實現科幻電影《一級玩家》技術！一文搞懂VR、AR的差異

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文／金敏九

實現《一級玩家》的虛擬實境（VR）

時間設定在2045年，人類正處於糧食不足與經濟衰退的民不聊生，有一群人為了撫慰鬱悶的心情，打開了「綠洲程式」（OASIS）。

這幾個英文單字的字首縮寫，是一種沉浸式多媒體（immersive multimedia）或電腦模擬生活（computer simulated life）。人類在名為綠洲的網路世界化身為自己喜歡的角色（虛擬分身），到想去的地方，做自己想要的事，還能穿上具有「觸覺技術」的衣服，在網路世界獲得觸覺上的感受。

前面的敘述其實是電影劇情，來自於英國導演史蒂芬‧史匹柏（Steven Spielberg）的科幻冒險電影《一級玩家》（Ready Player One）。《一級玩家》描述欲擺脫憂鬱現實的人類本能，電影裡出現的科技就是「虛擬實境」（VR），也就是最近資訊科技領域常被提及的技術。

把現實與虛擬放在一起的「虛擬實境」到底是什麼意思？就是讓人在電腦創造的虛擬世界裡感覺身歷其境。

虛擬實境（VR）概念早在1938年出現

虛擬實境（VR，virtual reality）雖然近幾年才受到重視，其實這個概念在1938年已經出現在法國劇作家兼電影演員安托南‧阿爾托（Antonin Artaud）出版的散文集，阿爾托把劇場（theatre）描述為「虛擬實境」（la réalité virtuelle〔the virtual reality的法文〕）。

阿爾托認為，電影雖然包含了演員的模樣，但在電影院裡，真正與觀眾見面的不是演員，只是由光和影像展現的畫面。換句話說，雖然這些演員不是以物理型態存在於現實之中，但觀賞的人覺得這些光和影像如同真人，因此阿爾托使用了「虛擬實境」這個詞彙。

之後在1970年代，美國的電腦專家邁倫‧克魯格（Myron Krueger）用「人工現實」（artificial reality）描述虛擬實境的移轉概念。

直到1982年澳洲科幻小說家達米恩‧布羅德里克（Damien Broderick）出版《猶大曼陀羅》（The Judas Mandala）一書，虛擬實境這個詞才被以現代化的意義使用。後來虛擬實境獲得一般人的關注，相關技術的開發如雨後春筍。

若要好好享受虛擬實境，絕對少不了「頭戴式顯示器」（HMD，head mounted display）。頭戴式顯示器通常是前面封閉的長方形黑色眼鏡，直接戴在頭上。為了幫使用者營造脫離現實的感覺，頭戴式顯示器上會有麥克風、揚聲器等多種感測器。

戴上這種VR裝置，使用者能感覺與現實脫離，進入了虛擬世界。例如：身處在首爾的使用者如果戴上VR裝置，瞬間宛如置身在紐約街頭，也能從外太空俯瞰地球，甚至於變身為賽車選手在賽道上奔馳，當然也能360度旋轉觀賞任何景象。若將VR裝置與控制器連線，使用者還能與虛擬世界裡的人物互動。

嗅覺、觸覺技術還有發展空間！

虛擬實境只能在VR裝置呈現的虛擬世界裡活動，使用者無法從目前的所在位置「物理移動」到VR展現的場景或場所，而且也只能用眼睛看、用耳朵聽，不能直接觸碰虛擬世界裡的事物，因為業界還沒開發出可以觸摸的「觸覺技術」。由於目前還無法用手觸摸，使用者在進行VR遊戲時，多少會覺得無法完全投入。

不過最近學界已經研發出嗅覺技術，可透過VR裝置聞鬆餅、榴槤等食物、水果的氣味，詳細內容刊載在2023年5月10日出刊的《自然通訊》（Nature Communications）國際期刊。

由中國北京大學與香港城市大學聯合組成的研究團隊，研發出兩種支援嗅覺功能的VR裝置，一種是把晶片貼在使用者鼻子下方，另一種類似口罩形狀。這兩種發明都含有石蠟（paraffin wax），能讓使用者聞到氣味。

