5G+AR技術在智慧旅游的應用研究

薛 雨

（中國移動通信集團云南有限公司，云南 昆明 650000）

0 引 言

虛擬現實/增強現實（Virtual Reality/Augmented Reality，VR/AR）作為一場人機交互體驗的技術革命，是算力、聯接和顯示的革命性升級。根據最新發布的《IDC全球增強與虛擬現實支出指南》（IDC Worldwide Semiannual Augmented and Virtual Reality Spending Guide）顯示，全球AR/VR產品與服務的相關投資持續高速增長，在預測期內（2018—2023年），5年的復合年均增長率將達到77.0%。隨著5G來臨，無線通信技術的峰值速率提升到了20 Gb/s的量級，延時理論上可降低至1 ms，有望掃清當前VR/AR產品在數據傳輸方面的應用障礙，顯著提升產品的用戶體驗，從而推動VR/AR市場的成熟和發展。5G的大規模商用以及當前VR/AR軟件短板已經補齊，硬件自主能力大幅提升，沉浸顯示、渲染處理、內容制作、網絡傳播和感知交互的VR/AR的技術難點正在逐一被攻破，VR產業正處于產業復興期，與5G產業匹配并相互促進，同時將帶來百億Cloud VR市場。AR云則是這個時代最重要的數字技術趨勢。在行業應用領域，AR結合公共安全、智能制造、遠程醫療、文旅娛樂等行業，具備十足的發展潛力。

1 市場分析

1.1 行業發展衍變及行業痛點

目前，在城市的軌道建設、物流運輸、公共安全、電網改造等實際業務中沒有更優質的方法實現云、管、邊、端一體化的有效監管，行業平臺級應用屈指可數。旅游行業還是一如既往的在出行時間、線路、導游、住宿、周邊產品及其他增值市場亂象上四處挖坑，并沒有很好地為游客提供多樣化、個性化的服務定制需求[1]。

1.2 5G+AR云市場前瞻

5G的商用除了在消費端的熱潮，更為新一輪科技革命和產業變革帶來了有力驅動。5G生態涉及各行各業，如智慧城市、智慧生活、VR/AR、車聯網，智慧醫療、工業互聯網等。目前，5G處于商用的關鍵階段，行業領域5G典型應用的推廣和落地對于實現“5G改變社會”意義重大。在這其中，5G+AR云平臺即成為其中不可缺少的關鍵新技術。基于在不同行業領域、不同應用場景下發揮重要的賦能作用，5G+AR云平臺具備了自由、多樣、包容性的服務能力，服務架構如圖1所示。

圖1 5G+AR云平臺服務架構

2 關鍵技術應用

本文聚焦5G+AR業務開展云、管、邊、端方面的關鍵技術和攻關，挖掘5G+AR云網架構在旅游、創文和平臺管理與服務能力，積極探索5G+AR在智慧文旅的應用場景，最終面向用戶提供5G+AR方案商業用途及社會效益。智慧旅游場景中通常使用5G公共網絡，若項目中對接入控制、網絡安全及隔離提出了更高的要求場景，則可采用5G專網，通過基站專用方式實現專用無線覆蓋。構建一個核心云平臺，將AR設備管理、人臉庫管理、車牌管理等信息集于一個平臺，支持接入客戶原有業務系統，為用戶提供端管云一體的5G+AR服務[2]。

2.1 公有云和私有云部署

可根據各領域用戶的實際需求，提供基于公有云或私有云環境的云服務模式。通過采用虛擬化技術，實現服務系統運行環境的虛擬化、服務能力的動態化和彈性化，同時通過內容服務集群、分布式存儲等技術實現各類基礎環境的彈性擴展。

2.2 數據庫及數據支撐功能

大數據板塊收集和沉淀數據，實現信息的共享和聯動，為智能模塊的進化提供素材。且通過提供高速存緩服務、高可用集群系統、時間戳服務、安全驗證服務、數據接口服務、數據同步、第三方平臺接入等實現智能化數據管理，為決策與分析預判提供數據支撐。可實現海量數據存儲與數據的智能化管理[3]。

2.3 數據共享服務

可依據用戶需求，實現數據資源的共享獲取，提供數據共享服務，實現資源交互、信息交換，消除“信息孤島”現象。

2.4 AR增強體驗

AR是一種實時計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D模型的技術，其目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。AR技術是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，是把原本在現實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體信息（視覺信息、聲音、味道、觸覺等），通過電腦等科學技術，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。通過AR技術對展品進行識別，可在博物館有限的展示空間內增強出無限的內容和趣味性。

2.5 邊緣計算節點

服務器部署在邊緣節點機房，通過加密虛擬網絡（Secret Private Network，SPN）連接5G新空口（New Radio，NR），提供低時延應用連接和網絡安全性。利用邊緣計算節點的算力以及部署視頻分發應用App和視頻處理應用App的能力，將XR渲染、編解碼分發下沉到邊緣計算節點，降低XR應用的響應時長和終端的硬件需求。

2.6 切片網絡

XR應用采用5G切片網絡，普通用戶和XR用戶統一接入5G無線網絡，充分利用5G時延短、速度快、連接多的優勢，提供5G網絡連接。從接入開始，XR應用和普通用戶在網絡上是不同的通道，普通用戶通過缺省通道傳輸，XR用戶通過切片網絡傳輸。切片網絡包括無線切片和網絡切片[4]。

