擴增實境/虛擬實境(AR/VR)技術的應用早在幾十年前就已經出現了,只是當時主要應用在一些極為有限的領域,直到近幾年來,由於感測器、處理器、傳輸和顯示等硬體技術的突破,它們的潛力才進一步被釋放,並為廣大消費者所知。特別是Google眼鏡(Google Glass)、Facebook Oculus Go、HTC VIVE Focus,以及微軟(Microsoft) HoloLens等專為AR/VR體驗而打造且無需依賴智慧型手機或PC的獨立式終端裝置出現,再次點燃市場對AR/VR的熱情。

AR/VR市場前景看俏

AR/VR被譽為下一個兆級市場。儘管歷經2017年的市場低迷,在新的技術、內容與產品帶動下,IDC預估今年AR/VR的銷售量可望達到1,240萬台,到2022年的5年間年複合成長率(CAGR)超過52%,AR/VR市場前景樂觀。

20181001NT31P1 2017~2022年AR/VR頭戴式裝置出貨量預估。(資料來源:工研院產業科技國際策略發展所)

隨著Oculus Go、VIVE Pro、Lenovo Mirage Solo with Daydream,以及Magic Leap One MR等全新VR裝置陸續登場,工研院產業科技國際策略發展所(原IEK)預估今年VR裝置將成長44%,達到1,120萬台的出貨量。這一成長動能主要來自一體機的需求擴散,特別是低價的Oculus Go一體機上市明顯帶動市場成長。

至於AR市場,2017年AR出貨約為60萬台,估計今年將成長1倍達到120萬台,並在關鍵新產品帶動下於2022年急速拉高到2,630萬台的規模。

相較於VR,AR市場遲遲未見數量的蓬勃成長。工研院產業科技國際策略發展所分師呂珮如指出,主要原因在於AR的定價仍相當高,目前平均單價約在770美元左右。「價格是AR產品難以導入消費市場的主要障礙。」因此,目前AR主要鎖定在企業客戶為主,瞄準工廠維修檢測、教育訓練等應用。

不過,從另一個角度來看,AR的整體營收效益其實較VR更好。呂珮如解釋,這是因為AR鎖定的軟體應用收費都較VR更高,所以即使硬體出貨量較VR少,但預估在2019年後AR的整體營收效益可能超越VR。

AR與VR的融合

AR技術與VR技術密切相關,是互補但獨立的兩種技術。AR將數位資訊投射到實體世界,VR將現實替換為電腦模擬而來的環境。VR技術大多應用在娛樂領域,例如視訊和遊戲等,但也能模擬實體環境用於訓練或模擬等用途,尤其是在遠端或危險的環境中。例如近年來各大廠商大力投入的無人駕駛領域,就是利用VR技術的模擬功能來驗證其無人駕駛演算法。

最為我們熟知的AR應用要算是任天堂(Nintendo)推出的《精靈寶可夢》(Pokémon GO)手機遊戲,讓沉寂多年的AR技術再次登上舞臺,且風靡一時。當然,AR的應用並不僅止於此,例如針對汽車應用,AR抬頭顯示器(HUD)能將導航、碰撞預警等資訊投射到駕駛人的視野(FOV);而在工廠的技術培訓時,設備裝配資訊和保養指令透過穿戴式AR裝置直接投射到操作人員眼前。

儘管去年以來AR/VR應用在消費市場的熱度有些下降,但其於工業領域的應用開始被廣泛接受。例如波音(Boeing)在複雜的飛機製造流程中導入AR培訓後,大幅提升了生產效率。在該公司進行的一項研究中,AR用來引導學員組裝機翼部份的30個零件共50道工序。在AR幫助下,學員花費的時間比使用普通2D圖紙檔縮短了35%。缺乏經驗或入門級學員初次完成裝配任務的正確率提高了90%。

由於AR裝置還能將現場人員的視野傳輸給遠端的專家,從而提供即時現場指導。這讓遠端手術和遠端維修等工作變得更加方便和簡單,同時也能為公司節約成本。

還由於感測器技術的進步,AR/VR裝置與人的對話模式也發生了顛覆式的革新。AR頭戴式裝置可以直接將虛擬控制台投射到產品上,使用者只需要用手勢和聲音指令就能實現控制。不久的將來,佩戴智慧眼鏡的用戶,或許只需要透過眼神和手勢就能直接啟動產品的虛擬使用者介面(UI),並進行操作。例如,一位佩戴智慧眼鏡的工人可以同時觀察多台設備的表現,並進行調整,而不必接觸到任何一台設備。

