增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

趙金偉

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司北京分公司，北京 100038）

AR（Augmented Reality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）也被稱之為混合現(xiàn)實(shí)。是借助計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和可視化技術(shù)產(chǎn)生物理世界中不存在的虛擬對(duì)象， 并將虛擬對(duì)象準(zhǔn)確“ 放置” 在物理世界中， 呈現(xiàn)給用戶一個(gè)感知效果更豐富的新環(huán)境。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可理解為將虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)與現(xiàn)實(shí)場景的有機(jī)融合，通過計(jì)算機(jī)圖形、光電成像、融合顯示、多傳感器、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等多門學(xué)科疊加處理，被人類感官感知。讓人類獲得了強(qiáng)大的顯示擴(kuò)展體驗(yàn)，突破空間、時(shí)間以及其它客觀限制，感受到現(xiàn)實(shí)生活無限的魅力所在。

1 AR技術(shù)發(fā)展背景

隨著4G的規(guī)模商用，面向2020年及未來的第五代移動(dòng)通信（5G）已成為全球研發(fā)熱點(diǎn)。在全球業(yè)界的共同努力下，5G愿景與關(guān)鍵能力需求已基本明確，用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度和時(shí)延為5G最基本的3個(gè)性能指標(biāo)，由IMT-2020所提供的5G網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)意見：20 Mbit/s的峰值數(shù)據(jù)速率、100 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率、每平方米10 Mbit/s的接收能力以及1 ms的無線傳輸延遲。

5G為滿足更高網(wǎng)絡(luò)要求的AR技術(shù)提供了保障，滿足AR內(nèi)容的無線傳輸需要，從而擺脫連接線的束縛，實(shí)現(xiàn)自由移動(dòng)下的沉浸感。

從1G到4G，移動(dòng)通信都是面向個(gè)人的。5G更重要的應(yīng)用是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)后，面向消費(fèi)者的應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理及特點(diǎn)

2.1 技術(shù)原理

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多種技術(shù)的融合，跟蹤定位技術(shù)、用戶交互技術(shù)、虛擬融合技術(shù)和系統(tǒng)顯示技術(shù)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)，根據(jù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的不同會(huì)融合更多先進(jìn)技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)更多功能。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以計(jì)算機(jī)視覺為基礎(chǔ)，通過人機(jī)交互，最終實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的視覺效果，基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。

圖1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理圖

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則把虛擬對(duì)象帶入到用戶的物理世界中，通過聽、看、觸摸虛擬信息，來增強(qiáng)對(duì)物理世界的感知。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)如下。

虛實(shí)結(jié)合：AR技術(shù)依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建出文字、圖片、視頻、音頻、網(wǎng)站鏈接、三維模型、三維動(dòng)畫、全景信息等和物理世界的結(jié)合，讓物理世界和虛擬對(duì)象合為一體。

虛實(shí)同步：AR實(shí)現(xiàn)虛擬世界和物理世界的實(shí)時(shí)同步，滿足用戶在物理世界中真實(shí)地感受虛擬空間中模擬的事物，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)效果。

交互自然：可以使用手部動(dòng)作與手勢控制所讀出的3D模型移動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以及通過語音、眼動(dòng)、體感等更多的方式來與虛擬對(duì)象交互。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)將會(huì)帶來AR市場會(huì)高速發(fā)展，AR技術(shù)具有顛覆性和革命性，AR技術(shù)會(huì)以移動(dòng)為先和智能手機(jī)兼容，沒必要購買專用的AR硬件就可以體驗(yàn)AR內(nèi)容，還會(huì)引發(fā)企業(yè)級(jí)市場廣泛應(yīng)用。

2.3 技術(shù)特性

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理和特點(diǎn)決定了其對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延體驗(yàn)提出更高要求，未來帶寬需求將達(dá)到100 Mbit/s以上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量要求逐漸提高，需要5G網(wǎng)絡(luò)的高效支撐，如圖2所示。

當(dāng)前各類視頻業(yè)務(wù)需求處在入門級(jí)和運(yùn)營級(jí)4K網(wǎng)絡(luò)帶寬能力下，要滿足未來AR業(yè)務(wù)發(fā)展的要求必須提高帶寬，隨著壓縮技術(shù)的不斷提升，未來AR的碼率將會(huì)大幅下降。

3 AR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

目前需要等待的是消費(fèi)者市場的爆發(fā)還需要一定的時(shí)間，技術(shù)也需要一定的時(shí)間才能更加成熟，用戶體驗(yàn)也需要進(jìn)一步提升，內(nèi)容也需要更豐富，成本還有下降的空間， IEEE正在制定增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，主要分為以下3大類。

第1類標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)于AR行業(yè)或市場去進(jìn)行規(guī)范，如有AR設(shè)備的術(shù)語和定義。這些規(guī)范類的標(biāo)準(zhǔn)，并不涉及到技術(shù)協(xié)議和互操作性，而是為了應(yīng)對(duì)市場上的一些混亂現(xiàn)象，并對(duì)此進(jìn)行約束。比如很多廠商都聲稱自己的產(chǎn)品是AR視頻，但視頻的立體感有多強(qiáng)、帶不帶深度信息、視點(diǎn)是不是可移動(dòng)、焦點(diǎn)是不是可調(diào)節(jié)，這些都需要規(guī)范。

第2類標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于AR的支撐技術(shù)，涉及一些互操作性。如其中有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是和硅谷的一個(gè)知名VR公司共同提出，該標(biāo)準(zhǔn)是在AR當(dāng)中要有一套機(jī)制去鑒別人的身份，這將關(guān)系到在VR當(dāng)中一系列的商業(yè)模式，包括支付、隱私等都會(huì)跟這個(gè)相關(guān)。此外還有沉浸式視頻和音頻的文件格式和流格式、沉浸式用戶界面與交互方式等，也都屬于正在制定標(biāo)準(zhǔn)的支撐技術(shù)。

第3類是AR在垂直行業(yè)應(yīng)用方面的標(biāo)準(zhǔn)。如最近立項(xiàng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于AR的車載應(yīng)用。在車載應(yīng)用中，有廠商把AR用在擋風(fēng)玻璃的顯示屏上，也有直接讓駕駛員或乘客戴AR眼鏡的，AR在這里的作用是提供輔助駕駛和給駕乘人員提供信息娛樂服務(wù)。目前這個(gè)領(lǐng)域非常熱門，因此也將其作為行業(yè)應(yīng)用方面首先立項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)之一。

AR的標(biāo)準(zhǔn)的制定完善工作在企業(yè)和國家層面正在不斷地推動(dòng)和發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化提速將助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化也將促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步。

圖2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)特性及網(wǎng)絡(luò)帶寬需求

4 結(jié)論及未來工作

現(xiàn)在所有的行業(yè)探討的已經(jīng)不是互聯(lián)網(wǎng)+，而是考慮 AR+。越來越多的應(yīng)用場景也將傾向于通過VR的方式進(jìn)行全方位的呈現(xiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)的速度夠快、延遲夠低，價(jià)格也更加親民?？梢灶A(yù)見的是，當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)正式商用時(shí)，VR應(yīng)用的體驗(yàn)也將更上一層樓，而隨著VR產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的不斷創(chuàng)新同時(shí)也會(huì)促進(jìn)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以適應(yīng)更廣大的客戶群體，相信不遠(yuǎn)的將來AR技術(shù)會(huì)帶給我們的生活帶來無限的精彩和驚喜。