假作真時真亦假──虛擬實境

 如果，預售屋工地沒有樣品屋、家具行沒有櫥櫃桌椅、汽車經銷站沒有展售車，顧客推開門，印入眼簾的卻是一台超級電腦，那會是什麼樣的情景？

這並不全是科幻小說中天馬行空的幻想。至少在日本的新宿，開發現代電腦虛擬實境技術的先驅之一──美國ＶＰＬ公司，就已經為松下電器公司設計一套展售廚具的「模擬餐廳」。

根據《模擬真實》一書的描述，消費者只消戴上特製的眼鏡和手套，便感覺置身餐廳內，並能依照個人喜好改變裝潢。可以「開門、搬移複雜的東西，打開水龍頭，甚至於打破一個杯子，就好像顧客在親自設計廚房一樣。」

在台灣才剛下片的美國電影《未來終結者∥》，就是以虛擬實境為主題，大膽想像這項新興科技對人類未來的影響。（春暉影業提供）

幾近真實的存在

Virtual Reality的原意，即是「幾近真實的存在」。綜合視覺、聽覺、觸覺等感官認知模式的模擬，隔絕來自真實世界的訊息，讓使用者「融入」，彷彿置身於電腦虛構的空間，並能與環境中的人或物體動手動腳地互動溝通，就是ＶＲ科技的精髓。

要達到「進入」立體環境、並與周遭事物即時互動的效果，就得靠各種與人類感官接觸呼應的ＶＲ科技週邊產品。

例如追蹤使用者位置和手部動作的感應器、資料手套，可上下左右移動的三度空間滑鼠，計算和輸出視覺影像的頭戴型顯示器（簡稱ＨＭＤ），可改變音源的耳機及隔開兩眼焦點造成三度空間錯覺的立體眼鏡、甚至傳達疼痛、冷熱觸覺的力回饋背心……等，都是已開發出來的輸出入週邊配備。而新產品也不斷被推出，朝更好的融入效果邁進。

除了上述立體的虛擬實境系統以外，執個人電腦軟體牛耳的微軟公司也致力朝電腦虛擬桌面的方向整合。淡江大學資訊工程學系副教授黃俊堯說，未來螢幕上各個視窗可以並存，雖然使用者並沒有融入畫面的感覺，卻好像把所有資料一起攤在一個無限大的桌面，這就是所謂桌上型虛擬實境。

黃俊堯同時也提及另一種廣為應用的平面式虛擬實境系統。這種技術也不需要使用特殊的輸出入裝置，來遮蔽人類對外界的感知，而是透過攝影機以所謂的「藍板技術」，將拍攝到的使用者影像與電腦產生的虛擬世界影像合成，人們便可看到自己在其中的活動，國內三家電視台的氣象節目就是其中的一項運用。

呈現在螢光幕上的畫面，是播報員站在大型氣象圖前解說，實際上在攝影棚內，播報員的背後僅是一幅藍色布幕，只不過透過影像合成技術，將兩者「鑲嵌」在一起罷了。

熊博士科幻館看好國內娛樂市場的潛力，今年起自國外引進VR大型電玩機，其中「太空爭霸戰」模擬駕駛太空船執行任務，頗受歡迎。（熊博士科幻館提供） 

導演的狂想

ＶＲ觀念的成形，不但可溯源至電腦才推出不久、還是龐然巨物之時，而且一開始跟電腦科技沒有什麼關係。

三十幾年前，有一位美國導演兼攝影師摩頓•荷林，受到立體電影的啟發，提出融視、聽、嗅、觸覺於一爐的夢幻電影院的「狂想」，聲稱將會讓進場的觀眾享受全面而真實的感官刺激。就在他的巧思巧手下，第一部「身歷聲、光、味、觸」的電影於是誕生，叫做「Sensorama Simulator」。

