近年，隨著全息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，全息通信正在逐步走向可能。全息顯示技術(shù)利用干涉法記錄物體表面散射光波的相位和振幅等信息，再利用衍射原理重建物體的三維圖像。全息通信是利用全息顯示技術(shù)，捕獲處于遠(yuǎn)程位置的人和周圍物體的圖像，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸全息數(shù)據(jù)，在終端處使用激光束投射，以全息圖的方式投影出實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)立體影像，并能夠與之交互的新型通信方式。未來 6G 技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)提供更強(qiáng)的通信網(wǎng)絡(luò)，這將逐步讓全息通信業(yè)務(wù)的發(fā)展應(yīng)用成為可能。

本期的智能內(nèi)參，我們中國(guó)移動(dòng)研究院的報(bào)告《6G 全息通信業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)白皮書》，對(duì)全息通信的技術(shù)衍進(jìn)、應(yīng)用場(chǎng)景及網(wǎng)絡(luò)需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面進(jìn)行了研究分析。

來源 中國(guó)移動(dòng)研究院

原標(biāo)題：

《6G 全息通信業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)白皮書》

作者：楊本植 等

一、全息技術(shù)，進(jìn)入數(shù)字新時(shí)代

“全息”（Holography）即“全部信息”，這一概念首次在1947 年提出，由英國(guó)匈牙利裔物理學(xué)家 Dennis Gabor 發(fā)明，并因此獲得了1971 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。全息技術(shù)是一種利用干涉和衍射原理來記錄物體的反射，透射光波中的振幅相位信息進(jìn)而再現(xiàn)物體真實(shí)三維圖像的技術(shù)。它與物理學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，電子通信及人機(jī)交互等學(xué)科領(lǐng)域有著密切的聯(lián)系。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，人們拓展了動(dòng)態(tài)計(jì)算全息術(shù)及其運(yùn)算、彩色全息術(shù)、計(jì)算全息三維顯示、計(jì)算全息光學(xué)加密、計(jì)算全息編碼等領(lǐng)域，研究者們正在努力突破算力、設(shè)備和算法的制約，向著最為理想的全息三維顯示發(fā)展。

全息技術(shù)的提出，不僅是一種技術(shù)的發(fā)明，更是一種思路的提出，借由全息技術(shù)的技術(shù)原理，通過物波與參考波疊加干涉來記錄物體信息的思路被應(yīng)用到很多其他領(lǐng)域，進(jìn)而衍生出了一些類似的領(lǐng)域，比較有代表性的有：聲全息、模壓全息、紅外全息、微波全息、光學(xué)掃描全息術(shù)等。

▲全息技術(shù)衍生領(lǐng)域

根據(jù)成像原理及呈現(xiàn)效果的不同，將全息成像技術(shù)分為三種類型：2D 全息、3D 全息、理想全息。2D 全息指利用較為簡(jiǎn)單的反射、折射原理或者視覺殘留制造可視角度有限的裸眼三維效果。包括空氣成像、旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇屏、霧屏/霧幕以及立體光柵顯示器。3D 全息是當(dāng)前最接近于理想全息顯示效果的全息顯示技術(shù)，包含的技術(shù)主要有全息光場(chǎng)、點(diǎn)云、電離空氣、光鑷、聲鑷和體全息技術(shù)。理想全息是基于計(jì)算全息圖的真正意義上的狹義全息，通過計(jì)算全息圖的制作與再現(xiàn)完成 3D 對(duì)象的全息顯示。

全息術(shù)的發(fā)展總共經(jīng)歷了三個(gè)主要階段：傳統(tǒng)光學(xué)全息，數(shù)字全息和計(jì)算全息。20 世紀(jì) 60 年代末期第一臺(tái)激光器問世，此時(shí)全息技術(shù)啟發(fā)了眾多衍生領(lǐng)域，并在數(shù)字全息被提出時(shí)達(dá)到峰點(diǎn)。然而受制于CCD 及計(jì)算設(shè)備的不成熟，數(shù)字全息的研究陷入了低谷。隨著 21 世紀(jì)初期數(shù)碼攝像機(jī)的普及及計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，數(shù)字全息領(lǐng)域中產(chǎn)生了計(jì)算全息這一分支，由于其不依賴實(shí)物而是用計(jì)算機(jī)模擬物體光學(xué)分布制作全息圖，迅速成為熱門研究話題。

▲全息技術(shù)發(fā)展歷程圖

二、全息通信，科幻般的通信方式

而全息通信業(yè)務(wù)是基于裸眼全息技術(shù)的高沉浸、多維度交互應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)的采集、編碼、傳輸、渲染及顯示的整體應(yīng)用方案，包含了從數(shù)據(jù)采集到多維度感官數(shù)據(jù)還原的整個(gè)端到端過程，是一種高沉浸式、高自然度交互的業(yè)務(wù)形態(tài)。

