21世紀低頭族一詞問世，寫實描繪了最新科技帶給大眾生活模式的改變。隨著智慧型手機的技術發展與電子製造步入成熟階段，更為融入現實生活的科技應用也成了眾所矚目的發展重點，而延展實境（extended reality；XR）的概念便巧妙地投射了這項需求。

尤其歷經2020年全球遭受新冠肺炎疫情的重創，城市與國家間的邊境封鎖更加速催化了虛擬與現實交流界線的淡化，線上與遠距操作成了新生活的預設模式，助長了能夠實現XR願景的虛擬實境（virtual reality；VR）、擴增實境（augmented reality；AR）與混合實境（mixed reality；MR）三大技術發展。

其中，AR與VR、MR相比，著重在擷取現實環境的資訊，並透過先進處理器與智慧演算法，提供科技用戶更快速操作且融入周圍環境的使用者介面，進而創造出即時、虛實整合且融合視、聽、觸覺等多元感官的沉浸式科技體驗，因而成為最有可能領先達到普及的XR關鍵技術。這也是為什麼國際科技龍頭Microsoft、Google以及手機大廠Apple等皆紛紛將AR列為研發要點，並已經相繼推出AR或MR眼鏡。

圖一 : 對穿戴者而言，AR技術可以跳脫螢幕框架，將虛擬訊息融合至現實環境，提供空間資訊與更寫實的運算體驗，視場角（field of view）可以用來表述裝置涵蓋的成像角度範圍，呼應肉眼的視域，是XR眼鏡的重要規格之一。（製圖／CTIMES 2020）

就使用經驗而言，AR技術可以跳脫電腦甚至是手機的螢幕框架，對應虛擬與現實世界中蒐集而來的資訊並進行更深入的分析，進而擴增使用者認知與判斷的準確度與時效性，再借助雲端與邊緣運算平台、人工智慧與機器學習的技術優勢，實現環境感測、影像與語音辨識或校正、資訊HD／3D可視化等新興科技應用。

裝置篇

不同於雲端或邊緣概念針對運算系統優化架構，或是物聯網以將萬物智慧化視為目標，AR技術是站在終端用戶的觀點理解使用需求並開發應用，強化環境、物件與使用者間的互動關係，因此對感測、運算與顯示這三項技術的需求更高，除了各自精進三者的性能與能耗效率，高度整合三者技術優勢的機構與處理架構也會是關鍵。

就現階段發展而言，AR技術正處於開發專用裝置—例如頭戴式眼鏡或抬頭顯示器（head up display；HUD）的起步階段，鎖定的應用市場則是高度專業化的垂直產業，像是工業4.0、軍事、教育或醫療場域的產品操作展示、遠端連線維修等應用。這些場域由於對工作場域的安全性與操作即時性有較嚴苛的要求，因此借助AR眼鏡這類輕便且智慧化的穿戴式處理器，就能有效提升工作效率或產量、減省人力並確保工作安全。

相較來說，嵌入式的AR晶片是目前導入AR技術的主流商用產品選擇，一來，借助其他消費性電子—像是智慧型手機或PC硬體中發展成熟的感測與處理能力，導入AR技術的門檻會相對較低，二來，這些裝置已經累積龐大用戶群體，更有利於推廣AR應用。

因此，AR晶片的目標市場多半還是以連接智慧型手機或PC的消費性應用為主，藉由導入AR處理器擴充其他消費性電子的空間感知與顯示效能，相關功能開發包括例如智慧零售服務、電競、導航或翻譯等。

成長動能最強勁的尤其是行動AR市場，根據市調機構Report Linker今年7月公布的數據，2020年全球行動AR市場市值將達107億美元，歷經疫情刺激，估計至2027年將以55%的年複合成長率（CAGR），達到2306億美元，其中電競應用的成長幅度驚人，達到59.6%，隨後則是行銷應用，CAGR為49.7%。

針對行動AR應用的開發需求，不少科技大廠與新創公司也紛紛推出AR軟體開發套件（SDK）、應用程式介面（API），像是Google ARCore、米菲多媒體MAKAR、Apple ARKit，甚至還有更早就問世的開源開發工具ARToolKit。

AR晶片

支援AR應用的晶片可依功能區分為處理晶片、電源管理晶片、Wi-Fi或藍牙晶片等。其中，最受矚目的就是處理晶片了。目前用於AR應用採用的處理器多半以行動處理器為主，像是高通Snapdragon系列、英特爾Atom系列、德州儀器OMAP，市面上僅有少數晶片開發商推出XR專用開發平台，像是高通XR設計平台，去年更推出支援5G的XR2平台。

其中，低功耗會是首要的設計考量，尤其是AR眼鏡，在無線連接狀態下進行視訊通話、自然語言處理等即時高速運算應用時，電池運作多半只能支援3小時，因此對整天戶外配戴的應用情境來說，低功耗成了裝置規格的基本要求。

