XR内涵、演进历程、发展现状及标准化工作情况如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/02/22 15:18

企业需要相关标准规范,指导其产品及业务的研发、测试,保障其产品及业务的质量。

扩展现实(XR),是指通过云计算、计算机图形学、传感技术等多种计算通信技术将真实与虚拟相结合,在终端呈现一个可人机交互的高沉浸虚实结合的环境,也是虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)等各种沉浸式技术的统称。VR 使用头戴式显示器等设备将用户完全包裹在虚拟世界中,通过高度沉浸式形式与现实世界隔绝。AR 使用摄像头等设备将虚拟元素叠加在现实场景中,让用户感觉到现实场景中出现了额外的虚拟元素,增强了用户对现实场景的感知和理解。MR 将真实世界与虚拟世界相结合,通过头戴式显示器等设备将虚拟元素与现实世界融合在一起,让用户感觉到虚拟元素与现实场景在同一空间中并存。

结合扩展现实的演进历程,XR 的发展大致可以分为以下四个阶段: 萌芽启动期(1968s-2012s),1968 年,美国计算机图形学之父IvanSutherlan,组织开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器及头部追踪系统。直到 2010 年后,随着计算机性能、图形处理技术、动作捕捉技术的进步,XR 技术才进入普通消费电子领域。2012 年,OculusRift 登陆 Kickstarter 众筹网站,早期风险投资项目出现。发展膨胀期(2012s-2016s),2012 年,谷歌发布了一款名为GoogleGlass 的 AR 眼镜,激发了人们对于 XR 产业的想象。2014 年Oculus被 Facebook 以 20 亿美元的天价收购,同年,Google 推出廉价的CardBoard,只需插入智能手机即可体验VR。2015 年,三星Gear VR设备开售,微软 Hololens 面世,Pokemon Go 风靡全球,第一波XR产业热潮兴起。

低谷期(2016s-2019s),2016 年,Oculus、HTC、Valve、华为、微软等密集发布新品。同时,VR/AR 设备大量涌入,内容短板开始引起重视。行业缺乏技术竞争力,企业失去资本造血之后,XR产业经历了从热炒、低谷到复苏的漫漫长路,留存企业韬光养晦。复苏期(2019s-至今),2020 年,爆款游戏《HalfLife:Alyx》达到消费级水平引爆 VR 行业。2021 年,元宇宙概念爆发,Facebook改名 Meta,字节跳动近百亿收购 Pico,带来了XR 产业的第二次热潮。2023 年,苹果推出了备受期待的 MR 产品Vison Pro,再次搅动XR市场,开启了空间计算时代,使得大部分厂商着手考虑将VR产品向MR 产品过渡。

从市场规模看,根据 IDC 数据显示,由于受全球经济以及消费需求疲软影响,2023 年第二季度全球 AR/VR 头显出货量连续第四季度下降,出货量同比下降,预计 2023 年全年 VR/AR 头显出货量仅为850 万台。但短期波动不影响长期增长趋势,预计 2024 年VR/AR 头显市场将同比增长 46.8%,到 2027 年,全球 VR/AR 头显销量将达到3030 万台。从技术路线看,VR 镜片逐渐从成本较低、技术成熟、可大规模量产的菲涅尔镜片和非球面镜片,逐渐转向体积更轻薄,成像质量更优秀的折叠光路 Pancake 方案。AR 光学显示方案呈多元化发展,棱镜、Birdbath、自由曲面、光波导等方案并驾齐驱,其中光波导略胜一筹。每次计算平台的更迭,背后必然是交互方式的革命。XR终端交互方式从手机、手柄、指环、语音、手势、眼动再到多模态融合,不断提升沉浸体验。全彩透视(VST)技术逐渐成为业界主流解决方案,逐步模糊 VR、AR 和 MR 的边界,用户可以在虚拟世界和真实世界中自由切换。端侧引入异步时间扭曲(ATW)、异步空间扭曲(ASW)、眼动追踪叠加注视点渲染等技术,确保XR终端画面流畅的同时,减轻端侧负载压力,降低硬件成本。