6G 技術(shù)將支持人類對(duì)物理世界進(jìn)行更深刻的理解與感知，幫助人類構(gòu)建虛擬世界與虛實(shí)融合世界，從而擴(kuò)展人類的活動(dòng)空間；同時(shí)支持大量智能體互聯(lián)，從而延伸人類的體能和智能水平。結(jié)合 6G 技術(shù)、全息通信愿景與未來通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以擴(kuò)展活動(dòng)空間與延伸體能智能為基線，進(jìn)行擴(kuò)展與挖掘可獲得包括數(shù)字孿生、高質(zhì)量全息、沉浸 XR、新型智慧城市、全域應(yīng)急通信搶險(xiǎn)、智能工廠、網(wǎng)聯(lián)機(jī)器人、自治系統(tǒng)等相關(guān) 6G 全息通信場(chǎng)景與業(yè)務(wù)形態(tài)，貼合6G 的愿景，體現(xiàn)“人-機(jī)-物-境”的完美協(xié)作。

根據(jù)依賴技術(shù)及給予用戶體驗(yàn)的不同，未來 6G 時(shí)代，全息通信的應(yīng)用場(chǎng)景將有七大類，分別是：帶寬遠(yuǎn)程管理，低時(shí)延精密輔助，超智能信息網(wǎng)絡(luò)，多維度交互體驗(yàn)，高質(zhì)量人像互動(dòng)，臨場(chǎng)態(tài)全息展示和沉浸式全息影像。

▲6G 全息通信應(yīng)用場(chǎng)景總圖

1、多維交互體驗(yàn)

一直以來，人們都在追求實(shí)現(xiàn)真實(shí)度與參與感更強(qiáng)的顯示技術(shù)與體驗(yàn)效果。未來 6g 時(shí)代下，通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的極大提高讓全息技術(shù)及多模態(tài)交互技術(shù)落地，在這些技術(shù)的賦能下，用戶可以體驗(yàn)到更豐富的交互通道，交互效果更為真實(shí)。在多維度交互體驗(yàn)場(chǎng)景下，可以采集來自物體和環(huán)境全真數(shù)據(jù)，應(yīng)用全息技術(shù)去構(gòu)建可供用戶深度參與交互的體驗(yàn)場(chǎng)景，豐富沉浸式的多通道交互手段，提供豐富新穎的交互體驗(yàn)。

多維度交互體驗(yàn)場(chǎng)景多用于體驗(yàn)增強(qiáng)型業(yè)務(wù)，要求能夠?qū)⒉杉降沫h(huán)境與物品數(shù)據(jù)高性能傳輸以構(gòu)建沉浸化場(chǎng)景，因此要求通訊網(wǎng)絡(luò)帶寬及支持流量密度能力提出更高要求。

多維度交互體驗(yàn)場(chǎng)景下，顯示端可以生成沉浸性更強(qiáng)、互動(dòng)程度更高的成像效果，為用戶帶來更豐富的感官體驗(yàn)。因此，多維度交互體驗(yàn)場(chǎng)景可以廣泛應(yīng)用于泛娛樂，文化教育等領(lǐng)域，通過構(gòu)建豐富多維的可交互顯示效果，為用戶提供全息娛樂，全息文化教育等服務(wù)。在 6G 多維度交互體驗(yàn)場(chǎng)景中，家庭XR 娛樂借助虛擬現(xiàn)實(shí)、通道交互等技術(shù)，建立高顯示質(zhì)、高交互程度的顯示場(chǎng)景，讓用戶高沉浸性地進(jìn)行家庭游戲，虛擬運(yùn)動(dòng)等娛樂項(xiàng)目。此外，6G 通訊網(wǎng)絡(luò)還讓全息觀影成為可能，用戶可以觀看立體感和全真程度極高的全息畫面，并通過多個(gè)通道與設(shè)備進(jìn)行交互，收獲更好的觀影體驗(yàn)。

多為交互體驗(yàn)的一個(gè)重要領(lǐng)域是全息游戲。雖然全息游戲使用場(chǎng)景最為廣泛、發(fā)展時(shí)間最久，但尚未運(yùn)用全息技術(shù)并實(shí)現(xiàn)交互。目前，市場(chǎng)上并沒有真正意義上的全息游戲。游戲與全息技術(shù)結(jié)合必將使游戲環(huán)境的逼真度及玩家游戲體驗(yàn)達(dá)到頂峰。

▲全息游戲應(yīng)用布局圖

2、沉浸式全息影像

現(xiàn)階段沉浸式體驗(yàn)方式為虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及兩種的組合版，且由于顯示精度及場(chǎng)景數(shù)據(jù)下載速率等問題，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)還未能夠達(dá)到商用的標(biāo)準(zhǔn)。在6G 時(shí)代將打破桎梏，用戶可以通過裸眼全息的方式營(yíng)造全場(chǎng)景效果，提供用戶完全沉浸的體驗(yàn)。

沉浸式全息影像場(chǎng)景要在相對(duì)固定的系統(tǒng)環(huán)境下，以來超低時(shí)延與超高帶寬的通信才能為用戶帶來極致體驗(yàn)。因此對(duì)傳輸?shù)囊筝^高，同時(shí)為了加強(qiáng)體驗(yàn)的沉浸感對(duì)交互的要求也更為苛刻。同時(shí)在要在裸眼的情況下實(shí)現(xiàn)，對(duì)展示的載體及媒介將是前所未有的挑戰(zhàn)，只有做到極致才能做到沉浸式體驗(yàn)。

