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除了遊戲,擴增實境 AR 還能用在哪裡?

文/王惠瑜|國研院科政中心

圖片來源:pixabay,Created by Tumisu

藉遊戲進入世人眼光 ── 什麼是擴增實境(AR)?

之前在全球掀起熱潮的精靈寶可夢(Pokemon Go) 遊戲,是由任天堂公司所發行的結合智慧手機、GPS 功能及擴增實境技術的尋寶遊戲,由 GPS 定位到寶可夢的位置後,利用手機的相機,即視現實環境中疊加的寶可夢的圖像及資訊,玩家透過將寶貝球(圖像)丟擲螢幕中的寶可夢完成抓取寶物,在遊戲的進行中除了體驗虛擬與現實混合技術外,更增進人與遊戲之間的互動感,啟動了擴增實境(Augmented realityAR)應用的風潮。

擴增實境分為二種顯示方式,一種是將數位資訊或圖像疊加在真實世界的實像或實物上,透過手機或平板上的應用程式,在現實的狀態下可以看見所增加的圖影像及資訊,是將虛擬的影像與現實的物體結合的影像合成穿透式(Video See-through)。

另一種是人的眼晴直接透過鏡片,看到三維的空間中虛擬的圖像,並透過準確追蹤及定位,可在空間中同步抓取或觸摸虛擬的圖形並產生互動與反饋的光學穿透式顯示(Rolland & Fuchs2000Freddie2016)。

而任天堂的寶可夢遊戲為手機或平板裝置上的應用程式,結合定位、圖資、實景等技術,利用攝影機鏡頭呈現影像疊加的效果,為影像合成的穿透式擴增實境技術。

投資越來越多,AR 前景看漲?

擴增實境的積極發展除了寶夢可遊戲全球流行外,也從市場投資金額中顯現,依據市場調查公司 Digi-Capital 2016 3 月報告指出,在今年初擴增實境的投資金額已創下前所未有的大爆發,相較去年(2015)一整年的投資金額為 7 億美元,今年前三個月的投資金額已高達 11 億美元,主要投入在新創公司、服務與解決方案、硬體商、市場行銷、通路等擴增實境的生態系統,預估 2020 年,以遊戲為主的應用類型將會調整為非娛樂用途,市場將有高達到 1600 億美元的收益。

本文承續「次世代擴增實境技術趨勢」(王惠瑜,2016),透過專利技術能量的累積,以專利權人角度切入討論擴增實境技術之競爭者現況,觀察技術參與者的動態,以專利權人分析做為競爭者分析的工具,並觀測潛在技術競爭者及競爭者在擴增實境技術上差異。

擴增實境專利能量的變化,本文以近 10 年的美國專利(2005 至 2016 年)進行觀察(圖 1),專利數量拆分成三時期,2005 2008 年為專利申請量的萌芽期,每年申請的數量雖低於 500 件,但逐年緩慢成長。2009 2012 年是專利申請數量快速成長的時期,2012 年一年已達千件,是大量的累積專利數量的時期;2013 後專利申請的趨勢成長延續前一時期,惟 2015 年以後因專利早期公開制度,專利申請數量資料目前仍未完整公開,預估 2020 年專利的申請量將有突破性的成長。

圖 1:2005 至 2020 實際/預估擴增實境美國專利申請量

從以上三個時期專利權人的申請數據進行競爭者動態分析,觀察擴增實境技術競爭者之間的變化,可以預見擴增實境技術現有競爭者及潛在競爭者。

擴增實境技術在三個不同時期的主要競爭者有顯著的差異(見圖2),本研究以各時期的前十名競爭者進行排序,微軟、Google 和索尼三家公司都是投入時間早,也持續不間斷的進行研發。

微軟是專利中的大戶,從 10 年前即已開始投入此項技術的佈局規劃,每一個時期的專利申請數量都位居第一位,累積了強大的擴增實境相關技術的能量。

Google 的研發能量為持續性增加,在 2009 年至 2012 年快速提升至第二位,除自身持續的專利申請外,也入股新創公司 Magic Leap,採多樣化接取擴增實境技術。

