利用協同互動擴增實境［Collaborative Augmented Reality］製造音樂旋律

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本系列以往藉由講解真實案件，來分享鑑識科學；這篇則摘要免費電玩的虛構情境，鼓勵讀者親自體驗辦案。2023 年 1 月的《國際法醫期刊》（International Journal of Legal Medicine），介紹了一款德國漢堡開放線上大學（Hamburg Open Online University）的遊戲，名叫「Adventure Legal Medicine」（非官方中譯：法醫歷險）。論文詳述開發過程與教學功能，還強調玩家不管有無醫學知識，皆能輕易上手。^[1]

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（想避開遊戲情境簡介的讀者，請跳過圖片後的第一段，謝謝。）

情境設定

依照學習的領域，此遊戲有下列 5 個故事情境，可供選擇：

1. 估計死亡時間（time of death estimation）：有人死在公寓裡。玩家必須選取正確的驗屍工具，例如：直腸體溫計（rectal thermometer）或神經反射錘（reflex hammer），來推估死亡時間。^{[1, 2]}
2. 體外驗屍檢查（external post-mortem examination）：河岸上死者的某些身體部位，藏有非自然死亡的線索。^[1]像是顱骨和手肘擦傷等，都有待玩家一探究竟。^[2]
3. 鑑識人類學（forensic anthropology）：森林裡，散落著人類骨骸。觀察並測量骨頭，以推估年紀、性別和身高。將結果拿去跟失蹤人口的檔案比對，玩家或許就能找出死者的身份。^[1]
4. DNA親子鑑定（DNA analysis/paternity test）：不知從哪迸出 4 個人，想繼承情境 2 那名死者的巨額財產。^[1]玩家得從唾液樣本，分析他們的 DNA，判斷誰才是真有血親關係的子嗣。^{[1, 2]}
5. 解剖、酒精與藥物（autopsy/alcohol and drug influence）：玩家幫車禍死者體外驗屍；解剖以檢查器官；並進行毒物學分析。最後，判讀以上檢查所得的結果。^[1]

開發過程

這個遊戲是鑑識病理學家、鑑識人類學家、心理學家、醫科學生、遊戲工程師和插畫藝術家，共同合作的結晶。類似於商業開發的線上遊戲，產品正式釋出之前，得先找人來封閉測試。2 名分別為 25 和 49 歲的男性；以及 21、25 與 54 歲的 3 名女性，率先嘗試情境 1 和 2 的前期測試版。研發團隊根據他們的感想與建議，改進遊戲，並設計情境 3。接著，請 40 名醫學系的學生，操作情境 1 至 3 的測試版。另外，其他不同教育程度的學生，作為一般大眾的樣本，也受邀試玩。最終統合大家的評論後，團隊設計出情境 4 和 5 的遊戲。^[1]

嚴肅遊戲

德國研發團隊將產品定位成「嚴肅遊戲」（serious game），以教學而非娛樂為主要目的，而且在視覺上多採灰階，來保持中性。^[1]筆者試玩了一小部份，又觀賞攻略影片，覺得繪圖和音效雖不華麗，但頗為用心。由於遊戲全程都有電子版的課本唾手可得，玩家本身無須具備專業知識。每個階段結束後，還能透過小測驗，了解學習成效。對相關科系而言，也可用於輔助教學或自學。從 2020 年 1 月在 Google Play 上架以來，有數千人下載，並獲得平均 4.5 星的評價；可惜不曉得線上網頁版的使用人次。^[1]下面是此遊戲的基本資料、連結與攻略，歡迎讀者分享闖關心得。

Adventure Legal Medicine

• 名稱：Adventure Legal Medicine^[1]（英文別名：Forensic Medicine Adventure；德文名稱：Abenteuer Rechtsmedizin）^[2]
• 對象：醫學相關科系的學生及一般愛好者。^[1]
• 語言：英文和德文。^[1]英文版的故事敘述，用字不難；但基於辦案的情境，勢必會出現骨骼、基因等，鑑識科學常見的專有名詞。
• 行動裝置版：僅支援Android系統的平板電腦和手機；沒有 iOS 的版本。請點超連結下載，或上Google Play搜尋「Abenteuer Rechtsmedizin」。^[1]
• 線上網頁版：http://elearning.uke.de/HOOU/RechtsmedizinSeriousGame/ （完全載入後，可以按下方代表德文的「DE」，將語言改為英文「EN」。）^[1]

參考資料

1. Anders S, Steen A, Müller T, et al. (2023) ‘Adventure Legal Medicine: a free online serious game for supplementary use in undergraduate medical education’. International Journal of Legal Medicine, 137, 545–549.
2. SLY MobileGaming (15 JAN 2021) ‘Forensic Medicine Adventure Abenteuer Rechtsmedizin | Point and Click Game Walkthrough’. YouTube.

