擴(kuò)增實(shí)境（Augmented Reality， AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality， VR）、混合實(shí)境（Mixed Reality， MR）應(yīng)用在今年刮起一陣颶風(fēng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自1950年代開始發(fā)展以來，科學(xué)家與工程師們無不竭盡所能希望能夠打造出另一種體驗(yàn)感受，而從Google Glass掀起智能型眼鏡及穿戴設(shè)備風(fēng)潮后，包括Facebook、HTC、Sony、Samsung與Microsoft等科技大廠都相繼推出穿戴式產(chǎn)品，希望借著AR/VR/MR等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)造前所未有的感官體驗(yàn)。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Digi Capital預(yù)估，2020年AR/VR的市場(chǎng)產(chǎn)值將達(dá)到1，200億美元。事實(shí)上，目前AR/VR/MR技術(shù)已經(jīng)在直播、地產(chǎn)、時(shí)尚、醫(yī)療及軍事等領(lǐng)域中開展相關(guān)應(yīng)用或?qū)嶒?yàn)，虛擬應(yīng)用市場(chǎng)潛力無窮，各行各業(yè)都有發(fā)展空間，如何切入并挖掘進(jìn)而掌握其中的大商機(jī)，是現(xiàn)階段躍躍欲試廠商們最主要的挑戰(zhàn)。

AR/VR市場(chǎng)熱度直線上升

因?yàn)橹悄苄?a href="http://www.socialnewsupdate.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)市場(chǎng)發(fā)展飽和，所以相關(guān)業(yè)者近年紛紛進(jìn)行多元布局，穿戴式裝置就成為熱門的投資項(xiàng)目，資策會(huì)智能網(wǎng)通系統(tǒng)研究所組長林敬文（圖1）表示，典型的VR應(yīng)用以娛樂為主，提供使用者一封閉式空間操作，強(qiáng)調(diào)沉浸式（Immersive）體驗(yàn)；而AR還能夠更廣泛延伸到工作、導(dǎo)覽等領(lǐng)域，是在真實(shí)世界中進(jìn)行虛擬對(duì)象的迭加，強(qiáng)調(diào)穿透式（See through）體驗(yàn)，一般認(rèn)為市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Ρ萔R更大。

國際大廠這兩年也紛紛投入發(fā)表自有的穿戴式產(chǎn)品，并且積極布建自主生態(tài)系（ecosystem），微軟利用其掌握之操作系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)推動(dòng)MR軟硬件平臺(tái)，產(chǎn)品HoloLens近期在市場(chǎng)上引起不少關(guān)注；Sony憑借PS4全球銷售超過6，000萬臺(tái)的基礎(chǔ)與搭載數(shù)十款游戲大作，PlayStation VR 10月13日甫正式上市，據(jù)媒體報(bào)導(dǎo)首賣日就熱銷數(shù)十萬臺(tái)；而Facebook執(zhí)行長祖克伯極看好此領(lǐng)域，因此2014年豪擲20億美元買下潛力公司Oculus，并投入大筆資金，以技術(shù)領(lǐng)先者的角色積極建立平臺(tái)與生態(tài)系。

圖1　資策會(huì)智能網(wǎng)通系統(tǒng)研究所組長林敬文表示，典型的VR應(yīng)用以娛樂為主，提供使用者一封閉式空間操作，強(qiáng)調(diào)沉浸式（Immersive）體驗(yàn)。

另外，Google可以說是最早投入這個(gè)領(lǐng)域的廠商，Google Glass雖然引發(fā)一些爭議，但也順利帶領(lǐng)風(fēng)潮，透過Android在智能手持裝置的優(yōu)勢(shì)，近期持續(xù)推出Daydream、Tango平臺(tái)，要將每個(gè)手機(jī)都變成AR/VR載具；HTC在Valve技術(shù)支持之下發(fā)展Vive平臺(tái)，雙方共同推動(dòng)生態(tài)系，也各自發(fā)展VR應(yīng)用商店。另外Epson的Moverio、Samsung的Gear VR也都沒有在虛擬應(yīng)用產(chǎn)業(yè)缺席，各自鴨子劃水當(dāng)中。

