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XR在先進電子領域之應用概況

林姿伶/ 發布日期:2024/03/25/ 瀏覽次數:420

一、前言

AR、VR和MR技術正在塑造未來的數位體驗,巧妙地將現實世界與虛擬環境融為一體,提供引人入勝的沉浸感或擴增的感官體驗。這些技術透過音訊、視覺和觸覺提示,以及在現實世界中嵌入或投影3D虛擬環境的方式,提供身臨其境的輔助體驗。未來,隨著XR技術的持續創新與進步,XR產品的性能也將隨之提升,為使用者帶來更優異的沉浸式、真實感體驗。

 

二、主要國家在XR領域之應用概況

在這個高度連結的時代,XR技術的迅速發展不僅改我們的數位體驗,也在全球範圍內引起政治、經濟及技術層面的關注。下列簡述主要國家在XR領域之發展概況。

 

 

(一)美國
美國許多州和地方政府積極將AR/VR技術應用於培訓與公共服務領域;然而,AR/VR平台缺乏明確的標準,成為此項新興技術所面臨的挑戰。就市場需求而言,美國在汽車、國防、消費性電子、工業自動化、醫療保健及零售等多個領域,都是全球AR/VR技術的領導者。美國在該領域之參與企業包含Apple、Meta、Alphabet、Microsoft、Nvidia、AMD、Intel公司等晶片、顯示器、感測器製造公司。

(二)英國
英國將AR/VR產業列入未來科技發展的關鍵領域,也為參與企業提供稅收減免或抵免之方案1。Frost & Sullivan預測,到2030年,英國AR/VR市場收益將達到625億英鎊。英國在AR/VR應用領域多元,包含開發與製造AR/VR硬體設備、軟體應用內容,以及提供AR/VR相關服務,像是VividQ公司開發的3D全像投影技術(3D Holographic Projection)之XR設備、LoveShar公司使用AR技術與電腦視覺技術打造遊戲空間,以及BodySwaps公司開發出可提供企業與教育機構進行教育訓練的虛擬互動VR平台。

(三)韓國
韓國政府與XR相關企業、研究機構在2021年5月成立「元宇宙聯盟2」,並於2022年1月發布「元宇宙新產業先導戰略3」,是最早提出元宇宙發展策略的國家之一。韓國成功將AR/VR技術廣泛應用於各個產業,包含製造業、零售業、醫療保健及教育業。此外,在全球網路速度排名中,韓國名列前茅,有極高的網路普及率,也成為AR/VR技術實現落地的首選地區。

(四)德國
在德國,AR/VR開發者需遵守資料保護、資料安全、版權、使用權,以及著作權利等相關政策。德國在旅遊及電子商務領域,正在積極運用虛擬實境技術,也是先進感測器、資料運算業者的基地,將進一步推動AR/VR技術發展。

(五)日本
日本在遊戲娛樂領域的AR/VR技術,位於全球領先地位,這歸功於日本擁有強大的先進製造科技,尤其在半導體與顯示產業相當成熟。這些技術能夠支援AR/VR相關產品的製造,為AR/VR開發公司提供豐富的發展機會,促進AR/VR應用市場之成長。

 

三、新興XR技術

AR/VR產業持續於提升影像解析度與對比度,努力減小尺寸與製造成本,並且致力於改善設備的沉浸式體驗,提供更引人入勝的使用者體驗。圖二為Frost & Sullivan報告中XR技術與產業應用的影響性,其中,技術吸引力評估項目包含:顛覆性創新、技術成熟度、替代技術的競爭威脅、新產品開發能力、市場驅動因素、產業發展的困境與挑戰、產品製造的競爭能力、產業應用的範疇數量、資金來源狀況、智慧財產權強度、技術法規、地緣政治影響、策略聯盟、市場潛力、新商業模式潛力、技術與環境影響、技術與社會影響、技術趨勢影響、供應鏈韌性。下列將列舉Frost & Sullivan評選出之高影響性XR技術及其特點。

 

 

(一)微發光二極體顯示器 (Micro-LED)
在光學顯示器中,Micro-LED具備高像素密度(Pixels Per Inch, PPI)、高亮度的特點,提供更清晰、生動、真實的視覺效果,多數的高階顯示裝置會選擇搭載Micro-LED顯示器。

(二)量子點(QD) Micro-LED
量子點(Quantum Dot, QD)具優異的光致發光(Photoluminescence, PL)性能,將其結合Micro-LED,可提升顯示設備的品質。

(三)RUSC-V處理器
RISC-V具低功耗、低成本,能夠快速執行複雜的計算與圖形處理任務之優點,運用於AR/VR系統,不僅能夠降低運算設備的成本,還能夠提高其系統之效率與性能,從而提供更好的使用者體驗。

