xR、AR、VR 與 MR:在實境上的區別

作者 : Jacob Hooker, Director, XR and Wearables, Arm

延展實境(XR)是什麼意思?它與VR、AR和MR之間有什麼關係?

對於強化或取代人們看待對這個世界的所有技術,延展實境(XR)是個「概括性」的詞彙。這種技術通常是將電腦文字或圖形覆蓋或融入於真實世界與虛擬環境,或甚至是兩者的結合。

XR包含擴增實境(AR)、虛擬實境(VR)與混合實境(MR)。儘管三種「實境」技術都擁有共通的覆蓋功能與需求,但每一種都有不同的目的與個別的技術重點。

擴增實境(AR)Lenovo ThinkReality A3

聯想ThinkReality A3 AR智慧眼鏡。

AR藉由把電腦產生的資訊覆蓋在我們看到的事物上,以強化在真實世界的視域。這項技術目前在智慧型手機的AR應用程式(APP)相當普遍,使用這些APP時必須取出手機並將它放在面前。該APP藉由即時處理相機拍攝到的影像,可以顯示情境資訊,或是提供看起來像是來自真實世界的遊戲或社群體驗。

過去十年來,智慧型手機的AR技術雖然已有顯著進展,但它的應用仍然有限。於是人們的注意力逐漸轉向透過穿戴式智慧眼鏡,以達成更全面的AR體驗。這些裝置必須結合超低功耗的處理器與包含景深感知及追蹤的多個感測器,而且裝置型態必須更為輕巧舒適,以便長期穿戴。

儘管這個類別的裝置早在2012年以Google Glass首度展示在世人面前,而目前運用類似裝置創造持久的解決方案所需的技術也日趨成熟,但我們還需要更進一步的發展。像微軟(Microsoft)的HoloLens 2在企業與工業應用方面,已展現出AR能為工作場所帶來的幫助。

預計在2021年,消費者可望看到一些全新的智慧眼鏡上市,包括Snap的Spectacle 智慧眼鏡、聯想(Lenovo)的ThinkReality A3,以及Vuzix的Next Gen Smart Glass

虛擬實境(VR)

Oculus Quest 2 VR頭戴式裝置。

VR完全取代使用者的視域,讓他們沉浸在電腦產生的虛擬環境中。這類型的XR技術已出現一段時間,技術上也逐步提升。它主要的用途在於娛樂體驗,例如遊戲、演唱會、電影或運動賽事,也正在加速進入社群領域的應用。

VR也被用來做為訓練工具,並在教育和健康照護領域、例如復健機構中使用。為了讓使用者能順暢無縫地享受這些體驗,VR技術通常聚焦在高畫質影片、渲染技術與超低延遲。

最後,VR裝置目前透過像RecRoom等可在不同的虛擬世界中促成虛擬會面的平台,強化視訊會議的體驗。目前支援Oculus Quest裝置的RecRoom,2020年曾出現在Arm全新實境系列節目第三集,討論利用VR達成沉浸式的體驗。

混合實境(MR)

MR則介於AR與VR之間,並把真實與虛擬的世界融合在一起。這類型的XR技術有三大關鍵情境。第一,透過智慧型手機或AR穿戴式裝置,把虛擬物件與角色疊加到真實環境中,或者也可反過來做。

其二是MR。2016年席捲全球的《精靈寶可夢GO》(Pokémon Go)手遊,透過智慧型手機的相機,把虛擬的寶可夢覆蓋到真實世界的環境中(微軟Ignite 2021大會中,微款也用HoloLens 2公開展示這項技術)。人們常常認為它是革命性的AR遊戲,但實際上它卻是MR的絕佳實例:把真實環境與電腦產生的物件融合在一起。

至於第三個關鍵情境,則是人們開始以混合實境,讓VR技術中真實世界的玩家重疊在電玩遊戲中,以便把真實世界的人物帶進像Twitch或YouTube等遊戲串流平台。

xR裝置是什麼模樣?