在AR/VR/MR產(chǎn)品的應(yīng)用上，林敬文指出，顯示成像、系統(tǒng)接口/操作、續(xù)航力、運(yùn)算能力、價(jià)格與市場(chǎng)應(yīng)用，是開發(fā)過程需要注意的重點(diǎn)。其中，頭戴式裝置顯示成像目前有兩種較常見的技術(shù)：曲面反射與波導(dǎo)技術(shù)；在操作方式上，有八大互動(dòng)控制技術(shù)，包括：觸控、語音、感測(cè)、眼動(dòng)控制、骨傳導(dǎo)、手勢(shì)控制、腦波控制、對(duì)象識(shí)別等。

圖2　Unity科技專業(yè)講師羅志達(dá)坦言，目前產(chǎn)業(yè)AR/VR/MR的應(yīng)用發(fā)展還很初步，預(yù)計(jì)2019～2020年才會(huì)出現(xiàn)比較好的商業(yè)化產(chǎn)品、應(yīng)用。

AR/VR軟件設(shè)計(jì)擔(dān)負(fù)產(chǎn)品成敗

越來越多虛擬應(yīng)用體驗(yàn)的產(chǎn)品上市，對(duì)消費(fèi)者來說已經(jīng)到了眼花撩亂、目不暇給的地步，事實(shí)上，AR/VR/MR應(yīng)用要獲得關(guān)鍵性的成功，軟件才是關(guān)鍵，因?yàn)橛辛己玫奶摂M體驗(yàn)才能帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的成長，Unity科技專業(yè)講師羅志達(dá)（圖2）認(rèn)為，透過軟硬件的完美搭配才可以創(chuàng)造VR應(yīng)用講求的沉浸感，一般來說，沉浸感越重設(shè)備也越多，產(chǎn)品的質(zhì)量、效能較高，像是Vive、Gear這類產(chǎn)品，但卻犧牲了便利與普及性，因?yàn)閮r(jià)格相對(duì)較高，所以像Daydream、Carboard就希望消費(fèi)者可以很簡便的體驗(yàn)VR應(yīng)用。

VR嚴(yán)格說起來是一種欺騙感官的體驗(yàn)，所以人體對(duì)于VR體驗(yàn)非常敏銳，不好的軟件設(shè)計(jì)容易讓人體產(chǎn)生不舒適感，羅志達(dá)坦言，目前產(chǎn)業(yè)對(duì)于AR/VR/MR的應(yīng)用發(fā)展都還在初步的階段，預(yù)計(jì)2019～2020年才會(huì)出現(xiàn)比較好的商業(yè)化產(chǎn)品、應(yīng)用。而且，不管是厚重或輕巧的穿戴式裝置，無設(shè)備才是最佳的VR體驗(yàn)，人的視角可以聚焦的目標(biāo)其實(shí)只在雙眼前面上下與左右25～30度的范圍內(nèi)，所以應(yīng)該透過精準(zhǔn)的眼球追蹤技術(shù)，讓焦點(diǎn)范圍內(nèi)的影像清晰，其余模糊顯示就可以。

圖3　臺(tái)北科技大學(xué)互動(dòng)設(shè)計(jì)系王圣銘副教授說明，從AR/VR提供體驗(yàn)根本上的不同來看，AR擴(kuò)增了現(xiàn)實(shí)的狀況，VR則是使人抽離現(xiàn)實(shí)。

如何從人類的感官中設(shè)計(jì)出單純愉快的體驗(yàn)？臺(tái)北科技大學(xué)互動(dòng)設(shè)計(jì)系王圣銘（圖3）副教授說明，從AR/VR提供體驗(yàn)根本上的不同來看，VR只專注在提供的內(nèi)容上，具有高度沉浸的特性，而AR則是與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，簡單的說AR擴(kuò)增了現(xiàn)實(shí)的狀況，VR目的則是使人抽離現(xiàn)實(shí)。目前已有許多真實(shí)案例顯示，過于沉浸的體驗(yàn)對(duì)臨時(shí)的外力介入將產(chǎn)生后遺癥，也有許多設(shè)計(jì)思考不夠周延的軟件或產(chǎn)品，讓用戶產(chǎn)生明顯生理不適現(xiàn)象。

