CN111352243A - 一种基于5g网络的ar远程渲染系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于5G网络的AR远程渲染系统及方法，所述AR远程渲染系统包括AR眼镜和远程渲染网络硬件，所述AR眼镜内设置有远程渲染辅助模块；所述远程渲染辅助模块用于将待渲染文件通过5G网络传送给所述远程渲染网络硬件；所述远程渲染网络硬件用于对所述待渲染文件进行渲染，生成画面文件，并将所述画面文件通过5G网络传送给所述远程渲染辅助模块，以供所述AR眼镜进行显示。本发明在不增加AR眼镜额外成本的情况下，通过采用5G网络通信技术，借助于5G网络的高带宽，通过远程渲染的方式，不仅能够提供更好的AR显示体验，同时极大的降低了AR眼镜的运算压力，可以使AR眼镜制作的更为轻薄和便携。
Description
技术领域
本发明涉及AR显示技术领域，特别涉及一种基于5G网络的AR远程渲染系统及方法。
背景技术
近年来，AR(Augmented Reality，增强现实)技术作为综合智能技术的集成者，实现了真正意义上的可穿戴的人机交互方式。其中，AR眼镜可以实现诸多功能，可以看作是一台微型的手机，具有广泛的应用前景和用户市场。
目前，国内外的AR眼镜主要有以下几种：
HoloLens，是一款基于深度的摄像头，高性能处理器和双屏幕显示的头戴式计算设备，高性能可以独立使用，支持WiFi和蓝牙，内置CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)和一颗首创的HPU(HolographicProcessing Unit，全息处理器)，具备立体音效系统以及一整套传感器实现各种功能；
Meta2，主要针对企业，供给程序员进行研发，应用主要在TOB的办公场景上，比如之前为创作3D图像的设计师打造的应用，优势为视野宽价格低，劣势为需要外接电脑，大大降低便携性；
ODG-R9，ODG公司一直研发高端夜视眼镜，2014年被微软收购，与军队和政府机构保持长期合作，主要应用于医疗、能源、交通物流和政府管理。
虽然目前市面上提供AR眼镜技术硬件的公司很多，但是可以看出为了增加眼镜的便携性，大部分公司选用的CPU以及GPU运行效率有限(选用的CPU有Intel的凌动系列和高通晓龙8XX系列)。
国内市面采用高通骁龙系列的AR产品占了很大比例。Qualcomm骁龙是QualcommTechnologies(美国高通公司)的产品。骁龙移动平台、处理器、调制解调器和芯片组采用了面向人工智能(AI)和沉浸体验的全新架构，致力于满足下一代移动计算所需的智能、功效、连接等性能，可以带来速度、续航、更智能的计算、图像效果、体验以及更全面的安全保护，满足智能手机、平板、AR终端以及笔记本电脑的需求。
然而，现有的AR眼镜具有以下弊端：考虑到眼镜的尺寸便携性以及节能减耗的需求，其内部处理器的功能受到限制，渲染出的画面基本以线条或者文字，以及低分辨率画面为主，尤其在处理大型复杂场景画面的时候经常面临卡顿，限制了用户的体验以及使用范围；此外，由于渲染工作主要通过眼镜内部的硬件完成，导致现有的AR眼镜比较厚重，为携带和使用带来不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G网络的AR远程渲染系统及方法，解决现有的AR眼镜结构厚重、处理功能受限制的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
一种基于5G网络的AR远程渲染系统，包括AR眼镜和远程渲染网络硬件，所述AR眼镜内设置有远程渲染辅助模块；
所述远程渲染辅助模块用于将待渲染文件通过5G网络传送给所述远程渲染网络硬件；
所述远程渲染网络硬件用于对所述待渲染文件进行渲染，生成画面文件，并将所述画面文件通过5G网络传送给所述远程渲染辅助模块，以供所述AR眼镜进行显示。
优选地，所述远程渲染网络硬件包括至少一个云渲染服务器和至少一个渲染节点机；
所述云渲染服务器用于根据所述待渲染文件中的全体物体信息对所述待渲染文件进行分割，得到多个包含单个物体信息的子文件，并分配给所述渲染节点机；
所述渲染节点机用于对分割后的子文件进行渲染，生成画面子文件，并将所述画面子文件传送给所述云渲染服务器；
所述云渲染服务器还用于将多个渲染后的画面子文件合并成完整的画面文件，并通过5G网络传送给所述远程渲染辅助模块。
