基于5G 技术突破数字博物馆三维展示瓶颈

邹超荣，伍建平

（长沙民政职业技术学院，湖南 长沙 410000）

0 引言

数字博物馆在打造的过程中实现了计算机技术、信息技术、网络技术的集合，能够推动博物馆突破传统单一的展现方式，并在资源共享和业务协同中，推进馆内文物藏品的精细化管理[1]。数字博物馆的三维展示以博物馆藏品三维数据化重建为基础，一方面丰富了传统博物馆的展示手段，另一方面完成了传统展示与科学技术的有机结合，在保护博物馆藏品的基础上实现了历史时光的重新构建，在展现民族集体记忆、传承国家文化基因等方面具有积极的意义。5G 的应用，为数字博物馆带来更多可能。

1 5G 的特征

5G 是在4G 技术的基础上发展起来的，采用了新的无线通信技术，如毫米波、大规模天线阵列等。这些新技术使得5G 在传输速率、频谱效率、网络容量等方面有了很大的提升。基于正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）优化的波形和多址接入、实现可扩展的OFDM 间隔参数配置、OFDM 加窗提高多路传输效率、边缘计算、先进的新型无线技术以及超密集异构网络等是5G 的关键技术。5G 的基本特征如表1所示。

表1 5G 技术的基本特征

2 数字博物馆三维展示的瓶颈

2.1 传输延迟

数字博物馆三维展示过程中需要应用互联网技术，若想获得良好的浸入式体验，图形的刷新率应高于15 f·s-1。各种三维模型构建过程中拥有较大的数据体量，对于数据的传输速度提出更高的要求，采用传统技术存在传输延迟问题，无法很好地还原文物表面的纹理信息[2]。

2.2 易产生眩晕感

数字博物馆的三维建模过程较为复杂，需要经历点云拼接、点云除噪、填充修补等步骤，想要获得更逼真的三维展示，则要借助计算机完成更进一步的逻辑计算与实时渲染。尽管实时渲染的速度由计算机性能决定，但对于数据处理速度也有着严格的要求，若图像渲染延迟，人在观看的过程中便会产生眩晕感[3]。目前，数字博物馆三维展示过程中存在图像渲染延迟问题，会使人产生眩晕感。

2.3 存在数据安全风险

数字博物馆三维展示前需要通过三维激光扫描、摄影测量等技术采集文物空间影像、纹理数据等信息，大量数据在收集、存储、传输过程中很容易泄露。大多数数字博物馆在构建的过程中实现了人工智能、虚拟现实等技术的结合，但各种技术在开发和部署的过程中相对比较复杂，数据隐私和安全问题仍是迫切需要解决的问题。

2.4 互动体验不佳

为保证用户获得最直观的体验感，数字博物馆三维展示过程中要模拟真实的展厅游览。该过程中不仅需要采集大量的数据，更需要高速宽带提供支撑，由于传统三维展示中的网络承载能力有限，易出现服务器宕机、网络延迟甚至中断等问题，导致用户体验较差，很难形成虚实融合的沉浸感[4]。尽管部分展馆实现了虚拟现实游览，但大多数用户只能在固定的位置进行观看，三维展示过程中的场景切换并不完整，直观感受较差。

3 基于5G 突破数字博物馆三维展示瓶颈

3.1 高速传输，突破数据延迟卡顿

随着三维建模中采集的信息不断增加，产生了海量的数据，若将所有数据回到云端，会造成极大的带宽浪费，也会进一步增加时延。随着5G的推广，这些问题得到了有效解决，具体表现在以下3 个方面。

第一，5G 有着更广泛的基站覆盖，理论上拥有超过10 Gb·s-1的传输速度，即便是用户终端也能达到1 Gb·s-1的传输速度，这也为人机物的互联提供了坚实的基础。

第二，数字博物馆三维展示中对可靠性和低时延性有着极高的要求，为了满足这种要求，5G 应用中设置了上行0.5 ms 以及下行0.5 ms 的时延要求，有效控制了三维展示中的时延。

第三，5G 支持多种非第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）通信协议，为数字博物馆的三维展示奠定了良好的基础[5]。

3.2 高度渲染，突破视觉眩晕

一方面，在虚拟画面传播的过程中，只要时延小于10 ms，参观者在三维互动中便感觉不到延迟。5G 的应用可以保证空中传送（Over The Air，OTA）的往返延迟在1 ms，因此能够消除时延带来的眩晕感。另一方面，在数字博物馆的三维展示中需要使用数据量庞大的三维模型来表示文物特征、时代记忆等，该种功能的实现建立在高频率实时分析和渲染的基础上，所以对于网络带宽以及计算模式的应用有着更严格的要求[6]。而5G 应用中搭建了高效的云端渲染模式，不仅能够有效提高三维虚拟模型的处理效率，还能够实现仿真资源快速加载，整个画面更流畅，有效消除了参观者的眩晕感。

3.3 安全重构，突破数据安全风险

5G 在应用过程中融合了大数据、云计算及人工智能技术，完成了安全体系的重构，能够有效防止数字博物馆三维模型建立中的数据泄露风险。同时，5G 在应用过程中接入了3GPP 移动网络，实现了安全升级。尤其在隐私保护方面，3GPP 移动网络实现了用户永久签约标识（Subscription Permanent Identifier，SUPI）的全面保护[7]。

3.4 顺畅衔接，突破沉浸体验不佳

数字博物馆三维展示中的沉浸式体验及互动式体验是未来的发展趋势，也是增强数字博物馆用户黏性的基本诉求。5G 的应用为虚拟现实的实现提供了全面的平台，能够保证参观者在了解文物、研究文物的过程中与文物形成良好的互动，在跨越时间和空间的交流中获得更好的体验感[8]。

一方面，想要保证清晰度，必须有8K的分辨率，且同等清晰度的强交互业务的宽带传输速率必须在260 Mb·s-1。5G 在应用过程中可实现10 Gb·s-1的下行速率，能够很好地实现三维展示中的高画质稳定传输[9]。另一方面，5G 中数字孪生平台的应用承载了感知、分析、可视化等核心能力，在应用中能够对数字博物馆的文物实体进行形态建模与过程仿真，在信息世界中生成完全与之相对应的虚拟模型。此外，5G 技术通过与扩展现实（Extended Reality，XR）、物联网技术（Internet of Things，IoT）等技术进行协同融合，在生成其全息影像、三维模型、立体视频等媒介基础上进一步创建数字孪生体，这样一来，数字博物馆的参观者便能够更真实地进行交互感知[10]。

4 结语

文物是有生命的，数字博物馆的三维展示赋予了文物永恒的生命。5G 拥有高效的传输能效，搭建了真实场景和虚拟场景之间的数据交互桥梁，能够有效解决数字博物馆三维展示中的瓶颈。未来，随着5G 全面普及，传统传播形态会发生更大的改变，在提升信息传播参与体验感的同时，能够向更多的人展示文物古迹的魅力。