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中国虚拟现实应用发展趋势分析
时间:2019-10-23    评论:0
    来源:中国信息通信研究院
        华为技术有限公司
        虚拟现实内容制作中心

    本白皮书版权属于中国信息通信研究院,并受法律保护。 转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的,应 注明“来源:中国信息通信研究院”。违反上述声明者,本院将 追究其相关法律责任。

    以下内容节选自<中国虚拟现实应用状况白皮书(2018年)>第二节《产业发展趋势分析》

云化虚拟现实加速推动应用落地普及

    云化虚拟现实(Cloud VR)核心在于内容上云、渲染上云。Cloud VR将云计算、云渲染的理念及技术引入到虚拟现实业务中,借助高速稳定的网络,将云端的显示输出和声音输出等经过编码压缩后传输到用户的终端设备,在虚拟现实终端无绳化的情况下,实现业务内容上云、渲染上云,成为贯通采集、传输、播放全流程的云控平台解决方案。其中,渲染上云是指将计算复杂度高的渲染设置在云端处理,大幅降低终端CPU+GPU渲染计算压力,使终端容易以轻量的方式和较低的消费成本能被用户所接受。内容上云是指计算机图形渲染移到云上后,内容以视频流的方式通过网络推向用户,借助网络的Wi-Fi和5G技术,可把连接终端的HDMI线减除,实现终端无绳化、移动化。

    用户体验、终端成本、技术创新与内容版权成为Cloud VR发展动因。VR用户体验与终端成本的平衡是目前影响VR产业发展的关键问题。低成本终端确实有助于提升VR硬件普及率,但有限的硬件配置也限制了用户体验,影响了消费者对VR的持续使用和真正接纳。另一方面,以HTC VIVE、Oculus Rift、Sony PlayStation等为代表的高品质VR设备,其配置套装价格高达数千乃至万元,过高的终端成本明显制约了高品质VR的普及。在这一背景下,Cloud VR有望切实加速推动VR规模化应用,预计2020年,VR用户渗透率将达15%,视频用户渗透率达80%。通过将VR应用所需的内容处理与计算能力置于云端,可有效大幅降低终端成本,且维持良好的用户体验,对VR业务的流畅性、清晰度、无绳化等提供保障。同时,随着VR终端的逐渐普及,VR内容需要不断适配各类不同规格的硬件设备。在Cloud VR架构下,VR内容处理与计算能力驻留在云端,可以便捷地适配差异化的VR硬件设备,同时针对高昂的虚拟现实内容制作成本,也有助于实施更严格的内容版权保护措施,遏制内容盗版,保护VR产业的可持续发展。此外,由于Cloud VR的计算和内容处理在云端完成,VR内容在云端与终端设备间的传输需要相比4G时代更优的带宽和时延水平,利用5G网络的高速率、低时延特性,电信运营商可以开发基于体验的新型业务模式,为5G网络的市场经营和业务发展探索新的机会,探索5G时代的杀手级应用,加快投资回收速度。在这一过程中,运营商凭借拥有的渠道、资金和技术优势,聚合产业资源,通过Cloud VR连接电信网络与VR产业链,促进生态各方的共赢发展。

    从应用场景与云化进程看,巨幕影院、直播、全景视频、游戏及教育成为现阶段近期云化重点领域。近期云化阶段的特点是场景已经支持终端无绳化、内容上云、实时渲染计算上云,产业成熟度高,用户使用频度高,有比较好的用户基础,既有传统内容的新体验,又有Cloud VR直播和视频高沉浸感和强临场感的体验。该阶段的场景可以作为视频的延伸,培养用户习惯。其中,巨幕影院、VR直播、VR全景视频、VR游戏及VR教育属于发展较早的应用场景,内容储备丰富且具备吸引力,应用简单、学习成本低,现已培养了一定规模的用户基础。

    此外,上述场景从采集、制作、分发到播放的端到端技术已趋于成熟,产业链条相对完备,适合做为运营商首批上线的Cloud VR业务场景;中期云化阶段的特点是场景已经呈现比较明显的云化趋势,场景体验很好,平时用户使用的频度很高,市场空间大,产业技术大部分成熟。