优选地，所述云渲染服务器包括：
判断单元，用于对接收到的待渲染文件进行判断，判断所述待渲染文件是否为最近一次上传，并对最近一次上传的待渲染文件进行分割操作。
优选地，所述远程渲染网络硬件还包括：
存储器，用于存储渲染素材，以供所述渲染节点机读取渲染素材。
优选地，所述远程渲染网络硬件还包括：
数据库，用于为所述渲染节点机提供渲染所需的映射数据。
优选地，所述AR眼镜还包括：
显示模块，用于对所述远程渲染辅助模块接收的画面文件进行显示。
优选地，所述待渲染文件包括AR眼镜中的空间六自由度坐标信息及旋转角度信息；
所述远程渲染辅助模块通过软件实现，所述软件安装在所述AR眼镜中，用于将所述空间六自由度坐标信息及旋转角度信息发送给所述远程渲染网络硬件，所述远程渲染网络硬件用于根据所述空间六自由度坐标信息及旋转角度信息生成画面文件，生成的画面文件采用H265视频编码以流媒体方式传送给所述远程渲染辅助模块。
一种基于5G网络的AR远程渲染方法，包括以下步骤：
AR眼镜将待渲染文件通过5G网络传送给远程渲染网络硬件；
所述远程渲染网络硬件对所述待渲染文件进行渲染，生成画面文件，并将所述画面文件通过5G网络传送给所述AR眼镜进行显示。
优选地，所述远程渲染网络硬件对所述待渲染文件进行渲染，生成画面文件的步骤包括：
根据所述待渲染文件中的全体物体信息对所述待渲染文件进行分割，得到多个包含单个物体信息的子文件；
对分割后的子文件进行渲染，生成画面子文件；
将多个渲染后的画面子文件合并成完整的画面文件，并通过5G网络传送给所述AR眼镜进行显示。
优选地，根据所述待渲染文件中的物体信息对所述待渲染文件进行分割的步骤之前还包括：
对接收到的待渲染文件进行判断，判断所述待渲染文件是否为最近一次上传，并对最近一次上传的待渲染文件进行分割操作。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
上述方案中，AR眼镜通过远程渲染辅助模块将待渲染文件通过5G网络传输给远程渲染网络硬件，由远程渲染网络硬件对待渲染文件进行渲染，渲染出的画面文件再通过5G网络回传给远程渲染辅助模块，然后呈现给AR眼镜进行显示。本发明在不增加AR眼镜额外成本的情况下，通过采用5G网络通信技术，借助于5G网络的高带宽，通过远程渲染的方式，不仅能够提供更好的AR显示体验，同时极大的降低了AR眼镜的运算压力，可以使AR眼镜制作的更为轻薄和便携。
附图说明
图1是本发明实施例提供的AR远程渲染系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的AR远程渲染方法的流程图；
图3是本发明实施例中的渲染过程的示意图；
图4是本发明实施例中的判断过程的示意图；
图5是本发明实施例中远程渲染调用流程示意图。
附图标记说明：1-AR眼镜；2-远程渲染网络硬件；101-远程渲染辅助模块；102-显示模块；201-云渲染服务器；202-渲染节点机；203-存储器；204-数据库。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例首先提供了一种基于5G网络的AR远程渲染系统，如图1所示，AR远程渲染系统包括AR眼镜1和远程渲染网络硬件2，AR眼镜1内设置有远程渲染辅助模块101；
远程渲染辅助模块101用于将待渲染文件通过5G网络传送给远程渲染网络硬件2；
远程渲染网络硬件2用于对待渲染文件进行渲染，生成画面文件，并将画面文件通过5G网络传送给远程渲染辅助模块101，以供AR眼镜1进行显示。
5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟(更快的响应时间)，低于1毫秒，而4G网络为30-70毫秒。因此，在5G网络环境比较好的情况下，1GB的文件1-3秒就能下完，基本上不会超过10秒，应用数据、照片、视频等大体积文件，云盘备份或下载等都会极速完成，同时还具有超高安全性、可靠性、超低时延等优点。
在本发明的实施例中，AR眼镜1通过远程渲染辅助模块101将待渲染文件通过5G网络传输给远程渲染网络硬件2，由远程渲染网络硬件2对待渲染文件进行渲染，渲染出的画面文件再通过5G网络回传给远程渲染辅助模块101，然后呈现给AR眼镜1进行显示。本发明在不增加AR眼镜额外成本的情况下，通过采用5G网络通信技术，借助于5G网络的高带宽，通过远程渲染的方式，不仅能够提供更好的AR显示体验，同时极大的降低了AR眼镜的运算压力，可以使AR眼镜制作的更为轻薄和便携。
