元宇宙商機夯 陽明交大光電工程系培育未來人才

積極與國內外大廠進行研發合作 2021年協助Google與Meta公司評估液晶元件整合AR系統 推動元宇宙市場進展

2021年Facebook創辦人祖克伯提出的「元宇宙」(metaverse),榮登近年來熱門關鍵字。Facebook計畫在未來5年於歐盟境內雇用1 萬人來建立「元宇宙」(metaverse)。彭博估計2024年元宇宙市場規模將達8000億美元、Osram估2025年約美金1250億、預估規模數字雖不盡相同,但是可以看出全世界對元宇宙市場的期待。Google、微軟、輝達、AMD、高通、蘋果等巨頭也都陸續往「元宇宙」方向之軟硬體整合邁進,這些全球大廠將推動「元宇宙」趨勢,預估在不久的未來將是人手一機VR/AR(虛擬實境/擴增實境),同時將帶動全球高速存儲、語音辨識、5G 聯網模組、AI 人工智慧產業的蓬勃發展,「元宇宙」相關人才需求將大爆發。

元宇宙商機夯,台灣業者要如何搶進千億元宇宙商機?

陽明交大光電工程學系林怡欣特聘教授提及,台灣製造業硬體是強項,像是AR/VR硬體需要的各部份;如顯示器、晶片、感測元件等,在台灣都可以找得到對應公司生產,非常適合切入元宇宙產業鏈。事實上,許多市面上AR/VR眼鏡都是台灣代工生產製造的,像是:佐臻、廣達、中強光、群創光電、亞光、鴻海、友達、英特盛、奇景光電、立景光電、仁寶、HTC(自有品牌) 及和碩等業者。

AR/VR硬體最大挑戰是光學

目前普遍認知是利用AR/VR裝置進入元宇宙,亦可利用大型3D投影系統將虛像投影出來或是用3D立體顯示技術,使影像與真實世界融合。從去年新聞得知Meta耗資100億美元投入AR/VR硬體研發,其實AR/VR硬體目前尚未成熟。現階段仍持續尋找技術開發「眼鏡般外觀的AR/VR眼鏡。」VR(虛擬實境)眼鏡無法看到周圍環境,AR(擴增實境)眼鏡則可同時看到虛擬的像與周圍環境,業界普遍的期待是研發出AR眼鏡,而非只是VR眼鏡。但是,AR眼鏡現階段仍有許多瓶頸尚待克服,根據Meta公司首席科學家Michael Abrash博士與Microsoft公司Hololens團隊負責人Bernard Kress博士都有共識:「AR/VR硬體最大挑戰是光學!」。

2021年12月初Meta舉辦一年一度的AR光學研發會議,邀請50位左右全球從事相關研究之專家學者,陽明交大光電工程學系林怡欣特聘教授是台灣唯一受邀與會的學者代表。林怡欣特聘教授分享,當時Meta首席科學家Michael Abrash博士開場就說: “People build what they can build, but they did’t build what was needed !” ,並定義最終希望的AR眼鏡是:「如眼鏡般外觀、整副眼鏡系統的耗電小於1瓦、重量最多70克、Socially Acceptable也就是戴起來不能很奇怪引人側目。」目前市場上的AR眼鏡,都還達不到最終期待的產品。

另外,現階段的AR/VR眼鏡常常使配戴者感到暈眩,眼睛不舒服或是眼鏡度數不符合等,使得影像立體感、清晰度都大受影響。而每個人眼睛度數、近視、老花、散光等都不盡相同,所以變焦眼鏡鏡片是關鍵。林怡欣特聘教授實驗室長久以來開發的「電控變焦液晶鏡片」廣受業界注目,除了能解決AR/VR眼鏡視力矯正的部分,同時液晶元件可以調製光相位,修正光學機構組裝上的公差。林怡欣特聘教授研發團隊於2018年獲得Google University Research Award (獎金8萬美金),多年來一直與Google有AR相關合作與開發。林怡欣特聘教授也於2020年獲得Facebook 頒發之Distinguished Faculty Award與獎金2萬2000美金, 2021年並協助Meta公司評估目前世界上液晶元件如何整合至AR系統,及未來可開發之液晶元件研究,也寫成白皮書給Meta,精簡版本也發表成期刊論文。

