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虛擬實境的秘密,全藏在達文西時代的「透視法」裡?

活躍星系核_96
・2017/08/06 ・3439字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

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  • 作者/ 曾靖越
    臺北市立大學視覺藝術學系助理教授,熱愛閱讀、電影、跑步與科技藝術。每天不喝咖啡就無法將大腦開機,期許自己的文字能對社會產生些許功能性。

這學期初邀請了藝術家旺廷學弟來談談錄像藝術,班上同學都大有啟發。特別是創作的核心概念,以及作品觀看的方式,大家都有如醍醐灌頂。最近他在歐洲旅行,我注意到他來到了位於荷蘭海牙的梅斯達格全景博物館(Panorama Mesdag) ,這些照片真是令人驚奇。

Panorama Mesdag. 圖/Hans Splinter @ Flickr

視覺的滿漢全餐,古人今人都震撼

全景畫(panorama)是一種廣角或環繞式的影像創作,梅斯達格全景博物館的全景畫是採 360 度環繞呈現的手法,長度超過 14 公尺,圓周長達 120 公尺,其內容描繪 1881 年席凡寧根海灘(Scheveningen)的景象,是由畫家梅斯達格(Hendrik Willem Mesdag)在其友人協助下所完成的1

之前閱讀格勞(Oliver Grau)的《虛擬藝術》(Virtual Art)時,曾在書中讀到許多古典壁畫,以及其讓觀者產身歷其境幻覺的沈浸策略。特別是第三章所提到的色當戰役(The Battle of Sedan)全景圖,該全景圖是為了紀念戰役週年(1883 年),所特別繪製的。還記得讀到這段文字時,一直無法體會為何該全景畫作,在當時引起大眾這麼高的興趣。直到近日我看到了 Panorama Mesdag,我才驚覺,身處在數位年代的我,都對這種細膩的大規模影像感到驚嘆,更何況是身處在「古時候」視覺媒介相對貧乏的人們。

Sedan Panorama. 圖/Berlin um 1900

過去的全景畫,基本上是構築在一間圓筒狀的建築當中。觀眾必須透過走道或階梯,達到這個建築的中心點,以圓心的位置去觀察環形的全景畫。虛擬藝術(Virtual Art)第三章中曾提到:

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「觀眾經由一條通往觀賞平台的黑暗通道進入全景畫空間,在那裡,觀眾被日光,以及畫家運用繪畫所描繪出的光而構成的輝煌影像所包圍。由於缺少外部客體與繪畫之間的對比,觀看者的視線完全被全景畫所征服。」2

這黑暗的通道不禁讓人聯想,這似乎是一種儀式般的準備過程,要讓觀眾先在暗處先把瞳孔撐開,把感官放大到極限,進入到全景畫空間當中,才會產生對繪畫的一種如夢似幻的感受。而 Panorama Mesdag 更在觀眾所在的圓形平台,以及全景畫之間加入實體物件,如:沙灘、枯木、漁網、船錨等。企圖加深觀眾對於場景的沈浸感受與將幻覺極大化。

Panorama National at the Rue de Berri. 圖/art history unstuffed.com

 

藝術上的視覺魔法,全靠幾何數學的幫忙

格勞(Oliver Grau)將全景畫視為虛擬藝術的前身,不過全景畫相較於當代的先進虛擬實境技術,終究有其限制(廢話)。這類的作品,需要觀眾位在一個圓心當中進行欣賞,一旦超出圓心,觀眾相當有可能就遠離被創作者設定好的透視系統,此外,若是觀眾與畫布過於接近,幻象也會看起來也會有被揭穿的感覺。3

若以製作技法來看,全景畫是依據精確的透視法則,以觀眾的視點為核心進行設計,用當時先進的繪製技法,將連續影像以多種視角,配合消失點進行繪製。若與虛擬實境相較則可以發現,同樣是營造身歷其境的幻覺感受,電腦會不斷根據觀眾的位置運算新的 3D 效果透視影像,也就是配合觀眾即時切換視角,以一種「虛擬」的移動,進行空間探索。這都要歸功於電腦運算運算速度的提昇,電腦圖學的進步,當然還有硬體價格的親民化。(下面 Eglise St Victor, Nages 模型建議與 Google CardBorad 一併服用,效果更佳)

https://skfb.ly/68CHF

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透視法是畫家為了如實描繪景色,運用幾何、數學計算所開發出來的一種「在平面表示三度空間的方法」。顯而易見的,透視法與笛卡兒座標系以及數學運算,是電腦圖學中不可或缺的重要元素。4而當代顯學 3D 動畫又是各種視覺媒體的重點元素,由此,我們便可得知,透視法對於幻覺的營造,功不可沒。

