6G全息通信应用场景白皮书

北京邮电大学中国移动研究院联合创新中心简介 北京邮电大学-中国移动研究院联合创新中心（以下简称“创新中心”）成立于2020 创新中心责任领导： 张平 中国工程院院士 扫码关注 张同须中国移动研究院教授级高级工程师 王文博北京邮电大学教授 黄宇红中国移动研究院教授级高级工程师 创新中心主任： 张建华北京邮电大学教授 袁弋非中国移动研究院首席专家 创新中心副主任： 许晓东北京邮电大学教授刘宝玲北京邮电大学教授 北京邮电大学-中国移动研究院 联合创新中心 于江中国移动研究院产业与业务合作部副总经理 项目负责人： 侯文军北京邮电大学教授 杨本植中国移动研究院主任研究员 联系地址：北京市海淀区西土城路10号北京邮电大学科研楼127室 邮政编码：100876联系人：刘燕霞 邮箱：liuyanxia@bupt.edu.cn 年5月，依托于北京邮电大学，由北京邮电大学与中国移动研究院联合组建。合作双方旨在为落实国家建立产学研深度融合的技术创新体系战略，加强应用基础研究，促进科技成果转化，在信息通信等领域，充分利用北京邮电大学的科研、技术、学科和人才优势，结合中国移动研究院的技术与产业优势，双方共同投入，在科研合作、人才培养、院士工作站、北京市新型研发机构等工作中实现全面合作；创新中心以国家移动通信发展战略需求为向导，围绕下一代移动通信6G、5G+关键技术、网络安全、用户与市场四个研究方向，开展原创基础理论和前沿技术探索研究，合作建设“产教融合培养基地”。 前言 第六代移动通信技术将在未来完成空天地海全覆盖，实现随时随地安全稳定的万物智联。与5G通信技术相比，新一代的6G将在形成行业跃迁的同时，催生出新的应用场景[1]。 随着高分辨率3D显示终端设备的不断进化，在6G通讯网络的加持下，以“数字孪生+AI+全息显示”的全息通信将成为可能。未来的全息通信能够将真实或虚拟的3D显示信息与其他多通道感官信息自然逼真的还原，广泛连接人-机-物-环境，重新定义新的通信方式与交互范式。 全息通信将广泛应用于未来的文化、教育、医疗、娱乐等多个行业和领域，使用户能够，打破时空的限制，实现具身交互，远程面面交流，真正获得虚实融合的全新体验，让用户能够真正得获得身临其境的沉浸感，提升生产生活效率。但是，全息通信对全息显示技术和设备具有很强的依赖性，要求采集端设备能够完整地采集到全部信息，同时显示端设备能够真实地重现信息，在做到高分辨率，强立体感的同时，为扩大应用范围，设备应尽可能轻量化和低成本。同时对通信网络的性能也提出了更高的要求，全息信息的规模和体验效果要求网络的稳定性、安全性、带宽、时延等都要达到新的高度。全息通信将为全息显示设备制造产业和通信网络运营商带来新的业务与商机，因此为了全息通信业务的推进，本白皮书将分别从五大场景的行业领域、流程交互、业务模型等方面为读者展现最能体现6G能力的未来全息应用图景。希望能够为产业的规划发展提供参考和指引。 目录 1.全息场景特征综述6 1.1全息用户群体分析7 1.1.1用户特征分析7 1.1.2用户需求类型分析8 1.2全息场景特征10 1.3全息场景价值判断11 2.微时延超精度人机协同14 2.1场景概述14 2.2场景特点14 2.3应用案例17 2.3.1主要应用案例：远程异地问诊17 2.3.2其他应用案例18 3.大容量融智能孪生网络19 3.1场景概述19 3.2场景特点19 3.3应用案例22 3.3.1主要应用案例：全息车载辅助驾驶22 3.3.2其他应用案例23 4.强冲击全沉浸虚实融合25 4.1场景概述25 4.2场景特点25 4.3应用案例28 4.3.1主要应用案例：全息婚礼28 4.3.2其他应用案例29 5.跨时空多模态具身交互30 5.1场景概述30 5.2场景特点30 5.3应用案例32 5.3.1主要应用案例：全息剧本杀32 5.3.2其他应用案例34 6.