虛擬應用超熱門 AR/VR新體感商機爆發 擴增實境(Augmented Reality, AR)、虛擬實境(Virtual Reality, VR)、混合實境(Mixed Reality, MR)應用在今年刮起一陣颶風。虛擬實境技術自1950年代開始發展以來，科學家與工程師們無不竭盡所能希望能夠打造出另一種體驗感受，而從Google Glass掀起智慧型眼鏡及穿戴設備風潮後，包括Facebook、HTC、Sony、Samsung與Microsoft等科技大廠都相繼推出穿戴式產品，希望藉著AR/VR/MR等虛擬實境技術，創造前所未有的感官體驗。
根據市場研究機構Digi Capital預估，2020年AR/VR的市場產值將達到1,200億美元。事實上，目前AR/VR/MR技術已經在直播、地產、時尚、醫療及軍事等領域中開展相關應用或實驗，虛擬應用市場潛力無窮，各行各業都有發展空間，如何切入並挖掘進而掌握其中的大商機，是現階段躍躍欲試廠商們最主要的挑戰。
AR/VR市場熱度直線上升
因為智慧型手機市場發展飽和，所以相關業者近年紛紛進行多元布局，穿戴式裝置就成為熱門的投資項目，資策會智慧網通系統研究所組長林敬文(圖1)表示，典型的VR應用以娛樂為主，提供使用者一封閉式空間操作，強調沉浸式(Immersive)體驗；而AR還能夠更廣泛延伸到工作、導覽等領域，是在真實世界中進行虛擬物件的疊加，強調穿透式(See through)體驗，一般認為市場發展潛力比VR更大。
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| 圖1 資策會智慧網通系統研究所組長林敬文表示，典型的VR應用以娛樂為主，提供使用者一封閉式空間操作，強調沉浸式(Immersive)體驗。 |
國際大廠這兩年也紛紛投入發表自有的穿戴式產品，並且積極布建自主生態系(ecosystem)，微軟利用其掌握之作業系統優勢推動MR軟硬體平台，產品HoloLens近期在市場上引起不少關注；Sony憑藉PS4全球銷售超過6,000萬台的基礎與搭載數十款遊戲大作，PlayStation VR 10月13日甫正式上市，據媒體報導首賣日就熱銷數十萬台；而Facebook執行長祖克伯極看好此領域，因此2014年豪擲20億美元買下潛力公司Oculus，並投入大筆資金，以技術領先者的角色積極建立平台與生態系。
另外，Google可以說是最早投入這個領域的廠商，Google Glass雖然引發一些爭議，但也順利帶領風潮，透過Android在智慧手持裝置的優勢，近期持續推出Daydream、Tango平台，要將每個手機都變成AR/VR載具；HTC在Valve技術支援之下發展Vive平台，雙方共同推動生態系，也各自發展VR應用商店。另外Epson的Moverio、Samsung的Gear VR也都沒有在虛擬應用產業缺席，各自鴨子划水當中。
在AR/VR/MR產品的應用上，林敬文指出，顯示成像、系統介面/操作、續航力、運算能力、價格與市場應用，是開發過程需要注意的重點。其中，頭戴式裝置顯示成像目前有兩種較常見的技術：曲面反射與波導技術；在操作方式上，有八大互動控制技術，包括：觸控、語音、感測、眼動控制、骨傳導、手勢控制、腦波控制、物件識別等。
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| 圖2 Unity科技專業講師羅志達坦言，目前產業AR/VR/MR的應用發展還很初步，預計2019∼2020年才會出現比較好的商業化產品、應用。 |
AR/VR軟體設計擔負產品成敗
越來越多虛擬應用體驗的產品上市，對消費者來說已經到了眼花撩亂、目不暇給的地步，事實上，AR/VR/MR應用要獲得關鍵性的成功，軟體才是關鍵，因為有良好的虛擬體驗才能帶動產業的成長，Unity科技專業講師羅志達(圖2)認為，透過軟硬體的完美搭配才可以創造VR應用講求的沉浸感，一般來說，沉浸感越重設備也越多，產品的品質、效能較高，像是Vive、Gear這類產品，但卻犧牲了便利與普及性，因為價格相對較高，所以像Daydream、Carboard就希望消費者可以很簡便的體驗VR應用。
VR嚴格說起來是一種欺騙感官的體驗，所以人體對於VR體驗非常敏銳，不好的軟體設計容易讓人體產生不舒適感，羅志達坦言，目前產業對於AR/VR/MR的應用發展都還在初步的階段，預計2019∼2020年才會出現比較好的商業化產品、應用。而且，不管是厚重或輕巧的穿戴式裝置，無設備才是最佳的VR體驗，人的視角可以聚焦的目標其實只在雙眼前面上下與左右25∼30度的範圍內，所以應該透過精準的眼球追蹤技術，讓焦點範圍內的影像清晰，其餘模糊顯示就可以。
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| 圖3 台北科技大學互動設計系王聖銘副教授說明，從AR/VR提供體驗根本上的不同來看，AR擴增了現實的狀況，VR則是使人抽離現實。 |
