增强现实技术标准研究

赵金伟

（中国移动通信集团设计院有限公司北京分公司，北京 100038）

AR（Augmented Reality，增强现实）也被称之为混合现实。是借助计算机图形技术和可视化技术产生物理世界中不存在的虚拟对象， 并将虚拟对象准确“ 放置” 在物理世界中， 呈现给用户一个感知效果更丰富的新环境。

增强现实技术可理解为将虚拟现实（VR）技术与现实场景的有机融合，通过计算机图形、光电成像、融合显示、多传感器、图像处理、计算机视觉等多门学科叠加处理，被人类感官感知。让人类获得了强大的显示扩展体验，突破空间、时间以及其它客观限制，感受到现实生活无限的魅力所在。

1 AR技术发展背景

随着4G的规模商用，面向2020年及未来的第五代移动通信（5G）已成为全球研发热点。在全球业界的共同努力下，5G愿景与关键能力需求已基本明确，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的3个性能指标，由IMT-2020所提供的5G网络指导意见：20 Mbit/s的峰值数据速率、100 Mbit/s的数据传输速率、每平方米10 Mbit/s的接收能力以及1 ms的无线传输延迟。

5G为满足更高网络要求的AR技术提供了保障，满足AR内容的无线传输需要，从而摆脱连接线的束缚，实现自由移动下的沉浸感。

从1G到4G，移动通信都是面向个人的。5G更重要的应用是产业应用。5G技术实现后，面向消费者的应用增强现实AR。

2 增强现实技术原理及特点

2.1 技术原理

增强现实技术是多种技术的融合，跟踪定位技术、用户交互技术、虚拟融合技术和系统显示技术是增强现实技术的基础，根据产业应用的不同会融合更多先进技术从而实现更多功能。

增强现实技术以计算机视觉为基础，通过人机交互，最终实现虚实融合的视觉效果，基础实现原理如图1所示。

图1 增强现实技术实现原理图

2.2 技术特点

增强现实技术则把虚拟对象带入到用户的物理世界中，通过听、看、触摸虚拟信息，来增强对物理世界的感知。增强现实技术特点如下。

虚实结合：AR技术依靠计算机技术构建出文字、图片、视频、音频、网站链接、三维模型、三维动画、全景信息等和物理世界的结合，让物理世界和虚拟对象合为一体。

虚实同步：AR实现虚拟世界和物理世界的实时同步，满足用户在物理世界中真实地感受虚拟空间中模拟的事物，增强用户体验效果。

交互自然：可以使用手部动作与手势控制所读出的3D模型移动旋转，以及通过语音、眼动、体感等更多的方式来与虚拟对象交互。

增强现实技术的特点将会带来AR市场会高速发展，AR技术具有颠覆性和革命性，AR技术会以移动为先和智能手机兼容，没必要购买专用的AR硬件就可以体验AR内容，还会引发企业级市场广泛应用。

2.3 技术特性

增强现实技术的原理和特点决定了其对无线网络带宽和时延体验提出更高要求，未来带宽需求将达到100 Mbit/s以上，对网络服务质量要求逐渐提高，需要5G网络的高效支撑，如图2所示。

当前各类视频业务需求处在入门级和运营级4K网络带宽能力下，要满足未来AR业务发展的要求必须提高带宽，随着压缩技术的不断提升，未来AR的码率将会大幅下降。

3 AR技术标准发展

目前需要等待的是消费者市场的爆发还需要一定的时间，技术也需要一定的时间才能更加成熟，用户体验也需要进一步提升，内容也需要更丰富，成本还有下降的空间， IEEE正在制定增强现实的12项标准，主要分为以下3大类。

第1类标准是对于AR行业或市场去进行规范，如有AR设备的术语和定义。这些规范类的标准，并不涉及到技术协议和互操作性，而是为了应对市场上的一些混乱现象，并对此进行约束。比如很多厂商都声称自己的产品是AR视频，但视频的立体感有多强、带不带深度信息、视点是不是可移动、焦点是不是可调节，这些都需要规范。

第2类标准是关于AR的支撑技术，涉及一些互操作性。如其中有一个标准是和硅谷的一个知名VR公司共同提出，该标准是在AR当中要有一套机制去鉴别人的身份，这将关系到在VR当中一系列的商业模式，包括支付、隐私等都会跟这个相关。此外还有沉浸式视频和音频的文件格式和流格式、沉浸式用户界面与交互方式等，也都属于正在制定标准的支撑技术。

第3类是AR在垂直行业应用方面的标准。如最近立项的一个标准是关于AR的车载应用。在车载应用中，有厂商把AR用在挡风玻璃的显示屏上，也有直接让驾驶员或乘客戴AR眼镜的，AR在这里的作用是提供辅助驾驶和给驾乘人员提供信息娱乐服务。目前这个领域非常热门，因此也将其作为行业应用方面首先立项的标准之一。

AR的标准的制定完善工作在企业和国家层面正在不断地推动和发展，标准化提速将助推产业发展，标准化也将促进网络技术的进步。

图2 增强现实技术特性及网络带宽需求

4 结论及未来工作

现在所有的行业探讨的已经不是互联网+，而是考虑 AR+。越来越多的应用场景也将倾向于通过VR的方式进行全方位的呈现，5G网络的速度够快、延迟够低，价格也更加亲民。可以预见的是，当5G网络正式商用时，VR应用的体验也将更上一层楼，而随着VR产业应用的不断创新同时也会促进运营商网络技术的发展，以适应更广大的客户群体，相信不远的将来AR技术会带给我们的生活带来无限的精彩和惊喜。