透過設(shè)計(jì)思考的跨領(lǐng)域整合架構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)快樂感的設(shè)計(jì)之道，王圣銘解釋，該架構(gòu)有幾個(gè)要點(diǎn)：發(fā)展趨勢(shì)與前瞻性應(yīng)用分析、跨領(lǐng)域腦力激蕩與整合、并掌握以使用者為中心的洞見與設(shè)計(jì)、再以技術(shù)應(yīng)用發(fā)展與界面設(shè)計(jì)整合、最后導(dǎo)入系統(tǒng)使用尺度與科學(xué)性量測(cè)，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞酱_保設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

圖4　***虛擬現(xiàn)實(shí)科技技術(shù)長王銓彰指出，現(xiàn)在常見采用標(biāo)記（Marker）的AR應(yīng)用，其實(shí)是一種窄化的AR技術(shù)，也是MR應(yīng)用的一種。

AR/VR/MR設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)不同以往

為什么人們要發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)？根本的原因還是來自于人的欲望，希望滿足無窮無盡的欲望，將不會(huì)發(fā)生的幻想真實(shí)在眼前上演，***虛擬現(xiàn)實(shí)科技技術(shù)長王銓彰（圖4）指出，VR其實(shí)就是3D的動(dòng)畫、互動(dòng)操作與沉浸體驗(yàn)組成，業(yè)界現(xiàn)在談?wù)摰腁R/VR/MR早在多年前就出現(xiàn)了，現(xiàn)在常見采用標(biāo)記（Marker）的AR應(yīng)用，其實(shí)是一種窄化的AR技術(shù)，也是MR應(yīng)用的一種。最近網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)一段廣為流傳的影片，有一只鯨魚憑空從體育館的地板躍出水面，而現(xiàn)場(chǎng)的觀眾并沒有帶著3D眼鏡或其他設(shè)備，被稱為劇場(chǎng)實(shí)境（Cinematic Reality， CR）。

一個(gè)產(chǎn)業(yè)會(huì)興起跟技術(shù)的漸進(jìn)發(fā)展與突破有關(guān)，智能型手機(jī)就是最明顯的例子，王銓彰表示，早期VR產(chǎn)業(yè)被提出卻沒能發(fā)展，與部分關(guān)鍵技術(shù)還未到位有關(guān)，他認(rèn)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）、智能型手機(jī)、高階游戲引擎、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、電池技術(shù)、機(jī)器視覺、機(jī)器人等技術(shù)的發(fā)展都在醞釀虛擬應(yīng)用爆發(fā)需要的養(yǎng)分。

現(xiàn)階段AR/VR的應(yīng)用還有一些技術(shù)的挑戰(zhàn)需要克服，前述因?yàn)樘^沉浸的體驗(yàn)而產(chǎn)生不舒服的情況稱為動(dòng)暈癥（Motion Sickness），王銓彰說明，游戲設(shè)計(jì)要避免采用第一人稱的射擊游戲，因?yàn)閭鹘y(tǒng)LCD面板的顯示原理，造成的余暉（Image Persistence）現(xiàn)象也會(huì)對(duì)人眼造成不適，透過采用主動(dòng)式發(fā)光的OLED面板，可以有效的減少余暉殘影，但OLED在制程上有單位面積分辨率上限，ppi（pixel per inch）較低，顏色色域窄不自然，需要特別調(diào)校。

相較之下LCD因?yàn)榧夹g(shù)成熟可以在同樣的尺寸上提供較高的分辨率，屏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(fā)展將圍繞在，低殘影屏幕（Lower Persistence Screen）、低延遲硬件（Lower Latency Hardware）、高分辨率（High Resolution）、高效能GPU、更友善的游戲開發(fā)工具、定位技術(shù)、新興算法（New Algorithms）等面向進(jìn)行發(fā)展與突破。

圖5　華碩計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整合開發(fā)處賴文政博士表示，頭帶式裝置面板，兩片式顯示設(shè)計(jì)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(guān)鍵零組件選擇