通過發(fā)揮 6G 技術(shù)和裸眼 3D 顯示技術(shù)，沉浸式全息影像將大大提高用戶的體驗(yàn)感，廣泛應(yīng)用于生活?yuàn)蕵穲?chǎng)景。其中典型場(chǎng)景包括全息服務(wù)與銷售、全息新聞與舞美、全息影院、全息體育、樓盤樣板間展示及沉浸式主題餐廳：

▲沉浸式全息影像場(chǎng)景總圖

3、超智能信息網(wǎng)絡(luò)

隨著人工智能技術(shù)的研究與應(yīng)用推進(jìn)，智能化早已成為各個(gè)領(lǐng)域追求的目標(biāo)。在超智能網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，6G 通訊網(wǎng)絡(luò)的大帶寬低時(shí)延與廣連接特性，讓采集到的大規(guī)模數(shù)據(jù)能夠上傳后結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行綜合處理分析，讓6G為全域智能化賦能，實(shí)現(xiàn) AI 、數(shù)字孿生與 6G 網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合。

超智能信息網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景普遍需要采集環(huán)境與場(chǎng)景數(shù)據(jù)，且具備高網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性與情景感知能力，甚至深度應(yīng)用人工智能技術(shù)，因此此類場(chǎng)景對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)提出了高傳輸帶寬，強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知與調(diào)節(jié)能力，高 AI 融智程度的要求。

隨著 6G 與人工智能技術(shù)的融合落地，采集端產(chǎn)生的巨量數(shù)據(jù)和高性能數(shù)據(jù)傳輸將為人工智能處理與分析求解提供堅(jiān)實(shí)數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)，人工智能將能夠得以感知更多維更全面數(shù)據(jù)并提升數(shù)據(jù)傳輸處理速度與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互能力，因此超智能信息網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景可以運(yùn)用于自動(dòng)駕駛、智能機(jī)器人等與人工智能緊密結(jié)合領(lǐng)域，讓人工智能“思維敏捷”的同時(shí)也能“手眼通天”。超智能信息網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下可以提供自然環(huán)境和城市環(huán)境的數(shù)字化管理。通過采集城市內(nèi)的交通，治安等多源多維數(shù)據(jù)，智能體將可以實(shí)現(xiàn)基于城市全面數(shù)據(jù)的智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，調(diào)配城市資源，進(jìn)行異常狀況告警。也可以通過采集車輛周邊信息與其他車輛信息等獲取海量數(shù)據(jù)，經(jīng)過智能體分析決策后，提供自動(dòng)駕駛服務(wù)。

4、高質(zhì)量人像互動(dòng)

高質(zhì)量人像互動(dòng)將帶來新的溝通方式和體驗(yàn)，讓交流更加真實(shí)零距離，跨越空間和時(shí)間。通過自然逼真的視覺還原，滿足人、物及其周邊環(huán)境的三維動(dòng)態(tài)交互，將實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)于人與人、人與物、人與環(huán)境之間的溝通需求。

高質(zhì)量人像互動(dòng)場(chǎng)景對(duì)信息通信系統(tǒng)提出更高的要求，需要做到人、物和環(huán)境的高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集傳輸及三維下的多模態(tài)交互，因此數(shù)據(jù)采集傳輸方面需要高精度的采集設(shè)備及足夠快的全息圖像傳輸能力和強(qiáng)大的空間三維顯示能力。同時(shí)，為了讓用戶享受到極致的沉浸式體驗(yàn)，對(duì)三維模式下的交互的方式將是一大挑戰(zhàn)。未來全息通信的廣泛應(yīng)用會(huì)使人與人之間的互相交流和會(huì)議將呈現(xiàn)多種豐富的形態(tài)，全息通信可用于遠(yuǎn)程培訓(xùn)和教育應(yīng)用程序，為學(xué)生提供參與和交互能力，并具備更多的互動(dòng)性，使人在該模式下更能好的去記憶及學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的跨越空間去實(shí)時(shí)溝通。還可以實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空的互動(dòng)，通過錄入逝去親人的身體數(shù)據(jù)，并且配合 AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空的陪伴。

5、新態(tài)勢(shì)模型展示

當(dāng)前全息投影的場(chǎng)景相對(duì)固定且設(shè)備比較笨重，而且對(duì)環(huán)境燈光有一定的要求，所以場(chǎng)景相對(duì)有限。在 6G 技術(shù)背景下，可以實(shí)現(xiàn)小場(chǎng)景的光場(chǎng)全息，通過光場(chǎng) 3D 模型的展示能豐富我們?nèi)粘５娜粘Ｉ詈吞岣呶覀児ぷ鞯男剩瑥亩档筒僮鞒杀镜耐瑫r(shí)豐富交互體驗(yàn)。

