虛擬實境的秘密，全藏在達文西時代的「透視法」裡？

本文由 Epson 委託，泛科學企劃執行。

元宇宙狂潮來襲，數位互動娛樂發展越來越多元！相信大家對 VR 眼鏡並不陌生，但是要人手一台卻還是有難度，反倒是 AR 科技越來越蓬勃發展！例如博物館將 AR 眼鏡結合手上的裝置做互動整合，讓展示的恐龍標本活生生活在你眼前；又或者是去兩廳院看劇，專屬的 AR 字幕體驗讓不同國家的觀眾朋友都能即時享受與深度導覽。

這種近在眼前的數位娛樂——智慧眼鏡到底是如何演進的？又有哪些技術關卡需要去突破呢？首先，需要先了解 VR、AR 甚至是更高深的 MR 跟 XR 是什麼？這些差異點又在哪呢？

AR、VR、MR、XR 傻傻分不清楚？

其實目前為止，大家所聽到的 AR、VR 和 MR，通通都屬於 XR（Extended Reality）「擴展實境」這個大概念下，只要這個設備或軟體能讓你體驗現實以外的資訊，甚至與之互動回饋，就都屬於 XR 唷！

近幾年，因 Meta 執行長祖克伯誓師進軍元宇宙而大紅的 VR（Virtual Reality）「虛擬實境」強調沉浸式體驗，只要戴上 VR 眼鏡，不論是在家或者前往 VR 虛擬實境遊樂園都可以讓你體驗到與哥吉拉對戰或是到虛擬鬼屋探險等有趣體驗。

然而，戴上 VR 眼鏡需要完全的感官遮蔽，以及高昂的售價與電腦運算，甚至是配戴上的重量不適、操作上的空間需求……等都是不容易克服的缺點，目前仍有待市場檢驗。

相較之下，AR（Augmented Reality）「擴增實境」就親近許多，早在 90 年代鳥山明的經典作品《七龍珠》作品中他就用了「戰鬥力探測器」這個裝置讓我們體會到甚麼叫做 AR，而現實世界中的戰鬥力探測器更是就在你眼前，例如：開車玻璃板上顯示速度的 HUD 就算是一種把虛擬資訊投影到現實物體，這就是標準的 AR 技術呀！

而談起 AR 就一定要提到，2016 年遊戲公司 Niantic 推出這款名為 Pokemon Go 遊戲，就在全球掀起了在各地抓寶可夢的熱潮，這股熱潮至今不減，也體現出了 AR 真正強勢之處：與現實環境結合。

而這些年來，在許多自拍濾鏡或觀光集章活動也都是利用了 AR 科技，以現實環境的背景中呈現虛擬元素的特性，而這僅需要你我都有的智慧型手機就可以操作和看見虛擬的角色或頭飾，入門檻遠低於 VR，軟體開發的成本也比必須打造一個世界的元宇宙輕鬆不少。

既然 AR 都能把虛擬的資訊投影在現實的場域中，我們自然會更加貪心的想要和這些虛擬的角色互動，甚至是像阿湯哥《關鍵報告》中的技術一樣作為一個浮空的操控介面來使用，這時候我們需要的就不只是AR了，而是需要 MR（Mixed Reality）「混合實境」。

在 MR 技術中不僅有現實世界和虛擬世界的疊加，更強調虛擬元素可以和現實環境互相作用，例如：虛擬的車子可以偵測到你現實的桌子的邊緣而剎車，甚至你伸手碰觸虛擬元件會產生互動或是抓取效果，而這些技術恐怕就不是一支手機就能輕易辦到的了。要讓 AR 進入 MR，除了手機以外，還需要一個能擷取外部資訊的設備——AR 眼鏡。其實多年來 AR 眼鏡主要面對的難題是「畫面要清楚」、「顏色要飽和」、「不能對現實視線有太多干擾」同時還須具備「輕量化」與「舒適」等特點。