    但还存在一些问题,例如内容不够丰富,终端尚未完全无绳化,有些场景需要有绳头显和外部定位器保障体验,实时渲染还在本地。内容缺乏、终端成本过高,影响了这些使用频度高的场景的普及。一旦内容和渲染上云平台,好的内容会得到高效循环使用,可降低用户的消费门槛,促进用户消费,其主要应用场景有营销、电竞馆、健身、音乐、医疗等领域;远期云化阶段的特点是场景前景广阔,专业化程度高,需要专业的知识进行专门定制,对体验的要求比较高,场景商业模式明确,但产业技术有待成熟,资本布局尚未成型,场景内容相对稀少。远期云化阶段的场景一旦产业生态成熟,可在云平台上快速扩展,其主要应用场景有社交、购物、军事、工程等领域。

Cloud VR场景发展进程

    从人机交互程度看,Cloud VR呈现游戏类等强交互与视频类等弱交互业务。Cloud VR强交互业务是指用户通过交互设备与云端的应用进行实时互动,云端对交互行为进行计算、实时渲染和编码压缩后,以视频流形式将画面传到终端呈现显示的业务,典型代表有Cloud VR游戏等。现网若没有Cloud VR强交互业务平台基础,需要新建业务平台,支撑VR应用的运行和渲染,网络部分依托4K Ready网络,根据VR业务的带宽和时延要求进行调整。Cloud VR弱交互业务是指用户在虚拟环境中体验是被动的,内容预先规划好,用户和虚拟环境中的实体无实际交互。对于已经具备传统视频业务平台如IPTV/OTT等视频平台的运营商而言,可基于传统视频平台快速构建Cloud VR视频业务平台系统。需要新建VR点播和直播系统。相比传统视频,VR视频拥有更高的码率,当前全视角4K VR视频单用户码率达40Mbps,构建Cloud VR视频业务解决方案时需要考虑对高码率的支持,包括云端CDN系统、网络传输能力、终端解码能力等。此外,对于有实时性要求的VR视频直播系统,需要提升实时转码和切片的能力。

    从用户体验与网络需求看,不同体验层次对网络需求差别较大。在门槛体验层次,内容以4K VR为代表,终端屏幕分辨率为2K-4K,用户看到的画面质量相当于在电视上观看 240P/380P 的 PPD(Pixels Per Degree,角度像素密度)效果。对于虚拟现实视频类业务,主要考虑全视角和基于视场角的传输方案。对于强交互业务,需要比视频更低的时延以保障用户业务体验。因强交互VR不存在需要终端支持异步渲染等技术来保证MTP(Motion to Photon)时延小于20ms,使得用户可以获得流畅的VR体验。网络发展策略以新建 Wi-Fi 家庭网络,扩容改造 4K Ready 承载网为主;在舒适体验层次,内容以8K VR为代表,终端屏幕分辨率为4K-8K,芯片性能、人体工程有所提升,用户看到的画面质量相当于在电视上观看480P的效果。Cloud VR各类业务的良好体验要求对网络的带宽、时延要求也将显著提高。对于VR视频业务,全视角传输方案依然会被首先考虑,以保证良好的观看和交互体验,但随着全视角8K的3D视频出现,超过百兆的带宽需求会促进 FOV方案的使用。对于强交互VR业务,分辨率进一步提升,带宽需求也进一步增大。网络发展策略以5G网络适配,升级增强Wi-Fi家庭网络和承载网,构建带宽时延可保障网络为主;在理想体验层次,内容以12K或者24K VR为代表,终端屏幕分辨率为8K-16K,终端和内容的发展可使用户获得最佳的使用体验。另外H.266 视频编码标准、光场渲染技术等将广泛应用。对于VR视频业务,继续全视角传输方案对网络带宽要求变高,而采用FOV方案成为主流,可极大降低对带宽的要求。对于强交互VR业务,分辨率的显著提升使得带宽的需求进一步增大,用户交互体验的提升要求更低的网络时延。
Cloud VR 体验层次与网络需求
    
