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如何運用 VR、AR、AV 與動作擷取技術,讓想像擴增於實境與虛境的交界?

活躍星系核_96
・2018/02/13 ・4532字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 587 ・九年級

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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。

拜影像辨識技術的進步與硬體價格的下降,動作擷取技術不但成熟而且容易取得;像是由日本影片製作人淺井宣通(Nobumichi Asai)團隊,所開發的臉部投影特效影片「OMOTE」,以及 58 屆葛萊美獎(Grammy Awards)頒獎典禮中,女神卡卡在表演開頭的即時妝容特效,都是透過高速攝影機等設備,辨識臉部與追蹤動態,並將視覺效果即時投影到表演者頭部,進行容貌的改變[1]這樣的作品運用了動作捕捉技術、配合光雕投影(Projection Mapping)呈現形式,讓科技展演有了新的可能性。


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光學動作擷取技術:將現實世界納入虛擬世界

前面提到的這種動作擷取技術技術,在本質上就是「光學動作擷取技術」;所謂光學動作擷取技術,是先將要偵測的人或物體,配戴一種特殊的光球(稱為Marker 或 Optical),接著運用多臺高解析度攝影機,來記錄偵測對象運作的軌跡;這些高解析度攝影機的周邊會設置紅外線發射器,並投射出肉眼不可見、高頻的紅外線閃光。

前面提到的光球,由於會反射紅外線的光點,再透過多台高解析度攝影機接收後,經過對比的運算後,取得光球在實體空間當中的三維 X、Y、Z位移動作,便可進一步得到被偵測物的動態;而由於光點是被動反射光線,所以稱為又稱「被動式」光學動作擷取系統[2]。動作擷取技術在實務的使用上已有很長一段時間,舉凡電影、遊戲、表演藝術幾乎都能看見它的應用,就其根本而言,將實體世界的動態轉譯為虛擬世界的形態變化,是一種跨越了虛實的科技。下面影片是《魔戒三部曲》中扮演咕嚕的知名英國導演、演員 Andy Serkis,談談動作擷取在電影中的應用。

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擴增實境:「神奇寶貝」出現在現實當中

就跨越虛實的科技而言,這裡我們來談談時下熱門的「擴增實境」(Augmented Reality,AR)技術,所謂擴增實境,是一種將數位訊息或是電腦產生的資訊,即時覆蓋在真實空間當中的一種技術,一般而言,擴增實境可以擴增人的「五感」,但現今大多數的擴增實境技術僅用來強化視覺感受[3]。這裡提到的所謂「即時覆蓋資訊」的手法,可以是直接讓觀眾直接用身體感官感受的,也可以是間接透過裝置進行體驗的[4]。舉凡近兩年席捲全球的熱門遊戲 Pokémon GO(即便過去AR功能總是被玩家關掉),以及最新的 iOS 11 ARKit 技術應用,就是家喻戶曉擴增實境的典型運用。

https://www.youtube.com/watch?v=dMEWp45WAUg

若以 1994 年 Milgram 等人,所提出的現實-虛擬連續系統(Reality-Virtuality Continuum)[5]下圖),則可以更清楚地知道,擴增實境(AR)是較為傾向以「真實環境」做為呈現基底。這與時下熱門的「虛擬實境」(Virtual Reality, VR)不同,擴增實境技術主要試圖將虛擬物件嵌入現實當中,因此「真實空間」在擴增實境當中被視為一項非常重要的元素[6]。總體而言,擴增實境可視為介於全真實環境與全虛擬環境的一種「混合物」或是「中間地帶」[7]。這是當代社會一個非常奇特的現象,透過數位科技,我們把想像與真實介接在一起,並且穿梭往來兩地進行工作、娛樂與生活。

現實-虛擬的連續系統,Milgram, P., et al. (1995). Augmented reality: a class of displays on the reality-virtuality continuum.  圖/作者轉載自 Augmented or Virtual: How Do You Like Your Reality?(By MJ Anderson)

