5G+AR探秘5G在虛擬現實中的應用

技術宅

①5G和AR結合

移動網絡和設備的不足限制AR的發展

AR在移動設備上的應用已經有一段時間了，但是一直不溫不火，這其中傳統4G網絡和目前手機性能的不足是一個重要原因。我們以大家常用的AR手機游戲為例，比如很多朋友在手機上玩AR游戲《Pokemon GO》時，往往是看到了小精靈就是抓不住，這其中一個重要原因就是由于4G網絡的時延性太大（一般為50毫秒）。這個時延性導致游戲中小精靈的實際位置和我們眼睛看到的并不一致，從而無法及時抓獲（圖2）。

當然手機本身的性能也會影響AR游戲的體驗，大家知道現在很多AR游戲都是多人對戰，但是如果同屏或者說在一定范圍內同場競技的玩家太多，同屏渲染就極易給手機的CPU/GPU帶來過大的壓力，結果是游戲的幀率降低，同時延遲的問題也會越發突出。

②*AR游戲《Pokemon GO》

此外4G網絡的連接速率也是限制原因，比如AR游戲要傳輸的數據容量要比傳統游戲多得多，這種技術需要高帶寬的支持才能讓用戶獲得很好的沉浸感。另外還存在諸如AR設備成本過高、設備數據計算能力不高、3D渲染效率慢等不足，而這些不足現在可以借助5G完美解決。

5G和AR的完美結合

如上所述，4G目前在AR移動應用中有許多不足，那么5G是利用什么來解決這些不足呢？這里還是以AR手機游戲為例。比如上述在AR游戲中突出的延時和多人同屏渲染問題，現在利用5G新特性就可以解決。

首先5G的高帶寬、低時延的特性可以讓AR游戲的延時得到極大的改善。5G的理論下行速率是10Gbps（相當于現在萬兆網絡大型機房），5G理論的延遲是1毫秒（4G則是30～50毫秒）。這樣在高速5G網絡的支持下，1毫秒的延遲幾乎讓玩家沒有感覺，《Pokemon GO》中的小精靈幾乎可以讓你一抓一個準。經過實際測試，即使在目前并不成熟的5G網絡下，測試的Ping值（10ms）和抖動數值（3.4ms）也非常優秀（圖3）。

目前5G網絡測試的Ping值和抖動數值

④EMC技術優勢圖解

⑤Magic Leap One

三件套

其次是5G的MEC邊緣計算技術可以有效降低AR游戲對手機資源的占用。如上所述，在多人對戰的AR游戲中，同屏渲染會極大地占用手機資源。5G引入的MEC邊緣計算技術是一種先進的分布式網絡架構，它利用無線接入網絡就近提供所需服務和云端計算功能，可以為各種應用場景搭建出高性能、低延遲與高帶寬的電信級服務環境，從而加速網絡中各種資源的快速傳輸。

使用5G網絡MEC邊緣計算技術后，以后AR游戲廠商就可以將這種極大占用手機資源的同屏渲染移動到云端服務器處理，玩家直接通過5G網絡從云端下載所有場景和玩家信息。這樣既可以減輕手機資源的損耗，同時游戲進程又不會有明顯的延遲，極大地增強了用戶沉浸式的虛擬體驗（圖4）。

當然MEC邊緣計算技術還會對AR硬件設備的設計和性能提升帶來明顯的影響。比如目前AR設備Magic Leap One，它是由頭戴式設備、小型可穿戴計算機，以及一個手持控制器組成的。其中可穿戴計算機造價不菲（包含NVIDIA的TX2，帶有四核ARM A57 CPU、雙核Denver 2 CPU），主要負責AR數據處理，以后如果利用MEC邊緣計算技術，那么這個處理終端就可以去除（數據處理移動到云端完成），這樣不僅可以讓AR設備使用起來更方便，而且大大降低制造成本（圖5）。

最后還有很多5G技術可以為AR帶來更多的好處，比如5G網絡使用包括高頻毫米波在內的MIMO技術、多頻譜技術，這可以極大地提高網絡傳輸的吞吐能力。—方面可以極大地提升AR應用傳輸數據容量，另一方面則可以為更多用戶的連接提供通暢的通道，5G目前每平方千米的最大連接數為1000000個（4G只有其1%），這樣對于那些多人聯機AR游戲，即使眾多用戶一起（比如在商場、體育館這種人流密集的地方）在線連接也不會受影響（圖6）。

⑥多人對戰AR游戲

不僅是游戲——5G在AR中的更多應用

5G的各種新特性當然不僅是在AR游戲中的應用，隨著5G的普及和AR技術的發展，兩者的結合可以給我們的生活帶來更多的便利。比如我們去飯店點菜時，傳統方式是看菜單，但是很多時候菜端上來卻和菜單顯示的迥然不同。現在可以使用AR菜單，顧客只需下載一個APP，用手機掃描—下菜單，相應的菜就會以動態的形式出現，并且還可以呈現詳細的制作方式，當然動態菜單生成工作都可以由5G的邊緣計算完成。

不過最后我們也應該清醒地看到，5G和AR的結合目前也還存在一些不足，現在5G的速率還沒達到宣傳那樣的高速，在AR應用上要實現低延時連接還需要一定的時間。另外針對AR場景，如何降低其產生的內容流量成本和計算資源成本也是一個問題，等等。無論如何，可以預見伴隨大量數據和計算密集型任務轉移到云端，以及5G技術的進一步發展和普及，5G必將給時下AR帶來更多的暢快體驗。