多信维高保真人际互动36 6.1场景概述36 6.2场景特点36 6.3应用案例39 6.3.1主要应用案例：全息健身39 6.3.2其他应用案例：远程异地问诊40 参考文献42 编写单位及作者44 1.全息场景特征综述 近年来随着全息技术的提高，全息在各个领域的应用数量和形式也逐渐增多。从最初的简单展示，到目前的可交互立体显示，全息的应用已经愈显成熟。目前全息应用较为成熟的领域有服务与销售、游戏、影院、新闻与舞美、教育、驾驶、文化和体育业。6G相较于5G，传输速度更快、计算能力更优、承载能力更好、展示样式更加多元。相比较于5G时代下的伪全息，在未来真正的全息将做到商用穿插在我们的日常生活[2]，影响我们的方方面面。 全息的应用场景未来如此广泛，因此，一方面为了便于大众理解，另一方面也便于技术的储备和产业链的建设，清晰完善的场景特征是必要的。在挖掘场景特征方面，从场景组成的要素—用户和需求出发，总结用户及其需求特点，便于提炼场景的特征。其次，全息丰富的子场景，在未来发展的优先级和重要程度也有所区别，因此通过场景的特征对场景的价值进行判别和排序，有助于重要紧急场景的快速发展。 白皮书分析了15种行业，128个应用场景，根据应用场景的技术特性提出了6G全息五大类别应用场景，如图1. 图16G全息通信5大类应用场景 1.1全息用户群体分析 1.1.1用户特征分析 ·范围特征：面向大众的普适性 从专业性来看，大多的全息场景对用户技能专业性无要求，具有面向大众的普适性，如图所示。一方面因为全息更多为展示、交互上的升级，因此专业能力上无明显限制；另一方面也因为全息产品对全息技术的实现效果要求较高，面向大众使用的情况下，受众也会扩大，从而能有效的分摊成本，经济效益更好。 ·数量特征：倾向公共群体使用 从使用产品时的用户数量来看，面向群体使用的产品占比较多，如图所示。一方面在于全息显示依赖于精密设备，较高的成本决定了面向多人、公共的场景会优先发展，例如商场、影院等。另一方面，多人使用的场景更能体现全息内容的多模态互动性价值，也是未来人与人、人与场景见交互的必然趋势。 ·性别特征：男女均衡无偏向 从性别来看，大部分全息产品没有明显的性别偏向，男女均适用，如图所示。但由于男性在游戏娱乐方面有偏好，面向男性的定制化全景场景相比女性在类型上要更为丰富。例如智能音箱虚拟人物场景，重要用户类型之一是喜爱二次元的年轻人。 图2全息用户特征图 ·身份特征：兴趣和职业为主导 目前全息产品的各类用户大部分是全群体的，如图所示，无条件限制，通过兴趣或职业身份划分。例如全息游戏、体育、影院领域面向的用户类型，大多是喜爱这类领域的人群。而全息医疗、军事等相对专业领域，则是面向固定职业的用户类型。 图3全息用户兴趣与职业特征图 1.1.2用户需求类型分析 ·需求等级模型 根据全息产品的功能特点，将马斯洛需求等级模型进行优化，更加贴合全息场景。优化后的需求模型等级分为5个层级，如图所示，按照从高到低分别为： 1）求知层：满足用户提高个人技能、提升自我的需求； 2）情感层：满足用户在陪伴、互动、心灵寄托等情感方面的需求； 3）沟通层：产品信息明确、传输时效以及内容丰富，满足用户沟通、社交需求； 4）体验层：感官体验好，满足身心愉悦的需求； 5）安全层：满足健康、安全等人身基本保障需求，使用户远离危险、保持健康。 图4全息需求等级模型图 ·需求等级特点分析 （1）求知、情感及沟通类需求 求知、情感和沟通类需求，主要包含全息文化、家居、舞美、新闻领域下的场景。例如虚拟艺术品展览满足用户获得艺术熏陶的求知需求。 这类场景共同的特点是大型、公共的场所，传递有价值、有内涵的信息。面向的用户特点是广泛、无明显的职业等要求限制。但目前全息在这些场景中的产品类型较少，场景覆盖狭窄。原因主要有两点：一是成本高，此类场景对显示技术和内容画面要求较高。二是需要用户具有一定的知识水平和文化素养，用户体量偏小。 （2）体验类需求 体验类需求主要包含全息广告、游戏、影院和房地产。例如全息立体广告、沉浸式观影和虚拟健身指导等，都在满足功能的基础上为用户带来更新鲜刺激的体验。 这类场景的特点是多元化，并与休闲娱乐息息相关。覆盖的场景包含了人们生活中休闲娱乐的各个方面，产品类型丰富，且全息的应用也较为成熟。面向的用户类型也十分多样，具有广泛性。 （3）安全类需求 安全类需求主要包含全息医疗、驾驶、采矿和军事。例如手术模拟、驾驶辅助、作战模拟等，都是为了保障用户的人身安全和健康。 这类场景的特点基本偏私密，独立性强。面向的用户具有相应的专业能力， 有明显的职业特征。通过调研，可以发现这些应用大多是实验室阶段。原因主要有两点：一是技术难度大，与安全相关的功能需要更高的显示精准度。二是成本高，用户群体小，并且需要长时间投入，因此收益不明显。 ·全息场景需求总结 总体来说，全息目前在满足用户休闲娱乐的场景中应用广泛，且能满足大部分、普适的用户，未来在满足安全、情感、求知的场景中，发展潜力大。 如图5所示，占比最大的是体验类。与日常生活相关，受众广，因此应用较多。其次面向虚拟操控和场景模拟的安全类产品也有较高的比例。其中占比最少是的求知、情感沟通类。此类产品是基于全息技术与AI技术的结合，对于全息成像信息的传递也十分严苛。因此对未来全息的专业性和技术性提出更多挑战。 图5全息需求等级占比图 1.2全息场景特征 当前全息场景丰富多样，在全息场景中真实现场与虚拟三维建模影像相交融、场景带给人强烈的视觉和感官冲击；在全息场景中人与人的交流跨越时间空间，信息以高实时和多维度的进行传播。并且全息融合着人工智能，带给人们身临其境的交互体验，宛若面对面真实的重现。在场景的六个组成维度空间、时间、交互、心理、感官、内容上，全息场景的特征可以总结为：融虚实、强冲击、跨时空、高实时、多信维、智能化、具身交互、真实重现。 图6全息场景特征体系图 图中，扇形长度代表特征的显著度，弧度代表特征的重要度。其中显著度表示全息场景在该特征上表现是否明显，重要度表示该特征对全息场景的重要程度。其中具体分值是由感性词打分结果根据平均值和标准差分别计算。全息将赋予人们更优质的体验与交流方式，颠覆传统平面交互。 全息场景将虚拟影像与用户真实影像进行高度融合，带来极富冲击性的体验。同时依赖全息技术与通信技术的紧密结合，用户之间可以跨越时间和空间，进行实时的沟通与交互，打破物理时空的限制。信息的传输与展示不再是单一的视觉或听觉，而是可以融合三维立体的影像与视听触嗅味五感的多维度信息，在重现真实影像的同时，给用户带来身临其境的具身交互体验感。 1.3全息场景价值判断 随着6G技术的发展，未来将会出现新的技术来承载新的应用，传输速度更快、计算能力更优、承载能力更好、展示样式更加多元。全息应用场景将涉及农业、采矿业、制造业、建筑业、交通运输业、科学研究和技术服务、居民服务、体育行业、文化业、娱乐行业和金融业。从用户价值指标、全息内容需求指标、全息交互需求指标、6G技术需求度指标四个维度进行分析，建立价值判断指标体系，通过大量数据分析研究，得出未来全息场景价值判断由基础层、决定层、 个性层组成，基础层主要为依托6G技术的需求度，决定层主要为用户价值，个性层主要为特殊体验的需求，其中用户价值是全息应用场景存在的意义。 图7全息场景价值判别图 结合全息应用场景对价值判断指标体系进行综合权重分析，对权重较高的指标总结分析发现结果贴合全息场景特性研究，即全息应用场景具有真实重现、虚实融合、具身交互、延伸时空的典型特征，同时得出了5大类全息应用场景。 图86G全息场景应用场景典型特征 图96G全息场景5大应用场景 2.微时延超精度人机协同 2.1场景概述 人机协同任务对实时性和传输以及信息呈现的精度的要求是非常高的，传统通讯网络存在的固有数据通信延迟问题将会在6G时代大幅度减少，这让微时延超精度的人机协同成为可能。传统的人机交互将走向远程，走向线上，完整实时的交