第二章 文獻探討
2.1 擴增實境
2.1.1 擴增實境顯示技術
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2.1.1 擴增實境顯示技術
擴增實境科技是一項視覺增強的技術，所以與顯示技術的關聯性相當大。由 Milgram 等人（1994）與 Vallino（1998）的研究可得知，擴增實境的顯示技術，主 要可分為頭戴式與非頭戴式兩種。
2.1.1.1 頭戴式顯示技術：
頭戴式視訊螢幕顯示方式（Video See-through Head Mount Display）是廣泛應 用於擴增實境的顯示方式。這種顯示方式會在頭戴式顯示器上架設攝影鏡頭與追 蹤器，並將追蹤器所捕獲的資訊，傳達到運算主機，經過運算之後將攝影機所捕 獲之現實影像與電腦所產生之虛擬影像疊合，便可將真實與虛擬畫面組合於同一 平面上呈現給使用者，如圖 2-3 所示。
圖 2-3 頭戴式視訊螢幕顯示器概念圖
（資料來源：Azuma，1997）
頭戴式視訊螢幕顯示有以下特點：（1）方便後製：使用者所看到的真實世界，
是經由攝影機轉錄而成的，所以會以視訊的方式呈現，是屬於轉換過的第二手影
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像，開發者如果有需要，可以任意的對真實世界的影像做不同的處理後，再與虛 擬物件進行疊合。（2）固定焦聚：真實世界的影像經由電腦處理後，會與疊加的 虛擬物件同時顯示在畫面上，所以可以獲得一樣的視覺焦聚，並不會因為真實世 界與虛擬物件的距離不同，而產生兩種不同的焦距差。（3）容易疲勞：利用攝影 機所捕獲的真實世界，影像品質較肉眼所看到的現實世界低上許多，疊加上虛擬 影像後容易顯得不真實，且電子螢幕的顯示方式，在長時間使用後容易造成眼睛 疲勞。
頭戴式光學投射顯示方式（Optical see-through Head Mount Display）則可讓使 用者透過鏡片直接看到真實的環境，同時在鏡面上投射出虛擬的物件。搭配上追 蹤器，可取得使用者所面對的方位資訊，將虛擬物件疊合在正確的位置，如圖 2-4 所示。
圖 2-4 頭戴式光學投射顯示器概念圖
（資料來源：Azuma，1997）
頭戴式光學投射顯示有以下特點：（1）未經壓縮的影像品質：使用者可以透 過光學鏡片看到清晰的真實世界，所以真實世界的影像品質並不會因攝影機的壓
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縮而改變，使用者可以看到較為自然的真實世界影像，提高可視性。（2）透明狀 的虛擬物件：虛擬物件是以投影的方式，直接投射在光學鏡片上，所以會呈現透 明狀，無法完全的將真實世界遮蓋，所以真實世界與虛擬的影像會混合在一起顯 示，容易造成使用者的視覺混亂。（3）前後不同的焦聚差：真實與虛擬物件並不 是顯示在同一平面上，虛擬的物件因為投射於鏡片上，會獲得較近的焦距，而透 過鏡片所看出去的現實世界，會聚焦在較遠的位置，所以使用者眼睛需要在這兩 種焦距間不斷轉換，長期使用同樣會造成眼睛疲勞。
關於頭戴式顯示技術的未來發展，目前華盛頓大學（University of Washington）
一組研究團隊正在開發一款能將影像直接投射到視網膜上的隱形眼鏡，見圖 2-5。
華盛頓大學研究員 Parviz 表示，此裝置希望能夠將清晰的影像浮現在使用者眼前 50 公分至 1 公尺處（Venkatraman, 2009）。這對於頭戴式顯示裝置將是一大革命，
大大提升其應用性與便利性。研究人員也提到未來可能的應用，例如使用者聆聽 外 語 演 講 時 ， 就 可 透 過 隱 形 眼 鏡 看 到 所 投 射 出 的 ， 即 時 擴 增 實 境 字 幕 翻 譯
（Venkatraman, 2009）。
圖 2-5 投射式隱形眼鏡示意圖
（資料來源： Venkatraman，2009）
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2.1.1.2 非頭戴式的顯示裝置
基於視訊螢幕的擴增實境顯示技術（Monitor-based Augmented Reality Display）
