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5G大带宽对于VR与AR的作用价值是什么

2019年07月21日 09:17 次阅读

5G来了,VR/AR概念似乎回暖了。投资、咨询、市场分析等领域里关注5G+VR/AR的人又多了起来。然而也有不少从业者认为5G+VR/AR纯属概念炒作,认为两者之间并没有一毛线关系,甚至大有谈5G就踢群的架势。 

所以5G+VR/AR到底有没有真实的价值?在做了相关的研究后,我们认为:

1、5G的大带宽特性对于VR的价值是在线观看5K以上分辨率的全景视频,对于AR在现阶段价值不大。

2、5G低时延特性的价值是通过云游戏技术提升画质,同时帮助云游戏技术降低其“网络时延”,使得采用云游戏技术方案的VR/AR产品的“运动到成像时延”能够达到20毫秒的及格线以内(“网络时延”是“运动到成像时延”的组成部分)。

3、5G的低时延特性并无法直接帮助现在的VR/AR产品降低“运动到成像时延”。

下文我们将详细拆解5G与VR/AR的关系。

5G大带宽对于VR与AR的作用价值是什么

一、VR/AR如何接入5G网络?

要让5G发挥作用,先得让VR/AR连上5G网络。

我们先说VR。VR领域中最为主流的品类是VR一体机,即无需连接手机或PC,内置处理器,可以独立使用的VR产品。VR一体机使用的芯片组往往是手机3年前的配置,目前主流产品依然在使用高通骁龙821和835。这些芯片组不具备直接接入5G网络的能力。

其实不仅仅是VR,现存的各类其他硬件产品也都不支持5G,仅支持Wi-Fi或4G。

为了应对这一问题,出现了5G CPE这样的设备。它可以将5G信号转化为Wi-Fi信号,现存产品就可以通过Wi-Fi连到5G CPE,再连上5G网络了。

听起来这和千兆家庭宽带也没有什么区别嘛?从家庭的使用场景来看,确实如此,无论使用5G CPE还是千兆家庭宽带,VR一体机均为通过Wi-Fi进行连接,两者达到的下载速率也是相似的(千兆bps)。

同时,由于VR是全沉浸式的体验,绝大部分用户是在家里使用,对于移动性的需求较小,因此千兆家庭宽带能很好发挥作用,对于5G网络的需求则相对较小。

千兆家庭宽带和5G,在面对复杂的城乡基础设施环境时,都存在铺设网络的可行性、效率、成本等问题。所以,对于VR来说,关键是看5G CPE和千兆家庭宽带谁能更快更广的普及了。

对于AR来说,故事则有所不同。 

目前国内做AR眼镜的整体思路是,让AR眼镜通过有线方式连接到手机上(Displayport over Type-C),AR眼镜仅仅作为显示单元,运算和电池都是用的手机,以此来降低眼镜的重量,提升佩戴舒适性(虽然现在的技术距离全天舒适佩戴还有很远的距离)。

因此AR眼镜是否能连上5G网络,主要得看它连接的手机是否支持5G。目前已经能看到,多家手机厂商放出了5G实测视频,相信5G手机的面世也将很快发生。相比VR,AR眼镜能够相对轻松的搭上5G手机这趟顺风车。 

好,现在连上5G了,Now what?

5G有三大特性:大带宽、超低时延与高可靠性、大规模连接。其中前两者是与VR/AR息息相关的,我们接下来分别进行讨论。

二、5G大带宽对于VR/AR的作用

5G大带宽对于VR的作用在于提升全景视频的分辨率和码率,从而达到更好的观看体验。

虽然目前的VR设备都可以观看全景视频,但是分辨率和码率往往达不到及格线,看起来感觉糊成一锅粥,这是一个普遍的问题。

我们来看看及格线的要求是什么。

在看视频的时候,我们希望视频的分辨率与屏幕的分辨率保持一致,以达到最好的效果。比如用1080p的电脑屏幕看1080p的视频,是最佳体验。 

VR头显的视场角一般是110°左右,全景视频是一个360°的球体,相当于VR头显视场角的3倍多。VR头显屏幕分辨率一般为2K或4K,因此全景视频的最佳分辨率也是其3倍多,即8K或12K。