如何從人類的感官中設計出單純愉快的體驗？台北科技大學互動設計系王聖銘(圖3)副教授說明，從AR/VR提供體驗根本上的不同來看，VR只專注在提供的內容上，具有高度沉浸的特性，而AR則是與現實結合，簡單的說AR擴增了現實的狀況，VR目的則是使人抽離現實。目前已有許多真實案例顯示，過於沉浸的體驗對臨時的外力介入將產生後遺症，也有許多設計思考不夠周延的軟體或產品，讓使用者產生明顯生理不適現象。
透過設計思考的跨領域整合架構，可以發現快樂感的設計之道，王聖銘解釋，該架構有幾個要點：發展趨勢與前瞻性應用分析、跨領域腦力激盪與整合、並掌握以使用者為中心的洞見與設計、再以技術應用發展與介面設計整合、最後導入系統使用尺度與科學性量測，以嚴謹的方式確保設計的品質。
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| 圖4 台灣虛擬現實科技技術長王銓彰指出，現在常見採用標記(Marker)的AR應用，其實是一種窄化的AR技術，也是MR應用的一種。 |
AR/VR/MR設計挑戰不同以往 AR/VR/MR設計挑戰不同以往
為什麼人們要發展虛擬現實技術？根本的原因還是來自於人的慾望，希望滿足無窮無盡的慾望，將不會發生的幻想真實在眼前上演，台灣虛擬現實科技技術長王銓彰(圖4)指出，VR其實就是3D的動畫、互動操作與沉浸體驗組成，業界現在談論的AR/VR/MR早在多年前就出現了，現在常見採用標記(Marker)的AR應用，其實是一種窄化的AR技術，也是MR應用的一種。最近網路上出現一段廣為流傳的影片，有一隻鯨魚憑空從體育館的地板躍出水面，而現場的觀眾並沒有帶著3D眼鏡或其他設備，被稱為劇場實境(Cinematic Reality, CR)。
一個產業會興起跟技術的漸進發展與突破有關，智慧型手機就是最明顯的例子，王銓彰表示，早期VR產業被提出卻沒能發展，與部分關鍵技術還未到位有關，他認為2000∼2010年是VR的蟄伏期，這些年包括繪圖處理器(GPU)、著色器(Shader)、智慧型手機、高階遊戲引擎、物聯網(IoT)、電池技術、機器視覺、機器人等技術的發展都在醞釀虛擬應用爆發需要的養分。
現階段AR/VR的應用還有一些技術的挑戰需要克服，前述因為太過沉浸的體驗而產生不舒服的情況稱為動暈症(Motion Sickness)，王銓彰說明，遊戲設計要避免採用第一人稱的射擊遊戲，因為傳統LCD面板的顯示原理，造成的餘暉(Image Persistence)現象也會對人眼造成不適，透過採用主動式發光的OLED面板，可以有效的減少餘暉殘影，但OLED在製程上有單位面積解析度上限，ppi(pixel per inch)較低，顏色色域窄不自然，需要特別調校。
相較之下LCD因為技術成熟可以在同樣的尺寸上提供較高的解析度，螢幕殘影可以透過加入黑畫面(Backlight Blinking)的方式解決，不過都不是治本之道。在最近二∼三年，AR/VR/MR的發展將圍繞在，低殘影螢幕(Lower Persistence Screen)、低延遲硬體(Lower Latency Hardware)、高解析度(High Resolution)、高效能GPU、更友善的遊戲開發工具、定位技術、新興演算法(New Algorithms)等面向進行發展與突破。
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| 圖5 華碩電腦系統整合開發處賴文政博士表示，頭帶式裝置面板，兩片式顯示設計尺寸為2.9∼3.46吋，一片式顯示最佳尺寸為4.7∼6.7吋。 |
AR/VR裝置顯示關鍵零組件選擇
從現階段最常見的頭戴式裝置來看，其關鍵元件都是跟顯示有關的，華碩電腦系統整合開發處賴文政(圖5)博士指出，面板選擇上，以雙眼沒有互相干擾為原則，左右眼的視野區不能交疊，並加上面板利用率最佳化估算，左右兩畫面中心距離即為視野區直徑，兩片式面板尺寸為2.9∼3.46吋，一片式顯示最佳尺寸為4.7∼6.7吋。在顯示位置調整上，兩片式的設計可以利用機構調整，一片式的設計只能透過軟體調校；在面板利用率上，兩片式設計因為尺寸較小，較容易達成經濟切割。
透鏡的材料以玻璃與塑膠為主，塑膠可以做非球面，模擬上非球面清晰度效果比球面好，賴文政表示，菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)又稱為螺紋透鏡，可以建造更大孔徑的透鏡，焦距短、重量輕、體積小、厚度低，但缺點是會降低成像品質，易出現光圈效應(Flare)、容易卡灰塵等，所以在VR的設計中，是為了配合既有的面板尺寸，最大化可視角度(Field of View, FOV)，但卻因此犧牲成像品質，菲涅爾透鏡的光學最佳化設計，還有待進一步突破。
