更趋实用的体感与MEMS侦测应用解决方案
- DIGITIMES企画
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以往在科幻电影中，主角朝空中挥一挥手就能进行设备开关、显示图片翻转放大的应用情境，在现代的体感操控技术逐渐成熟，这类电影才能看到的场景，已不再是遥不可及的控制技术。目前体感操控不只有动态追踪，还可以仅行手势指令识别、操控者体态多节点实时动态追踪分析，应用层面与相关解决方案，已经能扩及家电、3C产品...
体感控制技术，从技术架构面来观察，主要可以分两个大方向来讨论，一是以目前游戏产业相当热门的人体动态感应、空间手势、体态追踪系统的游戏应用，另一种是在终端设备上搭配MEMS进行的设备空间、动态侦测，透过系统整合建构的体感操作应用。
而从两大应用型态来观察，在游戏产业使用的体感技术，大多采行电子摄影机或红外线传感技术，来建构机器视觉，或是利用整合MEMS元件(加速度计、陀螺仪)的控制器与无线技术环境辅助，建构足以判断游戏者实际动态的类机器视觉架构。
PrimeSense Natural Interaction技术
就机器视觉应用来看，近来相当热门的XBox 360采行的Kinect体感控制方案，实际上为采用PrimeSense公司的侦测技术；相同的，Asus也采行PrimeSense公司的侦测技术建构WAVI Xtion体感控制影音产品。
检视PrimeSense公司的侦测技术，为利用完全不需配戴控制器、毋须无线技术整合的自然互动科技(Natural Interaction)，主要技术架构为利用可侦测环境与主体深度机器视觉、搭配操控者的肢体节点追踪机器视觉，将这些环境参数实时分析、转换成空间与操控者手势、动作侦测回馈信息。
而XBox 360的Kinect体感游戏应用，为基于PrimeSense公司的Natural Interaction的技术概念下，其实就是让使用者完全不需配戴或手持控制器的实时侦测方案。也是因为完全不需辅助设备仅需靠最简单、直觉的人体动作来进行游戏，即便在Wii的体感游戏应用已经造成市场热潮，光是不需手持控制器就能玩体感的优势下，就让微软Kinect开卖不到2个月的时间就能狂卖600万套的关键。
与Kinect体感游戏应用近似的产品，也就是Asus的WAVI Xtion，则是将PrimeSense公司的Natural Interaction的操控技术用于家庭影音家电中，以WAVI Xtion的设计方案为采行UWB超宽频技术的无线影音传输装置，设计概念为在5GHz频带下进行影像、声音信号的无线传输应用，其无线传输距离最远可达25尺，其中Xtion则是在此架构下用来以体感与手势指令控制应用，也是因为采行同一家的体感应用解决方案，Xtion用法与微软的Kinect极为近似。
不同的是，WAVI Xtion主要利用UWB技术来将PC的影音无线传递到家中客厅电视，而在电视应用情境下以人体的手势动作，藉由Xtion体感侦测技术取代电视遥控器，而手势指令不只能控制电视播放与内容设定，还能进一步控制PC运作功能，或延伸PC电玩让其达到如同Kinect体感游戏的应用型态。
Natural Interaction结合电视娱乐应用
Asus发展WAVI Xtion的同时，也同步进行Xtion Pro产品开发，其实Xtion Pro的角色定位与微软的Kinect for Windows概念即为接近，其实就是把基于PrimeSense公司的Natural Interaction的操控技术搭配Xtion Pro的体感操控SDK开发套件，让第三方开发者可以快速建构基于WAVI Xtion体感操控架构下的互动应用。