只有达到这样的分辨率才能有优秀的观影体验,然而这样的分辨率对于宽带速率要求是极高的。

现在主流视频平台的1080p视频,码率大约在1~2Mbps。比如爱奇艺的《海王》全长2.17小时,1080p视频文件大小为1.58GB,码率约为1.6Mbps。我国平均的网速速率远高于这一码率,所以一般情况下,你看1080p视频没有任何问题。

而VR全景视频的码率则要高了一个数量级。以行业标杆的Oculus Studios出品的《Henry》为例,其片长为8分42秒,分辨率为5K,文件大小为1.3GB,码率约为20.8Mbps。这已经接近我国平均网速速率,大量用户会无法流畅地在线观看,必须要下载下来看才行。

这就有点像15年前,大家看视频都得先通过BT或电驴下载下来一样。现在你要看一个超高清的、高码率的优质VR全景视频,也需要先下载下来,才能保证最好的观影体验。

5G和千兆家庭宽带,使得网络速率提升到1000Mbps左右,让在线观看20Mbps的全景视频成为可能,大家观看VR全景视频就和现在爱奇艺1080p视频的体验一样了。

除了视频之外,VR云游戏同样需要大带宽。VR云游戏其实也是一个全景视频流,也是360°的,因此也需要上述相同的分辨率和码率,才能达到最佳的体验效果。

对于AR来说,5G的大带宽有什么作用?

当前行业所畅想的AR眼镜应用场景主要分为两类:

第一类是手机的大屏化:将手机操作系统变成一个大屏的、多窗口的体验。

手机的大屏化场景所需的网络带宽与现有手机和PC无差异,5G无法提供额外的附加价值。

第二类是原生AR体验:即利用计算机视觉识别现实中的场景,将虚拟信息有机的叠加到现实的场景中。

原生AR体验往往是基于3D图形的,5G大带宽的作用主要是提升3D模型的实时加载速度,让3D模型无需提前下载到本地,只有需要用到的时候再从云端进行加载,减少包体大小(注意,这并不是云游戏的技术方案)。 

然而3D图形加载速度这个改善的价值十分微小。受限于移动设备的算力,3D模型文件体积并不大,而且大部分应用场景对于实时加载的需求也并不强烈。 

只有等到对3D模型的精度需求极高、对3D模型实时加载的需求很强的情况下,5G才有其发挥的价值。目前能看到这样的场景就是VR/AR Telepresence(又称VR/AR Holoportation),即将人体进行3D重建或体量捕捉(Volumetric Capture)后,远程进行近似于面对面一般的VR/AR通信。不过这样的技术还处于实验室阶段,距离消费市场还很遥远。

另外,由于AR眼镜并不适合观看全景视频,因此5G的大带宽也无用武之地。 

三、5G低时延对于VR/AR的作用

一提到5G低时延对于VR/AR的作用,你能在各种媒体上看到类似“5G降低VR/AR时延,解决VR/AR眩晕感”这样的说法。

这是一个巨大的误区。5G对于降低VR/AR时延没有任何的作用。

要讲清楚这个问题,我们先来看什么是VR/AR时延。VR/AR时延又称为运动到成像时延(MoTIon-to-Photon Latency),是指从IMU或视觉传感器检测头部/手部的运动,到图像引擎渲染出对应的新画面并显示到屏幕上,这样一个链路的时延。

主流的VR头显均已在本地做到了20毫秒以内的运动到成像时延,整个链路都是在本地设备上完成的,并不需要连网。20毫秒是一个人类感知的黄金分割线,时延低于20毫秒,我们就感觉不到了。我们测试过一些2018年的产品,时延已经达到了10毫秒左右。

有人可能要说了,那既然已经做到20毫秒以内了,为什么我玩VR还会眩晕?

