光学技术搭配进阶传感器 建构完整VR沉浸式应用体验

互动VR游戏的使用空间会较一般游戏更大，由于配戴头戴显示器后就看不到周遭空间，部分VR设备需搭配环境传感器避免用户超过缺省游戏范围造成碰撞或跌倒伤害。HTC

虚拟实境(Virtual Reality；VR)并不是新技术，早在90年代就已有试做产品与相关技术实作，反倒是在2016年在各方面技术到位、半导体技术与电脑处理效能大幅跃昇，使得VR技术成本降低、娱乐性提高，在软/硬件到位状况下俨然成为新一代娱乐媒体的新平台...

自2016年开始，Virtual Reality(VR)相关硬件、软件与解决方案成为市场热门话题，从VR的呈现、内容制作硬件到对应的游戏、软件正逐渐齐备，俨然已形成完整的VR产业价值链，发展态势十分迅猛。

VR应用发烧  市场投资倍数成长

市调公司Digi capital在最新发表的分析数据，就能发现VR技术与应用市场的热度，在2016年1~2月，以增实境(Augmented Reality；AR)和虚拟实境(VR)的投资额已达11亿美元，相较2015年AR/VR技术应用全球投资额仅6.86亿美元，其增长将近一倍，Digi capital更大胆预估，AR/VR的应用市场规模将在2020年达到1,500亿美元。观察2016年初迄今的市场投资会发现，以AR技术为基础的Magic Leap新创业者，在2016年2月即获得近8亿美元的C轮融资，其余近3亿美元大部分集中在AR/VR解决方案、制作服务、VR硬件装置、其他应用服务等。

AR/VR应用市场中，游戏属较主流的应用项目，而且游戏也是极度考验硬件/软件整合品质的应用项目，即便AR/VR市场持续蓄集爆发能量，但业界在开发能投放市场的VR产品时，仍多项关键瓶颈需突破，从市场、硬件、软件、使用体验各方面都会影响AR/VR产品的市场价值。

VR应用技术成熟  成本优化成为市场爆发点

就技术层面来看，虚拟实境并不是新技术，早在90年代就有相关技术与实作产品释出，而无法进一步开发产品投放市场的关键，就在于VR硬件需求极高、关键的显示技术在重点零件的成本过于高昂，导致VR技术早期仅能提供航太或是高端产业的VR应用为主，而且当时的显示与播放处理设备亦过于庞大，无法提供简易、低成本、游戏性高的用户体验。现今PC甚至是Mobile平台，成本低廉、效能亦足以因应VR运算所需，关键的传感器、显示器、光学机构等成本大幅压低，已略具发展进阶应用潜力。

VR虚拟实境实际运作的原理，其实可以大略区分移动平台与桌上型电脑平台两种应用形式检视。在移动平台架构的VR应用环境，基本上是运用智能手机本身搭载的加速度计、陀螺仪、高分辨率显示幕与嵌入式运算平台，加上挂载移动设备与光学透镜组合而成的头戴显示器，即可建构成本相当低廉的VR娱乐环境，而Google在2014年Google I/O也针对VR需求释出开源的Google CardBoard VR眼镜系统，材料费大约仅新台币100元左右即可满足最基本的VR头戴显示器设备需求。

至于桌上型的VR应用，则使用更精密、显示效果更好的头戴显示器，透过桌上型电脑高速运算传输最佳化VR视觉模拟，让呈现效果更接近真实、体验表现更佳，但用户仍需要透过各式电缆线为VR设备接上桌上型电脑，缺点是用户在使用过程中，因为头戴装置采封闭式拨放营造更佳的视觉沉浸体验，用户双眼受限制，自然在使用VR过程极容易因自己的动作导致线缆绊脚受伤，因此使用这类VR设备还要配置一名cable servant协助用户不至于被缆线绊倒。

光学技术搭配进阶传感器  建构完整VR沉浸式应用体验

而VR立体成像的原理，其实是利用双眼的视差产生影像的立体感，至于VR系统的功能在于将影像分别处理成两组略为不同的画面，分别投放于左/右眼呈现，让用户的肉眼感受到如同立体视觉的视差效果进而体验影像的深度感(景深)，而为了让极近距的显示屏呈现影像的变形修正，在显示画面还会预先处理桶状变形(Barrel distortion)的画面优化，优化过影像可以恰好抵销光学机构镜片处理的图像曲率，让VR视觉更趋自然。

而进阶的VR设备不光只让图像或是影像立体化，在系统进行播放或是成像的同时，头戴显示器同时可以侦测用户的头部动作，使用加速度计、陀螺仪等取得用户摆头或是上/下抬头的动作与角度，同时实时改变场景的呈现视角，使用几乎与用户头部动作实时变化的立体视角提供更拟真的VR应用沉浸体验，达到身历其境的视觉效果。VR播放设备除可产生逼真的视觉回馈外，更进阶游戏用途的VR设备还结合了体感控制器或传感环境，还可在VR应用系统追加如手部、肢体动作追踪传感，让VR玩家可以进行更有趣的虚拟游戏互动。

VR应用品质考验图像处理效能与显示元件品质

至于目前VR应用设备较大的挑战在于呈现画面的稳定度，因为VR成像为透过眼球前的小区块显示屏搭配光学透镜机构呈现影像，画面极小幅度的抖动或是杂讯都会因为成像原理而被放大，同时画面的不稳定问题也会导致用户观看的疲劳感，先不论成像的LCD/OLED或是其他显示元件的显示问题，显示屏首重画面分辨率表现，因为低分辨率图像将直接影响观赏品质，导致画面模糊影响用户体验，显示幕本身的画面更新速度若过低，也会造成画面闪烁或不自然。

另一个头戴VR设备的大问题是人体工学设计、机构简化、设备重量等，因为头戴显示器若用于观赏电影内容，至少会连续使用一两个小时以上，长时间配戴显示器将凸显原有设备人体工学机构设计的缺陷与问题，像是接触脸部的软垫弹性、透气度等，头戴显示器的机构轻量化设计，显示器的头部固定扣具等，这些小细节都会直接影响配戴舒适度。

在软件呈现面，因为VR体验多数来自播放内容或是建模图像的画面品质与速度，因此在成像部分需要透过高分辨率的素材与高速3D建模贴图呈现高精致度的立体画面，目前移动处理器与移动显示技术已针对3D环境建模与实时立体图像处理的软/硬件加速需求，优化移动平台显示架构，相关影像加速技术也能延续用于VR应用场合，尤其是搭配多核心嵌入式处理器、多核显示加速处理器支持，同时搭配影像素材压缩，改善VR系统的高度影像传输带宽需求，不仅降低画面延迟、同时也能提升VR系统的整体效能。