体感科技发烧，体验3D再进化！　 　文／陈帝鸿 只要在空中动一动手指，不需要接触电脑萤幕，就可以将萤幕上的照片局部放大；不需要 透过遥控器，只要将右手在空中一挥，就可以让家中的电视转台；只要将微型雷射投影模 组插到手机上，就可以用雷射投影出刚刚用手机拍摄的照片；家中的玻璃，可以随着日出 日落，任意改变颜色，并且阻挡眼睛看不到的热源波长区。 　以上种种情境，并不是痴人说梦，在工研院2010年底的南分院创新技术联合发表会上， 这些听起来不可思议的想法，都是已经可以付诸实现的尖端科技。尤其当前正夯的体感科 技，开始从目前应用於数位电子游戏，延伸到更多新的领域，不用实体控制器，只要透过 手势、身形或是声音，就可以用感应的方式来进行操控。而工研院发展的数项新技术，正 是这些热门应用面背後的推手。 　事实上，工研院不但是带动创新研发与经济发展的研发中心，也针对南部产业属性，透 过研发、技术整合与人力支援等能量，带动社区与其他产业整体发展，透过这股「南风」 ，带来持续不断的创新研发，为国内产业开创出下一波经济发展的优势与契机。 　工研院院长徐爵民表示：「由於全球化竞争以及新兴市场的低价威胁，国内产业普遍面 临转型和升级的挑战。五年前工研院成立南分院，配合国家发展政策订定研发方向，希望 能做到南部产业的开路先锋，促进产业升级。」他期许五岁的南分院成为南部产业科技的 後盾，面对全球化的竞争与国际情势的挑战，能持续发挥就近辅导的功效，为产业开拓新 机会与新未来。 　经济部2011年的施政主轴是「创新经济，乐活台湾」，希望用创新开放的思维开展经济 动能，将2011年定调为「创新经济启动年」，莅临创新技术联合发表会的经济部技术处简 任技正王永妙指出，「工研院南分院五年有成，透过工研院和经济部的科技专案，强化产 业服务，持续在中部、南部和东部进行技术扩散，协助厂商或产业，有效运用工研院的研 发能量，带动地方的产业发展。」 　工研院南分院执行长蔡新源也表示：「度过经济不景气，南台湾产业展现的韧性，恰与 同仁在这块土地耕耘的精神相同。经过五年的努力，工研院南分院与南部产业已有紧密的 互动。从研发技术创新，到深耕区域产业服务、经营产业联盟、促进技术精密群聚、协助 产业筹组研发联盟，我们看到地方产业的无限可能。」他冀望未来能够持续朝「连结、创 新、带动新风潮」的策略努力，这也是工研院南分院的特色；相信在不断的累积之下，能 够将其塑造为台湾独特的研究中心，带动创新研发与经济发展。 　在这次的盛会中，光是报名参与的人数就多达近千人，包括产业界人士与学校师生都积 极参与，在现场形成热烈的「市集」气氛，也见证了工研院正以所独具的热情基因与活力 ，在台湾南部热烈绽放出令人惊艳的未来智慧生活新科技。 ◎空间手势辨识与追踪系统 　只要在空中动一动手指，不需要接触电脑萤幕，就可以将萤幕上的照片给局部放大？没 错！工研院南分院微系统科技中心所开发的空间手势辨识与追踪系统，正是利用独创的多 点空间追迹演算法与手势辨识技术，突破传统接触式的触控萤幕操作，使用者只要在左右 手分别戴上手势辨识模组，透过RF无线传输模组的传送和接收，就可以在空中进行多点操 作与多样化动作输入辨识，并应用至各种不同的操作介面环境。 　过去的「3D飞鼠」，只能辨识身体动作；但微系统科技中心这套空间手势辨识与追踪系 统，目前在追迹和整合技术上都有了突破，已经可以辨识10根手指的细微动作，并可辨识 超过12种以上的手势动作，支援单人或多人同时操作，也不会受到光线明暗的影响而产生 误差，相当不容易。 　