在《Virtual Reality Technology》書中，對這座還得到專利登記的「單人電影院」有一段細膩的描述：荷林設計的情境，是模擬一趟紐約的摩托車之旅。「騎士」可以感覺到撲面而來的「涼風」（其實是由一台靠近頭部的小型電風扇製造的效果）；碾過地上的凹洞時，座椅還會往下一沈而「震動」；甚至經過一家食品店時，還有陣陣「香味」傳到鼻端呢。

在這座先進的電影院中，使用者只是被動地可以感覺置身於設計者製作的情節，但無法和周遭環境互動，荷林的構想，後來並未普及。而資訊界卻在不久後出現有關ＶＲ技術的研究論文。作者伊凡•蘇瑟蘭隨即在一九六九年到一九七○年間，結合理論和實務，發明第一個頭戴型立體顯示器，虛擬實境的現代技術從此開展。

艾生科技正在籌設區域性電玩連鎖俱樂部「遊戲共和國」，藉此推廣自製的VR遊戲軟體。（張良綱攝） 

使用ＶＲ翱翔天空

航行家電腦公司市場部經理曾木群說，在一九八○年代，由於美國軍方和太空總署的投入，使ＶＲ的應用朝向飛行模擬器發展。他們著眼於降低飛行訓練的風險，藉由視景的對應，訓練人員在操作過程中從箱型機艙看「窗外」，就會有如同在天空翻飛起伏的感覺。其中的三度空間（簡稱三Ｄ）繪圖，就是ＶＲ的重點技術之一。

但「隨著冷戰結束，美國軍事預算大幅削減，這些廠商和研究單位只好另謀出路，因而將技術帶到民間。」曾木群提出自己的觀察。

目前民航機的訓練都已採用飛行模擬器，而美國波音等公司更上層樓，將ＶＲ科技應用到飛機的設計。一般飛機在量產以前，都必須先製作與成品同比例大小的原型機，在風洞進行各種測試，但最近該公司推出的七七七客機卻成功地打破了這個慣例。

波音公司累積長期飛機製造技術，並移植波音實驗室專為太空總署設計太空梭、太空站的經驗，首度嘗試將設計圖輸入電腦，以虛擬實境技術進行試驗的流程。飛行員不必駕著原型機試飛，而是在模擬機艙中，根據電腦設定的天候狀況操作反應。

當這部沒有「試飛」就直接量產的飛機問世後，許多人都抱持著懷疑的態度，甚至當正式飛行後傳出發現瑕疵的消息時，輿論都為之嘩然。不過，最後證實原因是機門鬆動，並不影響飛安。同時，整個過程從草圖到正式量產僅花了不到原先一半的時間，大大提高了生產效率。

（上、下）VR科技目前在娛樂領域的發展最為蓬勃。在百貨公司的大型遊樂場中都是熱門項目，但專家對於虛擬實境遊戲的安全性仍然有所保留。（林盟山）

救命的技術

自從美國ＶＰＬ公司接受太空總署的委託製作資料手套的消息曝光後，各大媒體如「華爾街日報」、「時代」雜誌等，都看好這項科技對人類生活的影響而競相報導。究竟它的魅力何在？而虛擬實境在國外的應用，又已經發展到什麼程度？在國內從事ＶＲ系統整合設計的黃俊堯強調，ＶＲ的應用無所不包，但最重要的是「拿來救人命！」

瑞典Volvo汽車有獨步全球的防側撞氣囊，就是因為在設計階段，先以ＶＲ模擬各種汽車失事的可能狀況，而研發出來保障駕駛人的安全配備。

醫療領域是另一個虛擬實境發揮的舞台，。根據民生報一篇譯自美國「奧祕雜誌」的報導，美國心理學家藍森，可能是全球首度使用虛擬實境技術進行懼高症臨床研究的精神治療師。他請加州紅木Division公司專為患者設計一套治療軟體，內容模擬高處景觀，「從一處餐廳開始，穿過門口，踏進一處高起的房舍中庭，走到有幾層樓高的狹窄厚板，最後到達一座吊橋，橋下有大片的河水」。