投影技術的演進突破，替智慧眼鏡帶來新的轉機

目前主流的 AR 眼鏡採用的是「全反射稜鏡」和「微投影迷你投影機」這兩個關鍵技術。AR 眼鏡上的「全反射稜鏡」針對眼球的折射率經過精密的計算和調整，可以完美在人的視網膜上呈現最清楚的影像，同時這種「全反射稜鏡」本身的光線通透度也高，因此仍能看到「全反射稜鏡」以外的現實世界景色，讓 AR 眼鏡提供的清晰影像與現實世界重疊在一起。

而要談到 AR 眼鏡另一個核心技術「微型化投影」，就不得不提到發展出最具實用與潛力的 AR 眼鏡——Epson 投影機廠商，在了解「微型化投影」技術前就必須先回顧 Epson 從 1989 年鑽研的投影技術發展至今的變化。

Epson 一開始製作的投影機採用的是 LCD，和螢幕最大的不同是它每一個投影畫素都使用了 3 片 LCD 之多，原來是因為光學原理上只要有藍紅綠三色，就可以組合出各種顏色，也就是 3LCD 投影技術。使用 3LCD 技術的投影機必須把背景燈泡的白光源先濾成三色光之後，再利用三片獨立的 LCD 調整各色彩的比例作調變，最後才把三色光合併成影像，再投影出來。

如此麻煩的反射流程，所需要的空間自然不小，而且經過這樣的折射和濾光以後，成色的飽和度和對比總會低一階，甚至會產生近看醜醜的紗門效應（SDE），這就是為什麼早期的投影機投出來的簡報往往不如電腦螢幕上預演的好看。當然投影機廠商也早就注意到這問題，因此也隨著手機螢幕一起從 LCD 演進到 OLED（有機發光二極體），帶來新的顯示革命！

OLED 又有甚麼厲害的呢？如果說 LCD 的液晶主要的功能是調色，那 OLED 厲害的就是「它自己會發光」！和傳統 LCD 面板需要一個光源與背板來反射光線進入濾光階段不同，LED 燈泡經過多位科學家的努力，甚至包含榮獲 2014 諾貝爾獎的三位日本科學家赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano）、中村修二（Shuji Nakamura）研發出最後一個「藍光 LED」後，終於達成發出三原色的成就，自此螢幕和投影技術不再需要多餘的濾光和反射步驟，於是面板可以變得更薄，同時又有更好的對比度。而隨之而來的 OLED 技術讓面板脫離了對玻璃的依賴，並改用塑料底板，讓有如科幻道具的摺疊式手機和曲面螢幕能夠成真。

OLED 技術簡化了整個流程，成色還比原本的各種投影方式鮮豔飽和，很快地就大幅縮減了投影機的內部空間，成為露營狂熱者人手一機的便攜型投影機風潮。

但是問題來了！當投影機要放到眼鏡上時，其難度更是超越便攜投影機許多，再追求微型化的道路上「只有更小沒有最小」。而 Epson 早在 2011 就推出第一支 AR 眼鏡 BT-100，不斷朝輕量化與功能性研發，在 2016 年則推出了採用矽基有機發光二極體 Si-OLED 微投影技術的 BT-300，各家廠商也紛紛投入 micro OLED 投影的研發上，相信不久的將來又會有更厲害的 AR 眼鏡推出。

現在可以看到照片中最新款的「次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40」，這款 AR 眼鏡主打的最大特色就是提供可隨身攜帶的「專屬於你的 120 吋大畫面」，這麼大的畫面顯示卻只投影在你眼前，不僅擁有「高隱私」的特性，在長程旅行中，不管是搭飛機或是搭高鐵，只要戴上這個眼鏡就能直接把影片從手機投影到你眼前，解放雙手不用在手疼拿著平板啦，可以舒服自在的追劇或看電子書、讀期刊論文也行。