从产业生态看,“内容-硬件-生态”的正向循环初步形成,终端公司纷纷推出 XR 开发集成工具(SDK),引擎公司Unity、Unreal Engine等也相继推出 XR 开发插件,但是 XR 碎片化问题严重导致内容制作周期变长,内容生态孤岛化。应用需要一对一的和终端硬件平台进行适配,同样终端硬件也需要一对一与内容资源进行适配。为此,美国开放标准行业协会 Khronos Group 发布了OpenXR 标准规范,国内也在推行 GSXR 标准,用于实现 XR 硬件平台和应用内容的互联互通。从政策指引看,近年来国家不断发布政策文件推动产业发展。2017 年发改委发布《加快推进供给侧结构性改革着力增加消费需求有效供给》要求尽快出台可穿戴设备、虚拟现实等领域的关键技术标准,规范新兴行业发展。2021 年《十四五年规划和2035 年远景目标纲要》中将 VR/AR 列为未来五年数字经济重点产业之一。2022年10月工信部等五部门联合印发《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022-2026 年)》,提出到 2025 年总体规模(含相关硬件、软件、应用等)超过 3500 亿元,虚拟现实终端设备销量超过2500 万台。

目前我国正在积极开展 XR 领域的标准化研究工作,已经发布了虚拟现实显示设备和虚拟现实应用软件的国家标准,并有大量在研的行业标准项目和团体标准项目。

2019年国家标准《信息技术 虚拟现实头戴式显示设备通用规范》发布,规定了 VR 头显设备的分类,并对安全性、电磁兼容性、可靠性等做出基本要求和相应的测试方法,为VR 头显设备的设计、制造、检验、检测和应用提供技术参考。同年发布的国家标准《信息技术虚拟现实应用软件基本要求和测试方法》为VR 应用软件的性能设计、开发和性能测试提供了技术参考。 中国通信标准化协会(CCSA)正在积极开展XR领域的标准化工作。其中,基于电信网的云化虚拟现实系列行业标准为CloudVR提供从网络、云、平台、终端,协同一体优化云化虚拟现实业务端到端的技术参考。针对终端设备,正在开展行业标准《虚拟现实一体机总体技术要求》的研究,规范 VR 一体机的光学显示、定位追踪、网络接入等技术要求。针对互联互通,正在开展通用XR接口的标准化研究。另外,针对测试方法和评估,正在开展XR 硬件设备的测试、VR 终端人身健康保护、VR 全景视频质量的评估、5G网络下的云化VR 用户体验评估方法等方面的标准化研究工作。

由于国外 XR 产业发展相对较早,国际标准化组织、企业联盟都在有序推进相关标准的制定。 3GPP 在 R15/R16/R17/R18 中均涉及XR 标准的制定。在Rel-15中,主要包括以 VR 为代表的基本流媒体服务技术规范,涉及内容相对基础。从 Rel-16 开始,XR 逐渐成为 5G 标准的重要内容,包括媒体流架构、沉浸式语音及音频编码、XR 业务、直播上行链路媒体流等方面的持续研究和规范制定。Rel-17 针对XR 业务场景,评估了基于“轻终端+宽管道+边缘云”的分布式架构,并优化了网络时延、处理能力和功耗等。从 Rel-18 开始,XR 的领域主要集中在SA4 部分,SA2、SA5 也有部分关联内容。沉浸式媒体强相关的SA4 分组将根据5G-Advanced 业务需求,探索其商业特性,提供研发工具、软件、中间件等多媒体技术部署。工作主要包括定义沉浸式多媒体的类型和内容格式、VR/AR/MR 及云游戏业务网络服务质量等研究等。IEEE 协会下的虚拟现实和增强现实标准委员会,针对VR/AR制定的 2048 系列标准,覆盖设备分类、沉浸式视频、用户界面、环境安全、虚拟对象映射等多个技术领域。

ISO/IEC JTC1/SC24(国际标准化组织/国际电工委员会第1联合技术委员会第 24 分委会:计算机图形、图像处理和环境数据表示)以及 ISO/IEC JTC1/SC29(国际标准化组织/国际电工委员会第1联合技术委员会第 29 分委会:音频、图像、多媒体和超媒体信息),建立了联合工作机制,共同推动增强现实连续统一体概念及参考模型的、相关标准。 除此之外,W3C、ITU、IEC 等都在进行XR 相关的研究工作。