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VR的特質:無框、自由度和3D互動
VR新科技開創台灣新經濟(四)
[作者 高煥堂]   2017年02月08日 星期三 瀏覽人次: [2900]

VR具有3項特質:無框、自由度和3D互動。這帶給人們資訊傳播的全新途徑和感受。無論傳播、廣告、教育等各領域都帶來深度的影響,首先是:從有框到無框。例如,傳統美術是在有框的畫布外面作畫,VR則能夠讓您在畫裡作畫、在花園裡插花、在大腸裡看細菌等。第二項是:將視角/視野的自由度歸還給觀眾。觀眾可以自主選擇觀看任意視角和劇情。VR觀眾的視線是由自己控制的,其目光聚焦在哪裡也是自由的。VR的情節是受觀眾自由選擇所影響的。例如,Google Earth VR讓人們(學生)新視野、自由視角,給予一個完全世界,自由展開事物的新詮釋,產生新知識。第三項是:多樣化的3D互動。VR 的出現改變了平面世界,構建了三維立體場景,提供情景化及自然互動,讓學生從『感受』和『體驗』,然後進入『理解』知識。以便需要時,即刻從情境喚起這些『感受』和『體驗』。


有框與無框的世界

大家都知道,傳統的多媒體幾乎都是給使用者一個框框。例如,客廳裡的電視機(TV)就是讓人們從框外觀看框內的節目,就是一個有框的世界。甚至,最近全球爆紅的Pokemon GO遊戲也屬於<有框的>呈現和互動。至於VR,則引導人們進入螢幕的框框裡面,給予人們一個完整的世界,帶來沉浸式體驗(即臨場感)。搭配了VR頭盔之後,人們就可以左右上下、自由環顧了。


所以,從有框到無框,其意味著,打破螢幕框框,帶入臨場感。請您領會一則小故事: 法國巴黎有一座鐵塔,在興建鐵塔之前,有一位著名文學創作家,天天鼓吹反對興建該塔,因為鐵塔瘦骨嶙峋,很醜又天天開了家窗就不得不看見它,他將無法繼續創作下去。後來巴黎鐵塔興建起來了,這位名作家,卻每天都去光臨該鐵塔,到鐵塔上咖啡館坐在窗邊創作寫小說。理由是:只有進入到鐵塔內部(身臨其境),才看不見鐵塔。 巴黎有鐵塔,同樣地台北有101大樓。<有框>意味著我們在框外,看得見邊框(圖一)。



圖一 : (左)在框外(有框世界);(右)在框內(無框世界)
圖一 : (左)在框外(有框世界);(右)在框內(無框世界)

<無框>則意味著我們進入到101樓內部(身臨其境),已經在框內,看不見邊框了(圖一1右)。


把自由度還給觀眾

剛才說明了,VR技術將人們從過去的<有框>世界帶入到一個<無框>世界。這無框世界讓人們享受<身臨其境,沉浸其中>的全新體驗。傳統電視、手機和AR,大多屬於有框的呈現(圖二)。



圖二 :  (左)觀眾在框外; (右)有框的呈現
圖二 : (左)觀眾在框外; (右)有框的呈現

<有框>就意味著我在框外,看得見邊框。反之,<無框>意味著我在框內,看不見邊框。一般而言,VR和MR則大多屬於<無框>的呈現和互動(如圖三)。



圖三 : (左)看不見框了;(右)無框的呈現和互動
圖三 : (左)看不見框了;(右)無框的呈現和互動

傳統上,一般電影的導演給觀眾的是一個框框,而的VR設計者所給的將是一個完整的世界,觀眾可以自主選擇觀看任意視角或劇情。所以在在無框的世界裡,觀眾可以隨意轉頭、左顧右看而不會看到框外去(如圖四)。



圖四 : (左)左顧;(中)正看; (右)右盼
圖四 : (左)左顧;(中)正看; (右)右盼

也因為給予觀眾自由度,才能把奇妙世界帶入人們心中,讓人們體驗和感覺更真實。VR觀眾的視線是由自己控制的,其目光聚焦在哪裡也是自由的。 這種自由度,是許多VR的行業應用裡所需要的。


多樣化的3D互動

隨著電腦科技的進步,影像呈現的精緻程度和效率都大幅提升,全景拍攝/剪接技術也更成熟了。動作捕捉和空間定位技術也豐富了VR內容的互動性。其互動式敘事方式帶來的視覺、觸覺、聽覺、味覺、嗅覺等多元互動體驗是前所未有的。典型的是頭盔顯示器(HMD),人們藉由顯示器來獲得影像呈現,其內含追蹤頭部動作的感測器。