除了大尺吋觀影體驗之外，這款眼鏡更在博物館教育上大放異彩，如博物館把這款眼鏡結合接駁車，讓搭車的你也不無聊，虛擬博物館館長擔任導覽員為你解說各館區的歷史，進館後更能看到展示的恐龍標本在你面前復活，豐富了各種逛展體驗！

而 AR 眼鏡還有另一個好處就是個人化體驗，例如看電影或演唱會時，戴上 AR 眼鏡就可以看到自己專屬的字幕相關資訊，這樣的虛實整合字幕體驗，在劇院已經導入 Epson BT-40 眼鏡和 AR 眼鏡字幕系統，表演字幕可以即時傳送到正在戲劇院觀看表演的觀眾 AR 眼鏡中，觀眾可以選取語言還能調整位置和大小，甚至幫助聽障朋友們理解演出，下次有機會去看表演時，若有提供這樣的服務不妨租借嘗試看看喔！

元宇宙的終極目標，是要讓你能夠「感同身受」數位分身經歷的一切，這需要許多感官模擬技術的支撐。

發展至今，以視覺及聽覺模擬較為到位，玩家只要戴上 VR 頭盔裝置，就能利用視覺和聽覺連結元宇宙，瞬間從真實空間遁入虛擬世界。

除了視覺、聽覺之外，其他的感官感受，包括嗅覺、味覺、觸覺、甚至是意識的模擬技術也持續進展中，可以預期電影「一級玩家」的情節終將落實，玩家未來能夠以更多的感官感受連結元宇宙。

嗅覺，在真實世界聞到元宇宙玫瑰香

關於元宇宙多重感官模擬技術的開發，臺灣已有一些進展，例如在嗅覺 VR 方面，臺灣大學資訊工程學系暨研究所洪一平教授指導學生開發的「主動式雙渦環傳香系統」，就解決了其他嗅覺 VR 技術令人詬病的一些問題。

在虛擬實境中加入嗅覺線索，可以大幅增強用戶在虛擬環境中的沉浸感，然而，如何精準控制氣味始終是個問題，使得用戶無法獲得更真實的體驗。嗅覺虛擬的常見做法是：隨著使用者在元宇宙身處情境的變換，例如從青草地走進玫瑰花園，裝置就會噴灑出對應香味的精油，此裝置可能是放在固定位置或是戴在玩家的脖子上。

無論是哪一種裝置，都有一個共通問題，就是各種味道會混雜在一起。在前面的情境舉例中，釋放出青草精油後，味道會存在空間中久久無法散去，在此同時，使用者已經踏進玫瑰花園，嗅覺 VR 裝置緊接釋放出的玫瑰精油，無可避免會與之前的青草味混合，導致嗅覺擬真程度大幅降低。

「為了解決這個問題，有人採用類似吸塵器的方法，先吸淨前味後才釋出下一個味道，我們則是採用精準傳香方法，直接將香味傳到玩家的鼻子前面，精油用量非常少，所以味道很快就消失了，不會擴散至整個空間，」洪一平教授說。這套「主動式雙渦環傳香系統」，是通過兩個重低音揚聲器驅動的渦流產生器，發射兩個渦環（類似煙圈的概念），香味藏在渦環中。根據不同的應用場景，結合頭盔的定位功能，渦環的碰撞點可以精準定位在用戶鼻前的任意位置，兩個渦環碰撞後釋出香氣。

之所以採用兩個渦環彼此碰撞，而非一個渦環，主要是避免讓玩家覺得有股氣流打在臉上。洪一平教授說明：「如果只有一個渦環，就只能直接將渦環打在玩家鼻子上，才能釋放其中香氣，因此會產生不必要的觸覺。」也就是說，當你在元宇宙中一路走過青草地、玫瑰花園、草莓園，你的鼻子就不斷被各種香味渦環氣流「攻擊」，感覺不會太好，也會讓沉浸在虛擬世界中的你瞬間「出戲」。

