【正文】 到 2025 年技 術 發(fā)展規(guī) 劃 的 《創(chuàng)新 25 戰(zhàn)略 》， 以 及旨 在 將日本打 造為全球創(chuàng)新中心的《科學技術創(chuàng)新綜合戰(zhàn)略 20xx— 為了創(chuàng)造未來 的創(chuàng)新之橋》，上述政策文件均將虛擬現實視為技術創(chuàng)新重點方向。 歐盟與 韓 日重 視頂層 設 計和 新技 術的研 發(fā) ， 在 關 鍵 領 域通過 設 立專 項資 金引導 產 業(yè) 發(fā)展 。 虛擬現 實 與移 動互 聯網的 聯 系主 要體 現在終 端 形態(tài) 與 應 用軟 件 方面 。 虛擬現 實 與人 工智 能 的聯 系 主要 體現 在渲染 處 理 、 感 知 交 互與通 用 AI 方面。然而， 在現實 中 搜集 如此 規(guī)模且 具 備一 定數 據結構 的 數 據 十分 困難 ， 一 些著 名初創(chuàng)公司如 Improbable、 OpenAI 等致力于構建虛擬世界以代替現 實世界 來 進行 訓練 數據的 采 集 ， 通 過 建立十 分 復雜 、 規(guī) 模龐大 的 多人 虛擬世 界 開展 各類 模擬實驗 ， 例如 流 行疾病 的 防控 、 房 地產等 重 大政 策的影響等，從而能夠獲取大量的訓練數據。 “ 兩縱 ” 是指支撐虛擬現實發(fā)展的關鍵器件 /設備 與內容 開 發(fā)工 具與 平臺 。 從 應用 領域看 ， 據 高 盛公 司 預計 ， 2025 虛擬（增強）現實白皮書（ 2017 年） 中國信息通信研究院 10 年全球游戲 /社交與視頻 /直播兩大領域將占據虛擬現實市場營收規(guī) 模的 60%， 與 之相 關 的開發(fā) 引 擎 、 拍攝 工 具等內 容 開發(fā) 技術 成為關 鍵 。 在知 識 產權方面 ， 根據 中 國信通 院 知識 產權中心統計，截止到 2017 年上半年，顯示、交互、建模、定位、 相機 、 頭 顯 、 應 用 成為專 利 申請 的熱 點領 域 （ 檢索 范圍 包括但 不 限于 中美日 韓 等七 國二 組織 ） 。 中國信息通信研究院 虛擬（增強）現實白皮書（ 2017 年） 11 圖 9 全球虛擬現實知識產權熱點領域 來源：中國信通院 （二 ） 近 眼 顯 示 技術以沉浸感 提 升與眩暈控制 為 主 要 發(fā) 展趨勢 高角分辨率與廣視場角顯示成為提升虛擬現實沉浸 感的重要切入點 高角分辨率顯示成為提升 VR 近眼顯示沉浸感的核心技術。 AR 強調 與現實環(huán)境的人機交互，由于顯示信息多為基于真實場景的提示性、 補充性 內 容 ， 現階 段 AR 顯示 技 術以 廣 視場 角 （ Field of View， FOV） 等高交 互 性 （而 非 高分辨 率 等畫 質提 升 ） 為首 要 發(fā)展 方 向 。 眩暈控制成為虛擬現實在近眼顯示方面的發(fā)展難點 發(fā)展符合人眼雙目視覺特性的近眼顯示技術成為虛擬現實眩暈 控制的 技 術制 高 點 。二是視覺與其他感官通道 的沖突，強化視覺與聽覺、觸覺、前庭系統、動作反饋的協同一致成 為發(fā)展 方 向 ， 目 前 除 前庭刺 激 、 服 用 藥 物 等非主 流 方式 外 ， HTC VIVE、 Oculus 的 Room Scale、 Virtuix Omni 的全向跑步機成為緩解此方面 眩暈感的主要技術。 這一趨勢 符合全球新型顯示中小尺寸市場中 AMOLED 滲透率顯著上升的發(fā)展態(tài) 勢 ， 預計 2020 年 全 球約有接近 50%智 能 手機采用 AMOLED 屏幕 。 在 AR 顯 示 上 ， 基 于 LCOS 、 OLEDoS 的 光 學 透 射 顯 示 （ Optical Seethrough） 成為當 前 重 點 技術路線 。 預計 20172019 年， 實現 2K 單眼分辨率、 90Hz 刷新率屏幕的規(guī)模應用，全球主機式與一 體式 VR 用 AMOLED 滲透率將達到 95%（手機式 VR 用滲透率達 50%）， AR 用 LCOS、 OLEDoS 滲透率 將 達到 95%。 中國信息通信研究院 虛擬（增強）現實白皮書（ 2017 年） 15 圖 10 虛擬現實近眼顯示關鍵技術路標 （三）感知交互技術聚焦追蹤定位、環(huán)境理解與多通道 交互等熱點領域 追蹤定位成為 VR 與 AR 在感知交互領域的核心技術 追 蹤 定 位 技 術 呈 現 由 外 向 內 的 空 間 位 姿 跟 蹤 （ OutsideInPositionTracking ） 向由內 向外的空 間 位姿跟 蹤 （ InsideOut） 的 發(fā)展趨 勢 。 