石蠟是提煉石油產生的副產品，為半透明的固體，主要用在蠟燭、軟膏、化妝品的製造，能散發出各種香味。使用者若戴上頭戴式VR裝置，把眼前出現的花、食物等東西靠近鼻子，嗅覺裝置就會在兩秒鐘內散發出該物品的氣味。這是利用調配石蠟成分產生氣味的技術。

這項嗅覺VR技術還在實驗階段，將來若真有能聞到氣味的VR裝置上市，可應用在遊戲、4D（四度空間）電影等多種領域。一般我們到電影院看電影，都是聲音與畫面的二度空間（2D）享受，3D電影必須配戴特殊眼鏡，才能看到電影中的特殊效果。4D電影則是除了原本的3D效果之外，再加上嗅覺（氣味）與觸覺技術。

擴增實境（AR）又是什麼？

VR是讓人感覺進入虛擬世界的技術，難道虛擬世界裡的橫切面無法展現在現實世界？這種把電腦創造的事物、景色放在現實世界裡重合的技術叫作擴增實境（AR，augmented reality）。

AR大致上可看成是VR的一部分。AR是在現實世界裡合成虛擬事物或資訊，彷彿虛擬世界真的存在於現實，是一種電腦繪圖技術。「擴增實境」這個名稱是指以現實為基礎擴增（augmented，增加、強化）其他資訊（虛擬世界的資訊），類似在現實世界裡增加虛擬資訊。

AR是讓使用者在現實世界看到虛擬事物，如同讓使用者在現實之外獲得額外資訊。以智慧型手機為例，使用者透過智慧型手機的鏡頭瀏覽周圍景色，附近的餐廳、店鋪都被顯示成立體影像，這就是一種AR技術。又如汽車上的抬頭顯示器（HUD），讓駕駛人可在擋風玻璃上看到車速、位置等行車資訊，也是屬於AR的應用。另一個代表性的AR裝置是Google眼鏡（Google Glass），當使用者戴上Google眼鏡，鏡片上可顯示道路資訊與搜尋結果。

「精靈寶可夢」為何一出現就轟動全球？

AR使用者不只是與虛擬實境互動。VR技術無法讓使用者有物理移動，AR卻能做到。曾經在全球掀起旋風的「精靈寶可夢」手機遊戲，堪稱是應用AR技術的經典代表。

2016年7月位在美國舊金山的遊戲公司Niantic發表《精靈寶可夢》（Pokemon Go），以使用者的位置為基礎，合成電腦創造的卡通人物與手機鏡頭拍攝的實際影像，展現出人工世界。換句話說，精靈寶可夢是行動裝置AR遊戲，利用有GPS（全球定位系統）功能的行動裝置，在實際地點顯示虛擬寶可夢生物，玩家能與這些寶可夢互動（捕捉）。由於精靈寶可夢採用了遊戲業界前所未有的新技術，2016年7月上市後，首八週的下載次數超過五億次。

除了精靈寶可夢成功應用了AR技術，AR也應用在模擬家具陳設與衣服試穿。透過AR技術，消費者不必親自試穿衣服，就能比較衣服的色彩或尺寸合適與否，也是具有經濟效益的應用。

MR、XR接力出現，電影場景將實現！

繼VR與AR之後，最近還有混合實境（MR，mixed reality）與延展實境（XR，eXtended Reality）技術接連出現。MR、XR與VR、AR有什麼差異？

簡單來說，VR是處理現實與遙遠的虛擬世界，AR是把虛擬與現實重合的世界，MR則是擷取VR與AR優點的技術。例如用虛擬的方式重新擺設辦公室裡的實體辦公桌椅，這就是MR技術。又如汽車公司要設計新車款時，不以泥土等實體素材打造原型（prototype），而是利用虛擬世界製造原型車，並且進行各種測試，這也是MR技術的應用。在電影《關鍵報告》（Minority Report）裡，湯姆‧克魯斯（Tom Cruise）在空中顯示出電腦畫面、戴上特殊手套撥動空中電腦畫面的技術也是MR。

XR應用了VR、AR與MR技術，特徵是讓使用者在虛擬世界與現實世界的臨場感受發揮到極致。

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