检视Xtion PRO规格，其体感侦测距离范围为0.8~3.5m、侦测范围角度最多为70度、侦测器的传输界面采USB 2.0，体感侦测架构为利用IR红外线发射器/接收器为基础，而SDK为基于Visual Studio .NET开发平台、支持Windows 7/Vista/XP等操作系统。也是在智能电视热潮下，电视能操作、呈现的内容也不再只是单纯的电视节目，而可能是在线软件商店、博客、Facebook甚至是实时通讯功能，而这些复杂的操作已经不是单纯遥控器能够负荷的操作量。
为了让智能电视的操作应用更直觉、简单，智能电视的操作方案也持续朝「体感侦测」的Natural Interaction发展，即便是碍于材料、技术与授权成本使智能电视无法直接进阶至Natural Interaction操控型态，大多也会提供于遥控器整合MEMS陀螺仪、加速度计的3D空间鼠标功能，让遥控器的应用可以取代鼠标的进阶应用功能。
以电视整合Natural Interaction的方向观察，除可以应用如PrimeSense公司的Natural Interaction体感操控方案外，或是搭配现成的Kinect for Windows或Xtion Pro搭配SDK来进行相关功能发展，但实际上在家电产业趋于微利的市场态势下，直接采行现有的整合方案在成本考量下相对较不可行，多数智能电视即便要发展Natural Interaction技术，大多也会采行封闭技术来进行开发与设计。
智能电视的低成本体感侦测应用
比较有趣的是，在成本考量下，智能电视会较早发酵的体感控制方案，反而会是如同Wii或是PS3的低成本体感互动控制架构，因为传统电视的操作经验，免不了还是需要遥控器这个关键设备，倒不如发展整合3D空间鼠标侦测功能的多功能遥控器，会比直接跳到高成本、高技术难度的Natural Interaction体感侦测方案要来得更为务实许多。
例如，在LG的智能电视推出时，即同时推出整合陀螺仪的遥控器配件，以LG电子推出的LED电视SL90系列为例，即为首次采用具角度动作感应的遥控器设计，遥控器内部整合陀螺仪MEMS感应器(Gyro Sensor)，可透过侦测操控者持握遥控器的手指震动、旋转角度、手势动作，让电视遥控器衍生如电脑3D空间鼠标般的操控功能，也是陀螺仪MEMS侦测技术整合的人机界面运用在智能电视遥控的案例。
除了电视业者自行发展的体感侦测遥控器外，第三方产品开发者也尝试在传统电视遥控器无法满足未来应用的问题上，尝试整合更多具空间侦测功能的高附加价值遥控解决方案。例如，搭配如STMicroelectronics发展的多轴动作侦测器MEMS模块，来强化设备或终端装置的环境侦测能力。
多轴侦测MEMS元件 快速建构体感侦测技术基础
以多轴动作侦测器MEMS模块为例，即为在单一个元件模块内，整合1组3轴数码加速度计、1组2轴类比陀螺仪MEMS元件，为线性动作侦测与角动作侦测器采封装级整合的元件设计产品，藉高度整合优势提高应用的性能与可靠度，同时减少MEMS占用系统载板空间的设计问题，同时降低料件与制造成本。
而Movea动作侦测控制解决方案业者，也利用这类高度整合的MEMS侦测元件，来建构成本效益型动作传感器应用方案，利用单一模块内建多组动作传感器的元件，建构SmartMotion体感侦测技术方案，也能将体感侦测应用快速导入遥控器、游戏机、智能手机、平板电脑等消费性设备应用。
3C产品整合体感控制/侦测设计已成趋势
体感控制技术，在早期大多仅以功能开关形式的样态，整合于产品之中，例如，早期的数码镜头所搭载的MEMS方向感知元件，藉由传感镜头的垂直或水平向，在拍摄的同时进行方向信息记录，让用户回放拍摄图片可以让镜头自动识别原先的拍摄情境，播放时自动转正照片方向，这已是最基本的体感应用设计实例。
随着MEMS技术不断成熟，单一MEMS元件能搭载整合的微机电元件越来越多，同时侦测环境的精确度持续提升，也让体感应用的整合功能越来越趋近实用，也是如同上例的数码镜头案例，在近来新款的高端数码镜头，均已整合更加精确的环境侦测MEMS元件。