不管XR裝置是為VR、MR或AR設計,它們都有共同的條件。但隨著穿戴式裝置的使用場景與裝置型態持續演進,這些裝置可能出現相當大的差異。VR與AR頭戴式裝置最關鍵的差異處,在於是否必須提供真實世界的視域(如微軟HoloLens 2),或是該將它遮蔽掉(像Oculus Quest VR遊戲用頭戴式裝置)。對於兩種裝置來說,未來的應用可能捨棄所有的繩線束縛,而且不用再仰賴「主機」裝置(不管是智慧型手機、筆電或伺服器)。

未來幾年內,智慧眼鏡可能是採用AR的重要推手。根據Arm進行的消費者研究顯示,58%的消費者對於在日常生活戴上AR智慧眼鏡,抱持正面的展望。儘管從工程的條件來看,這一點是達成難度最高的(主要考量是小型與輕量型態裝置的功耗與效能),但它在未來AR的採用將扮演重要的角色。

探索xR的使用場景

xR市場的未來,將由多種當前的與潛在的使用場景來定義,包括導航與位置、娛樂(如高階遊戲)、虛擬活動與影片內容、教育訓練、語言翻譯、感測與追蹤(例如健康監控)、資訊與通知(例如針對新聞與社群訊息供應)以及遠端現身(例如虛擬化身呼喚)。

這些使用場景在消費、企業、教育與健康照護市場都不相同。例如,針對顧客的教育訓練可能涉及自助式導引,在醫療用途上可能是手術操作訓練。我們在當前的AR與VR頭戴式穿戴裝置上,已看到某些類似的使用場景正在進行,特別是企業、教育與醫療產業的教學訓練。

xR裝置的關鍵功能

xR視覺的核心,就是能使用視覺輸入方法、利用物件、手勢與視線追蹤的能力,來導覽整個世界,或是察看情境相關資訊。以景深與定位功能達到感知與對應,也是必須的。AR與VR的差異,與這兩種技術提供的不同體驗有關。對VR來說,達成沉浸式娛樂體驗,需要包括高畫質(HD)渲染管線、空間動態捕捉技術、6個自由度動作追蹤,以及臉部表情擷取等能力。

對於AR而言(特別是當人們透過智慧眼鏡採用這項技術),使用者的移動過程中,全時連網(Always-on)、直覺與安全導航功能必須開啟。這點將有賴許多功能的關鍵進展,例如景深、遮蔽(3D空間中的一個物件在視線上擋住另一個物件)、語義學、定位、定向、位置、姿態、手勢與眼球追蹤。

xR裝置的性能與效率需求

XR裝置的運算效能與分佈水準,會根據AR與VR穿戴式裝置的類型、以及當初設計時用來驅動的使用場景的複雜度而有不同。以主要用在高階遊戲體驗的現有的獨立型VR頭戴式裝置,例如Oculus Quest,我們已能看到高效能的運算。

類似的運算能力,未來也會出現在像智慧眼鏡等體積較小、重量較輕的裝置上。同時,有些裝置則處於效能與效率光譜兩個極端之間,例如all-in-one的AR裝置(如微軟HoloLens 2),以及針對消費市場的連接纜線的VR裝置,如HP Reverb G2。也因此,系統單晶片(SoC)解決方案必須具備擴充能力,以便適合於不同的使用場景、工作負載與裝置型態。

xR的未來成長

一般預測在2020年到2025年之間,不同的xR裝置類型都將呈現成長。其中,AR智慧眼鏡可望出現最大幅度的成長(複合年均成長率達215%)。針對企業使用場景的all-in-one AR裝置(複合年均成長率 92%)與VR獨立式裝置(51%),預期也將出現強勁的成長動能。

目前VR使用的獨立型裝置出貨量排名第一,但預計在未來幾年,就會被AR裝置超越。這也跟Arm消費研究結果顯示市場對於下一波消費市場使用的AR智慧眼鏡興趣極高的結果吻合。未來我們可能看到VR是供專家級的娛樂與專業訓練使用,而AR則將透過人氣極高的AR智慧眼鏡,逐步成為人們日常生活使用的一部份。

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