VR技术大放异彩，AR能否跟上脚步?

来源：互联网 2017-06-07

无论是去年开始大放异彩的VR，或是今年急起直追的AR，受益于半导体元件、移动通讯技术的不断创新，在VR/AR影像视觉的进展，都有显著的进步。
5G巧扮推手
首先是5G移动通讯技术的发展。庄智鑫表示，5G技术的逐步实现一定对VR/AR拓展至更多市场应用领域有帮助。举例来说，现阶段VR/AR影像解析度不足、延迟太长，以至于造成VR头盔无法长时间配戴、感到晕眩，或是内容不够吸引消费者，就无法让VR/AR变成使用者“必须”拥有的装置。
但透过5G技术，不仅让VR/AR的新应用可以不受网路频宽的限制，也可以更快速传输人眼识别所需要的8K画质，可望进一步将现在的20ms延迟降低到1ms。这样一来，未来买不到热门歌手如五月天演唱会门票的粉丝，就可以利用VR观赏整场演场会，享受身历其境的沉浸式体验，且也无须担心网路的服务品质(QoS)。
高通(Qualcomm)认为，可预见5G将促成越来越多影片密集的使用，这也可望促使VR与AR迅速发展。5G所打造出的移动宽频，可以满足VR与AR的终端装置的连结能力，丰富内容、连结稳定，以及长时间续航力将都是加速VR/AR发展的主要因素。
高通进一步总结未来VR及AR技术得以发挥的应用。该公司援引ABI Research公布的一份有关AR/VR带领5G杀手级应用的白皮书中，提出了关于5G的四大应用领域：
(一)汽车电子中AR/VR于影像传输上的使用：无论是半自动或是无人车的汽车电子领域中都会增加VR与AR的使用机会，5G使用的多重输入多重输出(MIMO)天线技术，以及5G新空中介面(New Radio，NR)两大技术将提供应用上的可能性。
(二)社群媒体活动平台分享应用：密集大量的社群媒体平台上的分享，数千位使用者同时于活动平台上传资讯，需要10Tbps/km2的流量密度，5G可透过5G高频段接取技术(5G mmWave)支援相关应用所需。
(三)下一代六自由度(6DoF)影片：在AR与VR的应用中，影片应用更显重要。新一代的影片内容若是运用六自由度的影片传输，会增加蜂巢式网路的流量负担——从200Mbps增加到1Gbps，但这个问题也会因为5G技术迎刃而解。
(四)遥控与触控式网际网路：一般在遥控机械控制，以及互动式网际网路中，对于端对端网路延迟为10ms，这相当挑战蜂巢式网路的极限。在5G新空中介面技术中，无线网路的延迟性最低标准可达到1ms，因而大幅增加遥控与触控式网际网路架构的可行性。
强化“人眼”视觉效果为趋势
VR/AR虽然一个看的是虚拟影像;一个是在真实场景上叠加环境资讯，但这两项技术都需要满足人眼视觉观看的特性，才能有更好的体验效果。因此，半导体业者即相当关注如何让VR/AR能够符合人眼“看东西”的行为模式。
钰创科技(Etron)董事长暨执行长卢超群表示，云端运算、巨量资料分析、机器学习与人工智慧(AI)，以及半导体制程技术(亦即Silicon 4.0)的进展，都能促使VR/AR不再是“虚幻”的技术。例如，VR/AR需要更低功耗、延长装置电池续航力，这时候就需要系与非矽芯片的异质整合制程技术，才能达到。
而要让AR/VR这样智慧的“机器”所看到的东西，更接近人眼所视，且不会有晕眩的问题，就需要3D视觉芯片的辅助，且也可借此开发更多相关应用，如无人商店。更重要的是，一定得和人工智慧技术结合，卢超群强调，透过人工智慧，半导体产业才能够从科技端跨足应用端，真正了解应用所需。
高通指出，为了提供贴近人眼视觉模式效果，在VR领域中，有一种新技术叫“注视点渲染”(foveated rendering)，基本原理是根据人眼生理结构——人在任意时刻看一个点时，余光看旁边的场景其实是模糊的，甚至被忽略。注视点渲染的基于此人眼特点，可做到当得知用户眼睛球注视一个点时，对这个点进行集中渲染，对其他部分进行较低等级的渲染。这个渲染技术只需眼球跟踪技术够快，能捕捉到眼球位置的变换、转动，基本上就没有影响，且该技术对整个系统的绘图处理器(GPU)功耗的降低与性能节省发挥非常大的作用。若在支援3D游戏的场景中，能同时针对左右眼分别进行渲染，将能获得更好的体验。