例如，以往单纯的水平/垂直向的侦测用途MEMS元件，在新产品中已换上更精确的水平侦测元件，透过功能整合，可在拍摄时实时在Live View摄影观景窗内检视现有镜头的水平状态，让用户可以随时调整镜头符合虚拟水平参考线来进行取景，避免拍出歪斜不正的照片。
同样也是数码镜头的操作案例，在新款镜头追求像素分辨率极大化的同时，为拉大竞争距离，MEMS微机电技术也成为新的竞争核心实力，如热门的镜头防手震设计方案，把拍摄过程最容易出现的手震影响，像是压按快门时造成的手震问题，或是长距取景容易放大的手晃问题，就大量产品开始导入MEMS电子式防手震的设计方案。
在镜头置入垂直向/水平向的动作侦测实时记录功能，在拍摄的同时也记录了瞬间造成的手震方向、程度，可让数码镜头可以透过此进阶信息，进行数码数据的再处理与补正措施，甚至在拍摄进行中实时将镜头动态参数实时回馈至镜头补正机制中，借此实时微调修正拍摄画面，将手震问题造成拍摄成果清晰度的影响降至最低，以目前的手震补正技术已可达到至少2~3级以上的快门手震修正能力。
不同的是，数码镜头的MEMS体感技术是用于辅助与改善镜头的使用过程，利用功能性的内嵌辅助设计，让使用者完全不需要动手进行调效就能享受体感控制整合的优点，这是以MEMS微机电侦测技术加值得来的产品优势。
相同的，MEMS动作侦测感应技术，可以为手机、游戏机、可携式多媒体播放器带来更直接、便利的人机互动界面，让设备可以得知用户的手腕、手臂与环境空间的动作来与应用程序、游戏与操作功能表的内部功能直接与使用者动作产生连结，实现真正实时的人机互动应用环境。
而在智能手机、智能平板装置等移动设备设计上，新的设计方案也朝向整合大量MEMS元件，甚至追加如大气压力侦测MEMS元件，来构筑更全面的环境侦测数据撷取能力，以因应如运动手表、PND个人导航设备等高端动态侦测应用需求。
藉由体感侦测应用 强化产品设计与附加价值
基本上，不管是Natural Interaction的操控技术还是需要搭配动作侦测控制器的体感侦测技术，目前初期大多是以取代键盘、鼠标、摇杆等控制器为主要功能，但取代关键的输入设备只是第一步，往后体感操控技术必须能再更多应用方面深入，达到心型态的人机互动界面最有效的功能发挥。
例如，在空间手势识别与动态追踪系统方面，以往如电影关键任务主角的手势控制电脑操作情境，在目前的体感侦测解决方案，碍于成本与效能问题，体感侦测系统仍无法精细到传感手指的细微动作或是手掌更趋繁复的手势指令，仅能针对大动作，如挥物、定点进移动作侦测。
若要达到如同电影般这麽精细的手势指令判读与互动，则必须搭配具更精细识别能力的传感器或是配戴MEMS动作侦测元件，来突破多点空间追迹演算需求最基本的动作撷取数据需求，达到进行多点空间手势识别与多样化动作指令识别的操作目的。
而以往3D空间鼠标，大多仅能判读较大程度的手势与动作，若要达到更趋实用的操控性能，必须在手势指令的定义下更多功夫，手势指令一方面需要采取容易记忆、具操作直觉的设计，也必须能使侦测机制在判读准确度大幅提升辅助，才能达到人机互动系统要求的精确控制功能要求。
另外，现有Natural Interaction的操控技术环境大多仅限室内应用，若要面对户外多变型态的应用条件，动态侦测数据撷取元件(如摄影机、红外线传感器)是否能在户外环境也能达到如同室内的侦测效果？而设备在动态移动也能达到相同的侦测精确度，而不受光线、震动、多人操作干扰而产生误差，仍须系统强化设计与改善传感机制来加以强化。
除了人机互动界面的侦测应用外，其实未来体感侦测应用还需与数码内容能达到更深入的整合，才能令体感控制应用的附加价值更高！尤其是结合现有主流的3D影音功能。
在新一代的视听家电中已能呈现相对拟真的立体影音，在呈现3D影像景深度的同时，若能结合体感侦测实时令3D影像能与体感操作实际互动，如挥挥手能使虚拟影像呈现的花草同步拨动，或是侦测操控者的前后位移、转身，同步令呈现影像实时产生互动，均能为3D化的影音娱乐价值更高，达到最身历其境的互动感受。