新態(tài)勢(shì)模型展示場(chǎng)景規(guī)模均較小，因此數(shù)據(jù)傳輸體量小，要求的數(shù)據(jù)質(zhì)量無需很精密，但此場(chǎng)景著重用戶與場(chǎng)景模型的交互操作，因?yàn)槿S的數(shù)據(jù)信息承載比二維更加豐富且有層次，用戶在獲取信息時(shí)能更加直觀且精準(zhǔn)。

新態(tài)勢(shì)模型展示場(chǎng)景可以讓現(xiàn)實(shí)與全息完美結(jié)合，場(chǎng)景不需要宏大，但是互動(dòng)性或展示更加要真實(shí)，雖然三維的信息獲取更加方便但是對(duì)內(nèi)容的要求反而比現(xiàn)階段更加嚴(yán)格，用戶可借助物理傳感器，通過手勢(shì)交互或體感交互對(duì)模型進(jìn)行交互操作。其中典型應(yīng)用場(chǎng)景分別是全息文化、全息教育、科普教學(xué)及數(shù)字化互動(dòng)體驗(yàn)餐廳。

▲新態(tài)勢(shì)模型展示場(chǎng)景總圖

6、高帶寬遠(yuǎn)程管理

隨著生產(chǎn)、生活信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來越多的現(xiàn)實(shí)物體將會(huì)映射入數(shù)字世界，實(shí)現(xiàn)多方位監(jiān)控與感知。在高帶寬遠(yuǎn)程管理場(chǎng)景下，諸如傳感器等采集與監(jiān)控設(shè)備將會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，供給遠(yuǎn)端業(yè)務(wù)方使用。屆時(shí)6G 將提供超大帶寬的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，幫助用戶獲取遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，得到全息態(tài)勢(shì)信息，進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、處理及呈現(xiàn)。

高帶寬遠(yuǎn)程管理場(chǎng)景的突出特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸體量大，需要遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。因此高帶寬遠(yuǎn)程管理場(chǎng)景的大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸特性，要求通訊網(wǎng)絡(luò)具備大傳輸帶寬，高吞吐量的能力，并且能夠在超遠(yuǎn)距離傳輸下仍保持較好的穩(wěn)定性。

將 6G 通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于道路監(jiān)控等態(tài)勢(shì)采集作業(yè)后，6G 網(wǎng)絡(luò)的大帶寬，低時(shí)延等特性將會(huì)大幅提升態(tài)勢(shì)監(jiān)控的效率，讓工作人員通過全息呈現(xiàn)等技術(shù)足不出戶便能查看遠(yuǎn)程某物或場(chǎng)景的全方位信息，改善了工作體驗(yàn)。因此高帶寬遠(yuǎn)程管理類場(chǎng)景在工農(nóng)業(yè)業(yè)作業(yè)監(jiān)控，特殊環(huán)境探查等行業(yè)有著較廣泛分布。例如在采礦業(yè)，礦洞內(nèi)采集端通過傳感器多方位采集礦洞內(nèi)多維環(huán)境信息后，就能將海量全真數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)端中控室內(nèi)呈現(xiàn)，輔助現(xiàn)場(chǎng)工作人員掌握礦下環(huán)境信息測(cè)、判別礦下環(huán)境異常狀況，并對(duì)事故點(diǎn)進(jìn)行全方位的細(xì)節(jié)檢查。此外，在農(nóng)作物種植業(yè)中，通過傳感器采集到農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)、周邊環(huán)境等多源信息并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，在中控室中處理呈現(xiàn)，讓農(nóng)業(yè)專家能全方位掌控農(nóng)作物的態(tài)勢(shì)信息，并針對(duì)作物問題給予遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

7、低時(shí)延精密輔助

傳統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)存在的固有數(shù)據(jù)通信延遲問題，將會(huì)在6G 網(wǎng)絡(luò)中得到大幅度減少。6G 網(wǎng)絡(luò)的極低延遲，將會(huì)讓端到端之間的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量更高，聯(lián)結(jié)更加緊密，因此在需要高實(shí)時(shí)性傳輸數(shù)據(jù)的低時(shí)延精密輔助場(chǎng)景下，6G 網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)高質(zhì)量同步，促進(jìn)溝通效率、資源分配效率的提升，讓萬物互聯(lián)真正實(shí)現(xiàn)。

低時(shí)延精密輔助場(chǎng)景的突出特點(diǎn)是場(chǎng)景需求亟待性大，傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量高，部分子場(chǎng)景應(yīng)用了高分辨率顯示技術(shù)，要求端到端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r(shí)性更高且傳輸可靠性更強(qiáng)。因此，低時(shí)延精密輔助場(chǎng)景對(duì) 6G 網(wǎng)絡(luò)提出了高數(shù)據(jù)傳輸上下行速率，低空口時(shí)延，強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的要求。