而AR與VR的結合,更能讓用戶獲得跨越距離、穿越時間(再現歷史或模擬未來),以及擺脫比例尺的能力(可對環境進行放大和縮小)。更重要的是,兩者結合能將團隊放到同一個虛擬的空間下,從而提高團隊合作、溝通理解和決策水準。

例如福特(Ford)就利用VR技術建立了一個虛擬的實驗工廠,不同地區的工程師可以憑藉全息車輛原型進行即時合作。參與者不但可以對3D全息影像進行360°的觀察,還可以走進1:1大小的全息車體中,從而完善車輛的設計細節。

AR/VR影響未來企業策略

隨著AR/VR技術的進一步普及,人們和智慧互連產品的對話模式變得越來越豐富,這同時也為企業帶來新的策略問題。特別是一些製造業,由於AR/VR能夠提升效率以及降低成本,企業在考慮未來策略時,不可避免地要將AR/VR考慮在內。

而且現在已經有不少企業開始行動了,例如軟體公司PTC在其工業應用平台ThingWorx上加入了Vuforia Studio工具,協助工業客戶快速創建可擴展的AR體驗。

藉由內建的手勢和語音命令支援, Vuforia Studio可讓工業客戶充份發揮HoloLens的潛力。不過目前HoloLens的感測器和處理能力還有限,據傳下一代HoloLens將會增加專用的AR處理器和更加先進的感測器,屆時將更進一步擴展其工業應用。

當然企業是否應該採用AR/VR技術,還取決於AR/VR技術能否增加其產品的差異性,減省的成本是否明顯等因素。至於採用AR/VR的方式,可以是自己投入技術研究,也可以直接外包給一些專業的廠商來做。

AR/VR面臨哪些挑戰?

儘管AR和VR市場前景光明,但不可否認,目前的AR/VR終端裝置還有很多不足之處。從應用市場來看,呂珮如認為,AR/VR裝置自推出後一直僅限於作為一種‘nice to have’的產品,很難達到‘must have’的條件。

呂珮如說:「未來,AR/VR裝置必須導入一些讓消費者願意掏錢買單的關鍵應用,例如進入B2B或B2C市場,創造不同的體驗與使用價值,才可能帶來轉型的效益。另一方面還可以針對既有的產業進行轉型,例如用於工廠提升效益以及節能成本,才有助於使其成為‘must have’。」目前許多AR/VR首先導入商用正是因為在工廠、企業較易於找到‘must have’的應用,而這正是消費市場欠缺的條件。

從投資的角度來看,近兩年來由於人工智慧(AI)投資較被看好,使得今年AR/VR的投資相對趨緩,從而讓針對AR/VR進行開發的新創公司在投資方面相對面臨瓶頸。

目前,AR/VR的一些體驗主要來自於智慧型手機和PC,但功能性和體驗豐富性都還十分有限,而極致品質的AR和VR體驗需要價格昂貴的PC支援。呂珮如指出,根據許多消費者調查認為,VR主要問題在於使用者體驗不佳,例如頭顯裝置太笨重、操作介面不友善,以及設定費時、手勢或搖桿設計在操作上不夠流暢,這些都影響了消費者的體驗。

此外在內容供應上,早期採用者也反應目前的內容在畫質上的表現不夠,鎖定影視娛樂的主題也顯示廣度不足。

在Imagination Technologies PowerVR產品管理與技術行銷資深總監Kristof Beets看來,AR需要解決的主要問題是能效處理和現實技術,以及為廣泛用戶提供其可接受的合理化外形所帶來的複雜性;VR和混合實境(MR)還需要在執行效率方面有進一步的提升才能得以推行。

但他坦誠,這些問題都需要時間來解決,不太可能在未來一兩年內解決。

高通技術(Qualcomm Technologies)資深產品市場經理郭鵬說:「對於AR、VR及其二者融合而來的『混合實境』,我們統稱為『延展實境』(XR)。這兩種技術在底層應用技術和上層軟體演算法上有很多相似相通之處。XR可以擴展應用到很多不同的領域,如軍事、教育、醫療、工業與製造業、工程、零售、市場行銷等。」

