运用近眼显示器建构更趋真实的VR体验

穿戴式进眼显示器，将是未来融合虚实世界的重要设备。(图片来源：Wikipedia)

积极打造更有沉浸体感的显示品质，是近几年在虚拟实境(VR)、增实境(AR)领域相当重视的技术。尤其近两年市场不断推陈出新的头戴式显示器(Head-Mounted Display；HMD)，其显示系统就是由近眼显示器(Near-Rye Display；NED)组成，因此哪家科技大厂能率先领先竞争对手，优化NED元件模块的性能稳定度、显示品质效果，将能在虚拟实境市场领先群雄，打造最佳化视觉体验感受。

近眼显示器优势多  应用场域更加五花八门

近眼显示器目前市场主要设备可分为头戴式显示器、穿戴式显示器。显示器在配戴者单眼或双眼视野(Field of View；FOV)可及的范围内，创造动态式虚拟影像。头戴式显示器属于沉浸式，也就是熟知的VR头盔，能阻隔外在世界的视野，使用者进入到完全虚拟的环境内。

一般而言，3D电影使用的眼镜视野角度落在30？60度，而沉浸式显示器则达90度以上，所以非常适合应用在个人娱乐影音、游戏领域。至于穿戴式显示器，则属穿透式，类同于Google眼镜，使用者能一边看现实世界，一边读取显示器中不透明的图像信息。这类增实境眼镜显示视角，大多落在20？60度，因此不会完全阻挡穿戴者观看外在现实的视野。

不论头戴式显示器或穿戴式显示器，跟传统显示器相比，其关键优势在尺寸更小、重量更轻、功耗更低，因此不论携带外出或特定场合佩戴，使用情境逐渐多元。

也因近眼显示器技术近年突飞猛进，加上AR/VR相关内容应用百花齐放，自然带动近眼显示器在工业控制及消费电子领域，五花八门的应用逐渐浮出市场。工业领域为例，穿戴式显示器就可用在仓库库存管理、工厂设备维修；头戴式显示器则应用在训练模拟器、遥控无人机等功能。而在消费性电子应用就更多元，包含游戏、电影、运动、娱乐产业，都可以看到近眼显示器的身影。

抢抓近眼显示器商机  国内外大厂积极布局

近眼显示设备的热潮，同时也带动显示器硬件组件商机，以及光学设备厂的大力投资。产业市场情报市调公司 Transparency Market Research，针对穿戴式科技的报告指出，预计到2018年结束，其市场规模可成长至58亿美元，年复合成长率达40.8%。 Transparency Market Research进一步预测，到2018年的穿戴式市场，主要获利来源会来自信息内容、游戏娱乐产业。

尤其2016年被视为VR元年，VR头盔2015出货量35万台，成长到2016年已达800万，资策会MIC预估2017年可望超过1,000万台以上。而AR穿戴装置的出货，IDC预估将从2016年的2.09 亿美元，到2021年时将爆发到487亿美元，而VR则从21亿美元，增至186亿美元规模。

至于全球科技大厂对VR/AR的布局，也带动近眼显示器的需求。近两年包含Oculus、HTC、Sony、Samsung、Google、Apple等公司，分别在VR头盔装置、AR穿戴设备进行研发，带动硬件出货数量。2016年三星电子Gear VR出货量达451万台，拿下71%市占，而Sony PS VR、HTC VIVE、Oculucs Oculus Rift的销售量在2016年也大有斩获，渴望2017年的出货数可再创新高。

另一方面也有消息传出，Apple针对增实境需求，正在积极研发新一代智能眼镜，并以无线方式搭载iPhone，优化穿戴者在动态行进过程中，能清楚阅读镜片上的显示图像及信息。

自2012年Google 推出AR眼镜Google Project Glass后，展现AR穿戴的可能性，接着从大陆的联想、百度，到国际大厂微软、EPSON先后投入AR穿戴设备的研发。现在又有Apple加入战局，根据彭博(Bloomberg)消息指出，苹果已跟潜在供应商做近眼显示器的少量测试，预估将在2018年推出自家智能眼镜。

近眼显示器技术门槛高  优质体验强化延迟、视角及对比度

然而，近眼显示器技术持续优化的目的，最重要就是在实用度层面，提升过去穿戴者使用上的不适感。例如VR游戏最需要临场感，所以在视觉体验，首先要解决的就是缩短显示器的延滞时间( Latency)。所谓延滞，也就是戴上头戴式显示器时，头部转动时看到的图像没有瞬间达到视线立即移动，造成图像的延迟就是延滞问题。

会造成延滞，主要有两个因素，其一是像素数据更新时间；其二像素转换时间。前者是显示器要加载新数据时，所要耗费的时间差，后者则是像素在当前开启或关闭的状态，要转换到下个状态所需的时间，这个转换过程会让像素变得模糊，也因此造成画面无法呈现最新数据画面。

业界厂商如德州仪器(TI)就推出DLP Pico芯片，藉由数码微型反射镜每秒数千次的翻转，最高可支持120Hz显示帧率，因而达到缩短显示延滞的问题。

至于在医学领域，近眼显示器能让医疗人员在手术过程，透过数据、图层的叠合，更清楚知道手术位置。同时近眼显示器可提供术前的常规训练，一来增加新进医生的操作熟练度，同时又能降低训练所需成本。

因此显示信息的视野清晰度、光学对比度的高度要求，就成为近眼显示器亟需克服的门槛。例如视野FOV显示效果，主要有三大因素在控制：1.微显示阵列的对角线尺寸；2.光学光圈数；3.波导终端的瞳孔大小。当阵列对角线尺寸越长，分辨率会更高，视野也能越大。但连带显示器系统尺寸也随之提高，相对地就会增加设备重量，无法达到轻量化的两全办法。

至于穿戴式显示器的技术门槛，控制主因则在光学穿透(See-Through)对比度。穿透式近眼显示器的光学系统，其影像其实并不显示在半透明的眼镜镜片表面上，而是直接在人眼视网膜上形成一种光瞳成像。

因此，穿透式近眼显示器的光学系统成像过程，是有一组照明系统，光线透过数码微镜元件，接着再通过光学系统，把输入的光最终传递到人眼。因此理想的近眼显示器光学系统，要能输入高度透明的内容，同时又要高清晰度，且不妨碍穿戴者观看实体世界的视野。

会影响近眼显示器呈现的对比度，主要因素来自光圈数(F-number)、高端影像处理演算法、填充系数(Fill-factor)等要件。光圈数越高对比度就越高，但又会造成视野缩小，所以目前技术就在此两者间试图达到最优化效果。

高端影像处理也可提升对比度，目前业界多透过智能化处理RGB照明亮度，并实时搭配每个影像的数码增益(Digital Gain)，来达成视觉对比清晰所需效果。

尽管近眼显示器还有技术门槛需要克服，不过可以确定的是，2017年的VR/AR趋势变化来看，一来轻量化、无线化、分辨率提升、价格更亲民的近眼显示器设备将会陆续推出。而近眼显示器的研发也会朝使用者生活、使用情境层面，更符合实际需求来研发、设计。实际创造使用价值，这也让近眼显示器的市场规模，将再带起新一波高峰。