通過發(fā)揮 6G 網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延優(yōu)勢(shì)，通訊網(wǎng)絡(luò)的安全性與穩(wěn)定性將會(huì)大大提高，因此低時(shí)延精密輔助場(chǎng)景將能夠在醫(yī)療，制造業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。低時(shí)延精密輔助場(chǎng)景其中，6G 網(wǎng)絡(luò)讓遠(yuǎn)程醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)成為可能。醫(yī)院的?？漆t(yī)生在高性能通訊網(wǎng)絡(luò)的賦能下，能在觸覺，視覺等多維數(shù)據(jù)與病人端交互中，對(duì)病人遠(yuǎn)程實(shí)施遠(yuǎn)程問診。此外，工作人員通過 6G 通訊網(wǎng)絡(luò)，在安全場(chǎng)所傳輸手部移動(dòng)數(shù)據(jù)，操縱實(shí)驗(yàn)室內(nèi)機(jī)器人進(jìn)行高危化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，提高了特殊場(chǎng)所下作業(yè)的安全性。

8、全息通信網(wǎng)絡(luò)需求

全息高精度展示及動(dòng)態(tài)交互效果，對(duì)全息通信也提出了相應(yīng)要求，分別是超高帶寬、超低時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)算力、同步性及網(wǎng)絡(luò)安全五個(gè)方面。

▲全息通信網(wǎng)絡(luò)需求

超高帶寬。與傳統(tǒng)高清和 3D 虛擬視頻相比，全息通信傳輸?shù)牧髅襟w對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求將達(dá) Mbit/s 級(jí)。攝像頭傳感器（如微軟 KinectforWindowsv2）輸出的1080P圖像，每個(gè)像素有 4byte 的彩色數(shù)據(jù)，深度圖像的分辨率為512dpi×424dpi，每個(gè)像素有 2byte 的深度數(shù)據(jù)，相當(dāng)于每幀 70.4MB 的原始數(shù)據(jù)。并且，隨著傳感器和視點(diǎn)數(shù)量的增加，在更高的分辨率和幀速率下，需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬會(huì)更高。對(duì)于 70 英寸顯示屏，全息通信需要約 1Tbit/s 的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

使用更高效的圖像壓縮技術(shù)和編解碼方案（例如H.266），在一定程度上可以緩和全息通信的帶寬需求，然而未來網(wǎng)絡(luò)仍需要超高的帶寬。對(duì)毫米波、太赫茲、可見光等更高工作頻段的研究表明，未來網(wǎng)絡(luò)可提供的用戶體驗(yàn)速率能達(dá)到100Gbit/s，峰值速度超過 1Tbit/s。與此同時(shí)，開發(fā)這些新頻譜對(duì)天線和射頻技術(shù)亦提出了更大的挑戰(zhàn)。

超低時(shí)延。與 AR/VR 等強(qiáng)交互沉浸式應(yīng)用的要求相同，為了讓用戶獲得身臨其境的感覺，全息通信要求網(wǎng)絡(luò)必須提供小于 1ms 的端到端時(shí)延。

RDMA（remote direct memory access，遠(yuǎn)程直接數(shù)據(jù)存?。┘夹g(shù)的出現(xiàn)，解決了網(wǎng)絡(luò)傳輸中客戶端與服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理所產(chǎn)生的時(shí)延。它將數(shù)據(jù)直接從一臺(tái)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)搅硪慌_(tái)計(jì)算機(jī)，無須雙方操作系統(tǒng)的介入。與傳統(tǒng)的TCP/IP 通信模式相比，RDMA 允許高吞吐、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)通信，該技術(shù)可以進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，在未來網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景中具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

網(wǎng)絡(luò)算力。實(shí)現(xiàn)全息通信的過程可描述為，首先通過采集端設(shè)備獲取對(duì)象信息，計(jì)算生成全息圖，經(jīng)過編碼壓縮后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，在終端解碼后重建對(duì)象的全息圖并顯示出來。由于全息圖包含的信息和數(shù)據(jù)量巨大，計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)，除了會(huì)帶來極大的帶寬負(fù)擔(dān)外，還會(huì)造成很大的 MTP（motion to photons，運(yùn)動(dòng)到成像）時(shí)延。為了滿足用戶沉浸式體驗(yàn)，對(duì) AR/VR 等強(qiáng)交互應(yīng)用而言，MTP 時(shí)延要求在20ms以內(nèi)，對(duì)全息通信則要求 10ms 甚至更低。

隨著云計(jì)算和 MEC（mobile edge computing，移動(dòng)邊緣計(jì)算）技術(shù)的快速發(fā)展，未來網(wǎng)絡(luò)可通過云端和邊緣端的快速部署解決全息通信的算力需求。

多維度信息同步性。全息圖的生成和傳輸包含了多個(gè)維度的信息，這些信息來源于視頻、音頻、觸覺、嗅覺、味覺等。只有當(dāng)各個(gè)維度的信息保持嚴(yán)格同步，才能給用戶身臨其境的感覺。因此，在傳輸過程中，來自不同傳感器、不同角度的物體生成全息圖的各個(gè)并發(fā)媒體流之間需要保持相當(dāng)嚴(yán)格的同步。如何智能化管理這些并發(fā)流對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)是個(gè)相當(dāng)大的難題和考驗(yàn)。

網(wǎng)絡(luò)安全。通過全息通信傳輸?shù)娜D中含有大量的信息數(shù)據(jù)，包括人臉特征、聲音等敏感信息，需要網(wǎng)絡(luò)提供絕對(duì)安全的保障，而現(xiàn)有安全技術(shù)的使用會(huì)增加端到端時(shí)延。對(duì)時(shí)延和安全性的折中考慮是未來網(wǎng)絡(luò)需要面對(duì)的難題之一。