由於辨识能力可以细节到手指，所以更方便使用者进行图片翻转，或将图片上的某一特 定区域放大和缩小，可以应用至Windows Media Center、Set Top Box、多人会议简报系 统、家庭休闲娱乐系统、体感游戏、多点操作介面等各种领域。 ◎Smart TV手势互动操作介面 　丢掉遥控器的时代来了！在Microsoft Kinect与Smart TV的趋势带动下，深度摄影机（ Depth Camera）将成为下一波人机介面的主流。工研院南分院人机互动科技中心所研发的 手势互动操作介面，使用者不需要配戴任何感测元件，就能够透过挥手、转动手臂等几个 非接触式的简单动作，就可以遥控家中的Smart TV，浏览多种数位内容。 　目前系统所设定的是单人使用情境，因此系统会以最靠近深度摄影机的使用者之动作为 准，结合双眼深度运算技术、肢体动作辨识技术、即时手部侦测机制，提供类似电影《关 键报告》（Minority Report）中的非接触控制。目前活动距离为距离萤幕1.5至2.5公尺 ，可辨识13个肢体关节点，深度估算速度达30fps。 　由於目前系统仅能辨识摆动双手、左右倾斜等肢体动作，辨识范围只有到「手掌」，只 能应付简单的基本操作；人机互动科技中心的下一步，是要将辨识范围进一步提升到层次 更丰富的「手指」，才能应付Smart TV所提供的复杂功能操作。包括3D体感游戏产业、3D 多媒体产业导览装置、3D互动教学与互动复健、NB互动控制等领域，都能够因此受惠。 ◎3D动作感知技术 　3D互动技术突破了现有3D技术仅运用在视觉呈现上的藩篱，再进一步迈向「与3D互动」 的新境界。该技术是由工研院南分院人机互动科技中心，结合能够辨识立体深度的深度摄 影机IS eYe，以及三维影像深度辨识技术，所研发出来的3D动作感知系统，使体感科技再 进化。使用者不需要配戴任何感测元件，只要挥挥手就可以与萤幕中的3D立体影像互动。 　由人机互动科技中心所研发的IS eYe，利用一组网路摄影机，搭配自行研发的後端运算 系统，除了撷取平面的X、Y轴动作，还进一步撷取深度立体感的Z轴动作，成功克服光线 不足、背景近似，或背景干扰等状况下所产生的误判状况，因此在单人操控模式下，可以 有效分隔玩家与流动背景之间的距离关系，以确保游戏控制的正确无误。在多人多点操控 下，则可以有效探测距离摄影机较近的多个凸点，也能有效过滤凸点以外的流动背景。 　不同於一般3D电视或3D投影，只能单向播放3D立体内容，南分院的3D体感应用系统，可 即时分析出影像画面中的Z轴深度，透过3D内容的3D显示，让使用者可以淩空碰触3D空间 中不同位置的物件，体验与3D虚拟内容进行双向互动的乐趣。 　好比以3D萤幕呈现的虚拟狗狗，参观者只要戴上3D眼镜，伸出右手，虚拟狗狗就会吐舌 头，让参观者感觉自己的手，好似是真的碰触到了虚拟狗狗，虚拟狗狗也以吐舌头动作回 馈给参观者，达到最身历其境的互动感受。 ◎扩增实境引擎技术 　所谓的扩增实境（AR，Augmented Reality），是以虚拟实境（VR，Virtual Reality） 为出发的新互动技术，指的是将数位资讯或图像，重叠在真实世界的实像或实物上，创造 出真实与虚拟融合的互动方式。 　工研院南分院人机互动科技中心所研发的扩增实境引擎技术，结合了图像辨识系统与3D 绘图引擎，以简单的摄影机，捕捉特定的二维影像；当所设定好的图形，出现在镜头前面 时，系统就会在萤幕上出现与其对应的特定虚拟影像。 　好比说，只要把特定的图卡放在镜头前面，萤幕里就会有特定的3D数位元影像，重叠在 卡片上。假使图卡是乐高玩具包装盒上的一个特定图样，系统就会在萤幕上以3D数位元影 像，呈现盒子里面的玩具组合好的样子。