6G全息通信五大应用场景

　　近年来随着全息技术的提高，全息在各个领域的应用数量和形式也逐渐增多。
　　从最初的简单展示，到目前的可交互立体显示，全息的应用已经愈显成熟。目前全息应用较为成熟的领域有服务与销售、游戏、影院、新闻与舞美、教育、驾驶、文化和体育业。6G 相较于 5G，传输速度更快、计算能力更优、承载能力更好、展示样式更加多元。相比较于 5G 时代下的伪全息，在未来真正的全息将做到商用穿插在我们的日常生活，影响我们的方方面面。
　　全息的应用场景未来如此广泛，因此，一方面为了便于大众理解，另一方面也便于技术的储备和产业链的建设，清晰完善的场景特征是必要的。在挖掘场景特征方面，从场景组成的要素—用户和需求出发，总结用户及其需求特点，便于提炼场景的特征。其次，全息丰富的子场景，在未来发展的优先级和重要程度也有所区别，因此通过场景的特征对场景的价值进行判别和排序，有助于重要紧急场景的快速发展。
　　白皮书分析了 15 种行业，128 个应用场景，根据应用场景的技术特性提出了 6G 全息五大类别应用场景。
　　6G 全息通信 5 大类应用场景微时延超精度人机协同场景
　　微时延超精度人机协同场景
　　人机协同任务对实时性和传输以及信息呈现的精度的要求是非常高的，传统通讯网络存在的固有数据通信延迟问题将会在 6G 时代大幅度减少，这让微时延超精度的人机协同成为可能。传统的人机交互将走向远程，走向线上，完整实时的交互通信将通过全息显示的方式在人机之间建立，大幅度增加了从业者的自由度，提升了人机协同的工作效率，相比于 5G 时代已经满足的双向端到端 1ms 的时延，该全息通信场景提出的是对时延和传输精度都更进一步的要求。
　　6G 网络的低时延，以及全息显示的超高精度，使得微时延高精度人机协同场景将能够在医疗，制造业等领域广泛应用。医院的专科医生在高性能通讯网络的赋能下，能在触觉，视觉等多维数据与病人端交互中，对病人远程实施远程问诊。此外，工作人员通过 6G 通讯网络，在安全场所传输手部移动数据，操纵实验室内机器人进行高危化学实验操作，提高了特殊场所下作业的安全性。为完成以上场景中的任务，需要满足以下要求：
　　1.实现高数据质量，以保证传输的目标人像或物像还原程度较高。例如在远程异地问诊场景中，将病患的数字孪生体以高还原度呈现在医生端，则更有助于医生对疾病的诊断。
　　2.实现高实时性数据传输，以保证用户与全息影像之间的交互行为精确反馈，同时获得较为真实的感官体验。例如在全息生化实验场景中，将操作者的行为实时传输到虚拟物品并获得数据反馈，虚拟物品反过来输出的数据呈现在操作者端，获得无时间差的交互和感官体验。
　　3.实现高网络稳定性，以确保数据传输连续，保障人身安全及健康。例如院外远程急救场景中，稳定的网络能够将异地病人的病情影像实时无中断地传输到医生端，医生及时做出诊断和急救方案，为病人的人身安全和健康争取宝贵的营救时间。
　　微时延高精度人机协同具有一系列较强的全息场景特性，如图所示。核心的特点表现在较高的全真态属性，例如应用场景之一的全息生化实验具有较强的影像拟真化。场景中的产品依赖实体，虚实融合程度较高，同时，产品能够带给用户新鲜和刺激感从而产生较强的冲击感。由于存在多用户实时沟通、信息传递快速的特征，因此场景的实时态也较强。另外，低时延精密辅助场景能够灵活感知环境和人类行为并作出反馈，也能使用户进行沉浸式交互和多感官交融，从而具有较强的融智态和具身交互态。
　　微时延超精度人机协同场景特性
