虚拟应用超热门 AR/VR新体感商机爆发

根据市场调机构Digi Capital预估，2020年AR/VR的市场产值将达到1,200亿美元，相关头戴式装置成为智慧型手机之后最热门的投资项目，包括Facebook、Google等科技大厂都竞相投入。如何准确切入并掌握先机，是现阶段跃跃欲试厂商们最主要的挑战。

扩增实境(Augmented Reality, AR)、虚拟实境(Virtual Reality, VR)、混合实境(Mixed Reality, MR)应用在今年刮起一阵飓风。虚拟实境技术自1950年代开始发展以来，科学家与工程师们无不竭尽所能希望能够打造出另一种体验感受，而从Google Glass掀起智慧型眼镜及穿戴设备风潮后，包括Facebook、HTC、Sony、Samsung与Microsoft等科技大厂都相继推出穿戴式产品，希望藉着AR/VR/MR等虚拟实境技术，创造前所未有的感官体验。  
根据市场研究机构Digi Capital预估，2020年AR/VR的市场产值将达到1,200亿美元。事实上，目前AR/VR/MR技术已经在直播、地产、时尚、医疗及军事等领域中开展相关应用或实验，虚拟应用市场潜力无穷，各行各业都有发展空间，如何切入并挖掘进而掌握其中的大商机，是现阶段跃跃欲试厂商们最主要的挑战。  


图1　资策会智慧网通系统研究所组长林敬文表示，典型的VR应用以娱乐为主，提供使用者一封闭式空间操作，强调沉浸式(Immersive)体验。
AR/VR市场热度直线上升  

因为智慧型手机市场发展饱和，所以相关业者近年纷纷进行多元布局，穿戴式装置就成为热门的投资项目，资策会智慧网通系统研究所组长林敬文(图1)表示，典型的VR应用以娱乐为主，提供使用者一封闭式空间操作，强调沉浸式(Immersive)体验；而AR还能够更广泛延伸到工作、导览等领域，是在真实世界中进行虚拟物件的叠加，强调穿透式(See through)体验，一般认为市场发展潜力比VR更大。  

国际大厂这两年也纷纷投入发表自有的穿戴式产品，并且积极布建自主生态系(ecosystem)，微软利用其掌握之作业系统优势推动MR软硬体平台，产品HoloLens近期在市场上引起不少关注；Sony凭藉PS4全球销售超过6,000万台的基础与搭载数十款游戏大作，PlayStation VR 10月13日甫正式上市，据媒体报导首卖日就热销数十万台；而Facebook执行长祖克伯极看好此领域，因此2014年豪掷20亿美元买下潜力公司Oculus，并投入大笔资金，以技术领先者的角色积极建立平台与生态系。  

另外，Google可以说是最早投入这个领域的厂商，Google Glass虽然引发一些争议，但也顺利带领风潮，透过Android在智慧手持装置的优势，近期持续推出Daydream、Tango平台，要将每个手机都变成AR/VR载具；HTC在Valve技术支援之下发展Vive平台，双方共同推动生态系，也各自发展VR应用商店。另外Epson的Moverio、Samsung的Gear VR也都没有在虚拟应用产业缺席，各自鸭子划水当中。  

在AR/VR/MR产品的应用上，林敬文指出，显示成像、系统介面/操作、续航力、运算能力、价格与市场应用，是开发过程需要注意的重点。其中，头戴式装置显示成像目前有两种较常见的技术：曲面反射与波导技术；在操作方式上，有八大互动控制技术，包括：触控、语音、感测、眼动控制、骨传导、手势控制、脑波控制、物件识别等。  


图2　Unity科技专业讲师罗志达坦言，目前产业AR/VR/MR的应用发展还很初步，预计2019∼2020年才会出现比较好的商业化产品、应用。
AR/VR软体设计担负产品成败  

越来越多虚拟应用体验的产品上市，对消费者来说已经到了眼花撩乱、目不暇给的地步，事实上，AR/VR/MR应用要获得关键性的成功，软体才是关键，因为有良好的虚拟体验才能带动产业的成长，Unity科技专业讲师罗志达(图2)认为，透过软硬体的完美搭配才可以创造VR应用讲求的沉浸感，一般来说，沉浸感越重设备也越多，产品的品质、效能较高，像是Vive、Gear这类产品，但却牺牲了便利与普及性，因为价格相对较高，所以像Daydream、Carboard就希望消费者可以很简便的体验VR应用。  

VR严格说起来是一种欺骗感官的体验，所以人体对于VR体验非常敏锐，不好的软体设计容易让人体产生不舒适感，罗志达坦言，目前产业对于AR/VR/MR的应用发展都还在初步的阶段，预计2019∼2020年才会出现比较好的商业化产品、应用。而且，不管是厚重或轻巧的穿戴式装置，无设备才是最佳的VR体验，人的视角可以聚焦的目标其实只在双眼前面上下与左右25∼30度的范围内，所以应该透过精准的眼球追踪技术，让焦点范围内的影像清晰，其余模糊显示就可以。  


