AR和VR的過去與現在,還有我們的未來

AR(Augmented Reality)和VR(Virtual Reality)是最近兩個很熱門的名詞。簡單的說,AR(或譯為「強化實境」或「擴增實境」)是以現實視野中的景物為基礎,再疊上一個包含資訊、標示、即時動態數據等內容的層次。

至於VR(虛擬實境),則是以數位方式塑造整個原本可能並不存在的環境。

原本無論是AR或是VR,多半都只是存在於科幻小說中的場景,其中最有名、也讓VR觀念最為人所知的,莫過於電視影集「星際爭霸戰」(Star Trek)中的虛擬影像室(Holodeck);之後許多科技廠商在推出產品時,也經常用這個案例來像一般大眾說明:

例如微軟的設計,就號稱是「可以將任何空間變成虛擬影像室」。

不過以目前的軟硬體技術來說,要讓VR應用在生活上的所有小地方,仍然還是有一些障礙;除了電腦的運算能力之外,個別地點都不一樣的龐大資訊需求量、傳輸速度、動作感知、環境參數,以及必須能適用大多數人的立體視覺成像方式等等,都還需要一些時間才能成熟。

不過相較於現今仍在萌芽階段的VR,所有環境因素都是現成(而且真實)的AR就簡單一些了。

據說第一個將AR觀念見諸文字作品的人,是1901年的美國作家法蘭克.鮑姆(L. Frank Baum),而很巧的是,鮑姆也是充滿想像力的有名童話故事《綠野仙蹤》的作者,而《綠野仙蹤》的角色裡還有很早期的機器人哩(笑)。除此之外,包括電視、筆記型電腦、無線電話、甚至顯示在衣物上的廣告,都曾經在他的作品預言中出現。

雖然有一點在AR領域似乎還沒有人提過,但我認為AR最早的應用之一,應該是在二次大戰期間出現的反射式瞄準器和彈道計算機的組合。

AR應用的起源(個人看法)

簡單的說,這個組合的原理是在空戰時,由計算機根據我機的速度和動作,即時算出子彈射出後可能落點的連續路徑,並且以投影方式顯示在飛行員前方的玻璃上;所以理論上飛行員只要努力操作飛機,讓敵機重疊在這條預定路徑上,然後開槍,就可以擊中敵機。

但由於過去的計算機(還並不是現在所謂的電腦)速度太慢,而且無法容納一些重要的環境因素如溫度、濕度、風向和風速、以及地心引力等等,所以準確度並不是很高;但是在「為真實環境畫面加上一層動態資訊」方面,已經可以說是符合現代AR定義的雛形了。

之後數十年來,反射式瞄準器加上更先進的電腦和螢幕顯示技術、環境與姿態感測器、以及功能強大的雷達,成為1950到1980年代發展相當成熟的抬頭顯示器(HUD,如下圖);近年來再進化為不需要投影在玻璃上,而直接將畫面投射在頭盔護目鏡的鏡片上、甚至飛行員視網膜上的頭戴式顯示器(HMD)。

F-18 HUD gun symbology” by e2a2j – US Navy. Licensed under Public Domain via Commons.

無論是反射式瞄準器、HUD、或是HMD,做的都是同一件事:將人造影像重疊在真實場景中,為使用者提供一些重要資訊、協助使用者做出正確的判斷;這一點的精神,和AR是一樣的。

如果您過去二三十年來曾經注意過這方面的軍事裝備發展,想必對於上述的設計、甚至AR的觀念已經完全不陌生。

也就是說,如果以目前已有的HMD技術基礎來看,AR是原本就相當可行的概念,原則上消費版只是軍用版的「部分功能」;但如果要能變成商品,必須滿足下列這些條件:

  • 簡單化、廉價化:消費型產品當然不可能以軍用品講究性能的高價位來供應,而廉價化的基礎則是大量生產和簡單化;
  • 盡可能運用現有消費性產品的普遍組件:螢幕、行動通訊架構、動作感應器、攝影鏡頭等等。如果還要另外買個什麼昂貴的配件才能用,普及的速度就會減慢;
  • 盡可能運用現有的資訊架構、資料庫、生態系:例如Google就有現成的地圖資料庫、搜尋引擎、社群網路(雖然不算太成功),所以做出Google Glass這樣的原型產品是相當理所當然的事情。所謂生態系,是例如由AR產品引導消費者至商家購物獲得折扣、或是透過下載app擴充AR功能或應用等等的互利體系。

手機和平板上的AR

上述的前兩點,在某些方面可以說是同一回事;因為第二點中提到的組件,都已經是現今智慧型手機、或是平板電腦上的標準配備,而如果可以直接運用這些組件,等於也就達到了簡單化、廉價化的目的。

當然有些筆記型電腦或許也可以列入合格範圍,不過一來目前大多數筆電都沒有配備動作感應器、而且因為鍵盤「懸掛」在底部的關係,拿起來做AR運用會有點笨(重)。

於是,許多聰明的開發商就從這些行動設備入手,做出兩種不同基本類別的AR應用:

畫面與資訊層其實無關的

疊入真實畫面只是為了趣味,跟資訊層並沒有相關;這類app多半是遊戲類型,例如早期的星際大戰電影遊戲「Falcon Shooter」(現已下架):

或是隨著電影即將上映而推出的新版星際大戰遊戲(iOSAndroid):

畫面與內容有關的

這類app限於規模,多半是「固定內容的教育類型」,例如用來觀察星相的「Star Walk」:

當然也有與實體商店、商品、觀光景點結合,試圖建立商業模式的,例如「Layar」:

雖然後者的營運商機較大,但也更依賴前面所說的生態系支援;然而如果不是像「星際大戰」那樣有龐大的行銷費用支援、或者像Google一樣有自己的資料庫,經營起來可能就不是那麼容易。

後起之秀

自從Google在2013年發表Google Glass之後,許多有條件的廠商也開始注視這個市場。如同前面說過的,AR無論技術層面、開發成本、以及需要的基礎資產都簡單得多;此外,或許是由於1985年的空戰片「Top Gun」大賣之後,消費者對於這類概念比較不那麼陌生(雖然電影中的HUD跟真實版本差很多)。

再加上前幾年這幾個嘗試模擬AR的手機app陸續出現、以及近年來行動運算市場的獲利題材變少,所以大家都願意在這上面花點功夫試試,例如微軟去年發表的Hololens;而更積極的廠商甚至再往前一步,直接進攻VR領域,例如HTC的Vive

如果從外表來看,有一個簡單(但非絕對)的AR和VR設備區分方式:如果可以透過鏡片看到外界的實際景物,就是AR設備,例如Google Glass和Hololens;如果是內建顯示器、戴起來時把使用者的眼鏡罩住,就是VR設備,例如HTC的Vive、以及已經由Facebook以20億美元併購的Oculus Rift

前面所謂「並非絕對」,是指即使設備罩住使用者的眼睛,但仍可以透過攝影鏡頭取得外界景物,再加上資訊圖層,仍然可能屬於AR類別。例如Google的廉價版Cardboard裝置,就屬於這個類型。雖然目前Cardboard沒有讓手機拍攝外界景物的開孔,但以它的低成本紙板材質,要有開孔(或是使用者自己挖)應該並不困難。

日前華碩發表了一則新聞,表示預定在明年推出自己的AR頭戴式裝置。華碩執行長沈振來表示:

我們應該會在明年推出一項產品……,我們覺得AR對於未來人們的生活將會非常重要。

目前已知的僅有華碩版本的AR裝置,可能會以微軟的Hololens為藍本,但售價會比定價3,000美元的後者更低。不過除了這些之外,並沒有更多進一步的資訊。

基於上述的VR應用條件,筆者對於華碩(以及其他一兩年內可能推出VR產品的PC或手機廠商)的這項產品持謹慎態度。理由很簡單:

  • 如果沒有生態系支援,只有幾個自有專屬應用的話,VR「眼鏡」(如果以Hololens的已知造型為準)只是玩具而已。
  • 如果生態系由微軟主導,但開放周邊廠商取用基本設計和軟體介面來製造VR眼鏡,華碩或其他製造商彼此將會面臨強大競爭。
  • 事實上,目前在一般消費應用層面、以及使用方式還沒有太突破性的發展之前,目前VR眼鏡比較理想的用途,可能僅在於教育、駕駛、導覽等特殊場合。
  • 至於在日常生活中,VR眼鏡最大的競爭對手其實是一般的手機或平板電腦。在路上看手機找商店折扣稀鬆平常,但戴VR眼鏡會覺得有點蠢;然而這一點或許在未來短短幾年內會有所改觀。
微軟的Hololens(取自微軟官網)。

由於除了Google Glass已經上路一段時間,也已經引起一些討論,像是對隱私的侵犯資訊安全的因素、甚至可能是「色情片的未來」等等,其他頭戴式產品都還停留在原型階段,日後發展尚待觀察。

然而無論VR也好、AR也好,都代表著未來使用者在娛樂方式、工作方式、甚至在「世界觀」方面可能的改變(就像現代戰鬥機飛行員和50或100年前飛行員的「世界觀」不同一樣),在某些行業中也可能造成天翻地覆的影響,像是娛樂、教育、服務業等等。

但也像是過去許多科技發展的經驗,現今我們看到的VR眼鏡這類發展雖然是必經的過程,但這個世代將來也可能被整個跳過;例如裸眼3D投影技術如果開發出來(記得下面這段電影嗎?),那麼眼鏡就沒有用武之地了。

如同我過去的許多觀察結果一樣,有些技術一定會出現、也一定會有用、甚至也一定會改變未來(雖然有些不一定會),但由誰來做、什麼時候做、必須在哪些前提下做,則有它的必要條件。

過去講了近100年的VR和AR技術,雖然50年前就已經有基本的雛形產品出現,但真正被消費性產品廠商列入考慮的契機,卻是近十年內兼具高解析螢幕、行動通訊架構、動作感應器、以及攝影鏡頭的智慧型手機忽然普及;也因為如此,除了Google和微軟兩家產業巨人之外,最早想要投入的廠商都和手機相關。

這是理所當然的發展,也希望他們有機會在這個領域成功。

蘋果會做嗎?

但有趣的是,為什麼同樣是產業巨人,又是手機廠商,為什麼蘋果(還)不做呢?

雖然有國外報導指出,蘋果收購了一些相關的科技公司(例如即時動作資訊捕捉的Faceshift、3D人體動作感應的PrimeSense、人臉辨識的PolarRose等等),可能跟VR/AR技術的研發有關,但這些都還不足以證實──至少不足以證實和目前其他廠商正在研發的類似產品有關。

以常識而論,很難想像蘋果這樣的公司會對VR/AR的發展袖手旁觀。但如果熟悉蘋果的研發風格,就會知道他們往往會刻意繞過大多數廠商都在走的路(像是頭戴式設備),而在將來的某個時間點上以性質和技術類似、但遊戲規則完全不同的產品,跳過整個產品世代認為「理所當然」的路徑,以難以預測的手法另闢戰場;讓其他廠商在「用已有的成果繼續努力」還是「放下一切起步追趕」做出困難的抉擇。

過去十年以來,我們已經看過許多這樣的案例;許多技術和產品不是從蘋果開始,但蘋果都是後來最大的贏家。

雖然外界仍有諸多猜測,但我的猜想是蘋果不會走眼鏡或頭戴式裝備這條路;至於包括Google、微軟、或是華碩正在開發的產品和技術,則是另一條平行線。

兩者誰會勝出,當然還很難說;但幾乎可以確定的是,未來的十年之內,我們──或是我們的下一代──的世界觀將會因為AR/VR的成熟而有所不同。

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