除了頭部互動之外,還有肢體的互動。其在人體的節點佩戴加速度計、陀螺儀等慣性感測器設備,取得身體部位的姿態、方位等資訊,加以修正、處理後,建立起虛擬3D角色(模型),並使得虛擬角色隨著人體而自然地運動起來。此外,還有手勢操控、眼球追蹤等非常多樣化的互動技術和產品。


這些與虛擬3D角色的人機互動技術,最近也開始與人工智慧(AI)相結合,開啟了VR與人工智慧的激情相遇。例如,4年前製作全息的鄧麗君演唱會,去年<虛擬(AI)情人>電影在台灣開拍,今年導演李安的3D電影大片上線。邁向智慧化虛擬 3D互動的新時代。


VR與AI激情結合之一是:VR互動輸入多樣化,能有效促進學習。而VR與AI激情相遇之二是:VR互動輸出動態化,能動態更新內容,包括動態載入AI模組、動態更新素材等。VR內容與傳統電影的差別之一:傳統電影:每次看它,內容都一樣。而VR內容則是:每次看它,內容可以即時更新。


在AI+VR潮流下,VR遊戲裡的角色物件都可具有AI能力。例如,虛擬情人都可附有機器學習能力的AI模組。這AI模組可以動態載入到VR終端去運行,讓虛擬情人能夠愈玩愈瞭解玩家主人,對主人更體貼善解人意。於是VR協助我們創造更多智慧型角色。包括:AI虛擬教師、導遊、Show Girl等。


VR技術的挑戰

為了充分發揮上述VR的三項特質:無框、自由度和3D互動;還有許多技術瓶頸有待克服。例如,為了實現無框的呈現,需要VR技術來欺騙人們的大腦,讓人們沉浸到虛擬世界之中,享受<身臨其境>的體驗。所以,VR技術也是一種欺騙大腦的技術。


其中最主要的技術就是<視覺欺騙>。人眼的視覺是可以感覺出深度的,基於深度資料就能判斷出立體空間中的相對位置。由於兩個眼睛的位置不一樣,所以看到的東西會有視差,得到不同的影像,然後人腦再將這兩個影像做融合,而產生出3D的立體景象。


例如,Google I/O會議上展示了一個VR城堡防衛遊戲,由電腦繪製出3D的虛擬模型,再透過VR眼鏡,提供模擬兩眼的視像,讓大腦合成3D立體影像,產生景深,感覺身歷其境(圖10)。



圖五 : 視覺欺騙技術
圖五 : 視覺欺騙技術

利用感測器(Sensor)追蹤用戶頭部的運動,隨著頭部的姿勢移動來顯示3D內容。例如,戴上了HTC Vive頭顯,用戶可以上下左右隨意環顧,而VR的虛擬世界的特定部分就呈現在眼前了。


目前VR最主要的沉浸體驗(也是VR最大特點),就仰賴於視覺(欺騙)上。無論是跟隨頭部動作的畫面,全方位的3D景深,都能栩栩如生地出現在眼前。頭盔設備的清晰度和延遲方面都在快速發展中,目光所及的虛擬(無框)世界,讓人們感覺越來越真實(騙術愈高明)。


有待突破的挑戰:眩暈感

剛才提到了,VR技術就是欺騙大腦的技術。然而,目前的技術還不夠高明,無法完美的欺騙大腦,就常常會產生眩暈感、甚至嘔吐。所以,眩暈感(或稱暈眩感)是目前VR技術的主要挑戰。


眩暈感是目前VR設備常帶來的副作用之一,它是由視覺與動覺的不一致所引起。人體是由眼睛和內耳平衡器官來判斷是否在運動中,在正常環境下,兩者所傳送給大腦的資訊是一致的。一旦產生運動的不和諧就會帶來眩暈感。例如,在乘車時,如果坐在封閉的車廂(看不見窗外景色),在顛頗道路上行駛,視覺上是靜止的,但內耳器官傳達給大腦的知覺卻是「身體在動」,這種不和諧就容易引起眩暈。


此外,許多武俠VR遊戲中,常常有飛翔的視覺,眼睛所見到的景象告訴大腦「我正在運動(飛翔)」,但是內耳器官卻傳遞給大腦靜止的知覺,這種不和諧常常引起眩暈,甚至導致了嘔吐。因此,在開發VR內容時,宜儘量避免設計太多的跳躍或飛翔情境。


