光學技術搭配進階感測器 建構完整VR沉浸式應用體驗

互動VR遊戲的使用空間會較一般遊戲更大，由於配戴頭戴顯示器後就看不到周遭空間，部分VR設備需搭配環境感測器避免用戶超過預設遊戲範圍造成碰撞或跌倒傷害。HTC

虛擬實境(Virtual Reality；VR)並不是新技術，早在90年代就已有試做產品與相關技術實作，反倒是在2016年在各方面技術到位、半導體技術與電腦處理效能大幅躍昇，使得VR技術成本降低、娛樂性提高，在軟/硬體到位狀況下儼然成為新一代娛樂媒體的新平台...

自2016年開始，Virtual Reality(VR)相關硬體、軟體與解決方案成為市場熱門話題，從VR的呈現、內容製作硬體到對應的遊戲、軟體正逐漸齊備，儼然已形成完整的VR產業價值鏈，發展態勢十分迅猛。

VR應用發燒  市場投資倍數成長

市調公司Digi capital在最新發表的分析資料，就能發現VR技術與應用市場的熱度，在2016年1~2月，以擴增實境(Augmented Reality；AR)和虛擬實境(VR)的投資額已達11億美元，相較2015年AR/VR技術應用全球投資額僅6.86億美元，其增長將近一倍，Digi capital更大膽預估，AR/VR的應用市場規模將在2020年達到1,500億美元。觀察2016年初迄今的市場投資會發現，以AR技術為基礎的Magic Leap新創業者，在2016年2月即獲得近8億美元的C輪融資，其餘近3億美元大部分集中在AR/VR解決方案、製作服務、VR硬體裝置、其他應用服務等。

AR/VR應用市場中，遊戲屬較主流的應用項目，而且遊戲也是極度考驗硬體/軟體整合品質的應用項目，即便AR/VR市場持續蓄集爆發能量，但業界在開發能投放市場的VR產品時，仍多項關鍵瓶頸需突破，從市場、硬體、軟體、使用體驗各方面都會影響AR/VR產品的市場價值。

VR應用技術成熟  成本優化成為市場爆發點

就技術層面來看，虛擬實境並不是新技術，早在90年代就有相關技術與實作產品釋出，而無法進一步開發產品投放市場的關鍵，就在於VR硬體需求極高、關鍵的顯示技術在重點零件的成本過於高昂，導致VR技術早期僅能提供航太或是高階產業的VR應用為主，而且當時的顯示與播放處理設備亦過於龐大，無法提供簡易、低成本、遊戲性高的用戶體驗。現今PC甚至是Mobile平台，成本低廉、效能亦足以因應VR運算所需，關鍵的感測器、顯示器、光學機構等成本大幅壓低，已略具發展進階應用潛力。

VR虛擬實境實際運作的原理，其實可以大略區分行動平台與桌上型電腦平台兩種應用形式檢視。在行動平台架構的VR應用環境，基本上是運用智慧手機本身搭載的加速度計、陀螺儀、高解析度顯示幕與嵌入式運算平台，加上掛載行動裝置與光學透鏡組合而成的頭戴顯示器，即可建構成本相當低廉的VR娛樂環境，而Google在2014年Google I/O也針對VR需求釋出開源的Google CardBoard VR眼鏡系統，材料費大約僅新台幣100元左右即可滿足最基本的VR頭戴顯示器設備需求。

至於桌上型的VR應用，則使用更精密、顯示效果更好的頭戴顯示器，透過桌上型電腦高速運算傳輸最佳化VR視覺模擬，讓呈現效果更接近真實、體驗表現更佳，但用戶仍需要透過各式電纜線為VR設備接上桌上型電腦，缺點是用戶在使用過程中，因為頭戴裝置採封閉式撥放營造更佳的視覺沉浸體驗，用戶雙眼受限制，自然在使用VR過程極容易因自己的動作導致線纜絆腳受傷，因此使用這類VR設備還要配置一名cable servant協助用戶不至於被纜線絆倒。

光學技術搭配進階感測器  建構完整VR沉浸式應用體驗

而VR立體成像的原理，其實是利用雙眼的視差產生影像的立體感，至於VR系統的功能在於將影像分別處理成兩組略為不同的畫面，分別投放於左/右眼呈現，讓用戶的肉眼感受到如同立體視覺的視差效果進而體驗影像的深度感(景深)，而為了讓極近距的顯示屏呈現影像的變形修正，在顯示畫面還會預先處理桶狀變形(Barrel distortion)的畫面優化，優化過影像可以恰好抵銷光學機構鏡片處理的圖像曲率，讓VR視覺更趨自然。

而進階的VR設備不光只讓圖像或是影像立體化，在系統進行播放或是成像的同時，頭戴顯示器同時可以偵測用戶的頭部動作，使用加速度計、陀螺儀等取得用戶擺頭或是上/下抬頭的動作與角度，同時即時改變場景的呈現視角，使用幾乎與用戶頭部動作即時變化的立體視角提供更擬真的VR應用沉浸體驗，達到身歷其境的視覺效果。VR播放設備除可產生逼真的視覺回饋外，更進階遊戲用途的VR設備還結合了體感控制器或感測環境，還可在VR應用系統追加如手部、肢體動作追蹤感測，讓VR玩家可以進行更有趣的虛擬遊戲互動。

VR應用品質考驗圖像處理效能與顯示元件品質

至於目前VR應用設備較大的挑戰在於呈現畫面的穩定度，因為VR成像為透過眼球前的小區塊顯示屏搭配光學透鏡機構呈現影像，畫面極小幅度的抖動或是雜訊都會因為成像原理而被放大，同時畫面的不穩定問題也會導致用戶觀看的疲勞感，先不論成像的LCD/OLED或是其他顯示元件的顯示問題，顯示屏首重畫面解析度表現，因為低解析度圖像將直接影響觀賞品質，導致畫面模糊影響用戶體驗，顯示幕本身的畫面更新速度若過低，也會造成畫面閃爍或不自然。

另一個頭戴VR設備的大問題是人體工學設計、機構簡化、設備重量等，因為頭戴顯示器若用於觀賞電影內容，至少會連續使用一兩個小時以上，長時間配戴顯示器將凸顯原有設備人體工學機構設計的缺陷與問題，像是接觸臉部的軟墊彈性、透氣度等，頭戴顯示器的機構輕量化設計，顯示器的頭部固定扣具等，這些小細節都會直接影響配戴舒適度。

在軟體呈現面，因為VR體驗多數來自播放內容或是建模圖像的畫面品質與速度，因此在成像部分需要透過高解析度的素材與高速3D建模貼圖呈現高精緻度的立體畫面，目前行動處理器與行動顯示技術已針對3D環境建模與即時立體圖像處理的軟/硬體加速需求，優化行動平台顯示架構，相關影像加速技術也能延續用於VR應用場合，尤其是搭配多核心嵌入式處理器、多核顯示加速處理器支援，同時搭配影像素材壓縮，改善VR系統的高度影像傳輸頻寬需求，不僅降低畫面延遲、同時也能提升VR系統的整體效能。