其中，AR眼镜1还包括：
显示模块102，用于对远程渲染辅助模块101接收的画面文件进行显示。
进一步地，如图1所示，远程渲染网络硬件2包括至少一个云渲染服务器201和至少一个渲染节点机202；
云渲染服务器201用于根据待渲染文件中的全体物体信息对待渲染文件进行分割，得到多个包含单个物体信息的子文件，并分配给渲染节点机202；
渲染节点机202用于对分割后的子文件进行渲染，生成画面子文件，并将画面子文件传送给云渲染服务器201；
云渲染服务器201还用于将多个渲染后的画面子文件合并成完整的画面文件，并通过5G网络传送给远程渲染辅助模块101。
进一步地，云渲染服务器201包括：
判断单元，用于对接收到的待渲染文件进行判断，判断待渲染文件是否为最近一次上传，并对最近一次上传的待渲染文件进行分割操作。
具体地，判断单元首先判断待渲染文件是否为首次上传，若不是首次上传，则选择最近一次上传的待渲染文件，之后判断单元判断待渲染文件中的全体物体信息是否为首次提供，若不是首次提供，则选择最近一次上传的待渲染文件中的全体物体信息进行下一步操作。
进一步地，远程渲染网络硬件2还包括：
存储器203，用于存储渲染素材，以供渲染节点机202读取渲染素材。
进一步地，远程渲染网络硬件2还包括：
数据库204，用于为渲染节点机202提供渲染所需的映射数据。
作为本发明的一种具体实现方式，待渲染文件包括AR眼镜1中的空间六自由度坐标信息及旋转角度信息；远程渲染辅助模块101可以通过软件实现，该软件安装在AR眼镜1中，起到一个中间桥梁的作用，用于将AR眼镜1的空间坐标信息以及旋转角度信息发送给远程渲染网络硬件2，远程渲染网络硬件2用于根据这些空间坐标信息以及旋转角度信息绘制生成画面文件，然后将生成的画面文件采用H265视频编码以流媒体方式传送给远程渲染辅助模块101，以供AR眼镜1中进行显示，从而达到远程渲染网络硬件2负责画面计算及绘制，AR眼镜1负责显示的目的。
优选地，远程渲染网络硬件2的具体组成如下表所示：
本发明的上述实施例提供的基于5G网络的AR远程渲染系统具有以下技术优势：
系统支持多个渲染资源池的集中管理；
人性化操作界面，简化了操作步骤，提升操作效率；
基于J2EE平台，采用WEB方式，支持远程使用、管理和监控,保障平台的兼容性、安全性和灵活性；
支持公有云，支持渲染素材的自助上传、渲染过程的自助预览及渲染结果的自助下载，提高操作便捷性；
遵照PHL规范，流程规范，过程清晰，结果明确；
渲染资源池采用成熟可靠、性能卓越的分布式文件系统和渲染资源调度引擎，实现了资源池化；
采用松耦合系统架构，各模块互不依赖，灵活的架构支持规模化的平滑扩展。
相应地，本发明的实施例还提供了一种基于5G网络的AR远程渲染方法，如图2所示，所述AR远程渲染方法包括以下步骤：
S1、AR眼镜将待渲染文件通过5G网络传送给远程渲染网络硬件；
S2、远程渲染网络硬件对待渲染文件进行渲染，生成画面文件，并将画面文件通过5G网络传送给AR眼镜进行显示。
本发明方法在不增加AR眼镜额外成本的情况下，通过采用5G网络通信技术，借助于5G网络的高带宽，通过远程渲染的方式，不仅能够提供更好的AR显示体验，同时极大的降低了AR眼镜的运算压力，可以使AR眼镜制作的更为轻薄和便携。
此外，本发明方法提供的远端渲染方式还可用于其他的终端设备，使用户可以在任何轻量级的终端设备上获得高质量的3D渲染画面，同时渲染效率可提高数十倍。
进一步地，如图3所示，所述远程渲染网络硬件对待渲染文件进行渲染，生成画面文件的步骤包括：
S201、根据待渲染文件中的全体物体信息对待渲染文件进行分割，得到多个包含单个物体信息的子文件；
S202、对分割后的子文件进行渲染，生成画面子文件；
S203、将多个渲染后的画面子文件合并成完整的画面文件，并通过5G网络传送给AR眼镜进行显示。
进一步地，根据待渲染文件中的物体信息对待渲染文件进行分割的步骤之前还包括：
对接收到的待渲染文件进行判断，判断该待渲染文件是否为最近一次上传，并对最近一次上传的待渲染文件进行分割操作。
如图4所示，上述步骤具体包括：
S200a、首先判断待渲染文件是否为首次上传，若不是首次上传，则选择最近一次上传的待渲染文件；
S200b、之后判断待渲染文件中的全体物体信息是否为首次提供，若不是首次提供，则选择最近一次上传的待渲染文件中的全体物体信息进行下一步操作。