图3　台北科技大学互动设计系王圣铭副教授说明，从AR/VR提供体验根本上的不同来看，AR扩增了现实的状况，VR则是使人抽离现实。
如何从人类的感官中设计出单纯愉快的体验？台北科技大学互动设计系王圣铭(图3)副教授说明，从AR/VR提供体验根本上的不同来看，VR只专注在提供的内容上，具有高度沉浸的特性，而AR则是与现实结合，简单的说AR扩增了现实的状况，VR目的则是使人抽离现实。目前已有许多真实案例显示，过于沉浸的体验对临时的外力介入将产生后遗症，也有许多设计思考不够周延的软体或产品，让使用者产生明显生理不适现象。  

透过设计思考的跨领域整合架构，可以发现快乐感的设计之道，王圣铭解释，该架构有几个要点：发展趋势与前瞻性应用分析、跨领域脑力激荡与整合、并掌握以使用者为中心的洞见与设计、再以技术应用发展与介面设计整合、最后导入系统使用尺度与科学性量测，以严谨的方式确保设计的品质。  


图4　台湾虚拟现实科技技术长王铨彰指出，现在常见采用标记(Marker)的AR应用，其实是一种窄化的AR技术，也是MR应用的一种。

AR/VR/MR设计挑战不同以往  
为什么人们要发展虚拟现实技术？根本的原因还是来自于人的欲望，希望满足无穷无尽的欲望，将不会发生的幻想真实在眼前上演，台湾虚拟现实科技技术长王铨彰(图4)指出，VR其实就是3D的动画、互动操作与沉浸体验组成，业界现在谈论的AR/VR/MR早在多年前就出现了，现在常见采用标记(Marker)的AR应用，其实是一种窄化的AR技术，也是MR应用的一种。最近网路上出现一段广为流传的影片，有一只鲸鱼凭空从体育馆的地板跃出水面，而现场的观众并没有带着3D眼镜或其他设备，被称为剧场实境(Cinematic Reality, CR)。  

一个产业会兴起跟技术的渐进发展与突破有关，智慧型手机就是最明显的例子，王铨彰表示，早期VR产业被提出却没能发展，与部分关键技术还未到位有关，他认为2000∼2010年是VR的蛰伏期，这些年包括绘图处理器(GPU)、着色器(Shader)、智慧型手机、高阶游戏引擎、物联网(IoT)、电池技术、机器视觉、机器人等技术的发展都在酝酿虚拟应用爆发需要的养分。  

现阶段AR/VR的应用还有一些技术的挑战需要克服，前述因为太过沉浸的体验而产生不舒服的情况称为动晕症(Motion Sickness)，王铨彰说明，游戏设计要避免采用第一人称的射击游戏，因为传统LCD面板的显示原理，造成的余晖(Image Persistence)现象也会对人眼造成不适，透过采用主动式发光的OLED面板，可以有效的减少余晖残影，但OLED在制程上有单位面积解析度上限，ppi(pixel per inch)较低，颜色色域窄不自然，需要特别调校。  

相较之下LCD因为技术成熟可以在同样的尺寸上提供较高的解析度，萤幕残影可以透过加入黑画面(Backlight Blinking)的方式解决，不过都不是治本之道。在最近二∼三年，AR/VR/MR的发展将围绕在，低残影萤幕(Lower Persistence Screen)、低延迟硬体(Lower Latency Hardware)、高解析度(High Resolution)、高效能GPU、更友善的游戏开发工具、定位技术、新兴演算法(New Algorithms)等面向进行发展与突破。  


图5　华硕电脑系统整合开发处赖文政博士表示，头带式装置面板，两片式显示设计尺寸为2.9∼3.46寸，一片式显示最佳尺寸为4.7∼6.7寸。
AR/VR装置显示关键零组件选择  

从现阶段最常见的头戴式装置来看，其关键元件都是跟显示有关的，华硕电脑系统整合开发处赖文政(图5)博士指出，面板选择上，以双眼没有互相干扰为原则，左右眼的视野区不能交叠，并加上面板利用率最佳化估算，左右两画面中心距离即为视野区直径，两片式面板尺寸为2.9∼3.46寸，一片式显示最佳尺寸为4.7∼6.7寸。在显示位置调整上，两片式的设计可以利用机构调整，一片式的设计只能透过软体调校；在面板利用率上，两片式设计因为尺寸较小，较容易达成经济切割。  

透镜的材料以玻璃与塑胶为主，塑胶可以做非球面，模拟上非球面清晰度效果比球面好，赖文政表示，菲涅尔透镜(Fresnel Lens)又称为螺纹透镜，可以建造更大孔径的透镜，焦距短、重量轻、体积小、厚度低，但缺点是会降低成像品质，易出现光圈效应(Flare)、容易卡灰尘等，所以在VR的设计中，是为了配合既有的面板尺寸，最大化可视角度(Field of View, FOV)，但却因此牺牲成像品质，菲涅尔透镜的光学最佳化设计，还有待进一步突破。  