他堅定地認為XR會是下一個行動運算平台。有朝一日將會透過日常使用的眼鏡,取代智慧型手機和PC。不過他坦承,「這一變革可能需要幾年甚至幾十年的不斷演進。」

半導體廠商的AR/VR佈局

儘管AR/VR終端在市場上還處於初期發展階段,但是,郭鵬說:「我們已經在獨立式AR/VR終端看到了兩個非常清晰的細分類別:頂級品質與高階品質。」

頂級品質的AR/VR終端能帶來更具沉浸式、更有互動性的體驗,可以支援六自由度(6DoF)追蹤。

高階品質的AR/VR終端雖然沉浸式體驗相對較弱,但依然可以支援以視訊為核心需求的觀看體驗和相對簡單的遊戲體驗。同時,高階品質的AR/VR價格也相對更低一些,能夠滿足OEM不同的市場定位需求。例如,「針對高階品質的獨立式AR/VR細分市場,高通推出全新的XR專用平台——驍龍(Snapdragon) XR1,」郭鵬並強調其核心源於驍龍平台、XR SDK、HMD加速器計畫,以及支援生態系統與平台的策略,積極切進入AR/VR領域。

Imagination則在與Google的合作過程中對AR有了廣泛的瞭解,並獲得了大量經驗。Google Glass計劃使用其舊版本PowerVR GPU技術,而其最新的PowerVR GPU更適合AR,而且功耗更低,特別是結合了製程技術的進展。Beets強調:「低功耗、符合標準的繪圖處理技術對AR的成功至關重要。」

還需要哪些技術支援?

目前市場上出現的一些新技術,例如5G、人工智慧,以及新型感測技術,對於AR/VR也起了很大的推波助瀾作用。

美商亞德諾半導體(Analog Devices;ADI)微機電系統(MEMS)市場經理吳彥彬認為,未來的5G技術可以確保更高解析度的視訊和音訊內容的傳輸,對AR/VR來說也至關重要。郭鵬對此看法表示認同,「目前,我們看到幾乎所有XR終端都基於Wi-Fi,原因是現在絕大多數應用都是在室內,因此,VR的主要使用場景都在室內,至於AR方面也看到一些企業級應用湧現,如頭顯類裝置等,使用場景也在室內。隨著更多的應用發展,這些終端將擴展到戶外,同時,這一趨勢還將與5G網路的商用相呼應。因此,5G將會影響AR/VR終端走向主流市場,屆時這些XR終端裝置將更進一步普及於日常生活中。5G實現的高頻寬、低延遲和更大網路容量,可望帶動XR變得無處不在。」

高通持續推動行動XR的反覆運算發展。郭鵬認為,要想在XR中應用智慧型手機的領先技術,必須關注三個重要部份:直觀互動、視覺與音訊。

在直觀互動方面,以手勢追蹤為例,不僅是簡單的抓、握、滑動,未來可能需要精準辨識10隻手指,甚至是在握手狀態時也能辨識每隻手指的位置,區分出左右手。「這是我們認為未來手勢追蹤可能實現的一種場景。」他表示,「現在,透過VR一體機的一個或兩個攝影機來追蹤用戶的手勢,經過一些人工智慧演算法,辨識每隻手指以及左右手。這個產品最早期的形態是一個巨大的模組,可以貼在不同的裝置上,例如貼在電腦前,從用戶對面辨識手勢。但是在VR一體機上,有兩個攝影機觀察外界、支援六自由度,或是調用兩個攝影機同時觀察雙手。透過使用兩個攝影機同時支援多工進行,節省了硬體成本、功耗和體積。我們的計畫是,進一步將手勢追蹤整合到專用晶片,並且把產品的性能和功耗做得更好。」