想投影出鬼怪?先來量身打造投影角度吧

由此我們再來談談這幾年一種熱門的創作形式:Projection Mapping(或稱光雕、對位投影、Video Mapping)5。Projection Mapping 可視為一種虛實整合的展現手法,強化了創作者對實體空間想像力,目前正廣泛應用於藝術領域與廣告商用領域,但像這種虛實整合的視覺作品,並不是最近才有的全新藝術形式,例如早期在 1969 年的迪士尼公園(Disney parks)鬼屋當中使用投影效果的幽靈頭顱與半身像,透過真人預錄的影片,技巧性地運用投影技術,將影像投射到水晶球與半身人像中,讓幽靈奇蹟似的來到了真實世界 。

Five singing busts, the ‘Grim Grinning Ghosts‘, singing the theme song of the ride. 圖/disneytouristblog

Projection Mapping 作品的影像製作與呈現,必須針對觀眾的視角進行設計,一般而言,若觀眾沒有在作品設計者所指定的位置觀看作品,完整的影像幻覺便會消失。我們可以從波蘭籍視覺設計師 Marcin Ignac 針對 Projection Mapping 的分析6,得知進行投影時運用透視法進行影像配置的原理 。

如圖 a,投影機投射方向垂直於投影面,無論觀眾怎樣觀看,影像將不會因為投影表面而產生扭曲。但是當投影機之投射角度,並沒有與投影平面垂直時,就會產生投影變形效應(Keystone Effect),如圖 b。因此,若要讓圖 b 的投影效果與圖 a 相同,就必須針對影像進行變形,以抵銷因為投影角度產生的圖形扭曲,如圖 c。

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2D to 3D a.b.c 圖/MARCIN IGNAC

要進行影像變形,多半由專業的 Projection Mapping 軟體進行影像整合與配置,如 MadMapper、vvvv、Resolume Arena 等等,種類非常繁多,但原則上使用模式大同小異。

為了進行對為投影使用軟體進行影像校正(扭曲),無非就是要針對觀眾視角,重新呈現較為正確的透視感,以便產生幻覺,達到觀者的娛樂效果。下面這邊是一段教學,它介紹了如何使用 3D 軟體 Cinema 4D 進行造型製作與動態,並產出影片,接著再由 Adobe AfterEffect 進行色調與光影後製,最後再使用 Resolume Arena 軟體將影像投影到現場實體模型之上。這製作的過程,詳盡說明了 Projection Mapping 製作方式,值得一看。

經典作品背後,原理一脈相傳

本文最末,我們再來談談一個經典作品:Bot & Dolly 工作室的 “Box”8。“Box” 贏得 SIGGRAPH 2014 Best In Show,是一件運用軟體預先模擬,並以精準的機器人動作,配合精緻動畫現場投影,所整合完成一鏡到底(鏡頭應有剪接,但攝影機位置透過機器人保持一定路徑)的對位投影作品。“Box” 以舞台魔術為基本概念,配合黑色電影風格,以陰影圖形、歐普藝術、幾何圖形、錯視、構成等數種設計元素,製作了足以讓人沈浸其中的幻覺藝術 。“Box” 作品最令人驚嘆的就是那種現場營造出來的空間感,那種具備深度的立體幻象,是透過精密的計算,透過機器人、攝影機與投影機所完成的,技術層面高超,這亦充分說明了透視法對立體視覺的重要性。

從古到今,透視法一直是營造立體視覺呈現的關鍵法則。新舊媒體其實背後有一條共同的軸線在貫串彼此,新舊其實並沒有優劣、取代的問題,反而是一種相輔相成,交互拉抬一同進化的共生模式。

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本文轉自 nmlab《新舊媒體的幻覺營造:透視法》


參考資料

  1. 詳見:Panorama Mesdag Den Haag Holland
  2. Grau, O. (2003). The Panorama of the Battle of Sedan: Obedience through Presence Virtual Art: from illusion to immersion (pp. 97): MIT press.
  3. 劉京璇. (2012). 虛擬實境藝術的繪畫視覺性. 臺北藝術大學.(pp. 83) (2012年)
  4. 電腦圖學相關入門基礎可參閱:非關語言: 電腦圖學入門 
  5. Projection Mapping相關資訊可參閱:Projection Mapping Centra
  6. Marcin Ignac, polish artist / programmer / designer
  7. BOX DEMO
  8. 關於 “Box” 亦可參閱 Bot & Dolly 機械手臂 ( 拍攝科技 & 視覺 VJ )