　　为达到较好的用户体验，低时延精密辅助场景对技术具有较高的要求。如图所示，其突出特点是场景需求亟待性大，传输数据质量高。场景应用了高分辨率显示技术，要求端到端的数据传输的即时性更高且传输可靠性更强。
　　因此，低时延精密辅助场景要求时延<0.5ms，带宽 1Gbit/s～1Tbit/s，定位精度<1mm，分辨率 16K，色域 100%NTSC，对 6G 网络提出了高数据传输上下行速率、低空口时延、强网络稳定性的要求。
　　微时延超精度人机协同场景技术需求度
　　微时延超精度人机协同场景技术和体验指标对比
　　主要应用案例：远程异地问诊
　　在远程异地问诊场景中，6G 能够高速率低时延传输大规模数据、高真实度呈现全息，从而使超远距离问诊成为可能，这将让边远地区的居民也有机会接受一流医疗资源的服务，让医生难以到达的特殊场所内伤病患也能得到远方医生的及时问诊。如图所示，边远地区病人能够当地进行身体体征数据、病情数据、医学影像数据等多方位数据的采集。采集到的数据将会生成病人数字孪生体并被上传至远方医院在线问诊专区。医生通过观察与问诊，提供高可靠的诊断结果或进行联合诊治。
　　远程异地问诊
　　远程异地问诊场景大多通过模型来传输单人、动态或虚拟态物体以及虚拟环境等内容，最广泛使用的交互方式为手势交互和触控交互。大容量融智能孪生网络场景
　　大容量融智能孪生网络场景
　　大容量融智能孪生网络对数据传输体量、传输距离和网络感知能力要求很高，需要通讯网络同时具备远距离大数据传输及 AI 驱动的信息处理与决策能力。6G通讯网络大带宽低时延与广连接的特性，能够在超距离大数据传输下保持良好的稳定性，大幅提升孪生网络监控管理的效率。用户可通过全息呈现远程查看场景的全方位信息，同时，上传的数据在人工智能技术的加持下，实时分析，为产业赋能，实现 AI 、数字孪生与 6G 网络的紧密结合。
　　大容量融智能孪生网络场景主要运用于宏观态势监测、车联网、自动化农业、工业资源调配和处理等应用领域。因此，用户的使用偏向职业技术场景，且此类用户的需求集中于大规模数据的智能化精准采集、传输、处理与实时交互或决策。
　　目前，大容量融智能孪生网络场景中的用户面临的痛点主要为：数据的采集维度多，体量大；海量多维度数据处理与运用的过程产生巨大算力成本。用户在场景中的痛点催生了如下需求：
　　1.多维度数据需要大容量通讯网络传输能力。例如在自动驾驶这一典型场景中，车辆将采集来自道路、环境、交通状况等多维度海量数据，这些数据需要高速上传，因此高带宽、低时延的通讯网络至关重要。
　　2.海量信息量需要高性能的人工智能处理手段。如在智慧城市这一场景中，城市数据中心将会收集到来自城市的街道、住宅、交通等各个传感器的大量数据，数据的处理和分析等需要强大的 AI 驱动。
　　如图所示，大容量融智能孪生网络场景具有较强的全真态属性，例如该类场景的典型案例之一全息数字孪生城市需要对街道、建筑、车辆等城市元素进行极强的拟真化。由于该类场景需要依赖实体进行虚实融合，结合多维度全空间的产品形态创造视觉等感官冲击，因此在虚实融合和冲击态、多维态方面也具有较强的属性。同时，为了使场景元素都能够灵活感知环境和人类行为并作出实时反馈和信息的传递，大容量融智能孪生网络场景的全息实时属性也较强。
　　大容量融智能孪生网络场景特性
　　根据对大容量融智能孪生网络此类全息场景与传统场景在数据量、智能化程度和监控显示效果等方面的指标要求进行对比，前者对通信网络技术的部分方面有较高要求。如图所示，大容量融智能孪生网络要求带宽达到 1Gbit/s～1Tbit/s，为实现物理世界与孪生世界的交互以及网络资源调配规律，需要该场景具有极高的情境感知能力和自适应性。网络算力规模需要能够承担人与人、人与机器间的通信，达到 36.8×10^15 ops。为保证孪生网络场景的远程监控显示效果，要求具有极强的实时性，时延<10ms，同时，分辨率达到 16K。
