泛XR产业发展白皮书-数字基础设施篇

信 程 息 工 通 家 信 国 技 术 新 一 心 代 中 移 究 动 研 泛XR产业发展白皮书 数字基础设施篇 华为技术有限公司 中移智库中国移动通信研究院 虚拟现实与元宇宙产业联盟XRMA2024年11月 泛XR产业发展白皮书|数字基础设施篇 前言 随着全球新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，信息技术和经济社会发展加速渗透融合，虚拟现实1作为构建新质生产力和壮大数字经济的重大前瞻领域，技术创新进入空前密集活跃期，终端形态百花齐放，视听体验沉浸升级，应用融合日新月异，基础设施全面增强，产业整体迈入以“泛XR”为特征的蓬勃发展新阶段。 建立整体视图 为把握发展机遇，剖析发展趋势，我们系统建立了“泛XR”发展视图，研究提出其概念特征、发展路径和演进节奏，即泛XR是指融合新型视听、智能传感、先进计算、网络传输、人工智能等多元化技术，丰富人类感知能力和互动体验，实现虚实融合和沉浸交互的产品和服务。目前，泛XR已形成新场景驱动、新视听驱动、新终端驱动三条路径，并依次成为推动未来泛XR创新发展和演进升级的阶段主线。 融入产业应用 泛XR凭借强大带动效应和产业赋能价值，已渗透至大众消费、行业赋能、公共服务等诸多行业场景中，初步展现出广阔应用空间。为研判应用发展趋势，我们建立了泛XR规模化应用评估模型，综合政策、市场、技术等影响因素，对泛XR融合应用场景进行了系统梳理评估，同时展望未来3-5年，提出了有望实现规模化应用的潜力场景，为泛XR融合应用的供需双方提供参考。 深入基础设施 作为畅通技术链、产业链和应用链创新发展的“大动脉”，泛XR数字基础设施展现出提档升级的迫切需求，强化其与终端之间的能力组合可极大释放出融合创新的潜在空间。报告中系统提出了泛XR数字基础设施的典型架构，即具备视听流化、拟真计算、空间计算、智能计算四大功能组件，贯穿端、边、云、网四层基础设施体系，覆盖技术体系、应用体系、生态模式三维视角，形成网络确定性、算力多样性、平台双引擎、端边云网协同、统一数字身份体系五大发展趋势，以期加速泛XR数字基础设施发展，破解当前水平不足、融合不深等痛难点，助力泛XR产业高质量发展。 投入行业实践 面向工业生产、文化旅游、媒体娱乐等行业场景，报告中阐述了采用泛XR数字基础设施高效开展案例实践，实现赋能行业数智转型、企业降本增效和用户体验提升，旨在为产业链各方提供规划建设和落地部署的参考指引。 4 1本白皮书中采取广义界定，虚拟现实概念范畴包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）和扩展现实（XR），并统称为XR。 泛XR产业发展白皮书|数字基础设施篇 目录 第一章泛XR整体发展趋势01 1.1发展背景02 1.2概念特征03 1.3发展态势04 1.4演进阶段08 第二章泛XR融合应用洞察09 2.1发展现状10 2.2评估模型12 2.3潜力场景15 2.4应用展望20 第三章泛XR数字基础设施架构体系21 3.1发展需求22 3.2典型架构24 3.3网络确定性26 3.4算力多样性28 3.5平台双引擎29 3.6端边云网协同31 3.7数字身份体系34 第四章泛XR数字基础设施助力行业创新实践36 4.1工业实践-运维巡检37 4.2教育实践-虚拟课堂38 4.3智慧家庭-XR运动健身39 4.4娱乐实践-多人互动40 4.5媒体实践-车载媒体41 4.6文旅实践-沉浸研游42 4.7文旅实践-XR大空间43 4.8商业实践-AR营销45 5 第五章未来倡议46 泛XR产业发展白皮书|数字基础设施篇 第一章 泛XR整体发展趋势 01 1.1发展背景 虚拟现实是新一代信息技术的重要前沿方向，是数字经济的重大前瞻领域，凭借创新的交互方式和沉浸的用户体验，将深刻影响和改变人类的生产生活方式，为经济社会发展带来新的增长动能。目前全球领先国家和地区已逐渐意识到虚拟现实的战略意义，纷纷开启顶层布局。 