图6　品臻联合系统董事长张国祥表示，AR进入门槛比VR高，初期以各垂直领域的产业应用为主，未来将普及于日常生活的消费型产品。
而在AR的装置部分，最早以Google Glass为代表，相较于VR业界普遍看好其应用领域与产业发展潜力，品臻联合系统董事长张国祥(图6)表示，AR进入门槛比VR高，初期以各垂直领域的产业应用为主，未来随着价格降低将逐步普及于日常生活应用的消费型产品，AR眼镜的显示会透过立体(Stereoscopic)与光场技术(Light Field)来显示3D影像，不过立体成像技术无法主动选择聚焦，长时间配戴会出现晕眩，制造技术尚未成熟，有视野过小、成本高、良率低的问题。  

张国祥认为，AR眼镜的电池、处理器、感测器等硬体性能还有待加强；另外，改善演算法与导入成熟的深度学习机制，对于目标物体的检测、识别及追踪定位功能都可以进一步强化。硬体关键零组件部分，AR眼镜通常需要搭载微型投影机、感测模组包括两个微型摄影机与6/9轴加速度计、嵌入式处理器与作业系统，整个眼镜以轻薄为原则，重量不超过150公克。  


图7　工研院服科中心技术经理梁哲玮表示，AR需求成长快速，品牌厂商纷纷使用AR技术进行产品展示。
产业应用将更为多元广泛  

在产业应用部分，AR应用在产品展示上的案例越来越多，目前AR应用开发以零售及行销、产品加强为大宗，研究发现以AR做产品展示可以提供更丰富的顾客体验、降低产品预期落差、增加购买意愿。工研院服科中心技术经理梁哲玮(图7)表示，AR需求成长快速，品牌厂商纷纷使用AR进行产品展示。  

例如积木大厂乐高(LEGO)运用AR技术，让消费者免拆封就可以看积木成品，降低产品预期落差，也可以提升消费者售后满意度；汽车厂福斯(Volkswagen)与铃木(Suzuki)也运用AR介绍新车内部细节，以辅助销售。家具大厂宜家家居(IKEA)以AR呈现家俱摆设在家里的感觉，强化消费者购买体验，有助于产品销售；三菱(Mitsubishi)空调导入AR产品简介，带动营收增加3000万美元。  

另外，义大利咖啡品牌Lavazza导入TryLive Retail即时视觉化商用咖啡机装设效果，让该公司业务团队得以现场即时展现装设效果，提高客户选择信心，加速成交。整合扩增实境摆设、电子目录、品项比较、下订手续一次到位。而提供虚拟家俱展示服务的SayDuck，利用家俱业者的2D照片或3D模型，将业者的内容变成虚拟家俱并在消费者居家进行展示，服务推出六个月就增加了33个家俱品牌业者客户，藉由其AR技术提供良好的使用者体验，并让消费者在购买前就可以先进行产品体验与互动。  


图8　UL能源暨电力科技部事业发展经理陈立闵指出，穿戴式装置长时间与皮肤接触，容易产生“低温烫伤”，据研究，人体接触摄氏44度六小时是极限。
AR/VR产品验证更为重要  

AR/VR为提供真实的感官体验，许多产品都是穿戴式，与人体紧密接触，所以产品的安全性更加重要，因此穿戴式产品的验证也比过往3C产品更为迫切，UL能源暨电力科技部事业发展经理陈立闵(图8)表示，穿戴式产品的安全认证采用防止潜在危险的安全工程(Hazard Based Safety Engineering, HBSE)原则，防止潜在危险为基础的全新思维，在产品开发前期即应纳入安全设计，比过去更强调风险管理的概念。  

在风险评估与管理的过程中，穿戴式装置可能的危害包括：机械性、触电、热、电弧、电磁波、光辐射、爆炸、化学品、接触不良、人体工学、使用时间等。陈立闵举例说明，穿戴式装置长时间与皮肤接触，容易产生“低温烫伤”，据研究，人体接触摄氏44度六小时是极限，再长就容易出现低温烫伤，若超过摄氏51度，就只能接触数秒。  

对于一般厂商来说，产品验证可能比开发还要棘手，陈立闵提出，许多厂商将产品开发出来后，并不知道要不要做验证？也不知道有没有标准存在？如果法规没有强制，还要做验证吗？如果要做验证，是要做电气安规还是产品性能？进行产品验证一定要依循所谓的产业标准吗？而验证要找哪个专业机构？所以他建议在商机爆发的现在，厂商应该及早做好验证规划与准备，消费性电子资讯产品电器安全可采用IEC/UL 62368-1进行认证，功能性认证可以采用UL Verify Mark进行，最后有鉴于网路诈骗、骇客事件层出不穷，网路安全认证将会变成下阶段的挑战。