本文為泛科學院「用科普寫作打造個人品牌」學員作品,如果你也想展現自己的專業素養,將知識用大家聽得動、有興趣的方式傳達出去,歡迎一起來跟泛科學總編輯學。報名請洽 #泛科學院

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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近零碳建築新趨勢:從節能創意到 2050 淨零轉型
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/23 ・3701字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 

根據聯合國統計數據,全球每年 38% 的溫室氣體排放,並非來自道路上的交通工具,而是由「現代都市與建築」所造成的。

我們如今站在兩條路徑的十字路口。一條是依賴更多水泥建築與空調系統來抵禦夏季酷暑,然而這樣的選擇只會加劇室外大氣的惡化。另一條則是徹底改革建築、用電、設計與都市規劃,不僅尋求低碳排放的建築方式,還要找出節能降溫的解決方案,實現事半功倍的效果。

然而,我們是否真的能將建築業的碳排放歸零?

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建築的溫室氣體哪裡來?

在建築物 60 年的生命週期中,建材的碳足跡其實只佔 9.8%,因為建築一旦完成後,材料不會頻繁更換。相反,日常生活中的用電才是主要的碳排來源,占了 83.4%,其中大部分來自冷氣、照明和各種電器。

當然,讓大家集體關燈停用電器「躺平」來拯救地球,顯然不切實際。既然完全不消耗能源是不可能的,我們應該尋找更現實的解決方案。

現在就來看看全球七棟零碳建築之一——成大的「綠色魔法學校」,臺灣首座淨零建築,如何運用建築技術,成為當代永續建築的典範。這些技巧中,有哪些能應用到你我家中呢?

綠色魔法學校。圖 / 內政部建築研究所

為了省電要把煙囪塗黑、吸收更多太陽光?

都市裡,我們最大的挑戰之一就是夏天的高溫,水泥建築群在陽光的烘烤下,變成一個個巨大的窯爐。為了解決這個問題,綠色魔法學校在國際會議廳裝了一個煙囪,不過這不是為了讓窯爐更熱,而是用來降溫的。

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煙囪為什麼都都要蓋的那麼高?原來煙囪越高,上下的溫差越大。熱空氣因為密度低而向上移動,產生熱對流。溫差越大,這個熱對流就越強烈,這就是所謂的「煙囪效應」。在要幫室內降溫的情況下,我們的目的是產生更強的煙囪效應,抽走熱空氣,讓室溫下降。但這棟建築裡沒有火爐,而溫差不夠大時,這效應會變得微弱,那該怎麼辦?

綠色魔法學校提出了一個大膽的解法:在煙囪南面下半部改裝透明玻璃窗,並將煙囪內部塗成黑色,還加裝了黑色烤漆鋁板,這樣可以最大限度地吸收太陽光。每當艷陽高照,這個不插電的的「自然通風系統」就能自動啟動,創造局部的熱對流,帶動整根煙囪的熱氣向上移動,為室內降溫,達到節能效果。以熱制熱,完全反常識。

綠色魔法學校的特殊煙囪設計,玻璃引入太陽光。圖 / 泛科學攝影畫面截圖

幫室內降溫的最大原則是:通風。

實際上,不是人人家裡都有煙囪。但如果建築的高處沒有任何窗戶或通風設備,熱空氣就是會從屋頂一路往下蓄積在室內。因此,你也一定在許多工廠或民宅的屋頂看過一個不斷旋轉的小風扇,它們也是有異曲同工的效用。雖然不是高聳的煙囪,但特殊的渦輪構造,風吹過就會開始轉動,並連帶空氣排出室外。是個不用插電的通風球。

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綠色魔法學校館內動畫-室內通風排熱補冷。圖 / 泛科學攝影畫面截圖

綠色魔法學校的煙囪就是個效能更強的換氣機,足以讓 300 人大型會議廳的換氣次數,高達每小時 5 到 8 次,甚至能在室內颳起風速每秒 0.5 公尺的微風,是最舒適的環境。這些利用熱氣密度的差異來改善室內溫度的方法,又稱為「浮力通風」。

為了把通風貫徹到底,綠色魔法學校在建築的兩面裝設大量窗戶以及吊扇,來讓水平也能通風。這些我們習以為常的裝置,其實才是關鍵。靠吊扇的一點點電力讓自然風可以自由進出,耗費的能源,遠比冷氣還要少得多。