美国注重XR技术创新布局 2024年，美国家科学技术委员会发布《关键和新兴技术清单》中，新增空间计算等虚拟现实关键技术。2021年，美国国会通过《美国创新和竞争法案》，用于促进美国未来十年的科研创新，将“先进的通信和虚拟现实为代表的沉浸式技术”与“人工智能”“高性能计算”等同，列入十项重大技术领域。同期，美国国会研究服务局发布研究报告《元宇宙：概念内涵及国会考虑的问题》，总结支撑元宇宙发展的三大核心技术—虚拟现实、5G/6G、区块链。 欧盟抢抓虚拟世界变革机遇 2023年，欧盟委员会发布《Web4.0和虚拟世界倡议》，提出推进虚实融合等技术的前瞻性部署，旨在引领以虚拟融合、人机交互为特征的下一代互联网变革机遇。具体举措包括支持探索虚拟世界新商业模式，打造Web4.0产业生态系统；推进虚拟世界和Web4.0的数字基础设施建设，完善虚拟世界和Web4.0的开发和创新资源；引导支持虚拟现实技术创新应用，赋能民生服务、城市发展和社会进步；开展全球标准和治理合作，促进共同构建开放设计、可互操作的虚拟世界等。 韩国全面推进沉浸式经济战略 2024年，韩国国会通过《虚拟融合产业振兴法》，首次通过法律手段强化政策支持、财政补助等，促进虚实融合类产业的振兴发展。2022年韩国政府公布《元宇宙新产业领先战略—培育数字新政2.0引领新产业发展》，即以沉浸式经济发展为政策主体，进一步提出“数字新大陆，迈向元宇宙的韩国”的愿景口号，至2026年元宇宙产业规模迈入全球先进水平。 我国积极推进虚拟现实产业发展 虚拟现实早已被列入多项国家重大文件中，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》就将虚拟现实和扩展现实列为数字经济七大重点产业之一。2022年10月，工业和信息化部等五部门联合发布《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022—2026年)》，强调提升我国虚拟现实产业核心技术创新能力，加快虚拟现实与行业应用融合发展，构建完善虚拟现实产业创新发展生态。2023年9月，工业和信息化部等五部门印发《元宇宙产业创新发展三年行动计划(2023-2025年)》，强化人工智能、云计算、虚拟现实等新一代信息技术集成突破，构建先进元宇宙技术和产业体系。 整体看来，在全球经济发展放缓背景下， 以XR为代表的沉浸式技术有望带来新的技术变革和经济增长动能，或将对全球数字治理格局和未来数字网络空间发展产生重大影响。加快虚拟现实战略布局，促进数字世界与现实世界的有机融合，充分释放虚实互促价值潜力，已形成发展共识。 1.2概念特征 虚拟现实起源于上世纪六十年代，指利用计算机技术模拟和生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，用户借助接入终端在虚拟环境中进行人机互动，获取身临其境的感知和交互体验。伴随软硬件门槛的大幅降低、视听交互体验的不断进阶、数字基础设施的支撑升级，虚拟现实技术产业快速发展，概念边界持续演进、不断扩充，业界开始引入扩展现实来指代虚拟现实、增强现实和混合现实等各种新型沉浸式技术。在具体实践过程中，对XR的探索不再局限于特定终端和视听形态，而是更加关注沉浸式技术与应用场景的融合落地，泛XR概念及趋势逐渐涌现。基于2018年工信部印发《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》（以下简称 《指导意见》）中对虚拟现实概念的界定，我们认为 泛XR是指融合新型视听、智能传感、先进计算、网络传输、人工智能等多元化技术，丰富人类感知能力和互动体验，实现虚实融合和沉浸交互的产品和服务。 终端侧 手机、平板、电视等 多元化、协同化 VR头显、AR眼镜等 视听侧 2D弱交互视听内容升维、互动升级 3D强交互视听 场景侧 游戏、社交等传统场景 多领域多行业渗透挖掘新应用新业态 “旧”形态 泛XR发展呈现三大新特征。一是，强调多技术融合升级。