5G+AR技术在智慧旅游的应用研究

2021-05-25薛雨

通信电源技术 2021年24期

薛雨

（中国移动通信集团云南有限公司，云南昆明 650000）

0 引言

虚拟现实/增强现实（Virtual Reality/Augmented Reality，VR/AR）作为一场人机交互体验的技术革命，是算力、联接和显示的革命性升级。根据最新发布的《IDC全球增强与虚拟现实支出指南》（IDC Worldwide Semiannual Augmented and Virtual Reality Spending Guide）显示，全球AR/VR产品与服务的相关投资持续高速增长，在预测期内（2018—2023年），5年的复合年均增长率将达到77.0%。随着5G来临，无线通信技术的峰值速率提升到了20 Gb/s的量级，延时理论上可降低至1 ms，有望扫清当前VR/AR产品在数据传输方面的应用障碍，显著提升产品的用户体验，从而推动VR/AR市场的成熟和发展。5G的大规模商用以及当前VR/AR软件短板已经补齐，硬件自主能力大幅提升，沉浸显示、渲染处理、内容制作、网络传播和感知交互的VR/AR的技术难点正在逐一被攻破，VR产业正处于产业复兴期，与5G产业匹配并相互促进，同时将带来百亿Cloud VR市场。AR云则是这个时代最重要的数字技术趋势。在行业应用领域，AR结合公共安全、智能制造、远程医疗、文旅娱乐等行业，具备十足的发展潜力。

1 市场分析

1.1 行业发展衍变及行业痛点

目前，在城市的轨道建设、物流运输、公共安全、电网改造等实际业务中没有更优质的方法实现云、管、边、端一体化的有效监管，行业平台级应用屈指可数。旅游行业还是一如既往的在出行时间、线路、导游、住宿、周边产品及其他增值市场乱象上四处挖坑，并没有很好地为游客提供多样化、个性化的服务定制需求[1]。

1.2 5G+AR云市场前瞻

5G的商用除了在消费端的热潮，更为新一轮科技革命和产业变革带来了有力驱动。5G生态涉及各行各业，如智慧城市、智慧生活、VR/AR、车联网，智慧医疗、工业互联网等。目前，5G处于商用的关键阶段，行业领域5G典型应用的推广和落地对于实现“5G改变社会”意义重大。在这其中，5G+AR云平台即成为其中不可缺少的关键新技术。基于在不同行业领域、不同应用场景下发挥重要的赋能作用，5G+AR云平台具备了自由、多样、包容性的服务能力，服务架构如图1所示。

图1 5G+AR云平台服务架构

2 关键技术应用

本文聚焦5G+AR业务开展云、管、边、端方面的关键技术和攻关，挖掘5G+AR云网架构在旅游、创文和平台管理与服务能力，积极探索5G+AR在智慧文旅的应用场景，最终面向用户提供5G+AR方案商业用途及社会效益。智慧旅游场景中通常使用5G公共网络，若项目中对接入控制、网络安全及隔离提出了更高的要求场景，则可采用5G专网，通过基站专用方式实现专用无线覆盖。构建一个核心云平台，将AR设备管理、人脸库管理、车牌管理等信息集于一个平台，支持接入客户原有业务系统，为用户提供端管云一体的5G+AR服务[2]。

2.1 公有云和私有云部署

可根据各领域用户的实际需求，提供基于公有云或私有云环境的云服务模式。通过采用虚拟化技术，实现服务系统运行环境的虚拟化、服务能力的动态化和弹性化，同时通过内容服务集群、分布式存储等技术实现各类基础环境的弹性扩展。

2.2 数据库及数据支撑功能

大数据板块收集和沉淀数据，实现信息的共享和联动，为智能模块的进化提供素材。且通过提供高速存缓服务、高可用集群系统、时间戳服务、安全验证服务、数据接口服务、数据同步、第三方平台接入等实现智能化数据管理，为决策与分析预判提供数据支撑。可实现海量数据存储与数据的智能化管理[3]。

2.3 数据共享服务

可依据用户需求，实现数据资源的共享获取，提供数据共享服务，实现资源交互、信息交换，消除“信息孤岛”现象。

2.4 AR增强体验

AR是一种实时计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，其目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。AR技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息、声音、味道、触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。通过AR技术对展品进行识别，可在博物馆有限的展示空间内增强出无限的内容和趣味性。

2.5 边缘计算节点

服务器部署在边缘节点机房，通过加密虚拟网络（Secret Private Network，SPN）连接5G新空口（New Radio，NR），提供低时延应用连接和网络安全性。利用边缘计算节点的算力以及部署视频分发应用App和视频处理应用App的能力，将XR渲染、编解码分发下沉到边缘计算节点，降低XR应用的响应时长和终端的硬件需求。