在零售服务方面的应用，可以说商机无限。 　目前南分院的扩增实境引擎技术，可以支援10种以上的任意图样识别，每个图样追踪误 差在5公分以内，旋转图样在40度以内就可以正确定位辨别，遮蔽图样30％以内也可正确 定位辨识。 　目前扩增实境的应用已愈来愈广，从电玩游戏、电影广告、棒球卡、探险类玩具，到博 物馆导览、展场加值服务、虚拟操作、数位教学、行动化资讯导览等，都是可发展的领域 。这种不需要键盘与滑鼠，就能操控虚拟实境物件的直觉性操纵方式，使以往我们只能在 科幻电影中看到的情节，不再只是个不能实现的梦。 ◎Android车载娱乐服务平台 　工研院南分院家庭网路科技中心率先推出於车载平台上，实现Android 2.2系统的「 Android车载娱乐服务平台」，让车辆成为网际网路的一个行动终端系统，可以在行车过 程中提供驾驶人与乘客各式各样的资讯服务。 　Android车载娱乐服务平台，具备稳定度高、省电、可移动、易扩充等优点，支援包括 ARM/X86/SuperH在内的所有车用系统，并具备智慧化异质网路管理功能。因其支援 ADSL/WiFi/3.5G多工换手，以及媒体导向系统传输（MOST，Media Oriented Systems Transport）与Ethernet/MOST/WiFi网路分享，因此在对外通讯方面，可以做到多工备援 设计，在对内通讯方面，可以做到通讯频宽资源分享。 　若应用於游览车情境，乘客将拥有个人专属独立随选影音娱乐与上网频道，可以进行无 线上网与线上交易等活动；驾驶人则可以透过系统得到即时路况分析规划、卫星导航服务 、行车记录、车队管理等功能。 　更重要的是，Android系统车载服务平台可以使用Google所提供的强大应用服务，包括 知名的Google Map、Google Talk及Google Market，还有Google Maps Navigation等。 　可以想见的是，未来家中轿车的车载机上，不再是只能听收音机或看数位电视，而是可 以连上网路，看到线上的即时交通路况，或者是看Youtube影片，达到「无所不在」的宽 频最佳化应用。 　过去由於车用系统市场较为封闭，台湾厂商要切入汽车产业供应链的难度，也相对较高 ；但Android系统却承袭Linux开放原始码的观念，成为开放式架构的车载平台，对台湾厂 商来说，正是千载难逢的好机会。过去台湾的资通讯技术能力一向居领先地位，若台湾厂 商专注於Android开放平台的研发，未来要切入汽车产业供应链，将指日可待。 ◎智慧导游服务系统 　工研院南分院家庭网路科技中心所研发的智慧导游服务系统，是应用新世代资通讯（ ICT）科技，以「城市博物馆」概念，串连在地观光产业及深度旅游资讯，提供游客个人 化的即时旅游服务为目的。目前已应用於南投埔里智慧小镇、台东知本温泉与台南安平古 堡旅游区等特色景点，高雄旗津商圈也正在规划中。 　智慧导游服务系统结合Web Portal、Kiosk与手持导览机，提供旅游食、衣、住、行、 育乐资讯与服务，不但提供多语言导览资讯、客制化地图、公车路线导引，还能主动进行 上下车提醒，并即时提供在地商家促销与优惠资讯，并兼具多景点行程规划与导引、卫星 导航等功能。 　以台南安平古堡旅游区为例，有了智慧导游服务系统，游客不再需要随身携带纸本旅游 书或由网路上列印下来的资讯，只要至安平旅游资讯中心免费租借手持智慧导览机，包括 公车路线、在地美食小吃、多景点行程规划、导航资讯、即时活动通知等服务，通通可以 「一机到位」，得到全方位满足。 　智慧导览机还提供QR Code二维条码语音服务，只要将导览机对准安平悠游解说牌上的 QR Code二维条码，系统会即时自动进行语音导览介绍。 　