　　未来，大容量融智能孪生网络场景可以应用在全息车载辅助驾驶、数字孪生城市、全息实时数字化监控、全息地质勘测、全息探测救援设备、全息自动虫害处理、全息交通感知系统、全息作物监管、全息建筑施工数字化管理、全息矿下环境模拟等方面。例如全息交通感知系统通过全息车辆信息网络和交通远程管控两个主要功能，连接区域交通控件与车辆，构建全息交通云网络，打造智能交通系统，动态可视化城市交通的运行细节，为交通科学领域发展提供帮助；全息地质勘测通过数字采集与云端存储地域内的地理地质信息，构建地质信息网络，呈现可交互的地质地理模型，在 6G 技术支撑下，加速并优化地质勘测行业的规划与作业，为社会稳定发展提供帮助；全息矿井安全监控在 6G 技术支撑下，借助高精度的三维采集硬件设备将庞大的数字孪生矿下全息场景进行模拟分析，并通过全息数据分析以及机器学习来预判事故发生的可能性及人员操作的标准性，并且将信息反馈到现场，把损失降到最低。
　　大容量融智能孪生网络场景技术需求度
　　大容量融智能孪生网络场景技术和体验指标对比
　　应用案例：全息车载辅助驾驶
　　在全息车载辅助驾驶场景中，6G 技术高实时、低时延获取云端车联网信息并上传，在云端进行处理，然后借助全息投影仪等物理硬件设备将连续清晰的指引信息或人像物像等内容在对应场景进行呈现。全息车载辅助能够实现异地联动、全息投影交通指示、实时路况信息、危险情况提示，消除目前驾车过程中存在的行车指引不明确、车辆间遮挡影响视野、驾车途中难以与亲友进行流畅与轻松的沟通等痛点，使得驾驶场景更具个性化和沉浸感。从驾驶者的使用者行为、全息显示以及后台支撑过程分别展示了全息车载场景下用户具体使用过程中的触发行为、用户界面展示信息以及后台运行内容与对应的支撑处理技术，如图示。
　　全息车载辅助驾驶
　　全息车载辅助驾驶系统场景大多通过视频的形式传输动态或静态物体和真实环境，同时使用多种交互方式，包括手势交互、语音交互和触控交互。强冲击全沉浸虚实融合场景
　　强冲击全沉浸虚实融合场景
　　虚实融合的全息场景将依托于 6G 和裸眼 3D 显示技术，在相对固定的系统环境下，以超低时延与超高带宽的通信为用户带来沉浸式虚实融合的体验。相较于 AR 和 VR 的设备束缚和晕眩感，裸眼将大大提升用户的参与感，让人们随时置身于虚拟梦幻的世界成为可能，极大地丰富了人们的娱乐生活。但与此同时，该场景全新流畅的用户体验也对时延和带宽有着更为严格的要求。
　　6G 网络下的超低时延和超高带宽，配合全息硬件的组合呈现，可以广泛应用于全息婚礼布置、赛事全息投影和全息舞美布展等固定形式的大场景中，其超高精度的全息显示效果，能够带给用户多感官的强烈冲击感和超沉浸的虚实融合场景体验。除了生活娱乐场景，在商业布展或对显示效果要求较高的场景中也将会给用户带来更为惊艳的体验。
　　目前，该场景中的用户面临的主要痛点为：传输内容大；场景对沉浸感要求高；展示的内容和角度较为局限，且交互方面并不具备创新性。因此，为解决以上痛点，需要满足以下要求：
　　1.实现高带宽，低时延，保证影像流畅度以及展示效果的完整。例如在全息婚礼布置场景中，影像更加清晰且流畅，能更好地传递新人的喜悦，并且同时可以存储，将时空定格在某一时刻。
　　2.实现多模态信息呈现，丰富展示内容，让人身临其境。例如在全息赛事投影场景中，通过声音、振动反馈甚至一些慢动作分解等向用户传达赛事本身的激烈碰撞及紧迫感来营造氛围，让观众在家也可以拥有现场沉浸感。
