Готовы ли мы к метавселенной?

Социальная виртуальная реальность (VR) позволяет пользователям по всему миру взаимодействовать и социализироваться друг с другом в общей, совместимой и виртуальной среде. В виртуальном социальном мире пользователи воплощаются цифровыми аватарами (то есть изображением от первого лица с помощью 3D-моделей). Метавселенная, рассматриваемая как гипотетический Интернет следующего поколения , стремится стать утопической конвергенцией различных виртуальных сред и в конечном итоге объединить физический и цифровой мир . Хотя до сих пор нет единого мнения по определению Метавселенной, среди ее рудиментарных прототипов социальная виртуальная реальность наиболее близка к первоначальному видению, описанному в научно-фантастическом романе "Снежная катастрофа", где термин "Метавселенная" был впервые введен в обиход в 1992 году.

Хотя концепция Метавселенной существует уже примерно полвека но вспышка пандемии COVID-19 ускорила оцифровку нашей повседневной жизни, что привело к возрождению Метавселенной и процветанию социальных платформ виртуальной реальности. Социальная виртуальная реальность в последние годы была глубоко изучена сообществами компьютерной графики и человеко-компьютерного взаимодействия (HCI). Тем не менее, было проведено ограниченное, тщательное и систематическое исследование по характеристике и количественной оценке его (сети) производительности.

Мотивированные этим решающим пробелом, мы проводим, в меру наших knowledge, первое подробное исследование измерений пяти популярных социальных платформ виртуальной реальности: AltspaceVR, Horizon Worlds, Mozilla Hubs, Rec Room и VRChat. Цель нашего исследования - ответить на следующие исследовательские вопросы.

• Какие сетевые протоколы и инфраструктура (например, расположение серверов) используются платформами социальной виртуальной реальности?

• Как повлияет пропускная способность сети и вычисления на устройстве использование ресурсов меняется в зависимости от количества пользователей?

• Какова сквозная задержка, которую могут предложить существующие платформы социальной виртуальной реальности?

Наше исследование измерений показывает, что, будучи ранними прототипами Метавселенной, все пять платформ социальной виртуальной реальности сталкиваются с внутренними техническими проблемами, хотя некоторые из них доступны уже более 7 лет. Например, их цифровые аватары все еще недостаточно развиты, и они могут поддерживать лишь небольшое количество одновременных пользователей. Мы суммируем наши ключевые выводы, являющиеся основным вкладом в этот документ, следующим образом.

1)Социальные платформы виртуальной реальности используют различные сетевые протоколы для каналов управления и передачи данных. Не все платформы используют серверы одного и того же провайдера для двух типов каналов. Некоторые платформы размещают серверы дальше от конечных пользователей со временем перехода туда и обратно >70 мс (RTT) .

2) При общении двух пользователей на частном мероприятии пропускная способность непрерывного обмена данными на всех платформах составляет менее 100 Кбит/с, за исключением миров, пропускная способность которых составляет 750 Кбит/с для восходящей линии связи и 410 Кбит/с для нисходящей линии связи. Пропускная способность не зависит от разрешения контента и в основном зависит от воплощения аватара и движения. Серверы платформы напрямую пересылают данные аватара между пользователей без дальнейшей обработки.

3) Все платформы имеют скрытые проблемы с масштабируемостью: пропускная способность увеличивается почти линейно, когда все больше пользователей присоединяются к социальному мероприятию. Более того, по мере роста числа пользователей загрузка ресурсов на устройстве возрастает, а частота кадров в секунду на каждой платформе снижается. Это связано с простой пересылкой всех данных аватара от одного пользователя к другим без оптимизации. Только AltspaceVR извлекает выгоду из адаптивной оптимизации видового экрана, которая предоставляет данные только для аватаров, видимые пользователю. Мы определяем удаленный рендеринг, который разгружает обработку визуального контента на облачные / пограничные серверы, как многообещающее решение для решения проблем масштабируемости.

4) Hubs имеет самую высокую сквозную задержку среди этих платформ, поскольку она основана на Сети и не всегда может размещать серверы близко к пользователям. AltspaceVR имеет самую высокую задержку серверной обработки, что, вероятно, вызвано оптимизацией, адаптированной к области просмотра. Задержка обработки на стороне получателя на всех платформах, за исключением AltspaceVR, выше, чем задержка на серверах. Наконец, сквозная задержка также демонстрирует сомнительные проблемы с масштабируемостью.

5) Существует взаимосвязь между пропускной способностью нисходящей линии связи Worlds и его восходящая передача данных и использование CPU / GPU на Гарнитуры виртуальной реальности. Трафик восходящей линии TCP от Worlds имеет более высокий приоритет, чем его восходящая линия UDP, которая блокируется до тех пор, пока TCP-пакеты не будут успешно доставлены.

Наши выводы имеют широкие последствия для будущего развития Метавселенной. Чтобы обслуживать миллиарды пользователей по всему миру, сетевая инфраструктура и системная архитектура Метавселенной должны быть спроектированы с учетом масштабируемости, в отличие от текущей практики. Кроме того, воплощение аватара должно быть улучшено, чтобы обеспечить удовлетворительный и по-настоящему захватывающий пользовательский опыт. Тем не менее, это улучшение существенно увеличит пропускную способность сети, увеличит сквозную задержку и увеличит вычислительные ресурсы гарнитур виртуальной реальности.

Социальная виртуальная реальность и Метавселенная.

Шаблоны проектирования существующих социальных VR-платформ схожи. После того, как пользователи запустят приложение, они сначала останутся на странице приветствия для инициализации системы. Затем они могут выбрать следующее социальное взаимодействие, которым может быть, например, публичное мероприятие, такое как концерт, или частное мероприятие, такое как онлайн-встреча. Платформы социальной виртуальной реальности предлагают множество функций, которые можно разделить на две категории. В качестве основных функций все эти платформы позволяют пользователям ходить и общаться в виртуальном пространстве (например, в конференц-зале). Что касается расширенных функций, пользователи могут больше взаимодействовать друг с другом и платформами, например, играть в игры, создавать пользовательский контент (UGC) и совершать покупки / торговать с помощью взаимозаменяемых токенов (NFT).

Метавселенная стремится создать общий виртуальный мир, соединяя все виртуальные среды через Интернет. Развитие Метавселенной началось с текстовых интерактивных игр (например, MUD, многопользовательское подземелье) в конце 1970-х годов, за которыми последовала еще одна волна примерно в 2000 году, представленная Second Life, виртуальным миром онлайн. Помимо социальной виртуальной реальности, другие недавние разработки Метавселенной включают массовые многопользовательские онлайн-игры, такие как Roblox, Fortnite  и Minecraft, а также появляющиеся онлайн-игры на основе блокчейна или NFT, такие как Axie Infinity, Decentraland и Upland. Однако, поскольку они предназначены в основном для пользователей ПК с 2D-контентом, эти игры в настоящее время не могут обеспечить своим пользователям захватывающий опыт, что является одной из важнейших целей Метавселенной. Таким образом, в этой статье мы сосредоточимся на исследовании социальной виртуальной реальности.