另一家也是早期投入研發的索尼,於近三年才新加入的競爭者相較,索尼的專利能量己明顯居於後位。

2005 2008 年為專利萌芽期,此時期的專利數量少,除了微軟、Google 和索尼這三家主要的競爭公司外,在此時期的競爭者中,擁有擴增實境中虛擬觸控螢幕上顯示現實場景技術的德國公司 Metaio,已於 2015 年被蘋果收購,並另組虛擬現實技術的研發團隊,未來將有可能挾蘋果的技術及市場的優勢,成為潛在的競爭者之一;而其他公司則在往後時期已有更迭。

2009 2012 年為專利申請量大增的階段,高通、諾基亞、泛泰、三星、高通、英特爾、任天堂等手機、晶片、遊戲等大廠陸續於此時期加入,快速增加專利申請數量,擴增實境的競爭者的產業特性以及技術鏈在此時期已初步成形。

不只用在遊戲? AR 可跨生醫、化學領域

2013 2016 年,近三年的競爭者以新創公司 Magic Leap 最具話題性,迄今仍未有任何產品上市,僅公布幾部擴增實境技術的影片已先後獲得 Google、高通、阿里巴巴等科技公司的巨額投資,除了獲得眾多創投的青睞外,在專利申請的數量上也是異軍突起,一舉就位居主要競爭者的第二名,其研發實力令市場頗為期待。

另外,高通和三星的專利申請數量也在急起直追,其他首次進榜的,則包含以生醫研究為主的南坦(Nantworks)公司和生產電子消費品的漢威聯合(Honeywell)。

三個時期中競爭者的產業隨著時間而有所變動,早期競爭者中攝相機技術、電子電機及軟硬體的等產業,在中期以逐漸轉向手機、晶片及遊戲等公司,近期更是除了手機、晶片、遊戲外,也開始出現生醫、化學等領域,結合擴增實境技術的跨領域產業已逐漸顯現。

圖2:擴增實境技術三個時期主要競爭者。資料來源:本研究整理

AR 必爭之地在哪?——操作介面設計

穿透式影像合成的擴增實境應用程式 (遊戲 APP) 開啟了擴增實境技術的競爭,在混合現實與虛擬的互動的技術競爭中,競爭者之間的技術差異與布局的策略,影響著競爭者相對優勢以及應用的方向。

主要技術類別有應用、AR 技術、影像和傳輸等四大類型(見表 1)。以電玩、導航及電子商務等應用為主,電玩遊戲以微軟和索尼為主;導航技術則以諾基亞和高智發明為主。

AR 技術為各家的技術競爭重點區域,尤其在光學系統、數據處理、介面設計、指紋識別、互動式圖像通信等技術。

其中以操作的介面設計為競爭者的重要佈局區域,此技術也是微軟的主要技術重點,與其他競爭者相較,專利數量明顯高於其他公司有六倍之多;光學系統技術則以 Magic Leap 的專利數量最多;在數據處理技術以 Google 為主;指紋識別則以微軟和高通為主;互動式圖像通信技術以微軟為主。

三維影像相關技術則以微軟、索尼、高通和三星為主要技術佈局者。傳輸則以無線網路技術為主。

以上的競爭者包含通訊、半導體、遊戲、軟體等產業陸續與擴增實境技術相結合,顯見跨領域的生態系統將重新定位。

表 1:主要競爭者技術差異表。資料來源:本研究整理

從研究發現,各競爭者在佈局上都略有差異,技術重點也並不相同,從專利申請三個時期和競爭技術異同的結果,微軟的專利佈局時間最早,數量也最多,在專利上最具有優勢。

而技術的後起之秀 Magic Leap,除了在專利數量上急起直追外,並得到了多家創投的青睞,取得巨額投資;這兩家公司在專利上布局也並不相同,顯示出技術上的差異。

專利大戶微軟:聚焦程式介面開發

專利數量最多的微軟,在各項技術的專利數量都遠遠超過其他競爭者,是擴增實境技術的專利大戶,其中專利以資料存取的應用程式開發介面最多,其餘以三維影像、指紋識別、光學系統、電玩遊戲為技術布局重點。