與頭戴式視訊螢幕顯示方式的原理大致相同，都是透過攝影機擷取影像後，將轉 錄過的影像顯示在電子螢幕上，與頭戴式視訊螢幕顯示方式較為不同的是，基於 視訊螢幕的顯示技術並非將眼鏡型的電子螢幕直接戴在頭上，而是將真實與虛擬 疊合後的視訊影像，顯示在大型電腦螢幕上，算是一種較為普及的顯示系統，使 用者不需穿戴昂貴的設備，大大減輕了使用者的負擔。近年來隨著智慧型手機與 平板電腦等硬體裝置的不斷提升，許多擴增實境的應用平台，將逐漸從電腦螢幕 移植到行動裝置的螢幕上，因為行動裝置可提供比電腦更高的機動性與互動性，
藉由行動裝置內建的感測器，可提供更多元的擴增實境應用。
關於非頭戴式顯示技術之未來發展，目前已有廠商開發出一種不需要借助於 3D 立體眼鏡的 3D 立體顯示技術。使用者可以直接在螢幕上看見突出的 3D 影像（特 別是液晶螢幕），見圖 2-6。以液晶顯示器為平台，「裸眼 3D 立體顯示技術」可以 與非頭戴式擴增實境技術結合，提升視覺效果，更可將裸眼 3D 擴增實境影像，應 用於教育、娛樂、商品展示、科學研究等用途。
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圖 2-6 裸眼 3D 立體顯示技術示意圖
（資料來源：愛爾得資訊股份有限公司網頁）
另一項是透明面板的發明，三星電子（Samsung Electronics）在「SID 2010」
發表了透過螢幕可以看到其後方真實世界的液晶面板。三星電子在面板的後面放 置了酒瓶、酒杯等透明度較高的物體，都可一覽無遺，可見其面板透射率之高。
飛利浦公司正在研發新的透明 OLED 面板技術。飛利浦公司表示，在未來 3～5 年，
透明 OLED 面板就會在市場中出現。
應用透明面板，未來行動裝置就可以不必再透過後方攝影機擷取現實世界的 影像，使用者大可直接透過面板看到後方真實世界，這對於擴增實境的可視性幫 助相當大，也大大的減輕了行動裝置運算效能的負擔，應用上也將更為靈活，使
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用者拿著透明面板就可以直接選擇現實世界中的物件進行擴增實境的互動。以下 圖 2-7、2-8 為 Windows Phone 透明概念手機的應用情境：
圖 2-7 透明面板顯示手機相關資訊
（資料來源：mikiy2056，2010）
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圖 2-8 透明面板情境展示應用
（資料來源：mikiy2056，2010）
第三項是全像術（Holography），Holo 在希臘文中意思為「全部」，gram 是「圖 樣」或「影像」的意思，Holography 代表完全的影像技術（張庭樵，2009）。全像 術是利用光學原理，在特殊的立體鏡片上形成 3D 立體影像，不受限於傳統螢幕的 顯像方式，僅能在 2D 表面上通過透視、陰影等效果實現立體感，全像術是真正呈 現 360 度的 3D 影像，觀眾從任何角度觀看影像皆不會失真（Emily，2010）。全像 術還有其他令人驚訝的特質，如果把一張完整的全像圖分成兩半，則每一半都可
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以呈現完整的全像圖。如果使用放大鏡觀看全像圖，就可以呈現真人大小的真實 影像。全像術整體的發展，已由傳統靜態型式的全像片（例如：證件、鈔票與信 用卡上的雷射防偽標籤），發展至今日具有動態性（dynamic）、即時性（real-time）
和體積性（volume）的全像（張庭樵，2009），目前已有廠商應用於大型的表演舞 台，見圖 2-9。雖然目前的全像術大多是在大型投影裝置的環境下完成，但目前已 有廠商開發了「雷射微型投影機」，雷射微型投影機最高可支援 1080P（1920 x 1080 畫素）的 Full HD 影像，它結合了三個獨立雷射驅動器於一身，體積大幅縮減 75%，
耗電量也減少了 30%，相當適用於以電池作為電源的小型消費電子產品（例如：
智慧型手機、數位相機/數位攝錄影機、可攜式多媒體播放器、行動運算裝置、數 位相框）（賴宏昌，2009），見圖 2-10。未來若能將「全像術」與「雷射微型投影 機」相結合，使用者利用手持裝置，就能在現實環境中直接看到等身大小的虛擬 影像，且不需再受限於手持裝置上的螢幕尺寸，作更為真實且直覺的互動。
圖 2- 9 應用全像術的「液態空間」時裝秀
（資料來源：張庭樵，2009）
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圖 2-10 內建微型投影機的智慧型手機
（資料來源：Engadget）