xiàn)實(shí)支出指南》（IDC Worldwide Semiannual Augmented and Virtual Reality Spending Guide）顯示，全球AR/VR產(chǎn)品與服務(wù)的相關(guān)投資持續(xù)高速增長(zhǎng)，在預(yù)測(cè)期內(nèi)（2018—2023年），5年的復(fù)合年均增長(zhǎng)率將達(dá)到77.0%。隨著5G來臨，無線通信技術(shù)的峰值速率提升到了20 Gb/s的量級(jí)，延時(shí)理論上可降低至1 ms，有望掃清當(dāng)前VR/AR產(chǎn)品在數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用障礙，顯著提升產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，從而推動(dòng)VR/AR市場(chǎng)的成熟和發(fā)展。5G的大規(guī)模商用以及當(dāng)前VR/AR軟件短板已經(jīng)補(bǔ)齊，硬件自主能力大幅提升，沉浸顯示、渲染處理、內(nèi)容制作、網(wǎng)絡(luò)傳播和感知交互的VR/AR的技術(shù)難點(diǎn)正在逐一被攻破，VR產(chǎn)業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)復(fù)興期，與5G產(chǎn)業(yè)匹配并相互促進(jìn)，同時(shí)將帶來百億Cloud VR市場(chǎng)。AR云則是這個(gè)時(shí)代最重要的數(shù)字技術(shù)趨勢(shì)。在行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，AR結(jié)合公共安全、智能制造、遠(yuǎn)程醫(yī)療、文旅娛樂等行業(yè)，具備十足的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 市場(chǎng)分析

1.1 行業(yè)發(fā)展衍變及行業(yè)痛點(diǎn)

目前，在城市的軌道建設(shè)、物流運(yùn)輸、公共安全、電網(wǎng)改造等實(shí)際業(yè)務(wù)中沒有更優(yōu)質(zhì)的方法實(shí)現(xiàn)云、管、邊、端一體化的有效監(jiān)管，行業(yè)平臺(tái)級(jí)應(yīng)用屈指可數(shù)。旅游行業(yè)還是一如既往的在出行時(shí)間、線路、導(dǎo)游、住宿、周邊產(chǎn)品及其他增值市場(chǎng)亂象上四處挖坑，并沒有很好地為游客提供多樣化、個(gè)性化的服務(wù)定制需求[1]。

1.2 5G+AR云市場(chǎng)前瞻

5G的商用除了在消費(fèi)端的熱潮，更為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革帶來了有力驅(qū)動(dòng)。5G生態(tài)涉及各行各業(yè)，如智慧城市、智慧生活、VR/AR、車聯(lián)網(wǎng)，智慧醫(yī)療、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等。目前，5G處于商用的關(guān)鍵階段，行業(yè)領(lǐng)域5G典型應(yīng)用的推廣和落地對(duì)于實(shí)現(xiàn)“5G改變社會(huì)”意義重大。在這其中，5G+AR云平臺(tái)即成為其中不可缺少的關(guān)鍵新技術(shù)?；谠诓煌袠I(yè)領(lǐng)域、不同應(yīng)用場(chǎng)景下發(fā)揮重要的賦能作用，5G+AR云平臺(tái)具備了自由、多樣、包容性的服務(wù)能力，服務(wù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G+AR云平臺(tái)服務(wù)架構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

本文聚焦5G+AR業(yè)務(wù)開展云、管、邊、端方面的關(guān)鍵技術(shù)和攻關(guān)，挖掘5G+AR云網(wǎng)架構(gòu)在旅游、創(chuàng)文和平臺(tái)管理與服務(wù)能力，積極探索5G+AR在智慧文旅的應(yīng)用場(chǎng)景，最終面向用戶提供5G+AR方案商業(yè)用途及社會(huì)效益。智慧旅游場(chǎng)景中通常使用5G公共網(wǎng)絡(luò)，若項(xiàng)目中對(duì)接入控制、網(wǎng)絡(luò)安全及隔離提出了更高的要求場(chǎng)景，則可采用5G專網(wǎng)，通過基站專用方式實(shí)現(xiàn)專用無線覆蓋。構(gòu)建一個(gè)核心云平臺(tái)，將AR設(shè)備管理、人臉庫(kù)管理、車牌管理等信息集于一個(gè)平臺(tái)，支持接入客戶原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為用戶提供端管云一體的5G+AR服務(wù)[2]。

2.1 公有云和私有云部署

可根據(jù)各領(lǐng)域用戶的實(shí)際需求，提供基于公有云或私有云環(huán)境的云服務(wù)模式。通過采用虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的虛擬化、服務(wù)能力的動(dòng)態(tài)化和彈性化，同時(shí)通過內(nèi)容服務(wù)集群、分布式存儲(chǔ)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類基礎(chǔ)環(huán)境的彈性擴(kuò)展。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)支撐功能