微軟以擴增實境技術為訴求的頭戴式產品 Hololens,採用全習影像投射二維/三維立體影像,在現實的世界中投射出虛擬物件,現實與虛擬的物體融合,並可從臉部的表情或身體的動作等非語言的表現進行感測,並進一步判斷人的情緒,塑造感知情境的環境,操控虛擬的物體,將產品與人類的情感連結。

目前微軟推出的光學穿透式頭戴顯示器 Hololens,將虛擬影像直接顯示在眼鏡的螢幕上,縮短眼睛和顯示器之間的距離,虛實整合,讓使用者更有身歷其境的感受。

神秘公司 Magic Leap:專利著重光學技術

擴增實境技術在今年初的投資金額 11 億美元當中,就有 8 億美元集中在這家公司,至今未有任何產品上市,除影片中所展示的技術外,外人難一窺其境。

檢視 Magic Leap 的專利幾乎全在光學相關技術上,技術重點為四維光場顯示技術,在光波空間中同步調製光束與變焦及光學資訊處理,進行投射光的影像來源資料整合,由光線直接傳遞圖像或畫面到顯示的鏡片上,由手勢控制等技術。

其他如虛擬視網膜顯示技術、擴增實境的聲音系統、眼球追蹤技術、醫療應用於心臟二尖瓣膜的實境增強外科手術等。

集合了 Google、高通、阿里巴巴等大型創投的目光於一身的 Magic Leap,除了期待 Magic Leap 會帶來什麼樣的魔法技術外,該公司的技術發展亦值得持續關注。

AR 應用廣泛,更多人參與是發展關鍵

精靈寶可夢遊戲借由手機或平板的螢幕顯示虛擬物件的程式(APP)的流行現象帶動了影像合成的穿透式擴增實境的風潮,透過專利的解讀,擴增實境的技術已進化到微軟和 Magic Leap 採用的光學穿透式擴增實境技術。

而且擴增實境應用類型非常廣泛,包含觀賞者與影片的互動的魔幻式電影效果、身歷其境的學習輔助系統,甚至結合無人車或無人機技術,顯見擴增實境是一個全新的應用產品,競爭者的核心優勢在人機互動的同步技術,新的生態系統除了跨領域的技術外,更著重在虛擬內容的品質及跨越視覺化的技術。

因此還需要有更多的開發者和企業參與其中,開發各種應用,是啟動國內擴增實境相關技術研發的契機,更加有助於推展擴增實境下世代的技術布局。

(本文授權改寫自:國研院科政中心 科技政策觀點網站寶可夢現象啟動擴增實境競爭大未來

參考文獻

  1. Rolland, J. P., & Fuchs, H. (2000). Optical Versus Video See-Through Head-Mounted Displays in Medical Visualization. Presence: Teleoperators and Virtual Environments, 9(3), 287-309. doi:10.1162/105474600566808
  2. FREDDIE. (2016, February 20). Magic Leap 不得不說的秘密. Retrieved June 13, 2016, from https://news.xfastest.com/其他/16773/magic-leap-and-vr-and-ar/
  3. DIGI-CAPITAL. (2016a, March ). AR/VR investment hits $1.1 billion already in 2016. Retrieved August 24, 2016, from http://www.digi-capital.com/news/2016/03/arvr-investment-hits-1-1-billion-already-in-2016/
  4. DIGI-CAPITAL. (2016b, August ). Pokémon go changes everything (and nothing) for AR/VR. Retrieved August 24, 2016, from http://www.digi-capital.com/news/2016/08/pokemon-go-changes-everything-and-nothing-for-arvr/
  5. 王惠瑜(2016),次世代擴增實境技術趨勢,科技政策觀點。

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