在視覺方面,VR與手機不同,100的FOV使得任何細節都放大了許多,在螢幕刷新上只要畫面掉了一、兩格,用戶的感受就非常明顯。另外,解析度也是一個很高要求的指標,2K顯示器還無法套用VR,會有閘格感。因此,郭鵬分析說:「這更需要在顯示和繪圖性能上做到最佳狀態,同時保持良好的功耗表現。從最早期支援4K 30格(fps)到4K 60fps的解碼,到現在支援4K Ultra HD Premium (HD R 10)。這需要GPU和顯示器實現非常大的性能提升,在單位時間內處理的畫素越多,代表解碼能力越強。除了解碼之外,還需要顯示的支援,有了2K、4K解碼之後,還同時需要支援2K、4K的螢幕才能將畫面很好地呈現出來。」

在音訊方面,語音UI支援互動非常自然的特點。如何將人們說的話即時轉換成機器所需的內容,這就要求在語音辨識上有很好的底層技術,能把語音轉化為軟體演算法所需的高品質資訊。從身歷聲到手機、電視雙聲道,再到3.1、5.1的立體聲,最後升級為全景環繞的3D音訊,這些對VR都是必不可少的。

吳彥彬認為,除了這些技術,還需要飛行時間(ToF)等相關感測技術的支援,他同時感到慶幸,目前這類技術已經成熟,很快就能應用在AR/VR裝置中。

在結構光和ToF等3D視覺方面,中國大陸的企業做得也相當不錯,比如奧比中光、華捷艾米等。華捷艾米的3D視覺晶片和3D識別演算法都是特意為AR/VR而準備的,其在人體行為辨識方面已經研究多年,特別是其3D骨架演算法和人體行為辨識演算法可解決AR/VR的互動問題。

台灣搶攻AR/VR新藍海

面對這一波襲捲而來的龐大AR/VR商機,台灣業者如何佈局?呂珮如認為,「從前端的消費電子產業鏈引入新興的AR/VR甚至MR,台灣的產業供應鏈相對完整,從晶片、鏡頭、螢幕到代工製造與品牌行銷都有。」不過,在一些特定的關鍵技術,如MR顯示技術或手勢開發,以及AR/VR品牌的主導性方面相對上較具挑戰性。

VR方面,台灣主要先從PC與手機業者投入頭顯裝置,例如HTC。而除了提升硬體,HTC也積極開發其生態圈,藉由提供VIVE WAVE/VIVEPORT給開發商開發App以擴展其平台,突破內容不足的障礙。AR方面則像是一開始定位於代工的佐臻,除了轉型深耕智慧眼鏡硬體,近來也投入加值應用服務。此外,台灣還有許多小型新創公司著眼於開發娛樂影音或360度環景內容等軟體。

20181001NT31P2 HTC提供VIVE WAVE/VIVEPORT平台,透過開發人員打造App並拓展其生態系統。(圖片來源:HTC)

隨著AR/VR結合智慧工廠的應用崛起,因應半導體廠希望透過AR眼鏡進行維修檢測的輔助需求,除了像友嘉集團和HTC合作VR/AR虛擬工具機,還有一些小型新創的系統整合商針對既定商機投入相關資源。

不過,台灣業者也面對一些特定的關鍵技術挑戰,如MR顯示技術或手勢開發。此外,在AR/VR平台的主導性方面也仍不足。呂珮如建議,針對光場等顯示技術的開發,台灣業者可以透過供應鏈上游整合的方式提高技術水平;針對手勢開發則需要產官學的整合,以補強業界的技術不足之處。

特別是VR,呂珮如說:「目前使用者希望它能達到十分擬真、直覺的反應,這需要使用者以較直觀的眼動、手勢來操作。許多市場分析也認為這是未來VR走入完全沉浸虛擬的條件。因此在手勢開發上還需要業界與學界之間更多的鏈接,共同投入開發。」

至於AR/VR平台主導性的挑戰,呂珮如則建議台灣業者可以採取策略合作的角度切入。

總結

隨著這些基礎硬體和演算法等技術持續進步,AR/VR在未來某一天也許會取代智慧型手機,成為下一個殺手級行動運算平台。而且它不僅在消費市場上嶄露頭角,還將在工業領域大顯身手。屆時將不僅僅改變我們的日常生活互動,還可能影響工業企業的未來策略。當然,這些轉變並不至於馬上出現,而是在未來數年內逐漸實現——每一年都會看到AR/VR終端的進展,更高解析度的顯示器、效能更升級的處理器,以及更強大的連線性能……最終,我們將會看到這一轉變的真正實現。