視覺與頭部運動的和諧性

典型的是,人們藉由頭盔顯示器(HMD,簡稱頭顯)來獲得影像呈現,頭顯也內含感測器來追蹤頭部動作,然後根據頭部的姿勢移動來顯示內容。例如,你戴上HTC Vive頭顯,就可以上下左右、左顧右盼,頭顯就會將3D影像的特定部分呈現在眼前。


為了降低眩暈感,除了3D虛擬場景的逼真視覺,還得要視覺與頭部動覺保持和諧姓。例如,當轉動頭部的時候,看到的圖像並不會隨著視線立即移動,這就是延遲(Latency)。視覺延遲(慢於動覺)常常導致視覺與頭部動覺不一致,大腦就警覺了,逐漸產生眩暈感。其解決方法就是力求提高刷新率來降低延遲,而低延遲意味著視覺與動覺愈一致,眩暈感就降低了。一般而言,在VR中,如果幀率在60fps或90fps以下,就會引起用戶的不適感覺。


視覺與身體運動的和諧性

在力求視覺與<頭部>動覺的一致性之外,還得追求視覺與<身體>運動的和諧性。例如,基於Oculus Rift/Omni跑步機(圖11)的VR遊戲中,眼睛所見到的景象告訴大腦「我正在跑步移動」,但是內耳器官卻傳遞給大腦靜止的知覺,這種不和諧常常引起眩暈感。



圖六 : 跑步機
圖六 : 跑步機

在跑步機上,蹲跳不流暢、更飛不起來,但視覺卻告訴大腦說:身體在蹲跳。例如,在遊戲中,人的腳有跑步的動作,眼睛看到自己在遊戲中的角色也在跑動,但是但是內耳器官卻傳遞給大腦靜止的知覺,大腦覺醒了,分泌出毒素,逐漸讓人感到暈眩想吐。此時,我們可以找個方法來替代跑步機,讓身體可以自由移動和跳躍,成為更高明的騙術、讓大腦感覺更和諧,暈眩感就降低了。


於2016年4月份,HTC公司推出Vive VR產品,採取Lighthouse空間定位系統,讓人們可以在一個空間內自由移動、跳躍,提供了更高明的騙術,讓大腦感覺更和諧,暈眩感就大幅降低了。於是,被評為當今沉浸體驗最佳的VR設備。HTC Vive藉由兩個鐳射盒子(基站),其內建了 LED 鏡頭,加上一對快速轉動的鐳射發射器,進行快速的掃射整個空間(圖12)。加上其頭盔和手柄都嵌入了鐳射感測器來接收基站發射出來的LED閃光和雷射光束,進行極為快速精准的空間位置追蹤(圖13)。


圖七 : 鐳射盒子(基站)
圖七 : 鐳射盒子(基站)
圖八 : 頭盔和手柄含有感測器
圖八 : 頭盔和手柄含有感測器

這項Lighthouse空間定位系統,能精確偵測到頭盔的位置和移動方向,並迅速傳送到電腦,加快顯示3D影像的呈現,可大幅降低延遲,達到更佳的視覺欺騙。同時,這項全球獨一無二的空間定位技術,以360度空間精准偵測頭盔和手柄蹤,讓人們能在特定空間的虛擬世界中自由走動,以自然的肢體動作,來和虛擬世界互動。其360度的房間動作追蹤,讓人們在此空間內來探索虛擬世界,達到更佳的身體動覺欺騙。所以HTC Vive的體驗性最好,連迪士尼首席漫畫家都很稱讚,還利用HTC Vive在空中揮動手指,即時畫出<美人魚>動畫。


充分的和諧性

VR產業包含三大塊:硬體、素材和應用。硬體和素材的品質深深影響VR的應用體驗。高效能的硬體和卓越的素材,是提供良好體驗的基礎條件,加上應用的互動設計,來充分提供VR的五項感覺:視覺、觸覺、聽覺、味覺和嗅覺(圖14)。



圖九 : VR的五項感覺
圖九 : VR的五項感覺

例如,在VR內容設計上,常常把人們的身體當作鍵盤或滑鼠,提供觸覺體驗的資訊,進而進一步影響視覺的呈現。這些新穎的互動不限於視覺,還有聽覺、觸覺體驗等。


所以,VR技術不僅僅是軟硬體技術,還包括內容素材創作和應用互動設計等技術,隨著這些技術的成長,暈眩感將逐漸降低,上述五項感覺將逐漸提升,也將帶來更多采多姿的無框世界和更完美體驗,而充分發揮VR的三項特質(無框、自由度和3D互動)。


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