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AR/VR议题吸金 新创产品竞逐新应用市场

  • 魏淑芳
VR眼镜产品仍有体积较大、不适合行动携带的困扰。Qualcomm

2017年AR与VR相关的投资议题与数额惊人,累计2017年下半年相关投资总额即达到21亿美元,不只是先前多数投资即终于VR应用,AR相关应用投资额也积极赶上,AR/VR应用成为IT产业最吸睛的重点…

AR(Augmented Reality)与VR(Virtual Reality)应用与发展,已经成为近期最热门的IT议题,不仅相关技术、硬件的投资 / 融资数额惊人,所衍生的外围视听娱乐应用价值更受到产业积极关注,从最前瞻的AR/VR底层技术、专利,到各种因应AR/VR应用的穿戴式运算或显示设备,到最终端的多媒体、电玩、影音产品等,整个产业链的商业价值巨大,也难怪投资人会趋之若鹜投入大笔资金押宝未来技术。

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Magic Leap One为首款号称采透镜式AR技术方案设计的AR眼镜产品,实际效果值得期待。Magic Leap

AR/VR热潮引发外围商机,圗为可侦测立体空间深度的摄影感测模块。Intel

AR/VR产品体验不同

检视AR/VR产业前,先简单理解两者的关键差别,AR为扩增实境,即在现实影像中叠加数码信息,至于VR则为全虚拟建构的虚拟实境,最大不同为AR应用的眼镜为透明设计,可以看到现实环境叠加虚拟成像;至于VR眼镜则为不透明,利用小型显示屏与光学透镜产生虚拟成像,让用户宛如身处虚拟环境中的体验。

Magic Leap和HoloLens均为Augmented Reality眼镜的代表产品;Virtual Reality眼镜的代表产品如Samsung的Gear VR、Google Cardboard或Oculus Rift等。

为何会有AR眼镜产品需求?其实AR技术正是IT产业的发展必然趋势,因为从智能手机发展以来,用户须透过小屏幕进行操作,用户也需要随时携带电子设备,应用是否便利最大的关键即在克服人机交互接口的便利性,如iPhone产品仅是将触控屏幕操作人机互动体验优化,就创造了现今Apple智能手机市场规模,而AR技术方案若能将用户操作体验不再局限屏幕尺寸、而是能扩展到真实可视的环境进行,那技术导入的效益将大有可为。

AR技术达具体成效  未来市场前景大

现有AR眼镜产品已有极大技术突破,未来若能将产品微缩至可携带状态,又能在用户眼前视野充当屏幕空间,将接近真实的3D角色动画实时渲染至可视真实环境中,虽然这种使用概念的AR眼镜产品不至于全面取代智能手机应用,但至少其娱乐、教育或是商业应用潜力极大。

AR与VR技术相比较,会发现AR的应用场景会更多元,因为VR技术重点会放在沉浸式虚拟环境体验,VR眼镜基本上是不透明全罩覆盖人眼,并利用小型屏幕透过光学行成虚拟空间影像,设备体积会较AR眼镜略大,携带应用便利性略减。

另一派说法可能会把应用聚焦在更前瞻的全像影像(Hologram)技术,但实际上Hologram投影技术目前离商业化应用还算早,在户外环境使用裸眼Hologram显示的效果不佳,必须搭配特殊搭建的环境才能实现,使用弹性与商业价值不容易实现,反之,体积小巧可携带的AR眼镜的价值即被凸显出来。

VR/AR应用不再泾渭分明  新颖应用吸睛

至于先前提到的VR/AR差异,其实现在利用技术上的集成两著已不再这么泾渭分明,例如,VR眼镜若在设备前端设置摄影机,让用户前端的真实视野也能带进VR体验的场景中,自然而然也能达到如AR眼镜般的成像效果,这种作法在AR产品中也有部分设计采这类方案以video see-through或video overlay视讯叠加的方式建构,这在一些常见的智能装置的App应用也相当常见,例如Pokemon Go、AR星座寻星软件亦有同类技术方案应用。