　　3.实现多维度、高精度的内容采集，让用户可以跨空间掌控全场体验。如在全息舞美布置场景中，通过让用户切换不同角度去了解及掌握全场景的信息，让其拥有全局掌控感甚至上帝视角，同时高精度的影像呈现能够让用户拥有更为极致的体验。
　　强冲击全沉浸虚实融合具有其独特的全息场景特性，如图所示。由于该场景对多模态交互和多感官冲击的需求度比较高，旨在让人沉浸式体验全息空间，因此在多维态、全真态、冲击态以及虚实融合方面的特性较为突出。人在该场景中会注重个人与全息影像的融合感，全方位体验虚拟世界，但对于即时通讯和时空跨越的要求不是很高，因此该场景在融智态和具身交互态方面表现较强，而对跃迁态和实时态方面相对较弱。
　　强冲击全沉浸虚实融合场景特性
　　为达到更真实的体验，强冲击全沉浸虚实融合对技术也有较高的要求，如图所示。其突出特点是场景对环境的渲染和对交互反馈的灵敏度要求较高，且需要搭载高分辨率显示技术，因此该场景下需要时延< 10ms，带宽 1Gbit/s～1Tbit/s，定位精度<1mm，分辨率 16K，色域 100%NTSC，移动性>500km/h，整体来看，该场景在低时延、高传输速率的基础上，独有的强交互特性也使其情景感知能力相较其他场景要求更高。
　　强冲击全沉浸虚实融合场景技术需求度
　　强冲击全沉浸虚实融合场景技术和体验指标对比
　　应用案例：全息婚礼
　　全息婚礼场景如图所示，运用高敏感度、低时延和超清晰的 6G 技术，借助传感器、立体摄像机和全息投影仪器等设备，可以完成婚摄婚礼现场布景及人像三维影像的数据采集传输和重建。在该场景中，人们可以通过手势和体感的多模态交互方式与现场道具的三维影像进行互动，在内容与技术共同驱动下，获得强大的沉浸式体验。
　　全息婚礼跨时空多模态具身交互场景
　　跨时空多模态具身交互场景
　　多模态具身交互要求较高的带宽进行交互对象及交互过程的数据传输、以保证高质量的展示及多维感官交互体验。6G 网络通讯传输性能的极大提高让全息技术及多模态交互技术能够实现远程互联，二者结合为用户提供跨越时空的多模态交互渠道，丰富用户的生活，提升沟通效率。该全息通信场景对带宽与实时性的要求较高，同时需要拟真环境与全息内容的实时更新，并对交互反馈速率做出较高要求。
　　6G 网络的高带宽与低时延以及全息的全真与沉浸，将助力跨时空多模态具身交互在泛娱乐、文化教育等领域的应用，通过构建丰富多维的可交互显示效果，为全息娱乐、全息文化教育等提出新的可能。例如家庭 MR 娱乐借助虚拟现实、通道交互等技术，建立高显示质量、多交互通道的场景，让用户沉浸性地进行家庭游戏或虚拟运动等娱乐项目，提升用户体验。又如全息文物修复通过全息显示向用户展示文物外观，同时借助丰富的交互手段模拟修复进程，为文博工作者提供文物修复方面的教育教学新方法。以上场景对内容与交互方面的要求较高，因此需要满足以下几个条件：
　　1. 实现高带宽，高传输速率的通信网络，以支撑数据传输，从而保证全息影像较为流畅、呈现更为逼真。例如在全息文物修复场景中，将设备传输速率较快，展示的影像不会出现掉帧等现象，展示效果更佳，更具有真实感。
　　2.构建高质量且丰富多元的场景，增加真实度与沉浸感。例如在全息剧本杀场景中，利用全息显示技术构建起高拟真程度的体验场景，让参与剧本杀的用户在游玩过程中收获更真实，更沉浸的体验。
　　3.提供多模态的自然交互方式，突破时空界限，提升沉浸感的同时丰富用户体验。例如在全息武器讲解场景中，用户不仅能够在全息环境中去观察武器本身，也能通过外接设备的虚实结合多模态交互方式，更好地去感受每个种类的武器特点并做到模拟实操。