AR/VR硬體及軟體趨勢與相關應用

全世界的AR/VR硬體公司都在找尋各種應用,目前台灣業界已開發出的AR應用包含;長照、協助專業人士維修工作(汽車機房維修等)、協助醫生作達文西手術、博物館展覽導引、協助運動選手訓練等。VR應用包含;電影、博物館美術館、商店、醫學應用:如3D解剖學、急診檢傷分類情境教學、急救教學、安寧照護、藥物分類組成及分子構造之VR教學、CRP教學VR版 (安妮娃娃放上感測器,與VR結合訓練CPR之力道)等廣泛運用於教學中。

其實早期AR開發還有一個願景,當人類越來越長壽時,但是身體卻還是老化,如何活到100歲還是像年輕人一樣呢?這時透過AR眼鏡幫助成為大腦外掛記憶體,協助提示回家的路與其他資訊,讓100歲記憶力如同年輕人一般。

積極與科技部及國內外科技大廠進行研發合作

林怡欣特聘教授實驗室積極與國內外科技大廠進行研發合作,合作業者包含日本Nikon、法國Essilor、美國隱形眼鏡公司Coopervision、Google、Facebook(Meta)、英特盛、群創光電、中強光電等。林怡欣特聘教授亦多次受邀到國內外公司演講: Apple、Amazon 126 Lab、Google、Google-X、Facebook、群創、友達、廣達、中強光等。

與群創光電合作「電控變焦液晶眼鏡計畫」,主要是實驗室研發液晶眼鏡的技術量產可行性評估。與中強光電合作則是,結合中強光的AR光機系統並「開發矯正視力之液晶透鏡」,與英特盛合作AR用之液晶耦合器。海外合作包含:與烏克蘭基輔大學物理系教授合作、Google AR研發、Meta公司(Facebook)等,在2022年2月底林怡欣特聘教授指導的畢業博士班學生王毓仁博士將前往美國Meta工作,進行開發前端的光電元件技術。

此外,林怡欣特聘教授執行科技部「前瞻顯示科技專案計畫」應用於超高解析度VR/AR之近眼顯示關鍵技術,從學界協助研發VR/AR關鍵技術,包含超高解析度液晶顯示器、超高解析度全彩microLED顯示器、變焦液晶鏡片與光機系統,並促進加深產學研界交流合作。

林怡欣特聘教授於美國光學學會台灣分會會議報告留影。圖/林怡欣特聘教授實驗室提供

如何培育元宇宙產業所需求的人才?

元宇宙產業中的VR/AR硬體人才需要的工程能力是跨度的,從材料、化學、物理、電機包含至機械。因此,在培養人才上,需在大學就讓基礎學科紮實,研究所端除了基礎科學延伸,靠近廠商端的實驗室需時常關注議題及調整研究方向。林怡欣特聘教授強調培養學生的商業敏感度,而不只是單純的工程素養。任何人都能有想法去創新發明,但我們還需要做的是創造環境、提供視野,讓學生有能力看到需求,最終去產生可以落地的解決方案,並成為未來產業炙手可熱的人才」。

VR及AR的研發歷史

陽明交大光電工程學系林怡欣特聘教授分享,VR(虛擬實境)技術其實已經開發很久了,自1850年就有視差型的3D立體影像裝置,而VR早期是頭盔形式,為美國政府或軍方研發的項目,專門訓練軍人太空人用的,像是1993年哈伯望遠鏡發射上太空時有像差,需要太空人上太空放置透鏡組改善哈伯望遠鏡像差,當時就是用VR讓太空人在地面上受訓練模擬才成功完成維護任務,在1992年Sega Electronics也推出VR產品,主要是玩遊戲娛樂使用。

AR(擴增實境)最早則是1960年代開始從學校研發起家。在1970-1980年代,美國空軍實驗室、NASA等也開始研發AR。1990年波音公司使用AR幫助技師受訓,像是焊接工作等等。隨著科技的進步,像是高速通訊、高解析度顯示器、各式感測器、電腦計算處理速度等,讓AR/VR做得更好,能夠更加接近民生消費電子產品,而台灣許多公司很早期就開始投入AR/VR元件與相關組裝,舉例:奇景光電與立景光電以前幫忙代工製造美軍用VR頭盔。

林怡欣特聘教授論文資訊

Yu-Jen Wang, and Yi-Hsin Lin, “Liquid crystal technology for vergence-accommodation conflicts in augmented reality and virtual reality systems: a review”, Liquid Crystals Reviews, 9(1), 35-64 (2021)

論文連結:https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21680396.2021.1948927

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1. https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-28-15-23023&id=433596

2. https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-28-8-11356&id=429685

3. https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-28-6-8985&id=429026

4. https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0018861