作为本发明方法的一种具体实现方式，远程渲染调用流程的示意图如图5所示。在AR眼镜接收端，依次进行初始化库、库参数配置、注册设备初始化、注册设备开启、获取用户列表、流开启、流传输、数据格式化、数据传输、流关闭、设备关闭和注销库；在发送端被动打开模式，依次进行初始化库、库参数配置、注册设备初始化、注册设备开启、流传输、注册格式化、流记录、发送帧、设备关闭和注销库；在发送端主动打开模式，依次进行初始化库、库参数配置、注册设备初始化、注册设备开启、注册格式化、发送帧、设备关闭和注销库。
进一步地，本发明中所述AR眼镜包括内置的远程渲染辅助模块、显示模块、以及5G通信模块；
远程渲染辅助模块用于生成待渲染文件，并传送给5G通信模块；
5G通信模块用于将待渲染文件传送至云端进行渲染，接收云端返回的渲染后的画面文件，并传送给远程渲染辅助模块进行处理；
显示模块用于对处理后的画面文件进行显示。
进一步地，远程渲染辅助模块包括主板和设置在主板上的中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)和数字信号处理器(DSP)；
数字信号处理器用于对接收的画面文件进行数字滤波处理，图形处理器用于对滤波后的画面文件进行分析处理，得到显示信息，中央处理器用于根据所述显示信息生成控制信号，以控制显示模块进行显示。
优选地，作为本发明的一种具体实现方式，主板采用一体化集成设计，包含：高通骁龙835CPU，八核2.45GHz、64位、10nm制程工艺；Adreno 540GPU；Hexagon 682DSP；另外搭载华为5G通信模块，提供高达10Gmps的网络通信带宽。
进一步地，远程渲染辅助模块还包括设置在主板上的可扩展存储器，可扩展存储器用于进行数据存储。
在本发明的实施例中，可扩展存储器可采用以下参数：内存4GB LPDDR4X1866MHz；闪存32GB UFS2.1；最高支持256GB Micro-SD卡扩展。
由于本发明中数据量和计算量庞大的渲染工作通过云端进行处理，因此对中央处理器、图形处理器、数字信号处理器和可扩展存储器的硬件要求不高，能够使AR眼镜制作的更加轻薄便携，同时提高产品的经济性。
进一步地，本发明所述AR眼镜还包括设置在主板上的机身传感器组，机身传感器组用于实现所述AR眼镜的实时感测追踪，使用户能够方便地应用各类软件、游戏中的交互控制。
优选地，机身传感器组包括九轴传感器和距离传感器；
九轴传感器包括三轴加速度仪、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘，三者相互配合，用于检测AR眼镜的方位角，并传送给中央处理器；
距离传感器用于检测所述AR眼镜与目标物的距离，并传送给中央处理器；
中央处理器根据检测到的方位角和距离进行实时感测追踪。
通过上述检测，能够实现AR眼镜的实时感测追踪，使用户在各类软件、游戏的交互控制中获得更好的沉浸式体验。
进一步地，显示模块包括依次设置在外框中的背光、第一液晶显示层、垫片、第二液晶显示层和镜片组；
其中，背光用于提供光源，第一液晶显示层、垫片和第二液晶显示层组成液晶显示模组，用于进行液晶显示；
镜片组包括左眼镜片和右眼镜片，左眼镜片和右眼镜片均能够对焦距和视场角进行单独调节。
具体地，本发明采用超短焦光学显示结构，能够在厚度30mm以内实现高清的显示效果，单目FOV达105°，同时带有虚像距离调节的功能，支持0～1000的屈光度调节，并且双眼可独立调节，使得近视度数在700°以内的人群也能看清画面。
本发明实施例中的镜片可选用OLED液晶显示镜片，单眼3.5寸显示屏分辨率为1440x1600，采用快速响应技术，刷新率90Hz，视场角101°。
进一步地，本发明所述AR眼镜包括佩戴主体和位于佩戴主体内侧的可拆卸眼罩，5G通信模块、远程渲染辅助模块和显示模块均设置在佩戴主体内。
佩戴主体上还设置有音频播放器，USB接口和电源开关，音频播放器用于播放音频，USB接口用于与外部设备进行数据交互，以提升用户的使用体验。
优选地，佩戴主体包括轻质聚合物机身和织物材质前面板，通过薄壁注塑工艺制成，使产品整机更加轻薄和便携。
可拆卸眼罩由透气性泡棉制成，内含复合支撑结构，使用户佩戴更加舒适。
