運用近眼顯示器建構更趨真實的VR體驗

穿戴式進眼顯示器，將是未來融合虛實世界的重要設備。(圖片來源：Wikipedia)

積極打造更有沉浸體感的顯示品質，是近幾年在虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)領域相當重視的技術。尤其近兩年市場不斷推陳出新的頭戴式顯示器(Head-Mounted Display；HMD)，其顯示系統就是由近眼顯示器(Near-Rye Display；NED)組成，因此哪家科技大廠能率先領先競爭對手，優化NED元件模組的性能穩定度、顯示品質效果，將能在虛擬實境市場領先群雄，打造最佳化視覺體驗感受。

近眼顯示器優勢多  應用場域更加五花八門

近眼顯示器目前市場主要設備可分為頭戴式顯示器、穿戴式顯示器。顯示器在配戴者單眼或雙眼視野(Field of View；FOV)可及的範圍內，創造動態式虛擬影像。頭戴式顯示器屬於沉浸式，也就是熟知的VR頭盔，能阻隔外在世界的視野，使用者進入到完全虛擬的環境內。

一般而言，3D電影使用的眼鏡視野角度落在30？60度，而沉浸式顯示器則達90度以上，所以非常適合應用在個人娛樂影音、遊戲領域。至於穿戴式顯示器，則屬穿透式，類同於Google眼鏡，使用者能一邊看現實世界，一邊讀取顯示器中不透明的圖像資訊。這類擴增實境眼鏡顯示視角，大多落在20？60度，因此不會完全阻擋穿戴者觀看外在現實的視野。

不論頭戴式顯示器或穿戴式顯示器，跟傳統顯示器相比，其關鍵優勢在尺寸更小、重量更輕、功耗更低，因此不論攜帶外出或特定場合佩戴，使用情境逐漸多元。

也因近眼顯示器技術近年突飛猛進，加上AR/VR相關內容應用百花齊放，自然帶動近眼顯示器在工業控制及消費電子領域，五花八門的應用逐漸浮出市場。工業領域為例，穿戴式顯示器就可用在倉庫庫存管理、工廠設備維修；頭戴式顯示器則應用在訓練模擬器、遙控無人機等功能。而在消費性電子應用就更多元，包含遊戲、電影、運動、娛樂產業，都可以看到近眼顯示器的身影。

搶抓近眼顯示器商機  國內外大廠積極布局

近眼顯示設備的熱潮，同時也帶動顯示器硬體組件商機，以及光學設備廠的大力投資。產業市場情報市調公司 Transparency Market Research，針對穿戴式科技的報告指出，預計到2018年結束，其市場規模可成長至58億美元，年複合成長率達40.8%。 Transparency Market Research進一步預測，到2018年的穿戴式市場，主要獲利來源會來自資訊內容、遊戲娛樂產業。

尤其2016年被視為VR元年，VR頭盔2015出貨量35萬台，成長到2016年已達800萬，資策會MIC預估2017年可望超過1,000萬台以上。而AR穿戴裝置的出貨，IDC預估將從2016年的2.09 億美元，到2021年時將爆發到487億美元，而VR則從21億美元，擴增至186億美元規模。

至於全球科技大廠對VR/AR的布局，也帶動近眼顯示器的需求。近兩年包含Oculus、HTC、Sony、Samsung、Google、Apple等公司，分別在VR頭盔裝置、AR穿戴設備進行研發，帶動硬體出貨數量。2016年三星電子Gear VR出貨量達451萬台，拿下71%市佔，而Sony PS VR、HTC VIVE、Oculucs Oculus Rift的銷售量在2016年也大有斬獲，渴望2017年的出貨數可再創新高。

另一方面也有消息傳出，Apple針對擴增實境需求，正在積極研發新一代智慧眼鏡，並以無線方式搭載iPhone，優化穿戴者在動態行進過程中，能清楚閱讀鏡片上的顯示圖像及資訊。

自2012年Google 推出AR眼鏡Google Project Glass後，展現AR穿戴的可能性，接著從大陸的聯想、百度，到國際大廠微軟、EPSON先後投入AR穿戴設備的研發。現在又有Apple加入戰局，根據彭博(Bloomberg)消息指出，蘋果已跟潛在供應商做近眼顯示器的少量測試，預估將在2018年推出自家智慧眼鏡。

近眼顯示器技術門檻高  優質體驗強化延遲、視角及對比度

然而，近眼顯示器技術持續優化的目的，最重要就是在實用度層面，提升過去穿戴者使用上的不適感。例如VR遊戲最需要臨場感，所以在視覺體驗，首先要解決的就是縮短顯示器的延滯時間( Latency)。所謂延滯，也就是戴上頭戴式顯示器時，頭部轉動時看到的圖像沒有瞬間達到視線立即移動，造成圖像的延遲就是延滯問題。

會造成延滯，主要有兩個因素，其一是畫素資料更新時間；其二畫素轉換時間。前者是顯示器要載入新資料時，所要耗費的時間差，後者則是畫素在當前開啟或關閉的狀態，要轉換到下個狀態所需的時間，這個轉換過程會讓畫素變得模糊，也因此造成畫面無法呈現最新資料畫面。

業界廠商如德州儀器(TI)就推出DLP Pico晶片，藉由數位微型反射鏡每秒數千次的翻轉，最高可支援120Hz顯示幀率，因而達到縮短顯示延滯的問題。

至於在醫學領域，近眼顯示器能讓醫療人員在手術過程，透過數據、圖層的疊合，更清楚知道手術位置。同時近眼顯示器可提供術前的常規訓練，一來增加新進醫生的操作熟練度，同時又能降低訓練所需成本。

因此顯示資訊的視野清晰度、光學對比度的高度要求，就成為近眼顯示器亟需克服的門檻。例如視野FOV顯示效果，主要有三大因素在控制：1.微顯示陣列的對角線尺寸；2.光學光圈數；3.波導終端的瞳孔大小。當陣列對角線尺寸越長，解析度會更高，視野也能越大。但連帶顯示器系統尺寸也隨之提高，相對地就會增加設備重量，無法達到輕量化的兩全辦法。

至於穿戴式顯示器的技術門檻，控制主因則在光學穿透(See-Through)對比度。穿透式近眼顯示器的光學系統，其影像其實並不顯示在半透明的眼鏡鏡片表面上，而是直接在人眼視網膜上形成一種光瞳成像。

因此，穿透式近眼顯示器的光學系統成像過程，是有一組照明系統，光線透過數位微鏡元件，接著再通過光學系統，把輸入的光最終傳遞到人眼。因此理想的近眼顯示器光學系統，要能輸入高度透明的內容，同時又要高清晰度，且不妨礙穿戴者觀看實體世界的視野。

會影響近眼顯示器呈現的對比度，主要因素來自光圈數(F-number)、高階影像處理演算法、填充係數(Fill-factor)等要件。光圈數越高對比度就越高，但又會造成視野縮小，所以目前技術就在此兩者間試圖達到最優化效果。

高階影像處理也可提升對比度，目前業界多透過智慧化處理RGB照明亮度，並即時搭配每個影像的數位增益(Digital Gain)，來達成視覺對比清晰所需效果。

儘管近眼顯示器還有技術門檻需要克服，不過可以確定的是，2017年的VR/AR趨勢變化來看，一來輕量化、無線化、解析度提升、價格更親民的近眼顯示器設備將會陸續推出。而近眼顯示器的研發也會朝使用者生活、使用情境層面，更符合實際需求來研發、設計。實際創造使用價值，這也讓近眼顯示器的市場規模，將再帶起新一波高峰。