相较于《指导意见》提出的虚拟现实技术体系，泛XR概念体系既涵盖新型视听、智能传感、先进计算、网络传输、人工智能等技术创新升级，又强调各类信息技术在虚拟场景中的集成应用和协同突破。二是，兼顾虚实融合和沉浸交互两大要素。其中，虚实融合 体现由实入虚和由虚入实两条路径，前者强调虚拟世界的真实性构建，后者聚焦物理世界的数字信息锚定叠加。沉浸交互强调临场感体验，即为用户提供了由三维数字与物理世界虚实融合带来的视听临场感，涉及适人化新型智能终端、三维交互性音视频等。三是，呈现多路径同步探索态势。随着技术和产业的持续演进，当前泛XR发展展现出以新终端驱动、新视听驱动、新场景驱动等为代表的多路径同步探索的发展趋势 （见图1）。 虚拟现实产业迈入新一轮提速发展期。虚拟现实兴起与快速发展源自于大众视听交互体验的不断进阶、软硬件门槛的大幅降低、行业融合应用的需求增长、行业资本与政策聚焦等促进因素共同作用。自首代消费级VR终端问世以来，虚拟现实产业经历了技术和产品的持续迭代，实现用户体验从“部分沉浸”向“深度沉浸”进阶。当前，泛XR产业正迈入发展新阶段，苹果等传统智能硬件巨头入局，加速XR终端设备的规模化推广；3D数字内容生态显现雏形，有望引领视听影音的流行风向标；应用场景加速拓展至生产生活各维度，虚拟教学、远程协作、虚拟健身等融合应用新场景持续涌现；5G/5G-A、云计算、人工智能等数字基础设施能力升级，政策支持、行业资金等环境要素的逐渐储备，为产业的发展提供强有力的支撑。综上，泛XR产业正迎来前所未有的发展契机，有望实现新一轮蓬勃发展态势。 新终端驱动型 新视听驱动型 新场景驱动型 “新”形态 泛XR 图1泛XR产业创新发展的主要路径 1.3发展态势 接入终端、沉浸视听和应用场景的持续发展和演进正在不断推动着XR产业的创新。 1.3.1接入终端 沉浸式技术开辟智能终端新航道。在沉浸式技术语境下，终端入口或将是“体验式的”，即以信息处理为中心向以适人化体验为中心演进。《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022-2026年）》提出“发展新一代适人化虚拟现实终端”的总体目标。其中，视听优质、自然交互、使用舒适成为XR新终端适人化体验的主要特点。视听优质契合沉浸式业务中数字信息虚实融合的体验形态，助力推动3D音视频处理、渲染与空间计算能力发展。自然交互旨在让用户专注于交互活动本身，忽略终端界面的存在，推动人机交 互向更加自然化、情景化和智能化方向发展。使用舒 适则强调结合人因工程、社交通识等因素，重点关注接入终端的佩戴舒适性与大众的使用接受度。 泛XR新终端有望加速推广。发展XR新终端已成为Meta、苹果、三星、谷歌、高通等智能终端巨头的布局共识。2023年6月，苹果发布首款头戴式设备VisionPro，将其定义为引领空间计算时代的“iPhone”，开创性地成为首款集成3D空间计算操作系统、首款无须交互外设的智能头显，全面提升了沉浸体验性与使用舒适性，并从近眼显示、感知交互、渲染处理等方面实现了“能用”到“好用”的体验跨越，有望加速XR新终端产业发展进程。根据IDC数据，预计到2028年，全球XR终端出货量将超过2千万台，复合年均增长率超过36%。与此同时，行业新进入的参与者将带来更多创新和竞争，推动泛XR技术创新与应用场景挖掘。 三维重建 图形渲染纱窗效应 即时定位及建图 跨域确定性沉浸交互传输沉浸声场 ... 视听优质 使用舒适 自然交互 体积重量 功耗散热亮度蓝光瞳距调节视力问题眩晕控制重心透气隐私设计 ... 触觉反馈 肌电传感 眼动追踪表情识别 追踪定位 手势识别语音识别 脑机接口 ... 图2XR新终端适人化体验需求 泛XR终端向多元化、协同化拓展。 1 裸眼3D带来全新沉浸式视听体验 裸眼3D可协助用户在无需佩戴外置设备条件下，体验沉浸观看3D立体视听效果。目前裸眼3D终端技术日渐成熟，智能手机、笔记本、显示屏、平板电脑等裸眼3D产品不断涌现，支持2K以上分辨率和2D/3D显示自动切换，持续丰富用户体验，并有望在工业、文旅、教育、医疗等领域获得更加广泛的应用。 2 传统终端成为XR应用