三、市場(chǎng)已達(dá)百億級(jí)別，產(chǎn)業(yè)鏈全解析

目前，全息技術(shù)在軍事、教育、展示、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域均取得了巨大的應(yīng)用，我國(guó)從事全息投影領(lǐng)域的企業(yè)數(shù)量也從十幾家發(fā)展到千余家，市場(chǎng)容量已上升至百億級(jí)別。隨著科技的進(jìn)步和各項(xiàng)技術(shù)瓶頸的突破，全息將迎來新一輪的發(fā)展。在不久的將來，全息投影將會(huì)在工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)學(xué)、教育、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)人類文明的歷史產(chǎn)生顛覆性的影響。

全息行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分為上游、中游、下游三個(gè)部分，分別代表了全息行業(yè)的基礎(chǔ)層、企業(yè)層和產(chǎn)品應(yīng)用層。

（1）上游基礎(chǔ)層

主要包括全息材料研發(fā)與制造商、全息設(shè)備零件商、全息技術(shù)服務(wù)器商和全息芯片商， 上游各個(gè)行業(yè)根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈后端的不同需求提供如傳感器、芯片和服務(wù)器等各方面的支持。

（2）中游企業(yè)層

作為全息產(chǎn)業(yè)鏈中服務(wù)覆蓋流程最長(zhǎng)、服務(wù)內(nèi)容最多樣的部分，其主要包括全息內(nèi)容公司、設(shè)備制造公司和綜合服務(wù)公司三大類別。其中全息內(nèi)容公司提供全息游戲、全息劇場(chǎng)、全息廣告等內(nèi)容服務(wù)；設(shè)備制造公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造全息投影產(chǎn)品、全息顯示器等服務(wù)載體；綜合服務(wù)公司提供從技術(shù)支持、內(nèi)容配合到實(shí)際部署的全流程服務(wù)。

（3）下游應(yīng)用層

涵蓋了市場(chǎng)上絕大多數(shù)的全息技術(shù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中用戶感知最強(qiáng)的部分。其產(chǎn)品形態(tài)多種多樣，主要包括眼鏡類、3D 屏幕類、空氣成像類、全息存儲(chǔ)類和全息計(jì)算類產(chǎn)品等等。

全息行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的層級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

▲全息行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

1、上游職能與結(jié)構(gòu)

全息產(chǎn)業(yè)鏈的上游以服務(wù)器、半導(dǎo)體、材料和零件企業(yè)為主，為中下游企業(yè)提供基礎(chǔ)硬件服務(wù)。主要包括云計(jì)算、云服務(wù)器、服務(wù)器硬件設(shè)備、芯片、電路元器件、光學(xué)器件、有機(jī)材料、信號(hào)處理設(shè)備以及專業(yè)儀器。

整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的算力支持由云計(jì)算、云服務(wù)器和服務(wù)器硬件設(shè)備提供，包括圖像的采集、處理、傳輸編碼等；芯片或微型集成電路是所有設(shè)備的核心處理與控制邏輯單元；電路元器件與光學(xué)器件是完成全息業(yè)務(wù)的支撐；信號(hào)處理設(shè)備用于銜接不同部分，在整套業(yè)務(wù)邏輯中的各環(huán)節(jié)之間進(jìn)行信號(hào)傳遞；全息圖像的采集清晰度和呈現(xiàn)效果由專業(yè)儀器決定，例如鏡頭、投影紗幕、材料、零件等。

▲上游結(jié)構(gòu)

(1) 頭戴式顯示領(lǐng)域

上游主要提供計(jì)算、存儲(chǔ)、連接芯片，小型顯示面板，包括頭部追蹤可見光傳感器、眼 動(dòng)追蹤紅外傳感器，深度傳感器，IMU 傳感器在內(nèi)的各類傳感器以及電池等。其中小型顯示面板負(fù)責(zé)將頭戴式的設(shè)備中的畫面呈現(xiàn)在人眼前，各種傳感器主要用于信息采集，將外界信號(hào)傳入設(shè)備并轉(zhuǎn)換為可處理的數(shù)字形式。

(2) 裸眼 3D 屏幕領(lǐng)域

上游提供 LED 中間體材料，全息膜，高速視覺傳感器，全息光柵，以及顯示芯片組，液晶面板，供電模組等，其中各種中間體材料和全息膜均屬于材料范疇。裸眼對(duì) 3D 效果的顯示要求更為嚴(yán)格，需要采用精度更高的傳感器，例如液晶面板，全息光柵等。

(3) 空氣成像領(lǐng)域

上游主要提供等效負(fù)折射率平板透鏡等光學(xué)器件。將光線在空間中會(huì)聚成像是空氣成像領(lǐng)域與前兩種領(lǐng)域最大的區(qū)別，其更側(cè)重于對(duì)光線的處理，因此需要更多的折射反射等光學(xué)器件。全息產(chǎn)業(yè)鏈中除了微軟、索尼這樣的行業(yè)巨頭，同時(shí)廣泛存在著年輕的創(chuàng)新企業(yè)，靠著技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)明，探索新的道路，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈充滿著朝氣、活力與機(jī)遇。