　　跨时空多模态具身交互场景结合现实与全息，互动性或展示性需要更加真实，具有较高的全真性与虚实融合特性。此外，由于用户可用多模态交互手段进行具身交互，对于场景的实时态要求也较高，以此提供更为流畅自然的交互体验。
　　为达到全真且沉浸的展示效果以及流畅自然的及交互体验，跨时空多模态具身交互场景着重于用户的感官体验与交互操作。其技术需求度如图24和25所示，其突出特点是更加丰富与有层次的三维的数据信息、更直观与精准的情景感知能力、以及更流畅的交互操作性。因此，该场景要求带宽 1Gbit/s～1Tbit/s，时延<10ms，连接数密度>1 台/平方米，交互反馈延迟 1ms。在未来，因为其虚实融合的场景特性以及带宽高的需求度，可能在跨空间跨时间人像互动方面具有较多的应用。
　　跨时空多模态具身交互场景特性
　　跨时空多模态具身交互场景技术需求度
　　应用案例：全息剧本杀
　　剧本杀是一种强社交性实况角色扮演类游戏项目。全息剧本杀场景在 6G 的支撑下，通过使用全息投影技术将玩家实时影像和道具等影像投影到本地、创造多维感官互联交互以及游戏后的全息复盘，创造强沉浸感和游戏交互方式新颖的剧本杀游戏体验。场景功能以游戏前、游戏中和游戏后的时间轴为主线，共有 4 个主要功能：玩家全息远程互动、全息片段选剧本、多维感官交互和全息复盘，功能列表如图所示。
　　全息剧本杀
　　（1）玩家全息远程互动
　　借助 6G 技术超低时延以及能够使图像更逼真的特点，对远程的玩家进行实时三维数据采集，并在其他玩家所在的线下地点通过投影仪三维重建其全息影像，突破地理原因无法保障所有玩家同时聚集于线下的障碍，满足用户想要一起组队的需求。同时，远程玩家可通过体感交互与现场玩家互动或操控道具。
　　（2）多维感官交互丰富游戏体验
　　通过视觉触觉多维度通道的感官体验给予玩家剧本杀的沉浸感和新鲜感。在视觉上，通过获取剧本线索道具在本地或云端存储的三维影像数据，使用投影仪在玩家面前进行全息投影，依托 6G 技术使得图像更逼真；在触觉上，玩家在借助传感器实现手势和语音控制全息道具的同时，可通过佩戴触觉手套等装备感受道具的真实触感，增强带入感，依托 6G 技术超低时延的特点实现玩家的实时操控与道具的实时反馈。
　　（3）全息游戏复盘
　　通过在游戏后为玩家提供该场游戏的全息影像回放，满足用户对于游戏后共同交流和增强社交的需求。依托 6G 支持的超低时延和更逼真的图像，使用双目立体摄像机记录玩家在游戏过程中的场景，在玩家完成一场剧本游戏后，使用投影仪进行三维全息还原，玩家可通过手势交互对影像场景进行旋转缩放等操作。
　　（4）全息片段选剧本
　　使用投影仪将本地或云端储存的剧本片段进行全息播放，借助传感器，玩家可通过手势和语音交互的方式切换浏览和选择剧本，满足用户提前体验剧本以选择最感兴趣的剧本的需求。多信维高保真人际互动场景
　　多信维高保真人际互动场景
　　随着信息化时代人际沟通需求的升级，全息远程通讯场景对通讯网络的传输带宽和低时延性能提出了更高需求。大带宽低时延特性让传输场景，人物等立体模型效果得到了极大提升，大幅增加了远距离沟通场景下端到端的综合用户体验。
　　多信维高保真人际互动场景下，通过高速发展的 6G 通讯技术与全息显示技术为用户带来新的沟通方式和体验，让交流更加真实快捷跨越时空。通过对人像的高质量数据采集传输及三维下的多模态交互，人与人之间的互相交流和会议等将呈现多种丰富的形态，让用户享受到极致的沉浸式体验。