觸覺，有效提升與數位物件互動的真實感

模擬觸覺，能夠高度提升使用者與數位物件的真實互動感，這方面已見到許多許多技術開發。例如，Meta 的 Reality Labs Research 實驗室開發的可穿戴觸覺手套，安裝數百個氣動裝置，當穿戴者做出觸摸動作時將協同改變形狀，透過氣壓來呈現逼真的觸覺感覺。

「現在也有團隊利用超音波模擬觸覺。當玩家在元宇宙中觸摸物品時，裝置發射超音波至玩家的手部位置，產生真實觸碰某物體的感覺。」臺灣大學資訊工程學系暨研究所歐陽明教授為研究虛擬實境的國際先驅，對於 VR、元宇宙的研究進程及相關技術知之甚詳，「另外，也有研究從衣服著手，在衣服上安裝震動器、感測器等。使用者穿上這套衣服，當經歷某些情節，例如與人擁抱時，衣服可緊縮，模擬被人擁抱的感覺。」

臺灣大學資訊工程學系陳彥仰教授指導學生研究的 JetController，則是藉由高速氣動電磁閥調控高壓氣體，透過多個氣動噴頭的氣動推力，在手持控制器上產生高速的三自由度力回饋。JetController 能在 4.0N-1.0N 下達到 20-50Hz 的完全脈衝，可以更廣泛地支援遊戲與虛擬實境體驗裡的觸覺事件，例如 Halo 遊戲裡自動武器的後座力（15Hz），以及 Fruit Ninja 遊戲裡切水果的體驗（最高可達 45Hz）。

日本新創公司 H2L 則將「疼痛的感覺」注入元宇宙中。H2L 的腕帶裝置會偵測人們的肌肉動作，釋出非常微量的電擊刺激手臂上的肌肉，營造出痛覺體驗。

味覺「欺騙」，你吃的其實是泡麵，不是米其林大餐

在人類各種感官的模擬上，味覺是進度較慢的部分。其中，明治大學（Meiji University）宮下芳明教授於去年（2021）展示人工味覺顯示器，此裝置安裝 10 罐溶液，模擬甜、鹹、酸、苦、鮮等味道，並列印於嚐味用薄膜上，讓使用者能嚐到數位食物該有的味道。另一種模擬味覺的方法，則是透過電和熱刺激來驅動人類舌頭。

還有一種做法是「越俎代庖」，怎麼說呢？在元宇宙中，你吃的是蘋果，但是在現實中的你吃的不是蘋果，而是與蘋果咀嚼感覺相近的梨子，只是另提供了嗅覺的線索，也就是提供蘋果香氣，如此一來，沉浸在元宇宙的使用者會產生自己的確在吃蘋果的錯覺。這是一種利用嗅覺及觸覺改變味覺的方法。於是，在元宇宙中享受米其林美食的你，在真實世界中，你真正吃進肚子裡的可能只是泡麵！這樣的感官「欺騙」，不只有趣，某種程度也產生撫慰作用。

臺北科技大學互動設計系助理教授韓秉軒指導學生開發的 TransFork，便是一款附加於餐具上的嗅覺回饋裝置，搭配頭戴式顯示器轉換或擴增味覺的體驗，並使用味覺轉換食譜，輔助改變體驗者大腦對於口中所吃食物的認知。

完整文章請詳見《科技魅癮》

全球知名社群網站 Facebook 日前宣佈將母公司改名為「Meta」，相信各位求知慾旺盛的泛糰們，已被各種「Meta文」洗版一波！事實上，任何英文中掛有Meta字首的詞，都有形容後綴構詞「超越」、「後設」或「變質」等等含義，在每個學門及語境中都有不同的用法。關於「Meta」字首的用法，可以參考泛科學之前的這篇文章。

回過頭來說，馬克．祖克柏（Mark Zuckerberg）如此大動作爲公司更名，無疑是一種宣示公司發展方向的野心之舉，究竟「Metaverse」有何魅力？讓各個業界大佬紛紛在近日喊出口號，為人們指向這個不知所謂的未來情境？