AR眼鏡

圖二 : 作為獨立式AR裝置，開發系統輸入輸出、顯示與操作模式成為設計首要難題。圖為主打輕量設計的AR智慧眼鏡新創公司Magic Leap產品應用的情境圖，除了AR眼鏡，六自由度（6 DoF）遙控器也是重要的控制設備。（source；magicleap.com）

目前市場選用的獨立式AR專用裝置採用眼鏡的外型，但也因此在硬體設計、操作模式與應用開發上面臨了不少設計難題，畢竟要跳脫電腦或手機的觀看與操作模式，又要建立與智慧穿戴式裝置不同的市場定位，就必須從輸入輸出、功能定義、作業系統（OS）到系統設計逐一著手，建構出一套異於以往的完整系統，牽涉的開發工作相當複雜，據傳科技大廠Facebook、手機大廠三星、LG以及遊戲大廠Sony也有可能投入戰局，但是產品仍待開發中。

奠基於軍用顯示科技的美國Vuzix、深耕無線模組開發的台灣佐臻，以及電腦列印與影像設備大廠的日本Epson，分別專攻光波導顯示、無線連接與視覺感測元件，這些技術恰巧在AR開發藍圖上構成鼎立的重要節點。

簡言之，處於初期研發階段的AR眼鏡仍在尋找最適化的硬體規格，且顧及消費者的使用偏好與多元的應用情境，還必須考量美觀、低功耗與IP防護設計，甚至就眼鏡的結構設計來說，還必須考量不同使用者配戴的尺寸差異與舒適度，客製化或可調性框架，以及輕量化設計也會是開發要素之一。

技術開發篇

AR技術最大的難題在於將虛擬融入至現實，儘管一方面AR眼鏡也能實現先進顯示器的功能，提供更方便進行資料查找、影音瀏覽與即時通訊的使用者介面，但AR不只是讓資料憑空出現的濾鏡而已，在另一方面，AR技術帶來的革命契機在於其具備擴增使用者在現實感知空間的能力，這也是AR眼鏡與其他智慧穿戴裝置在市場定位方面的差距所在。

AR技術也可以說是視覺資料在虛實環境中重疊的技術，因此以往慣用手機或PC等平面瀏覽模式來獲取的2D或3D資料，在AR裝置上瀏覽都能加上空間維度的可調性與自適性，進一步執行更寫實且快速的模擬、測量、定位或設計等功能。因此，善用機器學習技術來開發圖像與語音識別與模擬的演算法，會是研發AR技術不可或缺的環節。

空間定位

要讓虛擬物件與現實環境融合，判斷的首要關鍵在於空間定位的準確度。以操作物件模型的應用為例，就需要利用平面測定（plane finding）技術來讓觀者目睹物件「落地」，才算是把物件放到現實環境當中。另一方面，室內外導航與定位應用，也需要透過同步定位與建圖（SLAM）技術，才能以裝置內建感測元件來快速整合空間資訊，並運算出裝置使用者在該空間內的位置。

人臉識別

圖三 : 利用機器學習技術，Google開發的AR SDK—Google ARCore可以3D網格準確擷取人臉特徵點。（source：ai.googleblog.com）

AR技術除了增加空間資訊的呈現並融合至現實環境外，人機互動也是增強虛擬物件真實性的要點，透過感測表情甚至是視線變化，互動性導向的應用就能更進一步增加使用者的參與感與臨場感，曾經風靡一時的AR相機軟體就是活脫脫的例子。而人臉識別技術就是增強互動性的一大利器。圖形處理技術龍頭Nvidia便針對AR應用推出強化人臉辨識的SDK，同樣推出AR SDK的科技大廠Google也在Google ARCore最新版本中提供Augmented Faces設計資源，支援前鏡頭，並以3D網格擷取特徵點。

光線與色彩校正

現實中的人或物件在光學、位置、動作或外觀上展現各自的獨特性，但又彼此交互影響，因此在AR應用中感測與識別環境，就必須處理高動態性與差異性。結合機器學習的演算法能夠考量環境光線、周遭物件陰影、遮蔽物等變因，校正虛擬物件成像的色溫、光影，進而融入至投射地點的環境中。

結語

AR技術以現實環境的空間架構為人機介面運作的基礎，將智慧感測、高速運算與無線連接技術整合至AR專用裝置或其他科技產品，展現了開創全新科技應用的革命性潛能，帶領低頭族以更「直觀」的操作方式演變成為「前瞻族」。

除了實現3D顯示與在實體空間中自由配置虛擬視窗位置與大小的功能外，AR技術更能和使用者周圍的環境相互對應並互動。開發智慧演算法就能驅動AR這項革命性技術，完成多元感測資訊的整合並進行精密分析，這也是鑑別AR技術的重要指標。

此外，專用的處理器設計也將成為在市場獨佔頭籌的制勝武器。儘管就終端產品市場競合而言，AR裝置是否能夠取代手機、電腦或電視仍舊未達共識，但可以肯定的是，AR技術將空間資訊整合至人機操作模式，開拓了先進運算體驗的全新思維，未來將掀起的使用者介面革命不禁令人拭目以待。

**刊頭圖（source：immersive-technology.com）