    Cloud VR架构体系由内容层、平台层、网络层和终端层组成。内容层主要负责向平台层提供VR内容,包含内容提供方和内容聚合方,VR内容主要包括Cloud VR视频类等弱交互业务及游戏类等强交互业务;平台层根据业务场景的不同可划分为视频类弱交互和应用类强交互类业务平台。起步阶段可通过复用运营商视频平台资源,同时新建小规模并发的虚拟现实业务专用系统,如云渲染平台、VR视频生产平台等,来实现VR视频内容的正常生产和发放,来实现VR应用的上云渲染及流化;网络层由运营商网络一般包含骨干网、城域网、接入网和家庭网络四部分,负责为Cloud VR业务提供大带宽、低时延的稳定传输。其中,基于Wi-Fi承载的家庭网络是现阶段Cloud VR业务带来的关键挑战;终端侧负责Cloud VR业务接入、内容呈现以及用户鉴权等工作。为了能让用户能获得流畅的业务体验,终端需要支持异步渲染等技术。


Cloud VR应用方案架构

“虚拟现实+”释放传统行业创新活力

    虚拟现实业务形态丰富,产业潜力大、社会效益强,以虚拟现实为代表的新一轮科技和产业革命蓄势待发,虚拟经济与实体经济的结合,将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。虚拟现实与各行各业的融合创新应用主要集中在文化娱乐、医疗健康、文化娱乐、工业生产、教育培训、商贸创意等领域,虚拟现实正在加速向生产与生活领域渗透,?虚拟现实+?时代业已开启。

    虚拟现实+文化娱乐重在提升大众消费体验。虚拟现实+文化娱乐主要面向大众消费者,包括游戏、社交、视频、直播、旅游等。虚拟现实+游戏为用户带来更为真实而强烈的感官刺激,而庞大的用户基数以及核心玩家对于新技术的开放性态度使得视频游戏有望成为最先发展起来的大众市场,以VR+电竞为例,2015年美国电竞赛事观众达到3600万,两倍于NBA观众人群,而全球电竞市场2016年达到860亿美元的规模。根据Super Data报告显示,2016年全球VR游戏市场规模预计在51亿美元左右,并且处于不断增长态势;虚拟现实+社交突破了传统社交的空间限制,通过虚拟化身、表情识别等更加精细丰富的交互方式,深化网络社交体验;虚拟现实+影视赋予了观众身临其境的沉浸体验,一方面表现为对分辨率、刷新率、色深、视场角、3D、低时延等更高画质的持续追求,另一方面,凸显出虚拟现实人机交互这一核心特质,影视游戏化趋势显现,即观众能够自主选择观影视角,甚至影响情节走向,实现?一千个人眼中,有一千个哈姆雷特?的多结局电影;虚拟现实+直播已经成为新常态。据高盛预计,2020年VR+直播的市场营收规模为7.5亿美元,2025年则高达41亿美元,VR直播用户群接近上亿规模。在体育赛事、热点新闻事件、演唱会、发布会等领域,VR直播广泛应用。国内已经有20余家VR直播平台,传统的200余家OTT直播平台也逐渐支持VR直播功能。微鲸VR联合体奥动力、飞猫影视对本赛季中超联赛进行了全程VR直播,并首次为VR直播引入三维索道摄像系统、轨道摄像系统等运动机位,通过现场合成呈现出覆盖整个视野的180度画面。2016年王菲?幻乐一场?上海演唱会VR直播中实现约9万人付费观看,腾讯直播平台累计超过2000万用户观看,VR直播预约用户超200万。