但实际上采行真实与虚拟影像叠加呈现,技术方案会较透明镜片再叠加虚拟成像的AR方案成本低得多、技术难点更低,一些软件应用方案多半使用这类技术实现,尤其在AR游戏、AR教育软件应用都相当常见,但透过叠加虚拟与拍摄影像叠加而成的AR画面其实实际感受仍与透明镜片呈现的AR方案有极大差异。

因为叠加产生的AR画面毕竟还是2D平面屏幕呈现,用户难有惊艳体验,而在真实视野空间叠加产生的虚拟立体成像,体验为真实空间虚构图象呈现,视觉冲击感受大不相同。

追求拟真质量  影像处理效能是产品关键

再者,若透过摄影机采集影像、系统叠加虚拟画面合成,再实时以VR眼镜或设备呈现如同AR的真实 / 虚拟集成体验,实际上会与透明AR的成像体验仍有极大差距,因为其中质量若要拟真,采集的视讯分辨率就必须提升,为了体验更实时的动态感受,采集画面、合成画面与呈现过程的延迟就必须利用更强悍的运算能力、资料处理能力一一克服,终端产品可能因为设备料件成本要求而牺牲一大部分的实感体验,这也是为什么透镜版的AR技术方案是现有众多方案中最受关注的项目。

以Magic Leap的AR眼镜产品为例,其实光是成像装置使用的相关技术就相当多元,例如Magic Leap One 的光场显示技术为透过以虚拟影像的光线、导进特殊制作的玻璃材料中,透过镜片(光子光场芯片photonic lightfield chip)模拟出具有景深的光场效果,让使用者能更自然地聚焦在近处或远处的虚拟影像上。好处是可以将头戴AR显示装置的尺寸做得更轻薄,特殊玻璃镜片方案不仅可以投射2D图片,业者号称还能建构一个光场(Light Field)效果。

进代实现3D场景其实会有Stereoscopic、Light Field方案,象是Microsoft HoloLens、Facebook Oculus即使用Stereoscopic技术方案实现,Magic Leap则是使用Light Field概念反而是市场相关技术中难度较高、实现效果最令人期待的一种方案。

Light Field技术难度高  但未来市场价值大

再来理解Stereoscopic与Light Field差异,在3D图象与2D图象间的主要差异,就差在景深(depth),透过两组2D微调光学差异创造出类似景深效果,即为多数3D电影的呈现技术概念,但这种Stereoscopic 3D也会带来另一种困扰,例如调整不佳时会令人容易产生头晕问题。light field 3D成像方案就不同了,跟 Stereoscopic 3D 最大不同在于light field能令人眼聚焦至不同距离,形成较符合人眼观察自然立体世界的规律,也被称为真实3D(true-3D)显示方案。

但想建构光场显示并不容易,现在已有空间复用(space multiplexing)与时间复用(time multiplexing)两种技术为主,space multiplexing为将像素当成几块用以实现不同聚焦距離状态,但问题会导致呈现的画面分辨率会受到影响。time multiplexing为运用高速元件快速产生不同聚焦距离效果,欺骗肉眼以为是同时产生,time multiplexing优点是不损失分辨率前提下提供相对优异的立体视觉效果。

虽说透明镜片方式的AR在空间感、使用体验,会是众多装置相对具市场卖像的方案,但实际上透明AR眼镜仍面临多项技术挑战,首先是显示方面的技术难题,要想实现近眼的光场显示呈现本身就相当困难。

目前除Magic Leap号称产品应用light field方案外,市场相关AR眼镜 / VR眼镜产品还是以Stereoscopic 3D的技术方案为主要实现方法,但即便Magic Leap号称导入了light field技术,也必须在产品尺寸、light field采样技术 / 质量、双眼配戴的协调性等达到商品化要求,同时,透明镜片方式的AR产品还要能满足户外配戴使用效果一致的要求,这些都有相当程度的技术难度。

更重要的是,透明镜片方式的AR产品的镜片材料、加工技术也是一大成本问题,例如,Google Glass的AR方案为利用分光镜处理呈现,但分光镜有一定厚度,兼具分光镜效用的薄化镜片技术工艺复杂、成本过高,商品化仍有一段路要走,此外还有视角(field of view;FoV)、分辨率、影像遮挡(Occlusion)实现方案、画面延迟等问题需要解决。