那是因为导致VR眩晕的因素不止是时延,而是共有三个:时延、光学参数、内容舒适度。目前的技术已经解决了时延和光学参数的问题,但是在内容设计上带来的眩晕感是无解的,VR游戏和体验中的剧烈运动和快速移动依然可能会让你眩晕。这完全取决于你对晕动症的耐受程度,每个人都有所不同。

这也是为什么全球最好的VR品牌Oculus在2014年解决了时延和光学参数的问题之后,还对其内容进行了舒适度评级,让用户根据自己的耐受度选择适合自己的VR体验。

我们说回5G。再重复一遍,5G对于降低现有VR/AR产品的运动到成像时延没有任何作用。 

假设非要在这个链路上加入5G,反而只会增加整个链路的时延。比如,如果将图像引擎渲染这一步放在云端来做,也就是云游戏的做法,那么就会引入5G上下行带来额外的时延。5G的理论时延是1毫秒,那么整体链路时延就会变成20毫秒 + 1毫秒 = 21毫秒。如果5G实际时延相比理论的1毫秒高出许多,比如10毫秒,那么整个链路的时延就是20毫秒 + 10毫秒 = 30毫秒。这就会超出了20毫秒的基准线,反而会给用户带来眩晕感。

5G低时延的特征对于VR/AR的作用并不是降低时延,而是通过云游戏的技术方案提高画质,并降低云游戏技术中的网络时延。

无论是VR一体机,还是连接手机的AR眼镜,都是运行在移动端上,主要是高通骁龙系列。相比PC的CPUGPU而言,移动端的3D图形性能还是有数量级上的差异。VR/AR强调的是沉浸感,对于画质的要求很高,最极致的VR体验需要强劲的高端PC来承载。

下面是VR游戏《Robo Recall》在Oculus Quest(移动芯片)和Oculus Rift(PC端)上运行的画面对比。我个人做了对比测试,感官上的差异会比大家看图片来得还要显著。

5G可以将3D图形运算放到云端,也就是云游戏的技术路线。这样就可以利用云端强劲的PC级CPU和GPU来进行3D图形运算,再以视频流的形式传回本地的VR/AR设备上,让移动芯片的VR/AR设备也能显示出最顶级的画质。

然而,云游戏的技术方案对于VR/AR来说,最大的挑战在于网络时延。如果采用了云游戏的技术方案,那么网络时延就变成了运动到成像时延的一部分,网络时延会增加整体的运动到成像时延。从目前的数据来看,网络时延是整个链路中最长的部分,也是尚未解决的部分。

目前基于家庭宽带的情况,云游戏的时延约在150毫秒左右。比如,Google的云游戏服务Stadia,经Digital Foundry初步测试,时延在166毫秒。

如果把这样的技术方案搬到VR/AR上来,那一定会让用户晕到天昏地暗。

这个时候5G低时延的价值就来了,如果5G真的能够达到标准中的1毫秒时延,那么基于5G的VR/AR云游戏方案就能够达到合格的用户体验。如果真能做到,这会是VR/AR成为消费市场主流产品的重要基础设施。

那么问题来了,5G实际上到底能做到多低的时延,什么时候能做到这样低的时延。这才是关键。

再次来总结一下。我们认为:

1.     连接5G网络的方式,VR主要将会通过5G CPE,AR主要将会通过5G手机。

2.     5G的大带宽特性对于VR的价值是在线观看5K以上分辨率的大码率全景视频,对于AR在现阶段价值不大。

3.     5G的低时延特性并无法帮助现在的VR/AR产品降低“运动到成像时延”,它的价值是通过云游戏技术提升画质,同时帮助云游戏技术降低其“网络时延”(“网络时延”是“运动到成像时延”的组成部分),使得采用云游戏技术方案的VR/AR产品的“运动到成像时延”能够达到20毫秒的及格线以内。

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5G今年在英国推出,EE和沃达丰等运营商率先在一些城市为手机用户推出高速移动网络。它是如此之快,可以...

发表于 2019-07-19 10:37 50次阅读
5G技术已经为伍斯特博世公司节省了数千万英镑

5G提前开花结果百年老店正在持续露出复苏的态势

爱立信2019年第二季度财报数据显示,2019年第二季度,爱立信净销售额从去年同期的498亿瑞典克朗...

发表于 2019-07-19 10:35 44次阅读
5G提前开花结果百年老店正在持续露出复苏的态势

亚洲地区将成为未来5G的主要投资者中国有望成为该...

这些国家中的每一个都对未来几年5G的样子有着自己的看法,5G实施的最佳战略将取决于每个市场的具体因素...

发表于 2019-07-19 10:29 43次阅读
亚洲地区将成为未来5G的主要投资者中国有望成为该...