透過「擴增」貼近舞蹈的核心

還記得多年以前,在松菸有一個很特別的展覽:「與佛塞同步─威廉‧佛塞新媒體藝術系列展覽」,這個展覽,運用資訊視覺化的方式,讓我們得以用更貼近編舞家的想法,去看透、欣賞一件舞作。一般近年來我們看到的表演藝術,若要使用互動科技於其中,大多是運用各種電子感測器,即時偵測表演者的位置與動作,並讓電腦或機械設備(如空拍機、機械手臂),反饋出對應的視覺影像或是物件動態,與表演者一同在舞台上呈現。但「與佛塞同步」這個展覽,卻不是即時的,是一種「好好紀錄當下的軌跡,儲存、分析後,再用不同手法進行再現」的表演藝術。

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Synchronous Objects Project, The Ohio State University and The Forsythe Company 圖/作者轉載自 2011 第十三屆台北藝術節官網

與佛塞同步」整個展覽的內容,基本上都是來自於名為「Synchronous Objects」的計畫,該計畫由舞蹈家威廉 ‧ 佛塞(William Forsythe),與美國俄亥州立大學共同合作,目的在於以佛塞 2000 年舞作《重製一道平面》(One Flat Thing, reproduced)為基礎,藉由科技進行不同型態的紀錄與分析,讓舞蹈以不同的方式再現。進入「Synchronous Objects」官網,可以在副標題發現計畫的核心概念:「透過將舞蹈轉化為資料,再轉為物件,讓編舞結構進行視覺再現」(visualizing choreographic structure from dance to data to objects)官網當中收錄很多整體製作的細節、參與學生的構想等等文字、靜態、動態影像之資料,簡直就是一座寶庫,充分地呼應了展覽的主訴求,也讓觀眾用不同的角度去瞭解所謂舞蹈、編舞,其底層所呈現的訊息。

若不以即時互動的角度進行檢視,大致上「Synchronous Objects」計畫某種程度上也運用了科技,去擴增了原始舞蹈的實境;而透過這種「擴增」,作品則提供了一種新的、較為客觀方式來看待「編舞」,讓觀眾可以直接感受到編舞家的感受,而不只是透過專家、或舞評家的看法[8]

「混合實境」科技表演,捕捉現場混合虛擬

談到科技表演,最近有一個很有趣的作品:《CyberCube》,這是以黑川互動媒體藝術(新媒體藝術家胡縉祥)為主導,整合多個藝術創作團隊所進行的新媒體展演。《CyberCube》讓表演者進行立方體表演,並透過即時追蹤的技術(運用本文最前面的動作擷取技術),配合 LED光條、電腦燈、以及網路直播(呈現即時特效),形塑了一個「混合實境」(Mixed Reality)跨界創新創作展現。《CyberCube》靈感來自於科幻小說作家威廉 ‧ 吉布森(William Gibson)的作品《神經漫遊者》(Neuromancer),故事描述由於科技的快速發展,人類穿梭在真實與虛擬兩個的世界中的痛苦與掙扎[9]

《CyberCube》中的 LED 立方體象徵網路世界,表演者操控著立方體直到無法自拔,暗喻人在虛實空間中,存在、逃離、融合、穿梭等不同的面向。表演空間當中,設置了數台高速攝影機,這些攝影機,所偵測到的表演者動態,將即時運算後,影響立方體的 LED 光條變化,與現場的電腦燈投射效果;此外,攝影機所捕捉的實景與 3D 物件結合後,透過網路直播的方式,讓線上觀眾實際看到虛擬與現實交融的視覺效果,靈活地將整個表演場域,轉化為被重新定義的有機生命體,更是此表演的一大亮點[10]

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《CyberCube》新媒體展演 圖/作者轉載自 PeppeCorns 黑川互動媒體藝術臉書

低成本強化情境:快來動手做吧!