    虚拟现实+工业生产成为智能制造的重要补充。在《中国制造2025》重点领域技术路线图重大政策文件中,虚拟现实被列为智能制造核心信息设备领域的关键技术之一,其基础是智能制造各个环节信息获取、实时通信,以实现动态交互、决策分析和控制。按生产环节看,虚拟现实技术可在产品需求分析、总体设计、工艺优化、生产制造、测试实验、使用维护等多方面提供支撑,有助于实现工业产品设计-制造测试-维护的智能化和一体化,主要工业企业已将虚拟现实作为发展重点,宝马、波音、西门子、诺基亚、铃木已宣布引入虚拟现实技术改造提升传统生产方式,并取得良好效果。虚拟现实+工业生产的应用场景包括产品设计、运维巡检、远程协作、操作培训和数字孪生等方面。虚拟现实+产品设计可提供沉浸式空间实现多人的同步设计,所见即所得的设计方式极大简化了设计难度,提高设计效率;虚拟现实+运维巡检实现了解放双手的工作方式,成为当前虚拟现实+工业生产中最成熟的落地应用场景,解决了在电网巡检、管路巡检等特殊场合下的痛点需求;虚拟现实+远程协作通过将现场工人的第一人称实时画面传递至远端,并可通过语音交互、AR画面交互的方式将远端操作方式传递至现场操作人员眼前,实现了完全第一人称实时同步的协作方式,避免了两端信息不对称的远程配合困境;虚拟现实+操作培训通过所见即所得的沉浸感极大地提高了人员的培训效率,成为当前虚拟现实在工业生产中应用数量最多的方式;虚拟现实+数字孪生在虚拟空间中构建出与物理世界完全对等的数字镜像,成为将产品研发、生产制造、商业推广三个维度的数据全部汇集的基础。以工业软件巨头PTC为例,PTC将其在产品设计、PLM领域积累的核心优势整合至Thingworx平台,并推出以数字化映射为基础的整体框架和一揽子解决方案。

    虚拟现实+医疗健康聚焦在手术培训、心理干预和早期检测等领域。据高盛报告显示,虚拟现实在医疗领域营收到 2020 年预计将达12 亿美元,2025 年将达到 51 亿美元,用户规模将达到 340 万。虚拟现实+手术预演通过事先对患者进行建模,在术前让医生在虚拟环境下充分研究手术方案、了解手术过程、提高操作熟练度,可有效提高复杂手术的成功率;虚拟现实+心理干预充分发挥了虚拟现实沉浸感的特性,通过营造特定的虚拟场景,可缓解患者的心理情绪、适度锻炼患者心理感受,有效地解决了传统方法由于真实感缺乏的治疗痛点,减少了对心理医生的依赖程度。具体应用场景例如营造冰雪世界减轻烧伤患者痛感、营造高空场景逐步消除恐高症、建立虚拟化身解决幻肢痛和神经损伤等;虚拟现实+早期检测能够使得眼底病的早期检测准确率从 70%提升至 90%,在疾病早期实现有效预防。

    虚拟现实+教育培训市场潜力大、目标用户多、涵盖范围广。虚拟现实+教育培训涉及领域较广,包括面向大众的语言教育、红色教育等专题类教育、面向中小学的 K12 教育,以及面向行业应用的职业培训等领域。高盛集团预计 K12 和高等教育市场至 2020 年用户数将会增长至 700 万,2025 年将会达到 1500 万,相应的市场规模分别为三亿和七亿美元,虚拟现实未来有望将成为基础教育工具。虚拟现实+K12 和高等教育中以虚拟现实课件、虚拟现实课堂为主,三维直观的教学内容、丰富的互动性、游戏化的教学方式成为虚拟现实提升教学效果的主要特点;虚拟现实+职业培训成为当前虚拟现实在行业应用中的热点,在相应的技术还未成熟到真正参与实际生产之前,操作培训、安防培训等成为前期应用落地的主要方式;虚拟现实+专题类教育主要包括红色教育、语言教育、演讲培训等等,通过还原现场、营造互动氛围的方式提升教育效果。

    虚拟现实+商贸创意成为市场营销的有效手段。虚拟现实+商贸创意能够营造高度沉浸、可交互的用户体验,使顾客直观感受到与传统营销推广手段迥异的新鲜感、真实感,同时,在?讲故事?这个营销难题上,虚拟现实可以帮助顾客在理性和感性之间得到更好的平衡,使顾客获得逼真的感官体验,通过对视觉、听觉、触觉甚至味觉、嗅觉上的刺激,充分调动消费者的感性基因,影响其最终消费决策,成为打通感性、植入理性的媒介。我国代表性电子商务企业开始通过虚拟现实展示商品三维模型,用户停留时长可提高 50%,订单转化率提高 10%。在实现手段上,虚拟现实+商贸创意呈现出形式多样化、丰富化、场景化的特点,诸如 VR 直播广告、VR 看房、VR 时装、品牌体验活动等形式,市场潜力有望被迅速挖掘。Greenlight 发布报告显示 2021 年市场规模可达 20 亿元。

标签:产业分析Cloud华为
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