上游公司是產(chǎn)業(yè)鏈的源頭，目前在基礎(chǔ)材料、核心技術(shù)上已經(jīng)可以提供必要的保障，尤其在頭戴式顯示領(lǐng)域，已經(jīng)擁有了高精度的傳感器和連接芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)采集、輸入和處理。但在裸眼 3D 和空氣成像領(lǐng)域，由于對(duì)顯示的3D 效果要求過于嚴(yán)格，目前在材料和技術(shù)上仍有許多困難需要所有企業(yè)共同克服。

2、中游職能與結(jié)構(gòu)

整機(jī)產(chǎn)品商、集成服務(wù)商和內(nèi)容設(shè)計(jì)商處于全息產(chǎn)業(yè)鏈的中游。依據(jù)面向?qū)嶋H場(chǎng)景中的需求，在上游技術(shù)與服務(wù)的支持下，提供整機(jī)產(chǎn)品銷售、全鏈路服務(wù)和全息產(chǎn)品內(nèi)容設(shè)計(jì)、建模與呈現(xiàn)等多種類型的服務(wù)。

▲中游結(jié)構(gòu)

(1) 整機(jī)產(chǎn)品領(lǐng)域：中游各類公司主要提供全息投影產(chǎn)品、全息顯示器產(chǎn)品、全息AR 產(chǎn)品和全息激光產(chǎn)品等設(shè)備的銷售和維護(hù)服務(wù)。

(2) 集成服務(wù)領(lǐng)域：中游各類公司提供全息解決方案，覆蓋休閑娛樂、購(gòu)物體驗(yàn)、視頻通話等眾多場(chǎng)景，從全息應(yīng)用的需求挖掘、場(chǎng)景研究到全息產(chǎn)品的部署與維護(hù)，集成服務(wù)領(lǐng)域的各個(gè)企業(yè)打通了全息應(yīng)用的整個(gè)鏈路，面向企業(yè)、個(gè)人等多方用戶群體提供完整的全息體驗(yàn)。

(3) 全息內(nèi)容設(shè)計(jì)領(lǐng)域：中游各類公司主要提供大眾最直觀感受的全息內(nèi)容，由于終端用戶與場(chǎng)景的差異眾多， 各個(gè)公司在內(nèi)容設(shè)計(jì)的定位上也有較大差異，主要涉及全息廣告、全息劇場(chǎng)、全息婚禮、全息游戲和全息偶像等幾個(gè)常見的領(lǐng)域。

中游企業(yè)分別面向不同的細(xì)分領(lǐng)域，如內(nèi)容生產(chǎn)商、全息集成服務(wù)提供商、全息激光廠商、全息采集廠商、以及全息顯示設(shè)備制造商。整體而言，中游企業(yè)在整機(jī)產(chǎn)品和服務(wù)提供上已經(jīng)比較完整，結(jié)合上下游企業(yè)，使得整個(gè)全息產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)更加豐富。但是由于全息并未真正走入大眾生活，因此在內(nèi)容設(shè)計(jì)和互動(dòng)體驗(yàn)等方面還有所欠缺，這也是全息在未來發(fā)展過程中最需要重點(diǎn)挖掘的方向。

3、下游應(yīng)用與布局

空氣成像是利用光學(xué)原理，將影像在空中立體呈現(xiàn)的顯示技術(shù).空氣成像正在從早期通過營(yíng)造霧幕等承接介質(zhì)進(jìn)行立體內(nèi)容的空間展示，逐漸向著通過電離空氣、聲鑷、光鑷等技術(shù)改變空氣性質(zhì)的方向發(fā)展?？諝獬上耦惍a(chǎn)品可分為兩類：

第一類是需要承接屏幕的空氣成像：如霧幕成像、旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇空氣成像等。

第二類是不需要承接屏幕的空氣成像：此類全息產(chǎn)品技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較困難，實(shí)用性相對(duì)較差，大多停留在概念階段，未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。如電離空氣成像技術(shù)代表公司 Aerial Burton，光鑷全息顯示技術(shù)代表團(tuán)隊(duì) Arthur Ashkin，聲鑷全息顯示技術(shù)代表團(tuán)隊(duì)英國(guó)撒賽克斯大學(xué)。以 Asukanet 公司的ASKA3D Plate 和東超科技為代表的負(fù)折射平半透鏡面板等。這些產(chǎn)品通過光場(chǎng)重構(gòu)技術(shù)，在醫(yī)療、電梯虛擬按鍵、展覽展示等領(lǐng)域有一定應(yīng)用。配合成熟的體感設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)可交互式的空氣全息。