本文最末,再來談一下另一個感覺上不太一樣,但我個人認為本質雷同的趣味應用:Nintendo Labo,這是任天堂公司於 2018/1/18 日,發表了一個針對 Nintendo Switch 主機所開發的新玩法。透過任天堂所釋出的影片可以知道,這些新的遊戲包含紙板、繩子、橡皮筋等動手做的材料,讓玩家自行組合諸如:釣竿、遙控器、鋼琴、設備背包、踏板等物件。

https://youtu.be/X-RLOcV9L68

遊戲無非就是要讓玩家沈浸到一種情境的體驗當中,任天堂採取的這個策略,是材質上相對較為便宜的手段(連橡皮筋都跟官方買應該也很貴),去強化一種體驗的情境,讓玩家無論從動手做,一直到上手玩,都可以徹底擴大、加深感官的體驗,讓遊玩的時候,更能投入的遊戲所建構的虛擬情境當中。

若回到本文前面所提到的,現實─虛擬連續系統(Reality-Virtuality Continuum),Nintendo Labo 應可以被視為「擴增虛境」(Augmented Virtuality,簡稱 AV),這是將真實世界的訊息,加入到虛擬環境裡;Nintendo Labo透過橡皮筋、紙板等物件,讓玩家能夠保持遊戲應有的動作與姿勢,進而將現實中才有的重力、肢體運作軌跡,加入到遊戲中,用來調整、控制遊戲的運作[11]

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Nintendo Labo Robot Kit 圖/作者轉載自任天堂官網

有一篇很不錯的文章〈擴增不到的實境,是沒有陰陽眼的焦慮:關於Pokémon Go的一點人類學觀察與解讀(二)〉[12]曾提過,關於「虛擬實境」(VR)與「擴增實境」(AR)的區別可以歸納成以下的公式:

VR虛擬實境 vs. AR擴增實境 = 觀落陰 vs. 陰陽眼

沒有錯!這種比喻真是恰到好處,當數位裝置已成了現代人的新感官之後,虛擬世界所發生的事情,只要你透過螢幕這道跨越虛實的窗,就能看見。

人在虛境與實境之間穿梭往來的生活型態,其實很早就有這樣的概念,但直至現今,數位科技運算的強大能力,才讓許多不可思議的應用不斷發生。數位化強化了影像的製作與傳播能力,並降低製作門檻與成本,再透過行動裝置的普及,大小螢幕所呈現的影像,更是充斥在生活各種細節當中,不斷地引導觀眾沉浸到內容開發者其所安排的幻覺當中,讓人人都可以在虛擬與真實的世界來去自如。

注解:

本文轉自 nmlab《想像擴增於實境與虛境的交界

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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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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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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。

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元宇宙的始祖:《刀劍神域》帶我們開始一連串的想像——《元宇宙超圖解》
azothbooks_96
・2023/09/25 ・741字 ・閱讀時間約 1 分鐘

《刀劍神域》就是元宇宙的世界

這部動畫作品中,具體的描述了對元宇宙世界的想像。

二○一二年開播的電視動畫《刀劍神域》,是一部以「五感都沉浸在虛擬實境裡的遊戲」為背景,所描寫的作品。

作品裡的玩家並不是透過電腦或智慧型手機的螢幕來玩遊戲,而是要戴上一個覆蓋住整個頭部的頭戴式顯示器,躺在床上,把自己的五種感官系統完全交給遊戲,沉浸到虛擬實境裡。

而在遊戲當中,玩家可選擇自己喜歡的外型,自由移動。

你我在現實世界平常就會做的那些動作,包括走路、跑步和坐下等,都會直接在元宇宙裡重現。

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正當動畫主角等人完全進入虛擬實境的沉浸感之際,遊戲主宰者竟宣布,直到有人破關之前,所有人都無法離開這個虛擬實境。

作品內容就是描述虛擬實境中接連有新遊戲啟動,主角持續戰鬥,最後花了兩年才破關的故事。

儘管動畫的主角是因為發生意外,才被「關」在虛擬實境裡,但劇情中也描述到有些玩家本來就完全沉浸在這個元宇宙裡生活,可見這部動畫作品已經預見「有人選擇活在虛擬實境」的那一天,終將到來。

「完全潛行」到虛擬實境裡

這部動畫作品已經預見「有人選擇活在虛擬實境」的那一天,終將到來。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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