3.2.4　其他支撑技术

要想实现理想的沉浸式交互技术，除了需要用到虚拟现实技术、增强现实技术、数据可视化技术以及计算机图形学相关技术之外，也需要其他技术支撑，比如实现高同步的通信技术，解决大量用户同时在线问题的云计算技术，以及用于图像渲染的GPU和作为虚拟世界基础架构的算法等，下面将介绍与沉浸式交互技术相关的其他支撑技术。

1.通信技术：5G

沉浸式交互技术要求高同步、低延迟。其中5G是实现高同步和低延迟的核心技术。5G的三大应用场景如图3.22所示。增强移动宽带（enhance Mobile Broadband，eMMB）对VR的作用是提高全景视频的分辨率和码率，从而给用户带来更好的观看体验；超可靠低时延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）可以通过云游戏技术解决方案提高图像质量，从而减少云游戏技术中的网络延迟；大规模连接（massive Machine Type of Communication，mMTC）即海量机器类通信，主要应用在物联网中，目前的Wi-Fi及蓝牙属于在小范围内实现连接的技术，在物联网时代，这种连接技术已经无法满足需求，而5G可以实现大规模的连接，为物联网的进一步发展提供技术支持。同时，边缘计算通常被视为元宇宙中的关键基础技术。通过采用靠近数据源头的开放平台，可以直接就近为用户提供最近端的服务，从而帮助终端用户补充本地算力，提高处理效率，并最大限度地降低网络延迟和网络拥塞的风险。

图3.22　5G的三大应用场景

根据独立第三方网络测试机构Open Signal的测试数据，4G LTE端到端时延为98毫秒，可满足视频会议、在线课堂等场景的交互需求，但这远不能满足元宇宙对低延迟的严格要求。VR设备存在的一个主要问题是传输延迟导致的眩晕。5G带宽和传输速率的提升可以有效改善延迟，减少眩晕感。根据Thales的数据，5G端到端时延可以控制在1毫秒以内，不同通信技术下的端到端时延对比如图3.23所示。在元宇宙中，大量数据需要快速传输，这就需要强大的通信基础设施。然而由于基站数量的限制，5G的实际传输速率可能难以达到其设计水平。根据日韩等国对6G网络技术的展望，6G时延有望降低到5G的十分之一，传输速率有望达到5G的50倍。此技术有望真正实现元宇宙中的低延迟。

图3.23　不同通信技术下的端到端时延（毫秒）对比

2.运算技术：云计算

云计算是一种分布式计算，具有强大的计算能力，有望解决大量用户同时在线的问题。元宇宙需要实时监控数据和进行大量计算，使用户可以使用任意设备登录，并随时随地沉浸其中。而单台或几台服务器很难支持元宇宙中的海量计算。通过云强大的计算能力，云游戏可以将渲染等过程转移到云端。与在终端上运行的游戏相比，云游戏大大降低了游戏对终端设备性能的依赖，其快捷的玩法符合元宇宙能随时随地进入的特点。VR设备需要高性能的CPU、存储和传输组件来支撑计算，导致设备较重，用户难以长时间佩戴。而随着VR设备算力的云化，VR终端设备有望实现轻量化，降低成本，画面更流畅。

3.图像渲染：算力

对于虚拟世界的模拟来说，GPU是主要的计算能力基础硬件，要想获得逼真的虚拟体验，GPU的算力是必不可少的。截至2021年11月，在消费PC领域，能够量产GPU的公司只有NVIDIA、AMD和Intel。其中，Intel以集成GPU为主，AMD既有集成GPU又有独立GPU，NVIDIA以独立GPU为主。GPU的硬件结构精巧复杂，这是技术长期演进的结果，并使GPU能够支持很多高级的图形处理步骤，包括顶点处理、光栅化、纹理映射等。

4.基础架构：算法

引擎通过算法定义了虚拟世界中的基本规则和呈现方式。这些规则包括“光影效果”“动画系统”“物理系统”等。引擎的作用是减少重复开发，降低开发门槛。通常，引擎执行物理模型计算、AI计算、图像渲染、声音和动画系统渲染等任务。目前市面上较为有名的引擎平台有Unity和Unreal。