(1) 霧幕投影設(shè)備：霧幕立體成像系統(tǒng)技術(shù)也被稱為空氣成像、霧屏成像。其原理是空氣屏幕系統(tǒng)可以制造出由水蒸氣形成的霧墻，投影機(jī)將畫面投射在上面，由于空氣與霧墻的分子震動(dòng)不均衡，可以形成層次和立體感很強(qiáng)的圖像。霧幕投影設(shè)備包括專有的投影機(jī)和基本零件，該系統(tǒng)形成圖像的主要利用空氣以及一個(gè)小型機(jī)柜，不使用特殊的化學(xué)物質(zhì)。

(2) 旋轉(zhuǎn) LED 風(fēng)扇投影設(shè)備：旋轉(zhuǎn) LED 風(fēng)扇投影是利用了人眼的視覺暫留現(xiàn)象，采用旋轉(zhuǎn)LED 燈條進(jìn)行空氣成像。旋轉(zhuǎn) LED 風(fēng)扇投影被廣泛應(yīng)用于展示展覽、廣告?zhèn)髅?、舞美表演等?chǎng)景，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、易于實(shí)現(xiàn)。

(3) 360°全息投影系統(tǒng)：360 °全息投影系統(tǒng)也被稱作 360 度全息和 360 度全息成像，360 度全息投影。它是由透明材料制成的四面錐體，投影機(jī)與全息膜呈45°投射，觀眾的視線能從任何一面穿透它。通過表面鏡射和反射，四個(gè)視頻發(fā)射器將光信號(hào)發(fā)射到這個(gè)錐體中的特殊棱鏡上，匯集到一起后形成具有真實(shí)維度空間的立體影像。

(4) 全息顯示立體屏：全息顯示立體屏主要應(yīng)用了激光旋轉(zhuǎn)投影技術(shù)。激光旋轉(zhuǎn)投影技術(shù)由于噪音和不安全性，并未被廣泛使用。

(5) 可交互式全息空氣成像面板：可交互式全息空氣成像面板通過改變玻璃或樹脂的微觀結(jié)構(gòu)，利用光場(chǎng)重構(gòu)原理，讓光線在這種微觀結(jié)構(gòu)里多次振蕩、反射、折射，將發(fā)散的光線在空中重新匯聚成實(shí)像。這種空氣成像技術(shù)投影在空中的影像和物體均為實(shí)像，因此可以稱之為真正的全息影像。

(6) 電離氣體成像：日本 Scienceand Technology 公司利用氮?dú)夂脱鯕庠诳諝庵猩㈤_時(shí)，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)在空氣中形成一個(gè)短暫的3D 圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進(jìn)行小型爆破來實(shí)現(xiàn)。
Aerial Burton 公司通過電離空氣成像方法，使用1KHz 的脈沖激光，通過3D 掃描儀將激光反射并聚焦到上方空氣的某一確切位置來傳播激光。激光電離該位置空氣分子，通過各點(diǎn)組成的光的閃爍圖顯示整個(gè)全息圖。Holovect 3D 全息圖投影儀根據(jù)光的反射、折射與漫射等現(xiàn)象，使用自行研發(fā)的技術(shù)，控制立體方形范圍中空氣的折射率，讓激光能在特定的位置產(chǎn)生反射與折射。介由調(diào)整激光以及不同區(qū)塊的空氣折射率，Holovect 可以根據(jù)光線的空間信息來繪制出畫 3D 立體圖形。

(7) 光鑷/聲鑷空氣成像：光鑷成像相比于電離空氣成像技術(shù)有更好的安全性，該應(yīng)用的一大亮點(diǎn)是支持觸感反饋與觸覺交互，缺點(diǎn)是分辨率低，需要穩(wěn)定的環(huán)境及亮度低。2018年Arthur Ashkin 團(tuán)隊(duì)采用光鑷技術(shù)，利用一束會(huì)聚激光在三維方向上控制微粒。英國(guó)薩塞克斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用“多模式聲鑷顯示”裝置，通過揚(yáng)聲器陣列釋放的超聲波引 起空氣震蕩，在三維空間中產(chǎn)生隨時(shí)間快速變化的空氣壓強(qiáng)，空氣壓強(qiáng)的變化會(huì)產(chǎn)生聲輻射 力，從而推動(dòng)粒子的快速運(yùn)動(dòng)。

(8) 產(chǎn)業(yè)成熟度：全息霧幕，LED 風(fēng)扇全息投影，360°全息投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較低，目前已投入量產(chǎn)，應(yīng)用在廣告，傳媒等領(lǐng)域，總體成熟度較高。全息空氣成像面板，光鑷/聲鑷空氣成像，電離空氣成像目前限于技術(shù)實(shí)現(xiàn)，成本等問題還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，因此成熟度相對(duì)較低。

從全息產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向與需求市場(chǎng)來看，目前成熟度較低的不需承接屏幕的空氣全息技術(shù)更加具有前景，是目前各廠商的主要目標(biāo)發(fā)展方向。

智東西認(rèn)為，全息場(chǎng)景將虛擬影像與用戶真實(shí)影像進(jìn)行高度融合，帶來極富沖擊性的體驗(yàn)。而且，伴隨元宇宙概念的涌現(xiàn)與普及，全息作為重要的底層技術(shù)將影響元宇宙的發(fā)展進(jìn)程，并實(shí)現(xiàn)更深度的應(yīng)用體驗(yàn)。