從現(xiàn)階段最常見的頭戴式裝置來看，其關(guān)鍵組件都是跟顯示有關(guān)的，華碩計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整合開發(fā)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(qū)不能交迭，并加上面板利用率優(yōu)化估算，左右兩畫面中心距離即為視野區(qū)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(diào)整上，兩片式的設(shè)計(jì)可以利用機(jī)構(gòu)調(diào)整，一片式的設(shè)計(jì)只能透過軟件調(diào)校；在面板利用率上，兩片式設(shè)計(jì)因?yàn)槌叽巛^小，較容易達(dá)成經(jīng)濟(jì)切割。

透鏡的材料以玻璃與塑料為主，塑料可以做非球面，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(diǎn)是會(huì)降低成像質(zhì)量，易出現(xiàn)光圈效應(yīng)（Flare）、容易卡灰塵等，所以在VR的設(shè)計(jì)中，是為了配合既有的面板尺寸，最大化可視角度（Field of View， FOV），但卻因此犧牲成像質(zhì)量，菲涅爾透鏡的光學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，還有待進(jìn)一步突破。

圖6　品臻聯(lián)合系統(tǒng)董事長張國祥表示，AR進(jìn)入門坎比VR高，初期以各垂直領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用為主，未來將普及于日常生活的消費(fèi)型產(chǎn)品。

而在AR的裝置部分，最早以Google Glass為代表，相較于VR業(yè)界普遍看好其應(yīng)用領(lǐng)域與產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿?，品臻?lián)合系統(tǒng)董事長張國祥（圖6）表示，AR進(jìn)入門坎比VR高，初期以各垂直領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用為主，未來隨著價(jià)格降低將逐步普及于日常生活應(yīng)用的消費(fèi)型產(chǎn)品，AR眼鏡的顯示會(huì)透過立體（Stereoscopic）與光場(chǎng)技術(shù)（Light Field）來顯示3D影像，不過立體成像技術(shù)無法主動(dòng)選擇聚焦，長時(shí)間配戴會(huì)出現(xiàn)暈眩，制造技術(shù)尚未成熟，有視野過小、成本高、良率低的問題。

張國祥認(rèn)為，AR眼鏡的電池、處理器、傳感器等硬件性能還有待加強(qiáng)；另外，改善算法與導(dǎo)入成熟的深度學(xué)習(xí)機(jī)制，對(duì)于目標(biāo)物體的檢測(cè)、識(shí)別及追蹤定位功能都可以進(jìn)一步強(qiáng)化。硬件關(guān)鍵零組件部分，AR眼鏡通常需要搭載微型投影機(jī)、感測(cè)模塊包括兩個(gè)微型攝影機(jī)與6/9軸加速度計(jì)、嵌入式處理器與操作系統(tǒng)，整個(gè)眼鏡以輕薄為原則，重量不超過150公克。

圖7　工研院服科中心技術(shù)經(jīng)理梁哲瑋表示，AR需求成長快速，品牌廠商紛紛使用AR技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品展示。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將更為多元廣泛

在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用部分，AR應(yīng)用在產(chǎn)品展示上的案例越來越多，目前AR應(yīng)用開發(fā)以零售及營銷、產(chǎn)品加強(qiáng)為大宗，研究發(fā)現(xiàn)以AR做產(chǎn)品展示可以提供更豐富的顧客體驗(yàn)、降低產(chǎn)品預(yù)期落差、增加購買意愿。工研院服科中心技術(shù)經(jīng)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(jìn)行產(chǎn)品展示。

例如積木大廠樂高（LEGO）運(yùn)用AR技術(shù)，讓消費(fèi)者免拆封就可以看積木成品，降低產(chǎn)品預(yù)期落差，也可以提升消費(fèi)者售后滿意度；汽車廠福斯（Volkswagen）與鈴木（Suzuki）也運(yùn)用AR介紹新車內(nèi)部細(xì)節(jié)，以輔助銷售。家具大廠宜家家居（IKEA）以AR呈現(xiàn)家俱擺設(shè)在家里的感覺，強(qiáng)化消費(fèi)者購買體驗(yàn)，有助于產(chǎn)品銷售；三菱（Mitsubishi）空調(diào)導(dǎo)入AR產(chǎn)品簡介，帶動(dòng)營收增加3000萬美元。

