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體感控制在嵌入式系統的應用新趨勢

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三大體感遊戲機 (任天堂、微軟、索尼)
三大體感遊戲機 (任天堂、微軟、索尼)

人機互動的模式,從傳統的按鍵式(鍵盤、遙控器)、指標式(滑鼠、軌跡球、搖桿)等控制器輸入方式,到近年來掀起的體感方式,逐漸跳脫傳統輔助輸入裝置的框架,以“人”為中心的控制方式,讓人只要舉手投足之間,就能控制各式電子設備、遊戲玩樂、甚至運動訓練等應用,讓科幻電影情節裡的超炫操作方式不再是夢想。

體感控制的流行 從遊戲機產業開始

Razer的Hydra體感控制器(PC專用) (Razer)

Razer的Hydra體感控制器(PC專用) (Razer)

Adidas的運動晶片、體感記錄器(左) 與 Nike+的各式體感記錄裝置 (右) (Adidas、Nike)

Adidas的運動晶片、體感記錄器(左) 與 Nike+的各式體感記錄裝置 (右) (Adidas、Nike)

自任天堂(Nintendo)於2006年首度發表Wii遊戲機,以全新的Wii Remote搭配 Nunchuk 體感控制器吸引全球目光,開創了體感遊戲的先河,不僅產品大賣,也開啟體感控制應用的新紀元。隨後在2008年推出了Wii Fit,以塑身為訴求搭配健身遊戲,讓體感遊戲成為全民運動。

另一方面,2010年微軟正式推出Kinect for Xbox 360控制器,而Sony也推出PlayStation Move (PS Move)體感控制器。前者Kinect能捕捉最多2名玩家全身上下的肢體動作,或是進行臉部辨識,直接以身體來進行遊戲。此外Kinect也內建麥克風,可以用來識別語音指令,帶給玩家「免控制器的遊戲與娛樂體驗」。後者則以PS Move體感控制器 + PS Eye 攝影機,透過控制器與辨識方式,來達成互動體感遊戲效果。至此三大遊樂器業者,皆已正式進軍體感遊戲市場。

受體感遊戲機的影響,智慧型電視(Smart TV)也嘗試導入體感控制技術,如日立(Hitachi)、Panasonic、TCL、Samsung等,有些支援臉部辨識技術,可識別用戶登入,也可透過手勢來遙控,來進行轉台、調音量與調亮度等動作。

體感在運動工業上的應用

體感在運動工業的應用上,近年來也開始熱身。有鑑於許多人有一邊運動一邊聽音樂的習慣,因此早在2006年Nike(耐吉)便與Apple合作,建立了Nike+的全新體驗。在其Nike+系列鞋款多了一個小空間,可以放入自家特製的微型感應器,搭配iPod來記錄移動速度和距離,進而計算出運動的消耗熱量,並播放具有活力的歌曲,來提振跑者的精神。

隨著科技的進步,加上iPhone的推出,Nike+也不斷更新其產品與服務,在手機上推出各式運動與訓練課程等App應用程式,透過手機內建的GPS,搭配其Nike+ App,便可記錄個人了的運動成果,讓運動也科技化。此外Nike在2012年還推出許多運動套件(如籃球鞋專用的感應器、心率傳感器),搭配其專屬硬體接收裝置(如GPS運動手錶、手環,或蘋果iPod),加上iPhone手機或平板上面的專屬App,便可成為個人體能訓練教練。使用上,只要傳感器跟手機設定好配對連接、並輸入個人身高體重等資料之後,用戶透過鞋子就可以感測到雙腳壓力,並可測驗彈跳、跑步速度、各式運動等,以數據記錄下來,搭配內建App的訓練課程,達到健康運動的效果。而Nike+ Move App還能發揮到蘋果iPhone 5s的M7感測協同處理器,達到最省電的步行記錄效果。

另一家運動品牌Adidas(愛迪達)也不落人後,亦推出miCoach系列鞋款,與搭配的SPEED_CELL跑步晶片(能獨立運作,暫免與手機連線),以及心率傳感器的配件,搭配自家miCoach App,以記錄各項運動(足球、跑步、籃球、網球)或比賽的資料,來提供賽後分析數據,做為訓練改進方式的參考。