想像一下，早上打開冰箱，眼前跳出根據現有食材以及健康狀況設計的餐點，並一個一個步驟帶著你烹煮；家中改裝潢不用拿型錄和量尺慢慢比對，只要在手機上輕點，沙發和茶几擺在客廳是什麼模樣快速呈現；到門市買衣服，不用再花大把時間穿穿脫脫，只要在神奇的鏡子前憑空點選，就能快速看到自己穿上不同款式或顏色的衣服的模樣；出門旅遊，透過手機看著眼前的街景，哪處是景點、哪裡有餐廳一目了然，還能在遺跡前上演歷史小劇場。

這就是擴增實境（Augmented Reality, 簡稱AR）與混合實境 （Mixed Reality, 簡稱MR）技術帶來的新生活。

科技部 2018春季「展望」系列演講「全面啟動的未來世界 – 人類2.0社會的科幻成真」第一場，請來清華大學工業工程與工程管理學系教授瞿志行，分享 AR/MR 的現在應用與未來趨勢，泛科學整理演講與專訪內容，邀大家一起探索過去只存在科幻作品中的世界如何實現！

虛擬實境和擴增實境的差別？

提到擴增實境，除了「寶可夢Go」，你可能還會聯想到最近火紅的電影《一級玩家》，主角們只要帶上穿戴式裝置，就能進入虛擬實境（VR）的世界。其實 AR 和 VR 是很不同的概念，反而是 AR 和 MR 的定義差別比較模糊。

通常將它們分成大致三大類：VR指的是全數位打造的環境，使用者與外界的感官會斷開，脫離真實世界的體驗；AR以真實世界的經驗為基礎，把數位資訊透過文字、符號的呈現，覆蓋在實物上。MR 則是更進一步，把豐富的 3D影像與實際世界整合，使用者可以同時對實際物件虛擬物件進行互動。

1994 年 Milgram 等人則提出了現實-虛擬連續系統（Reality-Virtuality Continuum），系統的一端從完全真實感官的現實（Reality）、在真實世界嵌入虛擬元素的擴增實境（AR）、混合了更多虛擬物件的 MR、將真實世界的訊息，加入虛擬環境的「擴增虛境」（Augmented Virtuality，簡稱 AV），一直到所有物件都是虛構的「虛擬實境」（VR）

根據Digi Capital 《2017年增強現實和虛擬現實報告》指出，2021 年擴增實境與虛擬實境產業的總產值將達到 1080億美元，其中擴增實境與虛擬實境的市場佔比約為8:2。瞿教授表示，VR 在遊戲、教育與娛樂等三大領域備受期待，但是和以真實世界為基底的 AR 相比，VR 可能會因為感知不協調導致使用者的身體不適（例如，看見自己在移動，身體卻沒有真的移動）外，視覺上的封閉與行動被拘束也較容易對用戶產生壓力和不安感，因此在未來發展與相關產業應用上，可能性會比 AR少。

擴增實境有哪些呈現方式？

現階段的AR呈現技術大致可分為三類，一是透過穿戴式裝置（如智慧型眼鏡的鏡片），同時看見外在環境與附加在上的虛擬資訊、二是透過攝影機捕捉實際的人物與環境，再結合數位元素共同呈現在螢幕上，三是透過視網膜投影或腦部植入晶片，直接在人的感官中創造新知覺。

為了追求更真實的體驗，已有團隊嘗試打造能將虛擬物件直接投影到視網膜上的智慧型眼鏡，但瞿老師認為，視網膜投影最大的挑戰其實不是技術，而是心理障礙，即使裝置的光線強度、能量等都符合醫學與人體安全標準，就看一般大眾能否克服恐懼。

