6G 全息通信服务的发展趋势

6G全息通信服务的发展趋势 （2022） 中国移动研究院 Content 1.5 1.1全息的基础技术5 1.1.1全息学术研究领域5 1.1.2全息技术的衍生领域5 1.1.3全息成像技术6 1.2全息的不同阶段技术6 1.3口头通信业务7 2.................................................................................................................................................................8 2.1ULTI-维度交互性经验9 2.1.1全息游戏9 2.2MMERSIVE全息10 2.2.1全息新闻和编舞11 2.2.2全息影院12 2.2.3全息运动12 2.2.4沉浸式主题餐厅13 2.2.5全息服务和销售13 2.2.6房地产、样板间展示14 2.3更智能的信息网络14 2.3.1全息驱动15 2.3.2全息测绘15 2.4IGH质量肖像交互16 2.4.1医学教学16 2.5电子战SITUATIONMODELSHOWCASE16 2.5.1全息文化17 2.5.2全息教育18 2.5.3科普教学18 2.5.4数字互动体验餐厅19 2.6IGH-带宽远程管理19 2.6.1农业遥控器20 2.6.2采矿业的远程控制20 2.7OW延迟和精确辅助20 2.7.1辅助手术显示器21 2.7.2物业管理21 2.8串行通信网络要求21 2.8.1超高带宽22 2.8.2超低延迟22 2.8.3网络计算能力23 2.8.4多维信息同步23 2.8.5网络安全23 3.24 3.1PSTREAM功能和结构26 3.1.1上游功能26 3.1.2行业成熟度27 3.2IDSTREAM功能和结构27 3.2.1中游函数27 3.2.2行业成熟度28 3.3全流应用与行业LAYOUT29 3.3.1空气成像市场29 3.3.2立体显示市场31 3.3.3立体眼镜市场33 前言 未来6G技术的发展将提供更加健壮的通信网络，逐步使全息通信业务的开发和应用成为可能。白皮书对全息通信的技术演进、应用场景、网络需求、产业发展等方面进行研究分析。在全息技术中,通过对现有技术的分析和研究,提出了二维、三维、理想全息三个发展阶段。构建了未来6G网络下全息通信业务的7个典型场景,并初步分析了相应的网络需求。通过对行业市场的分析,对全息通信产业链的结构进行梳理,对网络下全息通信业务的发展进行展望。 中国移动将与业界共同推动全息通信技术的发展,拓展新的应用场景,促进产业链的成熟,与业界共同推动全息通信服务的发展。 本白皮书著作权归中国移动所有,未经授权,任何单位和个人不得复制本白皮书的部分或全部内容。 1.全息通信技术综述 1.1全息技术的背景 “全息”是指“所有信息”。“这个概念最早是在1947年提出的，是由出生于英国匈牙利的物理学家DeisGabor发明的，他因此于1971年获得了诺贝尔物理学奖。全息技术利用干涉和衍射原理记录物体在透射光波中的反射、振幅和相位信息,然后再现物体的实际三维图像。它与物理学，计算机科学，电子通信和人机交互有着密切的联系。 1.1.1全息学术研究领域 图1全息学术研究方向 随着计算机技术的成熟，人们拓展了动态计算全息及其运算、彩色全息、计算全息三维显示、计算全息光学加密、计算全息编码等领域。研究人员正在努力突破计算能力，设备和算法的限制，并开发理想的全息三维显示。 1.1.2全息技术的衍生领域 图2全息技术的衍生领域 全息技术的提出不仅是技术的发明，而且是思想的提出。随着全息技术的技术原理，通过物体波和参考波的叠加和干涉来记录物体信息的概念已被应用到许多其他领域。已经得出了一些类似的领域；更具代表性的是声全息，模塑全息，红外全息[1]，微波全息和光学扫描全息[2]等。 