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(fā)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(xù)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(fā)展。5G的大規(guī)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(yè)正處于產業(yè)復興期，與5G產業(yè)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(yè)應用領域，AR結合公共安全、智能制造、遠程醫(yī)療、文旅娛樂等行業(yè)，具備十足的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 市場分析

1.1 行業(yè)發(fā)展衍變及行業(yè)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(yè)務中沒有更優(yōu)質的方法實現云、管、邊、端一體化的有效監(jiān)管，行業(yè)平臺級應用屈指可數。旅游行業(yè)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(yè)變革帶來了有力驅動。5G生態(tài)涉及各行各業(yè)，如智慧城市、智慧生活、VR/AR、車聯網，智慧醫(yī)療、工業(yè)互聯網等。目前，5G處于商用的關鍵階段，行業(yè)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?；谠诓煌袠I(yè)領域、不同應用場景下發(fā)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(yè)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(chuàng)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(yè)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(yè)務系統(tǒng)，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(huán)境的云服務模式。通過采用虛擬化技術，實現服務系統(tǒng)運行環(huán)境的虛擬化、服務能力的動態(tài)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(huán)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(tǒng)、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?？蓪崿F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(huán)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(jié)點

服務器部署在邊緣節(jié)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(jié)點的算力以及部署視頻分發(fā)應用App和視頻處理應用App的能力，將XR渲染、編解碼分發(fā)下沉到邊緣計算節(jié)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(tǒng)一接入5G無線網絡，充分利用5G時延短、速度快、連接多的優(yōu)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(yōu)先接入網絡，保證高效無線接入和傳輸。

XR業(yè)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(jié)點，確保5G VR手機優(yōu)先傳輸；另一部分是從邊緣計算節(jié)點到XR視頻平臺，保證片源大帶寬穩(wěn)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(yè)務（XR業(yè)務）能夠優(yōu)先接入到無線網絡；基于FlexE的傳輸網絡，確保在穩(wěn)定帶寬下的安全網絡傳輸，同時也為XR業(yè)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(jié)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(jié)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(fā)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(guī)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(chuàng)新文旅方式，提供智慧化景區(qū)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(qū)內涵和實際景區(qū)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(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、大數據等技術，實現對景區(qū)停車、酒店、廁所數據實時更新與共享，為景區(qū)打造智慧辦公、環(huán)境監(jiān)測、綜合管理、數據可視化系統(tǒng)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(qū)域的3D建模與識別，對不規(guī)則的景點區(qū)域進行實時的初始化，實現手機掃一掃重現景點指定區(qū)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(qū)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(guī)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(yè)界的關注焦點。

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

縱觀5G+AR的發(fā)展趨勢，5G+AR云將是產業(yè)發(fā)展的最佳形態(tài)。隨著5G的發(fā)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(yè)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(qū)內涵和實際景區(qū)相脫離的現狀。對現有環(huán)境、系統(tǒng)的增強遠勝于去取代，而5G+AR云正在發(fā)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(yè)的核心技術之一。