大數(shù)據(jù)板塊收集和沉淀數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的共享和聯(lián)動(dòng)，為智能模塊的進(jìn)化提供素材。且通過提供高速存緩服務(wù)、高可用集群系統(tǒng)、時(shí)間戳服務(wù)、安全驗(yàn)證服務(wù)、數(shù)據(jù)接口服務(wù)、數(shù)據(jù)同步、第三方平臺(tái)接入等實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)管理，為決策與分析預(yù)判提供數(shù)據(jù)支撐。可實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)的智能化管理[3]。

2.3 數(shù)據(jù)共享服務(wù)

可依據(jù)用戶需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享獲取，提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源交互、信息交換，消除“信息孤島”現(xiàn)象。

2.4 AR增強(qiáng)體驗(yàn)

AR是一種實(shí)時(shí)計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，其目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。AR技術(shù)是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（視覺信息、聲音、味道、觸覺等），通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。通過AR技術(shù)對(duì)展品進(jìn)行識(shí)別，可在博物館有限的展示空間內(nèi)增強(qiáng)出無限的內(nèi)容和趣味性。

2.5 邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)

服務(wù)器部署在邊緣節(jié)點(diǎn)機(jī)房，通過加密虛擬網(wǎng)絡(luò)（Secret Private Network，SPN）連接5G新空口（New Radio，NR），提供低時(shí)延應(yīng)用連接和網(wǎng)絡(luò)安全性。利用邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的算力以及部署視頻分發(fā)應(yīng)用App和視頻處理應(yīng)用App的能力，將XR渲染、編解碼分發(fā)下沉到邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，降低XR應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)和終端的硬件需求。

2.6 切片網(wǎng)絡(luò)

XR應(yīng)用采用5G切片網(wǎng)絡(luò)，普通用戶和XR用戶統(tǒng)一接入5G無線網(wǎng)絡(luò)，充分利用5G時(shí)延短、速度快、連接多的優(yōu)勢(shì)，提供5G網(wǎng)絡(luò)連接。從接入開始，XR應(yīng)用和普通用戶在網(wǎng)絡(luò)上是不同的通道，普通用戶通過缺省通道傳輸，XR用戶通過切片網(wǎng)絡(luò)傳輸。切片網(wǎng)絡(luò)包括無線切片和網(wǎng)絡(luò)切片[4]。

無線切片在無線NR側(cè)預(yù)先設(shè)置質(zhì)量控制檢查（Quality Control Inspection，QCI）和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名稱（Data Network Name，DNN）的映射關(guān)系，VR手機(jī)入網(wǎng)后根據(jù)DNN的配置優(yōu)先接入網(wǎng)絡(luò)，保證高效無線接入和傳輸。

XR業(yè)務(wù)在加密虛擬網(wǎng)絡(luò)（Secret Private Network，SPN）管道上部署物理FlexE接口設(shè)備，形成獨(dú)立的物理專網(wǎng)通道，確保無損大帶寬和安全隔離。網(wǎng)絡(luò)切片的部署分為兩部分，一部分是從5G NR基站到邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，確保5G VR手機(jī)優(yōu)先傳輸；另一部分是從邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)到XR視頻平臺(tái)，保證片源大帶寬穩(wěn)定傳輸。

2.7 5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用價(jià)值

首先，5G網(wǎng)絡(luò)提供了端到端的切片網(wǎng)絡(luò)，確保用戶在接入網(wǎng)絡(luò)后能夠有無損的帶寬保證。包括基于5G NR的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）保障機(jī)制，確保指定業(yè)務(wù)（XR業(yè)務(wù)）能夠優(yōu)先接入到無線網(wǎng)絡(luò)；基于FlexE的傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保在穩(wěn)定帶寬下的安全網(wǎng)絡(luò)傳輸，同時(shí)也為XR業(yè)務(wù)提供了一個(gè)物理隔離的網(wǎng)絡(luò)。其次，采用5G網(wǎng)絡(luò)自帶的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，提供近端接入的能力，通過減少鏈路的方式降低時(shí)延。最后，因?yàn)檫吘売?jì)算節(jié)點(diǎn)的引入，將XR的視頻播放分解成兩個(gè)流程，在XR手機(jī)訪問指定視頻時(shí)，視頻流下載的過程分解成兩個(gè)步驟。一方面從云平臺(tái)上將視頻內(nèi)容下載到視頻處理模塊，充分利用邊緣計(jì)算技術(shù)（Mobile Edge Computing，MEC）的計(jì)算能力對(duì)視頻進(jìn)行近地編解碼，背景渲染和視頻組合；另一方面通過MEC的視頻分發(fā)平臺(tái)將拼裝好的視頻流推送到XR手機(jī)側(cè)，大幅度降低手機(jī)終端的負(fù)載/硬件需求。