目前智慧导游服务系统处於试营运阶段，未来将根据使用者反应，针对导览资讯丰富性 、导览机字体大小、高龄人士上手度等面向，进行进一步修正，希望进一步带动在地商圈 的经济活动，协助南台湾顺利发展资通讯智能之新兴服务产业。 ◎近床活动智慧照护辅助系统 　人口老化是全球趋势，根据卫生署统计，台湾65岁以上口已达240万人，较10年前高出 31.6％，可见台湾已渐渐进入高龄化社会，种种照护问题也应运而生。由工研院南分院科 技化照护专案所发展的机构式照护服务系统，是针对身、心、灵的全方位机构式照护而发 展的系统；其中的「近床活动智慧照护辅助系统」，是针对照护机构的标准作业流程需求 ，结合现有通报系统，整合多模感知事件与模组化功能架构，提供照护机构主动式照护事 件侦测与通报。 　俗话说「五老有一跌，十跌有三伤」，根据统计，台湾的跌倒盛行率约为10.7％至32％ ，跌倒也是65岁以上老人的第二大死亡原因。根据恩主公医院的统计，床边移位跌倒占老 人跌倒的63.1％。近床活动智慧照护辅助系统整合了智慧感知床垫、碰触感应栏杆、近床 异音感知器等三项感测模组，透过网路化资讯传输，提供照护机构躺卧过久提醒、不良姿 势摆位提醒、危险行为警示、夜间离床提醒、异常生理讯号提醒、纸尿裤更换提醒等讯息 。这些异常讯息会透过近床控制盒，以低於五秒的服务网路自动组态时间，传输到护理人 员的呼叫器、手机或PDA上，以及护理站的电脑上。 　其中智慧感知床垫透过智慧感知软体，辨识病人的卧床体态，感测到病人是上半身挺起 、坐起、坐床缘，或是已经离床。碰触感应栏杆则运用人体电介质特性与讯号处理技术， 将厚度只有3.2mm的软性碰触感测器，设置於病床栏杆上，碰触反应时间低於一秒钟，可 以即时进行病人动态监控。 　由於卧床老人家在发生危险时，不一定有办法去按警急求救铃，近床异音感知器搭配非 目标音滤除技术，让医护人员可以随时主动掌握近床端的异常声音事件，侦测范围为0.5 至2公尺，可侦测碰撞、求救、哀嚎与呻吟等四类异常声音，让医护人员即时提供警急救 护。 　此套辅助系统可针对照护机构的特殊需求，进行模组化组合，量身订制，达到提升照护 品质，并降低照护者负担的目的。 ◎随身动态生理监控系统 　工研院南分院微系统科技中心所研发的随身动态无线生理监控系统，将多种生理感测元 件与蓝芽无线传输，整合在一片薄薄的软性贴片模组上；使用时只要将它贴合在人体的胸 腔与腹腔之间，便能够透过蓝芽无线传输，将所量测到的多项资讯，传送到PDA或电脑中 。 　目前该系统有两种尺寸，测量单导程心电图的单导程贴片尺寸较小，约135*35*4.5mm， 主要针对居家照护市场；测量三导程心电图的三导程贴片尺寸略大，约120*199*6mm，能 够测量到比较多的资讯，可以满足医院卧床病患照护需求。目前医院所使用的专业心电图 设备，最多至十二导程；但单导程或三导程设备，已经能够在居家照护或慢性病换照护方 面，提供初步的心跳异常判读。除了心电图以外，系统还能同时测量体温、动作等，并且 快速而正确地建立心电特徵值（PQRST），然後进行初步心跳异常判读。 　透过工研院独创的多工取样技术，以及嵌入式动态杂讯消除技术，即使病人在进行上下 楼梯或跑步等动态活动时，也不会产生太多杂讯，使系统能量测到相对稳定的心电图。该 技术也使贴片的尺寸与功率消耗都大幅缩小，并采用无线传输的方式，提供病人在一定范 围内任意走动的自由，不必再受传统传输线的限制。 　使用者可以在日常生活中走路、上下楼梯、起立站卧与扩胸时，同时进行心电特徵值与 心跳异常的判读与警示功能，若有异常，系统会自动发出警示，对於居家健康照护、婴幼 儿睡眠监控、慢性病患照顾、银发族健康照护等方面，都有很大的帮助。 ◎微型雷射投影模组 　由工研院南分院微系统科技中心所研发的微型雷射投影模组，体积缩小至8cc，仅有口 袋般大小；相较於现行的LED微投影技术，不但在体积上缩小了三分之一，具有体积小的 竞争优势，在耗电量上也再创新低，只需要其他系统的60％电量，效能高、光学效率佳， 在节能方面有高水准演出。 　微型雷射投影模组应用微机电二维微型扫瞄面镜，以及红蓝绿雷射，实现人们梦想中的 微型雷射投影机。独特的「亮度失真补偿技术」、「光机失真补偿技术」、「同步失真补 偿技术」、「光机错位补偿技术」等四项光学扫瞄补偿技术，可以在投影亮度、锐利度、 均匀度、色域上做提升，投影出来的画面，不但平整不扭曲，还兼具色域广、流明数较其 他系统高、亮度比其他系统亮的优势。在系统相容性方面也大幅提升，让厂商在选择光机 元件时有更大的弹性，非常适合国内厂商积极投入。 　微型雷射投影模组的投影画面可达无穷远，并且不需要对焦，在画面清晰度与色彩亮度 方面，皆凌驾其他投影系统，同时还兼具光损失少以及低耗电两项技术特色。将它插到手 机、笔记型电脑等配备TV-Out或VGA功能的可携式行动媒体设备上，就可以和朋友、家人 或同事，共同观赏过瘾的大萤幕画面。 　目前个人随身投影正夯，包括智慧型投影手机、数位相机、PDA、NB等3C消费电子产品 ，以及车用多重萤幕抬头显示器、生医感测、工业侦测等，都是高准度微型雷射投影模组 的应用范围，也是国内厂商切入个人随身投影市场的大好机会。 ◎软性电致变色节能膜技术 　工研院南分院雷射应用科技中心以软性电致变色制程技术研发出的节能膜，平均厚度小 於0.4mm，镶嵌於一般门窗玻璃表面後，便可以透过电压控制玻璃的透明度。只需要3V电 压，就可以将节能膜由着色态转变为透明色态，并且透过电压会有透明度变化，目前已至 少可以做到八段透明度变化。 　由於节能膜於着色态时可以反射热源，能有效阻挡80％至95％的热辐射，不同於成本较 高的液晶智慧窗，只能遮蔽可见光，无法遮住热源波长区，所以节能膜有更好的隔热效果 。若以完全使用节能膜的住家，与使用一般玻璃的住家相较，前者白天室内温度至少可以 降低摄氏三度。 　目前软性电致变色节能膜有两种形式，一种是直接做在玻璃上，另一种是做在软版上， 然後再贴合到玻璃上，类似坊间惯用的隔热纸，方便应用在既有建筑物上，但却能做出隔 热纸做不到的八段透明度变化。 　由於软性电致变色节能膜只需要3V电压就能作动，不像液晶智慧窗需要60V至70V才能作 动，因此可以直接以太阳能板供电，更加节能减碳。 　软性电致变色节能膜可以让住家「冬暖夏凉」。好比冬天出门上班前，可以将节能膜切 换为透明，让太阳光的热进来；下班後就切换为蓝色不透明，将热给保留在屋子里。夏天 则相反，出门上班前将节能膜切换为蓝色不透明，将热阻绝在外面；下班时天黑了，家里 就不会那麽热，冷气也不必开那麽强。 　目前软性电致变色节能膜已完成五万圈测试，正朝商品化所需要的15至20万圈测试迈进 ，预计在不久的将来，就能进入量产。 ◎R2R贴合设备技术 　工研院南分院雷射应用科技中心所开发的R2R贴合设备技术，锁定的是卷对卷（Roll to Roll）软性基板的贴合，并且将研发重点设定在软性显示器、彩色电子纸（E-Paper） 等对精度需求较高的产品生产设备。 　R2R贴合设备有两个关键技术，其一是精密复合循边模组，其二是均力夹持控制技术； 并以这两个技术为核心，搭配卷对卷制程的精密张力控制技术、高贴合精度控制技术、精 密定长裁切技术，以达到循边贴合精度±60μm目标，预计未来将进一步将精度提升至± 10μm。 　