三十六個患者在測試時，「甚至會怕得晃動，有時他們會覺得頭暈，伸手想抓東西。」但是三個月後，「百分之九十一的受試者達到藍森所設定的目標：敢乘坐透明玻璃的電梯，到十五層樓高。」因為，虛擬實境所創造的接近真實卻非實際的環境，可以減少病人的壓力，從而願意面對而克服恐懼。

有了這次經驗，藍森計劃進一步採用ＶＲ來治療幽閉恐懼症和廣場恐懼症的病患。

在需要反覆操作的教育訓練方面，虛擬實境技術也是好幫手。黃俊堯在一篇談虛擬實境技術的講義中提到，今日醫學界也已經採用「虛擬微型手術系統」從事「內視鏡手術」的模擬，讓新進的醫師可以迅速安全地熟悉手術操作，而無需在病人身上實習。

ＶＲ技術研發者也正在結合電傳存在（telepresence）等通訊技術，讓使用者可以置身在甲地，卻能看到遠距離乙地的景物，並即時操縱乙地的機器。這樣一來，醫生不必親自抵達戰區，也能遙控機械手臂、在電腦呈現的虛擬實境中為傷兵開刀治療；而許多危險的任務，也不必由人類親自去執行。

例如美國正在進行北極海古生物遺骸的調查計畫，就是以遙控潛水艇的方式，將所拍得的影像即時透過衛星傳回太空總署，再與頭盔顯示器連線，研究人員就可以輕鬆地「潛入」海底世界進行探勘和搜尋。

飛行模擬器下方的油壓系統，可根據電腦資料製造各種天候下的飛行狀況，讓駕駛員熟悉可能遇到的危險。（長榮航空提供） 

人人皆可開戰機

實際上，這些在軍事、教育、醫療等領域的應用，只能說是虛擬實境技術發展較快速的部份，但以ＶＲ實用的廣大範圍而言，大多數的研究仍處於實驗室階段，距離實地運用於人類生活還十分遙遠。

一方面因為應用領域的拓展牽涉到跨科際合作的問題，資源整合不易；而另一方面，現階段虛擬實境的技術仍如工研院電腦與通訊工業研究所虛擬實境計劃主持人沈立勝形容的，有「一籮筐的問題」。主要癥結仍在於成本過高和技術不夠成熟，以致於無法把所欲模擬的環境做得惟妙惟肖，許多想利用此技術行銷或教育訓練的工商業界也因而卻步不前。

例如松下電器買來做房屋建築設計的Division Pixel-planes 6，要價美金一百萬；但是以繪圖技術而言，Pixel-planes 6每秒只能畫出五百萬個多邊形構成的畫面，距離人眼習慣的八十億個小點所組成的真實景象還有一段漫長的道路。

在人人對ＶＲ高度好奇，但實際運用卻未臻善境的狀況下，廠商不約而同地看好技術層次要求不高的電玩遊戲，做為切入市場的先鋒。曾木群舉例，以製造飛機著稱的洛克希德公司，就和生產模擬器的馬丁公司合併，生產ＶＲ遊戲機。而美國知名的遊樂中心FighterTown，可讓玩家駕駛簡化儀表的F-14 Tomcat、F-16 Falcon等飛行模擬器，進行作戰、出擊、單機纏鬥的任務，過足開戰機的癮。

根據美國第四波公司的估計，從一九九四年到九八年，四年之間，ＶＲ全球市場中百分之六十七是娛樂用途。而到了公元兩千年，就會突破十億美元。

與實際無異的儀表、搭配立體的三度空間繪圖，猛然一看，還真的難以分辨是真實還是模擬飛行。（長榮航空提供） 

吹入國內

根據國內整合虛擬實境相關資源的工研院電通所的資料，全世界已有超過十七個國家、兩百多個研究單位投入研發ＶＲ，在美國、歐洲、日本等國都列為重點科技。而隨著科技人才學成歸國，這股風潮也在數年間迅速席捲台灣資訊界。