(四)邊緣推理(Edge Inferencing)
邊緣推理方法讓AR系統更具成本效益、更安全。透過邊緣推理技術的整合理解、推理及決策能力,協助AR系統在接收到輸入訊息後,立即做出快速、有效的回應。

(五)動態畫素調整(Dynamic Pixel Tuning, DPT)
DPT技術具備低製造成本、高解析度、寬色域(Gamut)、低功耗等特點,為microLED的製作帶來更大優勢,有助於增強AR/VR設備所需的規格、性能。

(六)3D光達
在AR/VR設備中(例:Apple Vision Pro VR新產品)使用3D雷射掃描技術,能夠更準確地感知周圍環境,實現更精確的定位,提供流暢、真實的互動體驗。固態光達的體積小,能夠應用在更小尺寸的裝置上,有助於減輕AR/VR眼鏡的重量與體積。

(七)超穎光學(Meta Optics)
除了縮小感光元件的尺寸之外,與傳統鏡頭相比,這類形式的感光元件系統更容易進行大規模製造,像是Metalenz和Imagia公司,已經推出此類感測器之光學元件,為XR應用帶來更多機會。

(八)短波紅外線(Short Wave InfraRed, SWIR)感測器
SONY和Artilux公司已經推出專用於AR/VR的短波紅外線感測器,主要用於偵測夜間成像及遠距物體。在不同環境下,皆能提供高解析度(Resolution)、高對比度之成像。

(九)MEMS雷射光束掃描系統(Laser Beam Scanner, LBS)
在光學裝置中,使用MEMS雷射光束掃描系統可能會出現出射瞳(Exit Pupil)尺寸與顏色均勻性的問題,需要進行複雜的校正程序,也降低了這項技術的吸引力。

(十)人機介面
隨著使用者與虛擬空間、現實世界的互動需求增加,推動人機介面相關技術的開發應用。這些技術利用神經訊號作為AR/VR設備的輸入/控制方式,讓使用者能夠以更直觀、自然的方式,與虛擬環境進行互動。

 

四、應用案例

在科技快速發展的時代,全球XR技術不斷取得突破性進展,許多公司相繼推出引人矚目的產品,為用戶提供更加多元的選擇,以及卓越的使用體驗。下列為XR技術之應用案例。

(一)美國Nvidia公司
Nvidia開發出專為虛擬實境(VR)應用而設計的全像(Holographic)近眼顯示器(Near-Eye Display, NED)眼鏡,具有體積小、重量輕的特點,能夠創造出令人驚豔的全像圖片。

(二)日本SONY公司
SONY開發出新型VR顯示器「ELF-SR2」,擁有27英寸的4K螢幕,無需佩戴特殊眼鏡或VR頭戴式裝置,即可欣賞到高度逼真的裸眼3D內容,為用戶提供沉浸式的體驗。

(三)以色列Lumus公司
Lumus成功將微型投影機的尺寸縮小50%。微型投影機生成的影像以最佳方式傳輸送到光學系統中,有助於確保影像的準確性和清晰度,為產業帶來更多元的選擇性。

(四)英格蘭Porotech公司
Porotech成功開發出microLED二極體,透過在特定電流密度驅動,能夠發出可見光全波段之任何波段光束,快速切換傳統三原色,實現全彩顯示與鮮豔飽和的色彩,過程更加簡單、高效。

(五)韓國三星公司
三星公司開發出專為AR/VR眼鏡而設計的飛行時間(Time of Flight,ToF)感測器。這項先進的感測技術使得AR/VR頭戴式裝置的使用者能夠透過手勢輕鬆控制設備,同時高效地偵測周圍環境中的物體,進一步提升AR/VR體驗的互動性與感知能力。

(六)美國Omnivision公司
Omnivision開發出業界最小的影像感測器,其封裝尺寸僅為1.64mm x 1.64mm,可作為AR/VR/MR裝置中的眼睛與臉部追蹤元件,因此,也能夠將影像感測器嵌入微小、輕薄的穿戴式設備中。

(七)美國HaptX公司
HaptX開發出觸覺回饋手套「Gloves DK2 Gloves DK2」,這款手套搭載外腱機構,能夠提供高達40磅的動態(Dynamic)力回饋,模擬與真實物體互動時皮膚感受到的力道,讓使用者能夠更真實地感受虛擬環境中的觸感,提升觸覺感測的精細度。

(八)美國Tap Systems公司
Tap Systems推出穿戴式鍵盤控制器,為使用者提供導航選單、輸入指令及文字功能,取代傳統的VR/AR頭戴式裝置,實現快速、精確的操作方式,讓使用者在虛擬環境中的更加便利。

 

五、小結

隨著全球先進電子技術的不斷演進,為XR應用帶來更廣泛的應用場景,從虛擬實境到裸眼3D,再到微型投影機的突破,大幅提升用戶的感知體驗,也為電子技術的發展描繪出更加引人矚目的未來藍圖。

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