為了回答這個大哉問，泛科學第二屆「泛糰策題高峰會」就將主題鎖定在「Metaverse」，並挑選出以下 3 個題目，歡迎各位泛糰在留言區投下寶貴的一票，讓我們知道你想增加什麼樣的「妹塔宇宙」知識吧！

如果各位泛糰們有其他想看的題目想法，也歡迎在下方留言唷，若未來編輯部採用您提供的想法來生產文章的話，我們會把您的名字放在文章上面唷！本次投票將持續到 11/21 日截止，並於 22 日公布投票結果，最後獲選文章就會在 12月3日發布唷！

1. 元宇宙是什麼酷東西？淺談Metaverse的概念及框架

先說重點！「元宇宙」目前還只是個概念構想，因業界及學界都還沒有普同而精確的定義。但隨著VR（虛擬實境）／AR（增擴實境）及區塊鏈技術等等構築元宇宙的基礎技術逐漸發展，這個最早源自美國科幻作家 Neal Stephenson 的作品《潰雪》中的概念，成為科技巨頭們下一波掏金的應許之地。

是的！你沒看錯，元宇宙的概念最初是先源自科幻小說的構想。在原著中，它是一個與現實世界平行的虛擬世界，未來的人類可以使用虛擬替身（avatar）的形式交流，人們可以在虛擬世界中，進行任何他們在現實生活中的事務，並且藉此與真實世界互動——換言之，元宇宙不單純是架空的虛擬世界（例：Minecraft），而是強調「虛實整合」的沈浸式網路體驗。

如果這樣說明還不夠清楚，可以票投本文唷！若本題中選，除了將說明元宇宙目前在業界及學界的概念形塑為何，也會說明文學作品中的概念想像，是如何從1950年代至今，為元宇宙的概念形塑打下基礎。

2. 從電影中辯證什麼是元宇宙！

科幻作品之所以迷人，在於它提出了某種「What if」的情境，透過世界觀的構築，體現了人類對科技的想像！你覺得「元宇宙」這個概念很難想像嗎？事實上，Metaverse的概念在眾多科幻作品中都有出現過。例如2018年的《一級玩家》，抑或是2009年的日本動畫《夏日大作戰》，都是很好的元宇宙範例。

但其實，元宇宙（Metaverse）的概念很容易跟虛擬世界（Virtual world）或其他類似的概念混淆。本文將比較眾多經典科幻電影／動畫作品中的世界觀差異，來藉此辯證什麼是元宇宙，什麼不是元宇宙！

想知道《駭客任務》或迪士尼的《創：光速戰記》及《無敵破壞王》等等作品是否算是元宇宙嗎，歡迎票投本文！一起來研究研究吧～

3. 元宇宙經濟學：什麼是 NFT？

NFT 是「非同質代幣」的英文縮寫（Non-Fungible Token），是一種區塊鏈（Blockchain）數位帳本上的數據單位，每個代幣可以代表一個獨特的數位資料。由於NFT利用了區塊鏈的加密技術，具備了去中心化特質，而讓交易具有公信力，也因此，每個 NFT 作品都具有不可替代與複製的特點。購買者是購買藝術品，例如音樂或數位圖片的「所有權」，而非作品本身。

 NFT 的價值，在於擁有所有權的「稀缺性」。舉例來說，一名年僅 12 歲的英國男孩艾哈邁德（Benyamin Ahmed），透過自寫程式，生成了3,350 隻配色及特徵不同的像素鯨魚圖案，並依此賺進價值約 40 萬美元（約 1,100 萬新台幣）的加密貨幣。

言而總之，NFT 的種種特性，讓人對數位資料有了「所有物」的概念，使得許多投資者開始將真實世界中的經濟活動轉入 NFT。但 NFT 為何被視為元宇宙的經濟基礎呢？想瞭解更多的話歡迎投票，讓泛科學的文章來回答你心中對知識的渴望吧！

簡單投票三步驟

Step 1：登入/註冊泛科學會員
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Step 3：獲選的文章將於 12/3 在泛科官網發布