图4：“注视点渲染”可减少画素处理，让人眼只看到注视点所聚焦的高解析度部份
由此扩展出另一项技术称作“视野渲染”(viewport rendering)，这是针对线上全景影片的标准所研发。
高通强调，当人们看一个全景360度影片的时候，即使360度影片全都在，但实际上只需显示180度，因为人眼大概可以看到180度左右，所以身后的串流媒体影片是浪费的。如果云端知道用户在某个时间点观看的方向，对那个方向做100%的渲染和频宽下载，同时对一些不太关注的地方做频宽压缩，使解析度降低，如此，不仅可节省频宽、降低成本与功耗，也不会影响用户体验。
透过这些新的技术，VR/AR可以更为拟真人眼状况，不但提高使用者体验，也可以让VR/AR应用能受到一般消费者青睐。
单一主处理芯片v.s多芯片分工架构
先前VR/AR技术发展时，产业界的目光焦点都锁定在主处理器，如中央处理器(CPU)与GPU运算的效能何者较佳，抑或者运算效能如何再提升以满足需求。现在有业者认为，若只是将影像运算功能全部放在GPU或是CPU上，会延伸出增加发热和功耗的问题。
庄智鑫指出，VR与AR应中的反影像扭曲功能、眼球追踪或模拟…等，其实可以分担给显示处理器、数位讯号处理器(DSP)或是其他元件去执行，CPU和GPU只要专注在运算，不需要时时处于运作的状态。不仅可以顾虑装置功耗的问题，也可以减少散热，让VR头戴装置可以进一步减轻重量。
即便如此，GPU或CPU的处理效能仍需要再提高。苏家兴进一步说明，若要将现有VR装置20ms的延迟时间降低到1ms，需要高达8K解析度的影像才能达到。而要符合人眼识别则需要8Kx8K的影像解析度，与现在的4k影像相比，有高达20多倍的差距，因此势必仍要有更高处理效能的CPU或GPU才足以应付。
再者，其他可分担影像处理功能的元件，尚未有针对VR/AR专门打造的最终产品出现。举例来说，DSP价格较高是众所周知的事，在VR/AR产业尚未成熟之际，DSP业者也不会投入太多成本开一颗新的DSP IC。更何况，据了解，目前市面上的DSP产品也还不能支援360度视讯所需的4K或8K影像处理功能，因此，现阶段VR/AR应用仍相当倚赖CPU或GPU的运算能力，也将促使CPU与GPU不断提升现有的运算效能。
下一步——移动VR/AR?
目前要获得较佳的VR效果，必须透过电脑连接VR头盔;而AR也是如此，要进行精密的远端操控时，需要较大的显示器、反应速度较快的电脑。这样的使用限制，也局限了VR/AR的发展，因此，已有业者预期下一步将朝移动化发展。
庄智鑫认为，未来VR很有可能会走向移动VR领域，预期移动VR的出货量会提升但并不是现在会看到的利用厚纸板折出来，将手机架上去看的那类简易型VR，而是VR头盔连接到智慧型手机或是所谓的VR背包。
此时，USB Type-C的高资料传输速率将使其成为VR头盔与装置连接线的首选技术。此外，若是连接智慧型手机的移动VR，智慧型手机本身功能也要有所提升，才能带给使用者更好的体验。高通表示，在手机产业，尤其在旗舰手机的使用情境中，VR沉浸式体验非常重要，比如更好的影片显示品质、更好的音讯品质、以及更好的游戏性能，都能大幅提升移动VR头盔连接手机时的沉浸感。不仅如此，音讯在VR应用也是十分重要，有接近一半的沉浸式体验是透过音讯实现。
甚至，无论是连接个人电脑的VR头盔，有厂商开始致力于将连接线给“剪掉”，以实现更佳的移动性，让使用者不会只能在连接线的半径长度的范围内动作。不过，这就会需要去考虑无线通讯技术资料传输安全性及个人隐私的问题。庄智鑫指出，若是在VR头盔或是连接的移动装置先行运算，例如选择特征或是先过滤有用的资讯，再上传到云端，再加上导入较好的安全机制，应该可以避免大部分的安全性疑虑。
苏家兴则认为，移动化还有许多需要待克服的问题，而使用无线传输技术，如Wireless HDMI，则会有频宽、传输距离限制与延迟更高的问题发生。单就VR背包来说，重量、价格与电池续航力，都是大问题;这也是VR/AR应用目前多为商用领域的原因之一，因为商用市场对于价格接受范围较大。就比如过去3D、立体荧幕价格动辄新台币10~20万元，当时就只有特殊商业或工业厂商有能力，也愿意购买;一直到现在降到2~3万之后，消费市场才开始起步，这样的发展轨迹也可以套用在VR/AR的市场拓展上。
MR接着来了?
事实上，未来AR/VR若要能吸引更多人使用，移动化只是第一步，要能将虚拟与真实环境进一步结合，才是终极目标，这也就是所谓的混合实境(Mixed Reality，MR)。卢超群点出，与现实环境进一步连结后，每个使用者都能够自行结合现实与虚拟世界，并能够与其他使用者进一步互动，这会是加速AR/VR或是MR更普及的动力。苏家兴则表示，MR技术或许会在日后开始发展，但其需要更高解析度、技术难度更高，有哪些应用可以利用MR技术，以及成本…等，都会是影响MR技术出现的因素。
不过，在MR开始发展之前，VR/AR也会先与人工智慧(AI)、深度学习进一步连结，提高识别效果。
无论MR技术是否将随着VR/AR日臻成熟之后出现，台湾厂商需要把握这一波VR/AR商机。业者普遍认为，台湾厂商可以着墨VR/AR内容的开发，以及去思考如何让VR/AR实现更好的互动性，别只是将目光锁定在主CPU或是装置上。
卢超群强调，台湾半导体或其他相关厂商不应该在VR/AR市场持续当个跟随者，预计未来3~5年会看到VR/AR进入爆发期，也将促使未来5年内会有超过10种以上的半导体技术因应AR/VR所需而出现，进一步催生AR/VR市场发展。因此，现阶段若是能大刀阔斧的快速从半导体的角度去投资AR/VR这类更智慧化的技术，再结合软件，未来台湾业者可望能更加壮大。
现阶段，影响VR/AR持续发展的几项因素可归纳为，杀手级应用尚未出现、商业模式仍不够明确、政府及领导企业的是否愿意继续投资，以及相关技术能否持续突破目前的限制。但可以说此次VR/AR“起死回生”的力道比过去以往都来得强，这两大技术未来应该能够稳健地发展下去，为半导体、硬件装置与软件…等厂商带来新的市场前景。

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