其實，早在民國七十八年，國內軍方研發製造ＩＤＦ戰機的航發中心，便已捷足先登，自國外引進飛行模擬器用於測試和訓練。隨後，華航、長榮航空等民航機構，也相繼跟進。

另外，交通部也在國立海洋大學設立操船模擬機室，就各種海上航行的狀況，訓練學員航海與操船的技術。而這套電腦系統的資料輸入週邊設備，還可用來模擬建立新海域、新港灣等，並可事先測試、修正設計。

從船長轉任海洋大學航海技術系講師張石煜一談起這些港口，便如數家珍。台塑麥寮的填海造陸計畫、基隆新港的擴建，以及進行中的台中港堤岸設計等，都是經由這套設備「催生」的。

不過，國內真正從事虛擬實境技術研發的，仍屬學術單位，及資策會、工研院、中研院等機構，目前大約有十多個有關ＶＲ的研究計畫正在進行。

透過與網路的連結，足不出戶便可以逛街購物，將不再是遙不可及的夢想，但可能成為荷包惡夢。（卜華志攝） 

兵不血刃

在應用技術方面，黃俊堯在淡江大學進行分散互動式模擬網路系統（簡稱ＤＩＳ），也就是將「數個虛擬實境系統串在一起來創造一個更大型的虛擬環境，使得每個使用者皆可察覺到其他使用者的存在，並產生互動的關係。」

目前美國已採行ＤＩＳ做團體軍事訓練，而黃俊堯則著重在飛行模擬的應用。當使用者在ＶＲ中駕著飛機翱翔時，將不再感到孤單，因為隨時會與其他使用者相遇，更進一步延伸，還能從事團隊的任務訓練和戰爭演習呢。

記得春秋戰國時代墨子與公輸般的工程防禦故事嗎？在代表小國宋國的墨子面前，大國楚國的巧匠公輸般拿出雲梯攻擊演練，墨子則不慌不忙地解下腰帶做為城池應戰，並從竹簡拆下竹片象徵武器。公輸般攻了九次，墨子成功地防守了九次，最後楚國不得不打消進佔宋國的念頭。

從理論上來看，我國空軍若能掌握中國大陸空軍戰備狀況，或許可利用ＶＲ做一場「實況戰爭」演習。甚至，如果對峙的兩軍皆以ＶＲ模擬作戰的話，可能未來的世界就如同兩千年前戰國時代的這段歷史般，能兵不血刃地比劃武力了。

回到現實面，ＶＲ有些應用領域，將有可能在更短的時間、更直接地影響人們的生活。去年，有國內資訊廠商自國外進口「虛擬實境製作大師」Superscape，使用這套現成的設計工具，就不必再費心寫程式自行建立ＶＲ系統。英德利公司產品專員許任勝說，市場的反應相當熱烈，推出不到一年的時間，已賣出十幾套。

中興大學園藝研究所景觀暨造園研究室的一位研究生，為了撰寫〈植栽空間序列對情緒體驗與偏好影響之研究〉報告，利用這套軟體進行動畫的模擬，並在資訊展中當場對參觀者抽樣調查，請他們戴上頭盔親自「走一遭」，體會哪種樹木栽種的設計感覺最舒服。

而清大工業工程系的學生也在指導老師王茂駿的研究興趣下，利用這套軟體，嘗試於ＶＲ的作業環境中，發展人工物料搬運作業的自動評估軟體，計算在各種條件下，人體所能承受的工作負荷量。

潛力無限

ＶＲ的吸引力不同凡響──黃俊堯半開玩笑地說，現在申請研究經費，計畫名稱非得順應潮流加上「虛擬實境」四個字，才比較容易爭取得到。不過，他坦白表示，國內的相關系統研究，「仍然在起步階段。」

然而，在整體技術水準落後國外的情況下，台灣要急起直追談何容易，有發展的利基嗎？

截至目前為止，全球涉足虛擬實境的廠商規模，並沒有「龍頭老大」，而且大部份以昂貴的工作站級產品為主，尚未深入家用市場，也沒有形成「虛擬實境產業」。負責國內虛擬實境產業聯盟事宜的產業科技研發推動辦公室主任陳偉儀認為，這對於擁有雄厚個人電腦和積體電路基礎的台灣而言，如果藉機發展ＶＲ核心技術及周邊設備，不但可以促進國內產業升級，而且以台灣量產規模，也可以壓低現在過於高昂的製造成本。