另外，意大利咖啡品牌Lavazza導(dǎo)入TryLive Retail實(shí)時(shí)可視化商用咖啡機(jī)裝設(shè)效果，讓該公司業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)得以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)展現(xiàn)裝設(shè)效果，提高客戶選擇信心，加速成交。整合擴(kuò)增實(shí)境擺設(shè)、電子目錄、品項(xiàng)比較、下訂手續(xù)一次到位。而提供虛擬家俱展示服務(wù)的SayDuck，利用家俱業(yè)者的2D照片或3D模型，將業(yè)者的內(nèi)容變成虛擬家具并在消費(fèi)者居家進(jìn)行展示，服務(wù)推出六個(gè)月就增加了33個(gè)家俱品牌業(yè)者客戶，藉由其AR技術(shù)提供良好的使用者體驗(yàn)，并讓消費(fèi)者在購買前就可以先進(jìn)行產(chǎn)品體驗(yàn)與互動(dòng)。

圖8　UL能源暨電力科技部事業(yè)發(fā)展經(jīng)理陳立閔指出，穿戴式裝置長時(shí)間與皮膚接觸，容易產(chǎn)生「低溫燙傷」，據(jù)研究，人體接觸攝氏44度六小時(shí)是極限。

AR/VR產(chǎn)品驗(yàn)證更為重要

AR/VR為提供真實(shí)的感官體驗(yàn)，許多產(chǎn)品都是穿戴式，與人體緊密接觸，所以產(chǎn)品的安全性更加重要，因此穿戴式產(chǎn)品的驗(yàn)證也比過往3C產(chǎn)品更為迫切，UL能源暨電力科技部事業(yè)發(fā)展經(jīng)理陳立閔（圖8）表示，穿戴式產(chǎn)品的安全認(rèn)證采用防止?jié)撛谖ｋU(xiǎn)的安全工程（Hazard Based Safety Engineering， HBSE）原則，防止?jié)撛谖ｋU(xiǎn)為基礎(chǔ)的全新思維，在產(chǎn)品開發(fā)前期即應(yīng)納入安全設(shè)計(jì)，比過去更強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)管理的概念。

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理的過程中，穿戴式裝置可能的危害包括：機(jī)械性、觸電、熱、電弧、電磁波、光輻射、爆炸、化學(xué)品、接觸不良、人體工學(xué)、使用時(shí)間等。陳立閔舉例說明，穿戴式裝置長時(shí)間與皮膚接觸，容易產(chǎn)生「低溫燙傷」，據(jù)研究，人體接觸攝氏44度六小時(shí)是極限，再長就容易出現(xiàn)低溫燙傷，若超過攝氏51度，就只能接觸數(shù)秒。

對(duì)于一般廠商來說，產(chǎn)品驗(yàn)證可能比開發(fā)還要棘手，陳立閔提出，許多廠商將產(chǎn)品開發(fā)出來后，并不知道要不要做驗(yàn)證？也不知道有沒有標(biāo)準(zhǔn)存在？如果法規(guī)沒有強(qiáng)制，還要做驗(yàn)證嗎？如果要做驗(yàn)證，是要做電氣安規(guī)還是產(chǎn)品性能？進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證一定要依循所謂的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)嗎？而驗(yàn)證要找哪個(gè)專業(yè)機(jī)構(gòu)？所以他建議在商機(jī)爆發(fā)的現(xiàn)在，廠商應(yīng)該及早做好驗(yàn)證規(guī)劃與準(zhǔn)備，消費(fèi)性電子信息產(chǎn)品電器安全可采用IEC/UL 62368-1進(jìn)行認(rèn)證，功能性認(rèn)證可以采用UL Verify Mark進(jìn)行，最后有鑒于網(wǎng)絡(luò)詐騙、黑客事件層出不窮，網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證將會(huì)變成下階段的挑戰(zhàn)。