無界XR:比VR串流更具潛力,云端結合大綻異彩

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隨著Oculus Quest 2、Pico Neo 3這類雙6DoF VR一體機體驗越來越好,應用越來越豐富,正在逐漸的被更多玩家了解和接觸,大有重振消費VR市場的勢頭。與此同時,被看作是下一代計算平臺的XR,接下來的發展趨勢也是行業和玩家們十分關注的。

以Quest 2為例,作為一臺VR一體機它不僅可運行本地VR應用,還可通過Wi-Fi或有線連接體驗PC VR端內容,也就是大家常說的“串流”。對玩家來說,串流擴充了VR一體機內容的豐富程度,做到一機多用,好處不言而喻。對產業發展來講,“串流”技術同樣至關重要。

之所以這么說,是因為這和當前XR移動化的發展趨勢密不可分。

串流成為移動VR熱門玩法

消費類AR和VR早期都通過PC來驅動,主要考慮到PC是易獲取,擴展能力強的算力終端,例如此前的Oculus Rift VR頭顯,Meta AR頭顯都基于PC。它們的優勢是可憑借更強的算力實現更佳的內容,功耗和散熱對硬件影響不大。劣勢是價格也會偏高,需要有線連接PC,便攜性差。

與此同時,Oculus Quest推出讓移動6DoF VR游戲體驗變成現實,并引起領了移動VR市場熱潮,甚至Oculus的產品策略也從PC VR向移動VR進行轉變。不可否認的是,Quest 2擁有很多高品質內容,但數量仍不能與PC端相比。

Oculus Quest 2 (1)

Oculus Quest 2

值得關注的是,串流已成為VR一體機玩家最歡迎的功能之一。根據SteamVR平臺數據線上,該平臺最活躍的設備竟不是PC VR,而是VR一體機:Oculus Quest 2,也足以見證玩家們對這一功能的喜愛??梢哉f,串流功能在一定程度上提升了雙6DoF VR一體機的產品力。

從產業發展來看,串流不僅順應了玩家們的需求,更體現出未來XR發展的技術方向。

當前的移動XR主要有一體機、分體機兩類,兩者區別主要體現在:是否將算力和電池等模組分離。上面提到的Quest 2是VR一體機,AR一體機如HoloLens 2,分體式AR有Nreal Light、影創鴻鵠,分體式VR有3Galsses X1等。一體機特點是內置芯片、存儲和電源,可以開箱即用;分體式設計更靈活,可通過外部設備提供算力和電源,從而讓減輕頭顯重量,縮小體積,提高佩戴舒適性,優化散熱和功耗。

從原理來看,PC VR也屬于分體式VR,畢竟需要連接外置PC來使用。與PC VR更注重高算力帶來的性能優勢相比,移動VR更注重體驗便攜性,導致兩者的應用場景和受眾也略有相同。雖然越來越多的消費者開始選擇移動VR,但PC VR因算力優勢,在某些場景仍不可代替。

高通 無界XR (12)

無界XR概念

那么,有沒有方法能將兩者優勢結合起來呢?答案是有的,這就要提到“無界XR” (Boundless XR)的概念。

無界XR開啟分布式計算新版圖

無界XR是高通面向AR和VR領域的關于分布式計算的前瞻性技術方案,它基于Wi-Fi或5G網絡實現高質量的分離式渲染。前文所講的本地串流是實現方式之一,而無界XR的長期目標就是基于5G網絡的云端分離式渲染。

5G技術自誕生就為大規模、低時延、高可靠性的場景而設計,這也為即將到來的分布式計算提供了可能。通過一套結合終端、邊緣云、5G網絡的協同解決方案,在設備本地和云端進行合理的計算負載分配,從而帶來前所未有的全新體驗,這就是基于5G網絡“無界XR”的目標。

據青亭網了解,無界XR真正的優勢在于:端到端5G網絡優化。我們知道高通在移動芯片業務布局完善,包括:智能手機、XR、筆記本、物聯網、汽車等領域,同時也是5G技術的領導者,在芯片、5G網絡、軟件優化等方面有著豐厚的技術積累,這些是實現端到端5G優化的基礎。

高通 無界XR (3)

無界XR測試環境

作為AR和VR設備上游供應商,高通深耕XR技術長達10年之久,無界XR相關研發超過5年時間。同時也已針對基于5G網絡的無界XR進行了一系列測試和優化,2020年5月曾聯合愛立信進行毫米波頻段5G私有網絡的無界XR實驗,取得突破性進展,并在MWC 2021上對無界XR的5G端到端優化進行了詳細解釋。

在這項室內無界XR測試中,網絡基于愛立信5G NSA基站的毫米波頻段,軟件基于NVIDIA CloudXR,使用三臺配備驍龍XR2芯片和X55 5G基帶的VR設備,每臺渲染和傳輸單眼2160×2160分辨率/90fps的畫面,分別測試VR多人協作和多人游戲的場景。

據悉,該項目中高通將M2R2P時延作為關鍵性的參考指標。M2R2P是從用戶發出動作開始,經過邊緣云端渲染,再傳輸到設備顯示的響應時間。這其中,5G往返時延(Round-Trip Time,RTT)也極為關鍵。實驗測試的RTT時延小于20ms,而M2R2P時延小于70ms。

高通 無界XR (8)