參照國外經驗，產業聯盟也選擇以電玩作為市場切入點。沈立勝在一篇報告〈虛擬實境技術發展策略〉中指出，從娛樂切入市場只是初期策略，預計在九八年將應用領域推廣到教育、訓練及醫療等較高的技術層次，至公元兩千年，核心技術應可達到成熟的階段，屆時不愁沒有市場。

影響健康？

然而，當國內資訊界對於這項新興科技寄予厚望時，也不能忽略它在國外已經發生的負面影響，以作為發展的借鏡。

其中一項引起廣泛討論並迫切需要解決的是ＶＲ對使用者健康的影響。英國愛丁堡大學就曾發表過ＨＭＤ對眼睛將造成壓力的研究，結果登上了當日報紙的頭條新聞。Vir-tuality於是放棄立體顯像的效果，將ＨＭＤ左右兩個代替雙眼的放映機改為單格。

《模擬真實》的作者也提出質疑，「（頭盔）重量會導致頸部受傷嗎？太靠近ＬＣＤ（液晶顯像器）會不會傷眼睛呢？目前已知若眼睛長期未能接觸真實世界，會產生頭暈，這會引發中耳連鎖反應，形成暈車暈船的感覺。」

由於目前視覺的技術層次還做不到即時反應，往往視線已經轉動三十度，但電腦還來不及計算出對應的圖像。因此專家也建議，每次戴頭盔的時間最好不超過一小時，以免對神經系統造成無法恢復正常的干擾。

此外，從模擬空間回到真實世界，也會產生時間差，這在國內也已經得到印證。熊博士科幻館是目前獨家代理大型虛擬實境電玩機的廠商，經理張定湖說，曾有顧客以為自己在遊戲中已經玩了半小時，實際上，「才只有三分鐘。」

私奔桃花源

對ＶＲ發展樂觀的人曾經大膽臆測：未來伴隨虛擬實境技術的普及，人們甚至可以足不出戶，就能「虛擬」逛街、旅遊，甚至和電腦「模擬做愛」，滿足性幻想。而現有通勤的工作、教育型態也將因ＶＲ被顛覆，城市機能隨之崩潰。因應家庭成為個人主要活動場所的新生活形態，最興盛的行業，可能是一個指令就將各種生活必需品送上門來的外賣！

然而，即使最後證明ＶＲ對人體無害，模擬真實的威力是否真如預言，強大到足以全面替代真實？多數專家仍持保留的態度。飛行模擬器即使逼真，目的還是為實際操作做準備，而目前電視購物或郵購引發的廣告與實物落差的問題，都還層出不窮，短期內無法百分之百擬真的ＶＲ促銷方式，當然更可能面臨相同的挑戰。

然而，這些技術上的瓶頸、困境，都不足影響人們對虛擬實境的嚮往。沈立勝在「今日美國」日報蒐集到一則有趣的報導，標題為〈在超空間中定情──虛擬實境結婚典禮〉。

近來美國高科技公司運用了虛擬實境的方式重建傳說中的「亞特蘭提斯──失落的大陸」。一對原本打算私奔的情人在朋友的建議下，決定到洛杉磯一家遊樂場，在這塊電腦虛構的大陸舉行首次虛擬實境婚禮。對他們而言，這也可算達成私奔的目的，雖然實際上是奔向一個幻境。

新郎新娘戴著頭盔顯像器，手上的控制器則讓電腦可以對應他們移動的相對位置，及時在螢幕中顯示，並將婚禮進行的實況同步投射在身後三個超大電視。在旁觀禮的三百多人，只見新人乘著四輪馬車穿過狹長的甬道，停在宮殿門口，然後攜手走向牧師所在的聖壇立誓並接受祝福。

「當然，交換戒指還是得回到現實的，」沈立勝一笑，做為「虛擬實境不可完全替代現實」的最佳註解。