相較于直接通過手機(jī)訪問互聯(lián)網(wǎng)媒體資源庫(kù)的方式，采用分布式編解碼傳輸模式能夠大規(guī)模提升XR側(cè)的用戶感知，減少視頻等待、跳幀及藍(lán)屏現(xiàn)象。

3 實(shí)用性分析

通過5G+AR云可在文旅領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)賦能景點(diǎn)，創(chuàng)新文旅方式，提供智慧化景區(qū)管理平臺(tái)；通過5G+AR云可實(shí)現(xiàn)3D文物展示、AR場(chǎng)景還原、互動(dòng)式體驗(yàn)、VR直播、AR打卡等功能，改變景區(qū)內(nèi)涵和實(shí)際景區(qū)相脫離的現(xiàn)狀，賦能景點(diǎn)，提高營(yíng)收并為旅客帶來全新體驗(yàn)；5G+AR云平臺(tái)能力還可以通過對(duì)三維場(chǎng)景識(shí)別、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)景區(qū)停車、酒店、廁所數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新與共享，為景區(qū)打造智慧辦公、環(huán)境監(jiān)測(cè)、綜合管理、數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)和平臺(tái)。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括增強(qiáng)博物館參觀體驗(yàn)，通過AR的方式，將文物與其背后所代表的豐富文化有機(jī)結(jié)合，更強(qiáng)詮釋展品，拓寬文物和觀眾之間的互動(dòng)渠道。

此外，AR導(dǎo)覽的方式更滿足了參觀者個(gè)性化的需要，便于參觀者獲取個(gè)性化的游覽信息。實(shí)現(xiàn)景點(diǎn)指定區(qū)域的3D建模與識(shí)別，對(duì)不規(guī)則的景點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)的初始化，實(shí)現(xiàn)手機(jī)掃一掃重現(xiàn)景點(diǎn)指定區(qū)域的歷史情景。

使用三維攝影技術(shù)，對(duì)歷史情景進(jìn)行拍攝或動(dòng)畫制作，實(shí)現(xiàn)與景點(diǎn)制定區(qū)域的一體化融合展示。結(jié)合5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的快速重建與呈現(xiàn)[5]。

AR內(nèi)容上云，渲染技術(shù)上云，計(jì)算在云端，依靠強(qiáng)大的云端能力來降低AR體驗(yàn)對(duì)用戶終端設(shè)備的復(fù)雜要求，是AR走向大規(guī)模普及的必然選擇。5G網(wǎng)絡(luò)為AR用戶提供大寬帶、低延時(shí)，幫助頭顯做到實(shí)時(shí)顯示，隨時(shí)隨地想見就見，也成為近幾年來業(yè)界的關(guān)注焦點(diǎn)。

當(dāng)前，AR產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)復(fù)興期，AR融入到各行各業(yè)，讓信息與人、與物體、與環(huán)境相融合，增強(qiáng)人的感知、認(rèn)知與執(zhí)行能力。在5G商業(yè)化的助力下，5G生態(tài)涉及各行各業(yè)，與智慧城市、智慧生活、AR、車聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等重點(diǎn)行業(yè)的結(jié)合備受期待。

縱觀5G+AR的發(fā)展趨勢(shì)，5G+AR云將是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最佳形態(tài)。隨著5G的發(fā)展，未來會(huì)邁入一種與現(xiàn)在“端管云”所不同的階段。端會(huì)變“輕”，不需要復(fù)雜的計(jì)算和存儲(chǔ)硬件，僅做顯示端，因此終端的體積或成本都會(huì)隨之降低，促進(jìn)AR終端的普及率。

管，一定要“寬”，5G無線網(wǎng)絡(luò)超低時(shí)延支持更高效的圖像傳輸。而云，一定變“胖”，云端強(qiáng)大的計(jì)算處理能力，支持實(shí)時(shí)云端感知和渲染及視頻流回傳。隨著AR的普及，圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言識(shí)別等對(duì)算力要求巨大的技術(shù)都將依托于云計(jì)算。除了本身AR對(duì)于5G速率的要求以外，AR依托5G的新型架構(gòu)也是非常匹配5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。

4 結(jié) 語(yǔ)

5G和AR的結(jié)合非常緊密，5G+AR云也是一種理想的商業(yè)模式。AR提供一種新方式，把旅游服務(wù)通過模型、圖文等形式疊加在真實(shí)的景點(diǎn)中，改變景區(qū)內(nèi)涵和實(shí)際景區(qū)相脫離的現(xiàn)狀。對(duì)現(xiàn)有環(huán)境、系統(tǒng)的增強(qiáng)遠(yuǎn)勝于去取代，而5G+AR云正在發(fā)揮這樣的作用，增強(qiáng)現(xiàn)有的智慧旅游，將成為中國(guó)新時(shí)代旅游業(yè)的核心技術(shù)之一。