除了上述三者外，也有人會透過投影（Projecting）呈現較大範圍的AR技術，把3D立體影像投影到實際物體上與人互動，這種呈現方式的難處在於精準定位與附加於物件的技巧，不但要確保實物與虛擬影像的位置精確重疊，還要掌握物體的凹凸曲面或不規則形狀，才能讓數位影像和實際物體的互動感栩栩如生。

尋找痛點，才能發揮AR最大效益

瞿教授指出，AR 是一種輔助人與人、人與環境，以及人與機器之間互動的的介面技術，其核心價值在於運用AR提升產品或工作效能。所以產業在面對這項新科技時，可以思考現有的流程或內容中，哪一個環節可以透過AR提升效用或再創新，不該「為了使用AR而使用AR」。

以前陣子火紅的「寶可夢Go」來說，並不是單純因為採用AR技術而爆紅，而是因為透過 AR強化了捕捉寶可夢的體驗及趣味，因此獲得廣大迴響。

企業或團隊應該先找到市場需求（痛點），再尋找相對應的技術，說不定現有技術就能達成要求，真的不夠用再繼續開發。如果只顧著「發展強大技術、再尋找市場與需求」，可能會像個人用運輸載具賽格威（segway）一樣，雖然具有驚人的高科技，但如果要說相似的體驗，低技術含量的「直排輪」就能達到，而且價格還便宜很多，最終導致賽格威的銷售額只稍稍超過研發成本。

瞿教授舉其合作的案例：在醫美產業中，曾發生過醫師因為經驗不足，在沒注意的情況下針對病患單一部位的肌膚過度施打雷射治療，導致嚴重的後果。因此有醫美公司找上瞿教授的團隊合作，希望打造一款結合熱感測技術的AR應用，幫助醫美醫師在手術過程隨時關注病患臉部的溫度狀況，進而降低醫療疏失的發生機會。

台灣在全球 VR/AR市場的定位

全球擴增實境產業正在蓬勃發展中，各大科技企業無不摩拳擦掌，想成為第一個稱霸市場的標準制定者。如 Goolge 推出了 ARcore 平台、Facebook期盼透過 AR 增加社群互動、微軟的穿戴式裝置 Hololens 來勢洶洶、Apple 不但端出 ARkit 平台，也正在研發更輕巧的AR眼鏡，連中國電商大廠阿里巴巴都喊出要把電商AR、VR化。

瞿教授分析，目前台灣的 VR/AR 相關產業大致可分為硬體裝置代工、硬體裝置開發（如HTC VIVE）、基於後製、動畫與電影產業而蓬勃發展的VR數位內容、AR數位內容和高擬真建模等領域。而相關硬體產業鏈完善、高科技人才願意投入、軟體與設計人力成本較低，以及有和中美接軌的經驗，都是台灣發展 AR 的優勢。

然而，AR橫跨物聯網、資訊工程、高擬真建模、視覺分析和 UX 設計等多項領域，需要擅長跨領域整合的人才，但軟體整合正好是台灣的弱項。再加上台灣市場小，較難推出代表性的商業模式，這些則是台灣要面臨的挑戰。

與AR 同行的世界，會是什麼模樣？

現在有科學家透過科技，將視障或精障者的世界傳遞給社會大眾，讓更多人有機會認識他們的想法與困難。而瞿教授表示自己期待AR 能創造出新的溝通方式，例如，在課堂或講座上，老師透過AR裝置，看到原本不擅於言詞表達或害羞不敢舉手的學生的提問，降低過去的互動障礙。又或是透過人工智慧與AR載具，創造類似超自然感知的陰陽眼功效等。

在科幻小說或電影中，有時會描寫當科技發展到了一個程度，數位建築出來的虛擬世界變得非常真實，幾乎與現實沒有差別、甚至更好，人們因為在現實和虛幻之間來回穿梭，開始難以區分什麼是真、什麼是假。這樣的事情真的可能會發生嗎？

瞿教授坦言這個問題現在無法下定論，他基本上認為人類是可以分辨虛實的，但長期進行虛實互動，或用五官體驗虛實混合的世界後，是否會在心理或大腦留下後遺症，又或是大腦有沒有可能因為使用這類型科技產品開啟了「新感知」，都還需要更多的研究。