此 類交互 須 用戶 提前 對手勢 進 行一 定的 學習和 適 應， 因此為交互體驗的提升帶來較大挑戰(zhàn)。 AR 感知交互的發(fā)展趨勢側重于基于機器視覺的環(huán) 境理解 環(huán)境理解呈現由有標識點識別向無標識點的場景分割與重建的 方向發(fā)展。 在語義 理 解方 面， 主要任務是利用卷積神經網絡（ CNN）對單幀圖像或連續(xù)多幀視 頻中所 出 現的 物體 和場景 進 行識 別和 分割 ， 大 致分 為分 類 、 檢 測 、 語 義與物 體 分割 ， 即 確定圖 像 中物 體類 別 、 大 概 位置 、 物 體基本 邊 緣輪 廓以及 針 對分 割出 的同類 物 體 ， 進 一 步分割 底 層組 成部 分 。 目 前谷 歌 、 微 軟 、 蘋 果 等 ICT 巨頭及各 類科技型初創(chuàng)廠商在此方面積極布局。目前，傳統聲學廠商如 Dolby、 DTS 以及微軟、谷歌、 高通 、 Unity、 Oculus、 OSSIC 等紛紛 推 出浸入 式 聲場 的軟 硬件產 品 。三是可用于 VR 內容設計創(chuàng)新，如 FOVE、 Tobbi 企業(yè)創(chuàng)建 的 VR 游 戲 《 審 訊 》 、 《 SOMA》 等 。 綜上， VR、 AR 在基礎需求上存在共通之處，即現實位置坐標與 虛擬位置坐標的映射關系成為感知交互順利進行的先決條件。對于 AR 而言，由于大部分的視野中呈現現實場景，感 知交互 側 重于 基于 機器視 覺 的環(huán) 境理 解 。 中國信息通信研究院 虛擬（增強）現實白皮書（ 2017 年） 21 圖 13 虛擬現實業(yè)務承載的端到端網絡傳輸示意圖 新 型 WiFi、 大 容量 PON 與 5G 成為 虛 擬現 實 接入網 絡技術的發(fā)展趨勢 下一代 WiFi 技術最大可實現 10Gbps 空口速率的家庭無線網絡 覆蓋， VR 頭顯無線化基于 60GHz 的 WiFi 技術。下一代 WiFi 技 術為 ，引入 8x8 MIMO、 OFDMA、 1K QAM 等新特性，最大可 實現 10Gbps 空口速率，同時抗干擾能力強，以保障丟包率、時延以 及帶寬穩(wěn)定性等性能指標。 固定 寬 帶 接 入 EPON/GPON 在 整 個網絡 中 起著 對家 庭 網絡 的 接 入和匯 聚 的作用 ， 成為運 營 商最 靠近 用戶的 網 絡 。 5G 移動通 信 技術在 提 升 峰值速 率 、 移 動性 、 時延 和 頻譜 效率 等傳統 指 標的 基礎 上 ， 新 增 加用 戶體驗速率、連接數密度、流量密度和能效四個關鍵能力指標， 1ms 的 E2E 時延、 10Gbps 的吞吐量以及每平方公里 100 萬連接數成為 5G 使能未 來 通信 最為 關鍵的 三 個需 求維 度 。 傳統承載網絡建設較少 考慮業(yè) 務 的體 驗需 求 ， 通常 以 達到 總 帶寬占 用 率門 限后 ， 進行網 絡 規(guī) 劃或擴容 。 三 是 從業(yè) 務 的具體 時 延需 求出 發(fā) ， 承載 網 絡 規(guī)劃合 理 的網 絡帶 寬進行 帶 寬滿 足 ， 如 承載網 須 在十 毫秒 級的粒 度 內 虛擬（增強）現實白皮書（ 2017 年） 中國信息通信研究院 24 滿足 VR 大流量傳輸需求。通過將單播承載方式換為組播承載方式后（ Multicast On Demand， MOD）， 使 用組播 來 承載 VR 直播業(yè)務 ， 網 絡流 量 和 CDN 服務 器負載不會隨著 VR 直播接入的觀看用戶數的增加而增加，進而保障 用戶體驗。 VR 體驗要求促進智能定制管道發(fā)展。 動態(tài)是 指 網絡 設備 對業(yè)務的 QoS 并 非 提前靜 態(tài) 配 置預留 ， 而 是在 會 話發(fā)生 時 進行 秒級 端到端 計 算 ， 在 沿 途各節(jié) 點 分配 資源和 調 度 ， 業(yè)務 終止時 資 源立 即釋 放 ， 供 其 他業(yè) 務使 用 ， 以 提 高資 源的利 用 率 。 圖 16 基于 VR 業(yè)務定制網絡服務 實現網絡架構扁平化，提升承載網傳輸效率。 