擴增實境︰虛擬與實境的無限延伸

配戴頭戴式顯示器,很可能會變成日常生活的一部分,隨時隨地提供生活最新訊息!

撰文/費納(Steven K. Feiner,美國哥倫比亞大學電腦科學教授、電腦圖像與使用者介面實驗室主任)
翻譯/吳鴻

用全新的方法看世界

10年後,電腦使用者介面會是什麼模樣?如果我們根據現有的系統來推測,高解析度顯示器會快速增加是顯而易見的:從小巧的手持式或腕戴式裝置,到嵌進書桌、牆壁或地板內的大型螢幕,這類顯示器無疑會變得隨處可見。但我和許多其他電腦科學家都相信,一種完全不同類型,稱為「擴增實境」(augmented reality, AR)的使用者介面,對未來電腦的發展以及我們與電腦的互動,都將有更深遠的影響。


AR指的是會把虛擬資訊加到使用者感官知覺上的電腦顯示器。大多數AR研究都集中在「透視」裝置,通常戴在使用者的頭部,把圖像和文字加到使用者觀察周遭環境所產生的畫面上(虛擬資訊也可以是其他的感官形式,例如聽覺或觸覺,但本文的討論重點是視覺的強化)。AR系統會追蹤使用者頭部的位置與方向,好讓疊上去的東西能對準使用者看到的世界。透過這種稱為「登錄」的程序,繪圖軟體可以加上一些東西,例如把一個三維的茶杯影像放在一個真實的碟子上,而且隨著使用者在房間裡走動,還要讓這個虛擬茶杯固定在那個位置。AR系統採用某些和虛擬實境(virtual reality, VR)一樣的硬體技術,但其中有一項根本的差異:VR企圖取代真實的世界,而AR卻是在實境上擴增資訊。


試想想,AR可能普遍到什麼程度?修理技工在檢查設備的故障部位時,可以看見一些重點式的說明,指出哪些零件需要檢查。外科醫生只要檢視即時的內臟超音波掃描,就能看到等同於X光照出來的影像重疊在病人身體上。消防隊員可以看見失火建築物的格局,避開原本看不見的危險因素。士兵透過無人偵察機傳來的資訊,就能看見敵方狙擊手的位置。觀光客沿著一條街掃視過去,就能看見這一區每家餐廳的風評。電腦遊戲玩家可以一面和幾頭三公尺高的異形交戰,一面走路去上班。


在正確的時間、地點取得正確的資訊,正是所有這類應用程式的關鍵。諸如Palm和Pocket PC等個人數位助理(PDA),利用無線網路與持續追蹤手持裝置的全球定位系統(GPS)接收器,就可以適時提供資訊。但是,AR特別的地方在於呈現資訊的方式:不必使用獨立的顯示器,而是和使用者的感官結合。當使用者的注意力在真實世界與電腦螢幕間來回切換時,這種介面可以讓他所花的額外心力減到最少。在AR裡,使用者看到的世界簡直和電腦介面合而為一了。


雖然AR聽起來好像很科幻,但研究人員製作原型系統的歷史早已超過30年。1960年代,電腦繪圖先鋒蘇澤蘭(Ivan Sutherland)和他在哈佛大學與猶他大學的學生,早已開發出第一套系統。1970與80年代,美國空軍阿姆斯壯實驗室、航太總署艾密斯研究中心,以及北卡羅來納大學教堂山分校等機構,有幾個人從事AR的研究。直到1990年代初,波音公司有幾個科學家才創造了「擴增實境」這個名詞,他們當時正在開發一種實驗性AR系統,協助工人裝配管線設備。隨著硬體成本下跌,一些必要的實驗室設備不再那麼昂貴,這10年來已經看見AR研究開花結果。從1998年起,科學家更是每年召開AR大會。


自從蘇澤蘭首開先河以降,雖然資訊技術已有巨大的變革,但建立AR系統所需的主要配備元件還是一樣:顯示器、追蹤器以及繪圖電腦與軟體。近幾年來,這些元件的效能都已有大幅提昇,才可能設計出很快就能開發成商業產品的實驗系統。



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