幫空調省電的最後一招,就是微環境控制。

綠色魔法學校透過屋頂植栽與造林改善微氣候。圖 / 綠色魔法學校

實際上魔法學校內還是找的到空調設備,並不是完全拔除不用。除了選用最高效率的主機,以及把室內循環做到最好以外,降低周遭環境溫度才能減低冷氣的負擔。要降低水泥叢林的熱島效應,需要植被與水體來做溫度調適。

在太陽照射下,水泥屋頂表面最高可以達到攝氏 70 度,如果屋頂有種植植栽,室內頂層樓板的表面溫度就可以維持在攝氏32 度以下。不用開電就先幫室內降溫。

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水也是關鍵的一環。一是水的比熱高,想打破水分子之間的氫鍵,需要大量的熱量,要讓一千克水的溫度升高一攝氏度,需要 4,200 焦耳的熱量,這可以避免溫度因為烈陽就快速上升。二是當溫度真的過高,水也會透過蒸發帶走熱量,讓溫度不至於向上飆。

魔法學校的屋頂花園使用水庫淤泥,研磨後燒製成的再生陶粒,裡頭混合了稻穀,結構極細,不會像有機土一樣分解消失,可以涵養水源,還不用動不動補土壤,不只降低屋頂植被的澆水次數,還能達到降溫效果。地面也採用透水鋪面,讓每一滴水都不浪費。

綠色魔法學校本名是成功大學的「孫運璿綠建築研究大樓」

2013 年被英國知名出版社羅德里其評為「世界最綠的建築」,並獲選為聯合國全球七棟零碳建築之一。

除了表彰之外,在認證上也確實取得了臺灣最高等級的「鑽石級綠建築」認證,以及美國最高級的「白金級綠建築」兩個綠建築認證。

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為了讓相同的成效可以陸續在全臺的所有建築上實現,臺灣在既有的綠建築標章體系上,擬定出了「建築能效評估系統 BERS」,針對關鍵的空調、照明、插座電器的用電狀況訂出明確的耗電密度指標得分。簡單來說,就是每平方公尺的面積上,每年平均的用電量。

建築能效標示。圖 / 內政部建築研究所

要打造一棟淨零建築,需要設計與材料硬體的相互配合。在日常用電這最大耗能項目上,能透過前面的淨零設計與智慧能源管理來減低能耗。而我們還沒提到的最後一塊拼圖,則是回到建築的建材本身。這部分減碳的方法有很多種,例如將傳統施作工法改為在工廠就完成模組化建材製造的「預鑄工法」,減少現場搭建鷹架、施工的步驟,達成減碳。又或是將部分建材更換為木、竹等負碳建材,甚至使用零廢棄物、能「循環使用」的建材。例如 2018 年亮相的臺中花博荷蘭館、或是 2021 年台糖在沙崙啟用的循環聚落。

建築物能夠完全不用電嗎?……電從哪裡來?

沒錯,連全球最綠的建築——綠色魔法學校,也無法做到完全不使用電力。正如前面提到的,建築的最大能源消耗來自日常使用,而這所「魔法學校」的成就,是成功將日常能源消耗降低,讓溫室氣體排放減少超過 50%。

這就是關鍵,減少一半後,剩下的部分就靠周邊的造林、太陽能和風能等綠色能源來補足。

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2022 年 3 月,國發會公佈了 2050 淨零排放的路徑圖,參考美國、日本、歐盟等國,制定了 2050 年達成淨零建築的目標。

這條路徑包含兩個核心目標:第一,所有建築物要在建築能效評估系統(BERS)中達到 1 級節能,甚至進一步達到「1+ 級」近零碳建築的標準,減少至少 50% 的能源消耗。第二,同步發展再生能源,讓這些近零碳建築朝淨零邁進。

淨零建築路徑。圖 / 內政部建築研究所。

這個目標比你想像的要容易實現。比如,2023 年 12 月,台達電的瑞光大樓 II 就成功取得了「1+ 級」近零碳建築認證,並符合 0 級淨零建築規範。而在 2024 年 7 月,國泰人壽在臺中烏日的商辦大樓經過改造後,也達到 0 級淨零建築標準。這些案例證明了綠色魔法學校的成功經驗可以複製,不論是新建築還是舊建築,都能達成甚至超越淨零目標。

圖 / 台達電瑞光大樓 II
圖 / 國泰人壽臺中烏日商辦大樓

為了不讓每一年的夏天都是你我餘生最涼的夏天,碳排歸零是必須要實現的目標。現在你知道,這個任務的關鍵就掌握在你我手中。就像選擇能源標章電器一樣,只要選擇符合 BERS 能效標準的建築,我們不僅能降低冷氣的依賴,也能節省電費,讓地球和你的荷包都雙贏。