2.6 切片网络

XR应用采用5G切片网络，普通用户和XR用户统一接入5G无线网络，充分利用5G时延短、速度快、连接多的优势，提供5G网络连接。从接入开始，XR应用和普通用户在网络上是不同的通道，普通用户通过缺省通道传输，XR用户通过切片网络传输。切片网络包括无线切片和网络切片[4]。

无线切片在无线NR侧预先设置质量控制检查（Quality Control Inspection，QCI）和数据网络名称（Data Network Name，DNN）的映射关系，VR手机入网后根据DNN的配置优先接入网络，保证高效无线接入和传输。

XR业务在加密虚拟网络（Secret Private Network，SPN）管道上部署物理FlexE接口设备，形成独立的物理专网通道，确保无损大带宽和安全隔离。网络切片的部署分为两部分，一部分是从5G NR基站到边缘计算节点，确保5G VR手机优先传输；另一部分是从边缘计算节点到XR视频平台，保证片源大带宽稳定传输。

2.7 5G网络应用价值

首先，5G网络提供了端到端的切片网络，确保用户在接入网络后能够有无损的带宽保证。包括基于5G NR的服务质量（Quality of Service，QoS）保障机制，确保指定业务（XR业务）能够优先接入到无线网络；基于FlexE的传输网络，确保在稳定带宽下的安全网络传输，同时也为XR业务提供了一个物理隔离的网络。其次，采用5G网络自带的边缘计算节点，提供近端接入的能力，通过减少链路的方式降低时延。最后，因为边缘计算节点的引入，将XR的视频播放分解成两个流程，在XR手机访问指定视频时，视频流下载的过程分解成两个步骤。一方面从云平台上将视频内容下载到视频处理模块，充分利用边缘计算技术（Mobile Edge Computing，MEC）的计算能力对视频进行近地编解码，背景渲染和视频组合；另一方面通过MEC的视频分发平台将拼装好的视频流推送到XR手机侧，大幅度降低手机终端的负载/硬件需求。

相较于直接通过手机访问互联网媒体资源库的方式，采用分布式编解码传输模式能够大规模提升XR侧的用户感知，减少视频等待、跳帧及蓝屏现象。

3 实用性分析

通过5G+AR云可在文旅领域实现赋能景点，创新文旅方式，提供智慧化景区管理平台；通过5G+AR云可实现3D文物展示、AR场景还原、互动式体验、VR直播、AR打卡等功能，改变景区内涵和实际景区相脱离的现状，赋能景点，提高营收并为旅客带来全新体验；5G+AR云平台能力还可以通过对三维场景识别、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、大数据等技术，实现对景区停车、酒店、厕所数据实时更新与共享，为景区打造智慧办公、环境监测、综合管理、数据可视化系统和平台。典型应用场景包括增强博物馆参观体验，通过AR的方式，将文物与其背后所代表的丰富文化有机结合，更强诠释展品，拓宽文物和观众之间的互动渠道。

此外，AR导览的方式更满足了参观者个性化的需要，便于参观者获取个性化的游览信息。实现景点指定区域的3D建模与识别，对不规则的景点区域进行实时的初始化，实现手机扫一扫重现景点指定区域的历史情景。

使用三维摄影技术，对历史情景进行拍摄或动画制作，实现与景点制定区域的一体化融合展示。结合5G技术，实现场景的快速重建与呈现[5]。

AR内容上云，渲染技术上云，计算在云端，依靠强大的云端能力来降低AR体验对用户终端设备的复杂要求，是AR走向大规模普及的必然选择。5G网络为AR用户提供大宽带、低延时，帮助头显做到实时显示，随时随地想见就见，也成为近几年来业界的关注焦点。

当前，AR产业处于产业复兴期，AR融入到各行各业，让信息与人、与物体、与环境相融合，增强人的感知、认知与执行能力。在5G商业化的助力下，5G生态涉及各行各业，与智慧城市、智慧生活、AR、车联网、智慧医疗、工业互联网等重点行业的结合备受期待。

纵观5G+AR的发展趋势，5G+AR云将是产业发展的最佳形态。随着5G的发展，未来会迈入一种与现在“端管云”所不同的阶段。端会变“轻”，不需要复杂的计算和存储硬件，仅做显示端，因此终端的体积或成本都会随之降低，促进AR终端的普及率。

管，一定要“宽”，5G无线网络超低时延支持更高效的图像传输。而云，一定变“胖”，云端强大的计算处理能力，支持实时云端感知和渲染及视频流回传。随着AR的普及，图像识别、自然语言识别等对算力要求巨大的技术都将依托于云计算。除了本身AR对于5G速率的要求以外，AR依托5G的新型架构也是非常匹配5G网络的架构。