综上所述，本发明基于5G网络通信技术，借助于5G网络的高带宽，通过远程渲染的方式，不仅能够提供更好的AR显示体验，同时极大的降低了AR眼镜的运算压力，可以使AR眼镜制作的更为轻薄和便携。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于5G网络的AR远程渲染系统，其特征在于，包括AR眼镜和远程渲染网络硬件，所述AR眼镜内设置有远程渲染辅助模块；
所述远程渲染辅助模块用于将待渲染文件通过5G网络传送给所述远程渲染网络硬件；
所述远程渲染网络硬件用于对所述待渲染文件进行渲染，生成画面文件，并将所述画面文件通过5G网络传送给所述远程渲染辅助模块，以供所述AR眼镜进行显示。
2.根据权利要求1所述的AR远程渲染系统，其特征在于，所述远程渲染网络硬件包括至少一个云渲染服务器和至少一个渲染节点机；
所述云渲染服务器用于根据所述待渲染文件中的全体物体信息对所述待渲染文件进行分割，得到多个包含单个物体信息的子文件，并分配给所述渲染节点机；
所述渲染节点机用于对分割后的子文件进行渲染，生成画面子文件，并将所述画面子文件传送给所述云渲染服务器；
所述云渲染服务器还用于将多个渲染后的画面子文件合并成完整的画面文件，并通过5G网络传送给所述远程渲染辅助模块。
3.根据权利要求2所述的AR远程渲染系统，其特征在于，所述云渲染服务器包括：
判断单元，用于对接收到的待渲染文件进行判断，判断所述待渲染文件是否为最近一次上传，并对最近一次上传的待渲染文件进行分割操作。
4.根据权利要求2所述的AR远程渲染系统，其特征在于，所述远程渲染网络硬件还包括：
存储器，用于存储渲染素材，以供所述渲染节点机读取渲染素材。
5.根据权利要求2所述的AR远程渲染系统，其特征在于，所述远程渲染网络硬件还包括：
数据库，用于为所述渲染节点机提供渲染所需的映射数据。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的AR远程渲染系统，其特征在于，所述AR眼镜还包括：
显示模块，用于对所述远程渲染辅助模块接收的画面文件进行显示。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的AR远程渲染系统，其特征在于，所述待渲染文件包括AR眼镜中的空间六自由度坐标信息及旋转角度信息；
所述远程渲染辅助模块通过软件实现，所述软件安装在所述AR眼镜中，用于将所述空间六自由度坐标信息及旋转角度信息发送给所述远程渲染网络硬件，所述远程渲染网络硬件用于根据所述空间六自由度坐标信息及旋转角度信息生成画面文件，生成的画面文件采用H265视频编码以流媒体方式传送给所述远程渲染辅助模块。
8.一种基于5G网络的AR远程渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：
AR眼镜将待渲染文件通过5G网络传送给远程渲染网络硬件；
所述远程渲染网络硬件对所述待渲染文件进行渲染，生成画面文件，并将所述画面文件通过5G网络传送给所述AR眼镜进行显示。
9.根据权利要求8所述的AR远程渲染方法，其特征在于，所述远程渲染网络硬件对所述待渲染文件进行渲染，生成画面文件的步骤包括：
根据所述待渲染文件中的全体物体信息对所述待渲染文件进行分割，得到多个包含单个物体信息的子文件；
对分割后的子文件进行渲染，生成画面子文件；
将多个渲染后的画面子文件合并成完整的画面文件，并通过5G网络传送给所述AR眼镜进行显示。
10.根据权利要求9所述的AR远程渲染方法，其特征在于，根据所述待渲染文件中的物体信息对所述待渲染文件进行分割的步骤之前还包括：
对接收到的待渲染文件进行判断，判断所述待渲染文件是否为最近一次上传，并对最近一次上传的待渲染文件进行分割操作。
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| CN202010240830.7A CN111352243A (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 一种基于5g网络的ar远程渲染系统及方法 |
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- 2020-03-31 CN CN202010240830.7A patent/CN111352243A/zh active Pending
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