1.1.3全息成像技术 根据成像原理和呈现效果的不同，全息成像技术分为二维全息、三维全息和理想全息 。2D全息是指相对简单的反射，折射原理或视觉残留物，以创建具有有限视角的裸眼三维效果。包括空气成像，旋转风扇屏幕，雾屏幕/雾屏幕和立体光栅显示器。3D全息是目前最接近理想全息显示效果的全息显示技术。该技术主要包括全息光场、点云、电离空气、光镊子、声镊子和体积全息技术。理想的全息是基于计算全息图的自然窄全息，通过计算全息图的制作和再现来完成3D物体的全息显示。 1.2全息技术的发展阶段 图3全息技术发展阶段 全息技术的发展经历了传统光学全息、数字全息和计算全息三个主要阶段。如图4所 示，第一台激光器在1960年代后期问世。此时，全息技术激发了许多衍生领域，并在数字全息技术提出时达到了顶峰。然而,由于CCD和计算设备的不成熟,数字全息的研究陷入了低谷。随着21世纪初数码相机的普及和计算机技术的成熟。 计算全息的分支出现在数字全息中,由于它不依赖于物理物体而是利用计算机模拟物体的光学分布来制作全息图,因此迅速成为研究热点。 图4全息技术的发展历程 1.3全息通信业务 我们认为全息通信业务是基于裸眼的高度沉浸式、多维交互式应用场景数据采集、编码、传输、渲染、显示的整体应用解决方案 全息技术。它包括从数据收集到多维感官数据恢复的整个端到端过程。它是一种高度沉浸式和交互性的业务形式。 2.全息通信的应用场景及网络需求 6G技术将支持人类对物理世界有更深入的了解和感知,帮助人类构建虚拟世界和虚拟现实世界,从而拓展人类活动空间;同时支持大量智能体的互联互通,从而延伸人类的体能和智力水平。结合6G技术、全息通信视觉和未来通信技术发展趋势，以拓展活动空间和延伸物理智能为基线，拓展挖掘可以获得相关的6G全息通信场景和业务形态,包括数字孪生 、高品质全息、沉浸式XR、新型智慧城市、全球应急通信救援、智能工厂、联网机器人 、自主系统等,契合6G的愿景,体现“人机物环境”的完美配合。 根据依赖技术和给予用户体验的不同，在未来的6G时代，全息通信的应用场景将分为七类：带宽远程管理、低延时精准辅助,超智能信息网络,多维度互动体验,高品质人像互动 ,现场全信息展示,沉浸式全息影像。如图5所示：。 图56G全息通信应用场景总图 2.1多维互动体验 长期以来,人们一直在追求实现更真实、更参与的展示技术和体验效果。在未来的6G时代，通信网络传输性能将得到极大的提高，从而实现全息技术和多模式交互技术。在这些技术的支持下，用户可以体验到更丰富的互动渠道和更真实的互动效果。在多维度交互体验场景中,可以采集物体和环境的全部数据,应用全息技术构建用户深度参与交互的体验场景,丰富沉浸式多通道交互手段,提供丰富新颖的交互体验。 多维交互体验场景多用于体验增强型业务，需要高性能传输采集到的环境和项目数据来构建沉浸式场景，因此对通信网络带宽和流量密度支持能力提出了更高的要求。 在多维度的交互体验场景中，显示端可以产生更多身临其境、交互的成像效果，为用户带来更丰富的感官体验。因此,多维互动体验场景可广泛应用于泛娱乐、文化教育等领域 。通过构建丰富的多维度交互显示效果,可以为用户提供全息娱乐、全息文化教育等服务。在6G多维度交互体验场景中,家庭XR娱乐利用虚拟现实、频道交互等技术,建立了高显示品质、高交互度的显示场景,让用户可以进行高度沉浸的家庭游戏、虚拟体育等娱乐项目 。此外，6G通信网络还可以观看全息图。用户可以观看具有高度立体感和真实性的全息图片，并通过多个渠道与设备进行交互，从而获得更好的观看体验。 2.1.1全息游戏 第四次游戏革命——全息游戏正在高速发展，引领真正的光学革命。虽然全息游戏是应用最广泛、开发时间最长的场景,但还没有应用全息技术,实现交互。目前，市场上没有全息游戏。游戏和全息技术的结合将使游戏环境的保真度和玩家的游戏体验达到顶峰。全息游戏的应用布局如图6所示:。 