體感技術除了應用在終端運動產品上,也將運用在運動賽事上。美國NBA和Stats LLC公司2013年9月共同宣佈,2013至2014賽季將在所有球場中安裝體感追蹤技術。Stats的SportVU球員追蹤系統包括6個鏡頭和專用軟體,該系統將安裝在30支NBA球隊的球場,用來記錄籃球和球員的運動,除可記錄移動速度、距離、球員間隔,控球情況等統計數據,讓球員、教練更能掌握賽場情勢,以及即時戰術分析或賽後檢討改進時的參考。

體感控制在ICT產業的延燒與創新應用

在資通訊科技產業部分,蘋果在2007年推出了iPhone智慧型手機,以多點觸控、搭配感測器(如三軸加速儀),改變了全球手機產業生態。而2010年推出的iPad平板電腦,更是引起全球ICT產業的大地震。這兩大類產品促使觸控輸入方式成為時尚,而搭配內建的感測器來進行體感遊戲也成為主流。而在iOS平台開發App或遊戲,成為軟體廠商、行動遊戲廠商的必爭之地。

隨後Google在2008年推出開放式的Android平台,吸引全球科技廠商加入研發,隨著版本的改進與功能的精進,廠商推出了各式各樣的智慧型手機、平板、筆電、甚至智慧手錶…等產品,使得Android作業系統的整體市佔率已經超過6成。在軟體整體數量方面,如今也迎頭趕上iOS平台。

在PC市場部分,微軟於2012年推出Surface平板電腦系列,搭配Windows 8/Windows RT作業平台,以全新的介面與觸控輸入方式,打造PC新風貌。而眾PC大廠也推出搭載Windows 8平台的桌上型電腦、筆電、AIO(一體機),嘗試為銷售量低迷的PC市場注入活水。然而受到平板的排擠效應,加上觸控機種的PC售價較高、以及App數量過少,導致PC銷售量未見起色。廠商們也了解到,唯有開發PC的跨界產品(例如變形設計),才能拯救PC市場,許多廠商推出了平板+筆電產品,甚至平板+筆電+手機的跨界產品也紛紛上市。

可惜觸控螢幕筆電真正在使用時,並不符合人體工學,因為觸碰螢幕時,不僅會晃動,且長期讓手抬在半空中容易疲勞,導致觸控筆電的滲透率無法打開。為讓PC從“觸控”(Touch)走向“非觸控”(Touchless),已有廠商推出PC專用的3D體感控制技術。如微軟的Kinect for Windows,與華碩的Xtion Pro體感系統(皆源自以色列商PrimeSense公司的技術,未來可能被蘋果收購)。只是上述PC體感輸入周邊因為體積稍嫌龐大,加上有距離限制,比較適合客廳或較大的環境,至今較不普及。

目前PC專用的小型體感控制周邊中,有Razer(雷蛇)的Hydra (九頭靈蛇) PC遊戲體感控制器,採電磁場方式感應,可以做到6個軸度的移動與追蹤。另外還有Leap Motion公司的產品,於2013年正式推出,是一款接在USB埠的感測裝置,放在桌電或筆電的鍵盤前方,並將正面朝上。內建雙攝影機與三組紅外線感測器,可偵測與追蹤使用者的細微手指運動,搭配專屬的應用程式,便可透過雙手來控制各種應用程式或遊戲,體驗如鋼鐵人電影中男主角的手勢控制。

此外,英特爾在Computex 2013宣布成立1億美元基金投入感知運算技術發展,並於7月以4千萬美元購併以色列商Omek Interactive,取得3D辨識技術,以加強投入3D體感、手勢操作等技術,屆時該技術成熟的話,華碩、惠普、戴爾、聯想將於2014下半年推出搭載3D鏡頭的新世代Ultrabook,以體感控制訴求來吸引PC消費者選購。

體感技術應用廣

體感技術應用面極廣,在醫學上,已運用在運動復健、病因診斷、手術模擬等領域。而以光學追蹤的體感技術,也能透過“動作捕捉”(MoCap)方式,來紀錄人的精細姿勢與動作,在遊戲、電影、動畫等工業領域都很常見,甚至在商場應用中,亦有廠商開發出“虛擬試衣”,結合擴增實境(AR)營造出穿新衣服的感覺。

總之,體感控制技術已在科技業上嶄露光芒,未來將也在各行各業的各種嵌入式系統應用中發光發熱。