基于 上述原因，首先需要對傳統網絡的層次和網絡結構進行簡化， CDN 下 移到 BNG， 甚至 CO， 消除 LSW 匯聚層 和 城域匯 聚 層 ， BNG 向上直連 CR， 向下下沉到網絡邊緣， OLT 直通 BNG，通過部署 OTN 到 CO 可以提供 單纖超 大 帶寬 、最 佳適配 距 離 、 流量 無收斂 、 快速 按需 帶寬的 互 聯基 礎管道，提高承載網傳輸效率。 根 據 保 障低延 遲 數據 中心 網絡 的 擁 塞控 制技 術的控 制 點， 以及對網 絡擁 塞狀 態(tài)感知 方 式的 不 同 ， 擁塞控 制 技術 主要 分為被 動 和 主動式兩類。 投 影 、 編 碼與 傳 輸 技 術成 為 優(yōu)化 VR 網 絡性 能 的重要 方向 投影技 術 由等 角投 影向多 面 體投 影路 線發(fā)展 。 多面體投影 是業(yè)界 關 注的 新方 向 ， 具 有 失真 小 、 壓縮效 率 高的 特點 ， 可分 為 六面 體、八面體、 20 面體、金字塔投影等。 目前已 有編碼工具均針對 2D 平面視頻編碼，而對球面數據的編碼工具尚未 出現，因此針對 VR 360176。 用戶 改 變 視 角的交 互 信 號在本 地 終端 完成 處理 ， 終 端根 據 視 角 信息從 已 緩存 到本 地的幀 中 解 出對應的 FOV 信息，在播放器中進行矯正還原，使用戶看到正常視 角的視 覺 信息 。在內容準備側，須編碼全視角 VR 內容，準備 多個質量的 VR 碼 流 ， 客戶端 根 據帶 寬 選擇 VR 碼流播放 ， 然而相 當 部 分傳送 到 客戶 端的 內容數據因 FOV 的 影響損 失 浪費 。 面向 VR 業(yè)務的網絡運維與評估成為優(yōu)化用戶體驗 的重要途徑 面向 VR 業(yè)務的端到端網絡傳輸運維能力與 QoE 評估體系成為發(fā) 展重點。 此 外 ， 完 善的 用戶體 驗 評價 系統有 助 于制 造商 完善自 身 產品 及服 務商改 善 業(yè)務 體驗 質量 ， 促 進產 業(yè)鏈的規(guī)范發(fā)展。 技術 趨 勢表現 為 一是 大帶 寬接入 ， 針 對 固定接 入 場景 ， 室 內 WiFi 從百兆 、 千兆覆 蓋 到下一代 WiFi 技術實 現萬兆覆蓋。 四 是 敏捷 和開放的網絡，通過 SDN 使能的網絡 IT 化和自動化轉型，提供網絡 的敏捷化和開放性能力，匹配網絡云化的部署效率和復雜流量模型， 最終實 現 網絡的 E2E 資源管理呈現 、 業(yè) 務發(fā)放 能 力 ， 以 及 屏蔽下 層 網 絡設備 的復雜實現，對網絡的資源實時進行調度，提高資源利用率； 五是多 業(yè) 務隔 離 ， 由于不 同 業(yè)務 需求 迥異 ， 數 據面 有隔 離需求 ， 管理 和控制 面 有獨 立運 營需求 。 當 前 矛盾 集 中于用 戶 更高 的體驗 需 求 與 渲 染 能力的 不 足 ， 因 此 減少計 算 開銷 ， 降 低渲染 時 延成 為發(fā)展 趨 勢 ， 主要 技術路 徑 如下 ， 一 是減少 GPU 工作 量 ， 如注 視 點渲 染（視網膜中央凹渲染， Foveated Rendering）。復雜內容的渲染難以在一幀刷新周期內完成， 屏幕刷新時無新內容產生，表現為畫面卡頓，因此，業(yè)界提出 ATW、 ASW 渲染，即通過預測下一幀時頭部轉動與平移的姿態(tài)，對上一幀圖 像根據 此 姿態(tài) 差值 進行位 置 變換 ， 插 值生成 新 一幀 中間 圖像 ， 解 決 缺 少當前 幀 的卡 頓問 題 ， 該 技 術能 夠 在 多 數情況 下 保證 用戶 獲得流 暢 的 視覺體驗，已成為 VR 渲染的核心技術之一。 云渲染 術 將大 量計 算放到 云 端， 消費者可在輕量級的虛擬現實終端上獲得高質量的 3D 渲染效果，終 端可從 較 高 硬 件性 能要求 上 解放 出 來 ， 消費模 式 上也 可根 據資費 情 況 來獲得 高 中低 不 同 層次的 沉 浸體 驗 。 Vulkan 提供更加簡單的驅動 結構 ， 將 內存 、 多 線程等 管 理轉 移給 應用程 序 ， 從 而實 現更小 的 計算 開銷和 更 好的 設備 一致性 。 目前 光 場信息 的 采集 、 存 儲及傳 輸 面臨 著如 巨大的 數 據量 等較多 基 礎 問題 ， 光場渲 染 技術 尚處 于較為 初 級的 探索 階段 ， 但 隨 著 大眾對 VR 體驗的 更 高需求 ， 光場 渲 染 可 能成為 未