除了做到循边贴合之外，雷射应用科技中心於2011年度的目标，是要做到难度更高的「 对位」，让上下两个板材的图样（pattern），也要能够重叠，并将误差控制在允许范围 内。 　目前工研院已提供技术支援与专利授权，协助包括台湾恒基、亿尚精密、旭东机械、顶 端机械等在内的5家国内厂商，进行设备制程开发与验证。只要运用厂商既有的基本单卷 式平台，搭配他们的制程，就可以运用工研院的循边贴合技术，去建立卷对卷的生产设备 。 　有了R2R贴合设备技术，可以让生产速度和产量都显着提高，也使想要切入软性显示器 、彩色电子纸等产品生产的国内厂商，只要根据工研院所提供的基础平台，再搭配各自的 制程，就能快速建立起高精度的卷对卷制程生产线。对国内厂商来说，不需要再去从零开 始开发卷对卷生产基本平台，等於是帮助他们向前迈进了一大步。包括软性显示器、彩色 电子纸、软性太阳能电池、OLED照明、软性锂电池等需要卷对卷制程的产业，都能够同时 受惠。 ◎全光纤式高能皮秒雷射源 　工研院南分院雷射应用科技中心所研发的全光纤式高能皮秒（picosecond，10的负12次 方秒，为目前科学家所使用的时间最小单位）雷射源，是全台湾第一台使用全光纤式的雷 射源，并且脉冲宽度是皮秒等级，比奈秒（nanosecond，10的负9次方秒）雷射还要短许 多，也具备热效应低、脉冲功率高等优点。 　由於是全光纤式，因此对环境的要求，不像传统固态雷射那样高；对厂商来说，厂房的 建设成本，可以大幅降低。与传统固态雷射采水冷式架构不同，南分院所研发的全光纤式 高能皮秒雷射源，是采用气冷式架构，可以直接利用空气散热。 　全光纤式高能皮秒雷射源在使用上十分方便，只要插上电源，就可以使用；还可以透过 USB连结，直接以笔记型电脑进行相关控制。包括雷射平均功率与雷射重复率，都可以直 接透过电脑进行调整。 　全光纤式高能皮秒雷射源的雷射波长为1064nm，雷射平均功率为10瓦，雷射脉冲宽度小 於120皮秒，雷射重复率可在100kHz至 1000kHz之间调整，雷射光束品质M square小於1.5 ，雷射稳定度在3％以下。在应用面方面，包括铜铟镓硒（CIGS）薄膜的介面层移除、不 锈钢的精密无痕熔接、陶瓷的无黑化切割等，都可以进行全方位的弹性加工。 　全光纤式高能皮秒雷射源从机构、电路到光学，都是由国人自主研发，因此自主程度相 当高。与国外相同等级的雷射源相较，国内厂商若采用全光纤式高能皮秒雷射源，大约可 以省下一半的硬体购置成本；在售後服务与维修方面，也可以得到更快速、更即时的处理 ，不致耽误生产线产能。 　目前国内厂商大多使用脉冲宽度较长的奈秒雷射，皮秒雷射则仰赖国外厂商供应，并且 经常发生「有钱也订不到」的窘境。自2009年10月开始，已陆续有厂商提供样品给雷射应 用科技中心进行测试，强化量身订做的在地化服务。 -- 本文转录自工研院月刊 233期2011年3月号 网址： http://www.itri.org.tw/chi/publication/publication-content.asp?ArticleNBR=3117 下载 http://www.itri.org.tw/chi/lib/DownloadFile.aspx?AttNBR=5206 因为不是HCI领域的人， 不太肯定是否与各位版友相关， 想说分享给大家看看。 如果不适合发表在本版的话，请版主删除。感谢 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 118.168.232.7