　　多信维高保真人际互动场景主要赋能有关远程通讯的领域，用户使用场景较为日常和去专业化。此类用户的需求集中于异地互动通讯，高感官程度影像呈现方面的追求。在性别方面，该场景下的大部分全息产品没有明显的性别偏向。在职业身份方面，该场景的用户类型没有出现明显的职业化，例如云通话，全息明星互动等场景，这些场景均表现出较强的普适性。
　　目前，多信维高保真人际互动场景中的用户面临的痛点主要为：目前的语音通话，视频通话存在着临场感差，交互通道单一等弊端；受限于目前通信网络性能，视频通话常存在网络波动影响通讯质量的问题；传输高质量的视觉通讯内容受制于传输带宽难以实现。
　　用户在场景中的痛点催生了如下用户需求：
　　1.应用高性能通讯网络传输高质量人员数据，提高通讯质量。在医疗教学这一场景中，需要实现，远距离教学人员影像与受教人员影像的实时稳定可见，这需要 6G 网络低时延高带宽，高稳定性的传输性能作为底层支撑，保证通讯过程的通畅。
　　2. 采集通讯多方的场景，人物数据，构筑高质量高感官程度互动通讯。在视频会议这一场景中，线上参会人员的人物数据将会被采集，然后创建线上虚拟会议室并通过全息显示技术，在人员身边构建虚拟高真实度参会场景，实现身临其境般的线上会议讨论。
　　多信维高保真人际互动场景对信息通信系统提出更高的要求，需要做到人、物和环境的高质量数据采集传输及三维下的多模态交互，如图所示。
　　量化场景特征各个维度后，可发现多信维高保真人际互动场景的高得分维度中，虚实融合得分 3.7，具身交互态得分 4.2。分析可知该场景下交流需求的显著性使用户参与到全息通讯场景中情况较多，例如在全息会议中用户需具身参与虚拟会议中，因此虚实融合和具身交互态两个维度得分较高。未来该类场景较多应用于远距离通讯，信息交互领域，代表性行业有远距离客服等。
　　该场景下通讯各端对模型显示效果提出了高要求，且强调设备与用户之间的多模态交互，因此具备了较强的具身交互态特征与虚拟态特征。
　　多信维高保真人际互动场景特性
　　从 6G 技术需求度五点量表打分数据中，可知该场景实时敏感度高，多采用直播、同步传输的形式，需要低传输时延和话音降噪，要求传输时延<10ms；同时，多信维高保真人际互动场景也需要较高的情感感知能力和网络算力，依赖高网络稳定性以实现频繁地远程人机交互和人际交互，传输音、画触觉等多通道信息，具体的技术需求度如图 29 所示。此外，为了强沉浸式呈现互动情境，该场景对于分辨率和可视角度的要求也很高，需要 16k 分辨率，90°～180°可视角度，以实现全息立体三维效果，带给参与者强临场感。
　　多信维高保真人际互动场景技术需求度
　　应用案例：全息健身
　　后疫情时代，身体健康愈发受到人们的重视。在 6G 与全息技术赋能下，全息健身可以解决用户健身中存在的痛点：全息实时捕捉用户和教练的身体数据，全息投影人像、3D 动作指引箭头和数据分析结果，并可以跨时空交互，提供健身人群更为准确有效的健身引导和监督，实现可视化用户身体数据，并为用户营造更为轻松愉悦的健身氛围，最终帮助用户更加有效和持续的健身。
　　全息健身依托于低时延、全拟真、高网络算力技术的 6G 技术，全息显示，采集并三维重建用户数据，并进行云端的存储和分析。用户、教练的身体及声音数据、用户的实时运动轨迹、用户运动历史记录等在场景中实时双向传输。如图所示，健身者可以通过手势交互、语音交互或者体感交互进行全息影像互动，操作全息模型和查看全息数据。在全息功能的实现过程中，用户端、教练端和云端持续地双向交互反馈、内容感知和技术支持。
　　全息健身
　　【来源：北京邮电大学、中国移动研究院】