無界XR測試數據

70ms的M2R2P時延在VR體驗中是什么水平呢?我們以Oculus Quest 2為例,基于Oculus Link有線連接PC時延通常在20-30ms,無線Air Link串流時延通常在30-70ms。從時延數據來看,無界XR在測試中與Oculus Air Link幾乎無太大差異。而且Air Link串流的刷新率和分辨率不一定是設備原始分辨率,可能會有壓縮,意味著本地串流也會造成畫質上的損失。

5G干擾實驗

阻擋測試

毫米波的優勢是具備更大的帶寬和網絡容載量,更快的速率,更低的時延,然而在實際應用中也面臨著一些挑戰。例如在多人VR場景應用中,比較值得關注的問題是射頻干擾,尤其在有人阻擋時可能會導致RTT時延瞬時變高帶來性能下降。上圖測試中在基站和VR終端中間突然加入了一臺5G智能終端進行阻擋,在未經優化下(藍線)RTT時延瞬時增高。而經過高通5G端到端優化后(紫線),可大幅度降低RTT時延。

大角度旋轉測試

大角度轉向測試

頭戴設備大角度旋轉也是一個特殊場景,例如VR體驗中經常會將頭或身體旋轉180度,這同樣存在時延瞬間增高的可能。通過上圖,未經優化(藍線)和優化后(紫線)的數據能夠看出,在阻擋、干擾情況下無界XR的時延表現足夠優秀,高通端到端5G網絡優化可以進一步保證VR用戶體驗的穩定性和無縫性,盡可能將外界干擾降至最低。

高通的5G端到端優化需同時在設備和網絡端進行,設備端包括:基于低時延數據包處理,自適應波束管理提高可靠性,基于動態用戶平面自適應確保接收數據接收即時性。根據測試數據,僅通過設備端優化就能降低25%的平均時延。

5G網絡優化方面,包括基站部署位置,網絡參數設置和QOS與延遲感知軟件也會對時延產生較大影響。同時,無界XR也為多用戶場景進行優化,本次測試在100MHz頻段私有網絡進行,當前可支持6名5G無界XR終端用戶同時體驗(每個用戶下行速率都可穩定達到50Mbps),未來將可同時支持12名無界XR用戶一起使用。

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現階段無界XR應用場景

通過測試結果來看,基于5G毫米波的無界XR已經展現出商用價值,例如在企業應用或工業場景,大空間多人VR互動等私有網絡場景,通過分布式處理,最大化利用終端與云端結合帶來的優勢。

基于上述理念,無界XR對未來輕量化、全天候佩戴的AR眼鏡也提供了技術基礎??梢灶A測,消費級AR眼鏡都會更注重輕便、時尚的設計,無界XR可以提供低時延、高可靠性的網絡,未來這些產品將通過增強型的數字內容進一步改善我們接觸信息的方式。

借助XR專屬芯片,加速5G與XR融合

上面的測試讓我們看到XR與5G技術融合的大趨勢,也可以說無界XR是將5G先進技術特性集中展現的一個極佳場景。

實際上,在XR設備上運用5G技術,高通規劃已久,產品層面要從2018年5月推出的驍龍XR1專屬芯片說起。

很多人只看到了XR1芯片獨立使用的形態,XR1通過低成本優勢,起到了快速推動VR和AR設備的普及的作用。與此同時,XR1還被寄予推動AR和VR分體化設計走向主流的重任。因為當時移動XR幾乎均為一體式設計,因集成計算、電源等往往導致體積和重量偏高。分體式設計首要解決的就是產品輕量化,減輕頭戴壓力,提升佩戴體驗,讓使用更為靈活。

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驍龍XR1 AR眼鏡參考設計

高通今年推出的AR眼鏡參考設計內置XR1芯片,不僅可連接驍龍5G手機實現5G網絡接入,而且還可為眼鏡和主計算設備分配算力進行預優化,進一步降低整體功耗。因此,基于XR1的分體式XR性能優化技術,也可以看作是分布式計算的初級形態。

2019年初MWC 大會上,高通繼而推出驍龍855手機XR認證計劃,旨在加速分體式AR/VR與5G的結合,現場展出了經過認證的LG V50 ThinQ手機與Nreal Light AR眼鏡搭配。也正是因為高通在分體式XR設計的預見性,讓我們看到越來越多的輕薄、時尚的AR眼鏡,例如Nreal Light、影創鴻鵠MR眼鏡等,很多新品也都在規劃中。

到了2019年12月,更高階的XR2芯片面世,這也是高通首款支持5G網絡的XR專屬芯片。更強悍的性能,為高端AR/VR一體機提供了全面的性能保證,目前產品線也很豐富,例如:Oculus Quest 2、Pico Neo 3、HTC VIVE Focus 3、即將發布的愛奇藝奇遇3等。

高通 無界XR (2)

驍龍XR2 VR參考設計

與此同時,通過基于XR1的AR眼鏡參考設計和XR2 5G的VR參考設計,高通公司的目標就是幫助OEM廠商快速推出新一代XR設備,并且具備5G網絡接入能力。

總結來看,驍龍XR1通過分體式方案優化XR佩戴體驗,并推動了分體式設計的潮流。驍龍XR2為基于5G網絡的無界XR提供了堅實的基礎,本文測試已經驗證出無界XR在多人VR互動游戲,多人實時交互與協作,移動虛擬辦公或虛擬購物等場景的潛在應用價值,并已經為商業化做好了準備。結合高通5G端到端優化能力,無界XR、云游戲等一系列分布式計算場景都將得到前所未有的全新體驗。

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