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如果在虛擬實境裡尋找伴侶,真的可以建立舒服的戀愛關係嗎?——《元宇宙超圖解》
azothbooks_96
・2023/09/27 ・983字 ・閱讀時間約 2 分鐘

在元宇宙的世界裡,比較容易和價值觀相近的對象,談一場少摩擦的戀愛。

所謂的「談戀愛」,其實就是彼此價值觀的碰撞。

在價值觀日趨多元、細分的現代社會,實體世界裡的戀愛,情侶之間免不了會發生一些摩擦。

所謂的「談戀愛」,其實就是彼此價值觀的碰撞。圖/pexels

越來越多人在實體社會的戀愛關係中感受不到舒適,大眾認為「談戀愛風險很高」的傾向,更是一年比一年更鮮明。

可見「談戀愛」的魅力,正逐步下降。不論是在元宇宙內或外,都有一套很現代的方法可以解決這個問題,那就是配對服務。

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迴避戀愛和元宇宙

當我們對戀愛的價值觀細分化之後,在生活周遭便很難找到滿足條件的人選;但只要像在社群網站上找興趣相近的同好那樣,從一個規模龐大的母群體當中找出伴侶的話,發生摩擦的狀況,會比不假思索就交往的對象減少許多。

若想找更根本的解決之道,那麼元宇宙上還有一個獨門絕招,就是乾脆把伴侶化為虛擬實境的一部分——因為情侶在元宇宙上會隔著虛擬替身,建立起隔一道防火牆的溝通方式。

有些人會覺得「虛擬替身碰不到、摸不著」,不過,時下認為談戀愛不見得一定要有實體互動或性接觸的人已越來越多,或有些原本潛伏噤聲的族群浮上檯面。

想必今後會有越來越多人願意相信這不是逃避實體戀愛,而是元宇宙上的愛情,比實體更美好。圖/azothbooks

要是這些虛擬替身由 AI 操控的話,還能與另一半建立更舒適的戀愛關係——如果對象是 AI,不論是再怎麼極端的戀愛觀,或是任何性傾向,它應該都會接受吧!

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想必今後會有越來越多人願意相信這不是逃避實體戀愛,而是元宇宙上的愛情,比實體更美好。

——本文摘自《元宇宙超圖解:從刀劍神域到寶可夢,一小時讀懂78個概念,掌握本世紀最大商機》,2023 年 9 月,漫遊者文化出版,未經同意請勿轉載。

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azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。

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你會想試試「VR 睡眠」嗎?直到睡著前都在虛擬實境之中——《元宇宙超圖解》
azothbooks_96
・2023/09/26 ・857字 ・閱讀時間約 1 分鐘

「VR 睡眠」能讓你我感受到實體世界絕對無法實現的入眠體驗。

在元宇宙的世界裡,現在還興起了一種「VR 睡眠」的文化。

它並不是指玩家在遊戲過程中不小心打盹的「睡著」,而是置身在虛擬實境中,直接戴著VR眼鏡睡著。

這種直到睡著前都能置身同好社群,和同伴共度的體驗,很受好評,讓人直呼「簡直就像校外教學的晚上一樣」,引人入勝。

這種直到睡著前都能置身同好社群,和同伴共度的體驗。圖/azothbooks

還有,在現實世界裡,我們會和別人同床共枕;而在元宇宙裡還有更不一樣的體驗,就是可以在 VR 才能去得了的地方,例如南極的冰上、崖邊、太空、動物的背上等,一直待到睡著為止。

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這正是「方便好用」的虛擬實境才做得到的獨門絕活。

今後,為了讓這些體驗更普及,VR 眼鏡等裝置可望朝更輕巧、更安靜的方向進化。

另外,「VR 睡眠直播」活動也蔚為話題。據了解,這個活動是由當紅的虛擬替身,在虛擬實境上直播睡眠時的模樣。

它的目的,是為了向那些對 VR 還不太熟悉的使用者,介紹 VR 睡眠的概念。

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這場長達八小時以上的直播,共有逾百位使用者一路守著直播到天亮,收視總人數更達三千人之多。

簡直就像校外教學的晚上?

「VR 睡眠直播」可以去平常去不了的地方,例如南極的冰上、崖邊、太空、動物的背上等,一直待到睡著為止。圖/azothbooks

——本文摘自《元宇宙超圖解:從刀劍神域到寶可夢,一小時讀懂78個概念,掌握本世紀最大商機》,2023 年 9 月,漫遊者文化出版,未經同意請勿轉載。

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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。