图6全息游戏应用布局 2.2沉浸式全息图 目前，沉浸式体验模式是虚拟现实或增强现实或两者的结合，并且由于显示精度和场景数据下载速率等问题，增强现实体验尚未达到商业用途的标准。在6G时代，束缚将被打破。用户可以通过裸眼全息创造完整的场景效果，为用户提供完全身临其境的体验。 只有在相对固定的系统环境中，超低时延和超高带宽通信才能为用户带来极致的体验 。因此，对传输的要求很高，对交互的要求也更高，以增强体验的沉浸感。同时,对于展示的载体和媒体来说,实现裸眼将是前所未有的挑战,只有极致才能实现身临其境的体验。 通过使用6G技术和裸眼3D显示技术，沉浸式全息图像将大大改善用户体验，并广泛应用于生活和娱乐场景中。典型场景包括全息服务和销售、全息新闻和舞台编排、全息影院、全息运动、演示房地产样板间和沉浸式主题餐厅，如图7所示:。 图7.沉浸式全息场景的一般图片 2.2.1全息新闻和编舞 全息新闻和舞台设计目前主要应用于新闻转播、展览展示和舞台设计,为观众营造逼真 、梦幻般的媒体效果,给公众带来全新的媒体视觉体验,主要采用升降屏投影技术或45度幻影影像片,其应用布局如图8所示: 图8全息新闻和舞台编排的应用布局 2.2.2全息影院 全息投影、VR等显示技术的发展，为观众对“多屏”、“超宽视角”、“沉浸式”三维观看的需求增长提供了良好的支撑。目前,能够完全避免“光晕3D”现象的全息投影形式还没有出现,最适合全息观看的投影形式还需要进一步的研究和考察。全息影院的应用布局如图9所示:。 图9全息影院应用布局 2.2.3全息运动 全息投影技术摆脱了计算机编程仿真设计的繁琐步骤，克服了计算机平面三维仿真设计的缺陷，具有三维成像更真实、更贴近实际排练的舞台效果，为大型活动、开闭幕式的演出提供了更好的编排技术和创新。该技术的关键点是及时处理和投影内容，方便投影内容设计等。如图2所示。10、全息投影技术的交互将给运动训练和体育教育带来重大变化 ，全息投影技术产生的竞争对手虚像训练将成为可能。 图10全息体育应用布局 2.2.4沉浸式主题餐厅 全息投影技术，裸眼3D环屏和灯光效果可以共同打造全息餐厅，打造点餐、等待和整个用餐过程的沉浸式体验。此外，根据用户的需求和喜好，定制专属主题宴会厅，提升用户体验。 2.2.5全息服务和销售 全息服务公司拥有自主研发的全息内容库，包含了投影场景、显示模型、虚拟人物等全方位的内容，还支持个性化定制服务,同时支持全息内部相关技术支持服务平台,可以维护所有应用场景,并能够不断升级全息平台内的内容.全息广告的应用布局如图11所示:。 图11.全息广告应用程序的布局 2.2.6房地产、样板间展示 全息技术与固体沙盘相结合，全息3D图像可以呈现在沙盘区域上方，以全息的方式呈现住宅，广场和景观美化等细节。更新颖的3D房地产显示是通过三面墙的组合屏幕3D显示。3D全息投影通过全息成像、声光融合、人像互动等方式，直观、清晰地显示和分析房地产数据，为购房者提供更流畅的体验。 2.3超级智能信息网络 随着人工智能研究和应用的推进,智能早已成为各个领域追求的目标。在超智能网络场景下,6G通信网络的大带宽、低时延和宽连接特性,使得采集到的大规模数据能够通过大数据和人工智能技术相结合的方式实现上传和综合处理分析,使6G实现全智能，实现AI、数字孪生和6G网络的紧密结合。 超智能信息网络场景一般需要采集 环境和场景数据，并具有较高的网络适应性和态势感知能力，甚至可以深入应用人工智能技术，因此此类场景对通信网络的传输带宽要求高，网络态势感知和调整能力强，AI智能融合程度高。 随着6G和人工智能技术的融合，采集端产生的海量数据和高性能数据传输将为人工智能处理分析和解决方案提供坚实的数据层基础。人工智能将能够感知更多多维和全面的数据，提高数据传输处理速度和远程数据交互能力。因此,超智能信息网络场景可以应用于自动驾驶、智能机器人等与人工智能紧密结合的领域,让人工智能“快速思考”