無線切片在無線NR側預先設置質量控制檢查（Quality Control Inspection，QCI）和數據網絡名稱（Data Network Name，DNN）的映射關系，VR手機入網后根據DNN的配置優先接入網絡，保證高效無線接入和傳輸。

XR業務在加密虛擬網絡（Secret Private Network，SPN）管道上部署物理FlexE接口設備，形成獨立的物理專網通道，確保無損大帶寬和安全隔離。網絡切片的部署分為兩部分，一部分是從5G NR基站到邊緣計算節點，確保5G VR手機優先傳輸；另一部分是從邊緣計算節點到XR視頻平臺，保證片源大帶寬穩定傳輸。

2.7 5G網絡應用價值

首先，5G網絡提供了端到端的切片網絡，確保用戶在接入網絡后能夠有無損的帶寬保證。包括基于5G NR的服務質量（Quality of Service，QoS）保障機制，確保指定業務（XR業務）能夠優先接入到無線網絡；基于FlexE的傳輸網絡，確保在穩定帶寬下的安全網絡傳輸，同時也為XR業務提供了一個物理隔離的網絡。其次，采用5G網絡自帶的邊緣計算節點，提供近端接入的能力，通過減少鏈路的方式降低時延。最后，因為邊緣計算節點的引入，將XR的視頻播放分解成兩個流程，在XR手機訪問指定視頻時，視頻流下載的過程分解成兩個步驟。一方面從云平臺上將視頻內容下載到視頻處理模塊，充分利用邊緣計算技術（Mobile Edge Computing，MEC）的計算能力對視頻進行近地編解碼，背景渲染和視頻組合；另一方面通過MEC的視頻分發平臺將拼裝好的視頻流推送到XR手機側，大幅度降低手機終端的負載/硬件需求。

相較于直接通過手機訪問互聯網媒體資源庫的方式，采用分布式編解碼傳輸模式能夠大規模提升XR側的用戶感知，減少視頻等待、跳幀及藍屏現象。

3 實用性分析

通過5G+AR云可在文旅領域實現賦能景點，創新文旅方式，提供智慧化景區管理平臺；通過5G+AR云可實現3D文物展示、AR場景還原、互動式體驗、VR直播、AR打卡等功能，改變景區內涵和實際景區相脫離的現狀，賦能景點，提高營收并為旅客帶來全新體驗；5G+AR云平臺能力還可以通過對三維場景識別、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）、大數據等技術，實現對景區停車、酒店、廁所數據實時更新與共享，為景區打造智慧辦公、環境監測、綜合管理、數據可視化系統和平臺。典型應用場景包括增強博物館參觀體驗，通過AR的方式，將文物與其背后所代表的豐富文化有機結合，更強詮釋展品，拓寬文物和觀眾之間的互動渠道。

此外，AR導覽的方式更滿足了參觀者個性化的需要，便于參觀者獲取個性化的游覽信息。實現景點指定區域的3D建模與識別，對不規則的景點區域進行實時的初始化，實現手機掃一掃重現景點指定區域的歷史情景。

使用三維攝影技術，對歷史情景進行拍攝或動畫制作，實現與景點制定區域的一體化融合展示。結合5G技術，實現場景的快速重建與呈現[5]。

AR內容上云，渲染技術上云，計算在云端，依靠強大的云端能力來降低AR體驗對用戶終端設備的復雜要求，是AR走向大規模普及的必然選擇。5G網絡為AR用戶提供大寬帶、低延時，幫助頭顯做到實時顯示，隨時隨地想見就見，也成為近幾年來業界的關注焦點。

當前，AR產業處于產業復興期，AR融入到各行各業，讓信息與人、與物體、與環境相融合，增強人的感知、認知與執行能力。在5G商業化的助力下，5G生態涉及各行各業，與智慧城市、智慧生活、AR、車聯網、智慧醫療、工業互聯網等重點行業的結合備受期待。

縱觀5G+AR的發展趨勢，5G+AR云將是產業發展的最佳形態。隨著5G的發展，未來會邁入一種與現在“端管云”所不同的階段。端會變“輕”，不需要復雜的計算和存儲硬件，僅做顯示端，因此終端的體積或成本都會隨之降低，促進AR終端的普及率。

管，一定要“寬”，5G無線網絡超低時延支持更高效的圖像傳輸。而云，一定變“胖”，云端強大的計算處理能力，支持實時云端感知和渲染及視頻流回傳。隨著AR的普及，圖像識別、自然語言識別等對算力要求巨大的技術都將依托于云計算。除了本身AR對于5G速率的要求以外，AR依托5G的新型架構也是非常匹配5G網絡的架構。

4 結 語

5G和AR的結合非常緊密，5G+AR云也是一種理想的商業模式。AR提供一種新方式，把旅游服務通過模型、圖文等形式疊加在真實的景點中，改變景區內涵和實際景區相脫離的現狀。對現有環境、系統的增強遠勝于去取代，而5G+AR云正在發揮這樣的作用，增強現有的智慧旅游，將成為中國新時代旅游業的核心技術之一。