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| 圖6 品臻聯合系統董事長張國祥表示，AR進入門檻比VR高，初期以各垂直領域的產業應用為主，未來將普及於日常生活的消費型產品。 |
而在AR的裝置部分，最早以Google Glass為代表，相較於VR業界普遍看好其應用領域與產業發展潛力，品臻聯合系統董事長張國祥(圖6)表示，AR進入門檻比VR高，初期以各垂直領域的產業應用為主，未來隨著價格降低將逐步普及於日常生活應用的消費型產品，AR眼鏡的顯示會透過立體(Stereoscopic)與光場技術(Light Field)來顯示3D影像，不過立體成像技術無法主動選擇聚焦，長時間配戴會出現暈眩，製造技術尚未成熟，有視野過小、成本高、良率低的問題。
張國祥認為，AR眼鏡的電池、處理器、感測器等硬體性能還有待加強；另外，改善演算法與導入成熟的深度學習機制，對於目標物體的檢測、識別及追蹤定位功能都可以進一步強化。硬體關鍵零組件部分，AR眼鏡通常需要搭載微型投影機、感測模組包括兩個微型攝影機與6/9軸加速度計、嵌入式處理器與作業系統，整個眼鏡以輕薄為原則，重量不超過150公克。
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| 圖7 工研院服科中心技術經理梁哲瑋表示，AR需求成長快速，品牌廠商紛紛使用AR技術進行產品展示。 |
產業應用將更為多元廣泛
在產業應用部分，AR應用在產品展示上的案例越來越多，目前AR應用開發以零售及行銷、產品加強為大宗，研究發現以AR做產品展示可以提供更豐富的顧客體驗、降低產品預期落差、增加購買意願。工研院服科中心技術經理梁哲瑋(圖7)表示，AR需求成長快速，品牌廠商紛紛使用AR進行產品展示。
例如積木大廠樂高(LEGO)運用AR技術，讓消費者免拆封就可以看積木成品，降低產品預期落差，也可以提升消費者售後滿意度；汽車廠福斯(Volkswagen)與鈴木(Suzuki)也運用AR介紹新車內部細節，以輔助銷售。家具大廠宜家家居(IKEA)以AR呈現家俱擺設在家裡的感覺，強化消費者購買體驗，有助於產品銷售；三菱(Mitsubishi)空調導入AR產品簡介，帶動營收增加3000萬美元。
另外，義大利咖啡品牌Lavazza導入TryLive Retail即時視覺化商用咖啡機裝設效果，讓該公司業務團隊得以現場即時展現裝設效果，提高客戶選擇信心，加速成交。整合擴增實境擺設、電子目錄、品項比較、下訂手續一次到位。而提供虛擬家俱展示服務的SayDuck，利用家俱業者的2D照片或3D模型，將業者的內容變成虛擬傢俱並在消費者居家進行展示，服務推出六個月就增加了33個家俱品牌業者客戶，藉由其AR技術提供良好的使用者體驗，並讓消費者在購買前就可以先進行產品體驗與互動。
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| 圖8 UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔指出，穿戴式裝置長時間與皮膚接觸，容易產生「低溫燙傷」，據研究，人體接觸攝氏44度六小時是極限。 |
AR/VR產品驗證更為重要
AR/VR為提供真實的感官體驗，許多產品都是穿戴式，與人體緊密接觸，所以產品的安全性更加重要，因此穿戴式產品的驗證也比過往3C產品更為迫切，UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔(圖8)表示，穿戴式產品的安全認證採用防止潛在危險的安全工程(Hazard Based Safety Engineering, HBSE)原則，防止潛在危險為基礎的全新思維，在產品開發前期即應納入安全設計，比過去更強調風險管理的概念。
在風險評估與管理的過程中，穿戴式裝置可能的危害包括：機械性、觸電、熱、電弧、電磁波、光輻射、爆炸、化學品、接觸不良、人體工學、使用時間等。陳立閔舉例說明，穿戴式裝置長時間與皮膚接觸，容易產生「低溫燙傷」，據研究，人體接觸攝氏44度六小時是極限，再長就容易出現低溫燙傷，若超過攝氏51度，就只能接觸數秒。
對於一般廠商來說，產品驗證可能比開發還要棘手，陳立閔提出，許多廠商將產品開發出來後，並不知道要不要做驗證？也不知道有沒有標準存在？如果法規沒有強制，還要做驗證嗎？如果要做驗證，是要做電氣安規還是產品性能？進行產品驗證一定要依循所謂的產業標準嗎？而驗證要找哪個專業機構？所以他建議在商機爆發的現在，廠商應該及早做好驗證規劃與準備，消費性電子資訊產品電器安全可採用IEC/UL 62368-1進行認證，功能性認證可以採用UL Verify Mark進行，最後有鑒於網路詐騙、駭客事件層出不窮，網路安全認證將會變成下階段的挑戰。
