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1997/9/9 08:09 POLO著作 - 資訊超商 POLO POLO   1224  

電腦輔助設計製造.虛擬真實.立體影像。

當我們看著『侏儸紀公園』電影裏的雷龍仰首吃著樹稍上的葉子,或是在『謊言大帝』中,見到「阿諾」駕著垂直起降的「獵鷹式戰鬥機」,發射飛彈將恐怖份子所載著核子彈頭的貨車,連同跨海大橋炸個粉碎。我們在電影裏幾乎分辨不出那是真的還是假的,也許事前已經瞭解那是由電腦三度立體空間動畫及影像合成的,但心裡依然還會驚訝它的神奇而讚嘆不已。

電腦發展不光只是應付處理文書或上上網路,它在『CAD電腦輔助設計』、『CAM電腦輔助製造』及『影像處理』所扮演的角色更是重要,影響著社會產業和科技發展,也和日常生活產生關係,就像像侏儸紀公園電影裏的恐龍或是鐵達尼號電影裏的鐵達尼郵輪航行北大西洋乘風破浪的場面,便是由電腦輔助設計及電腦影像處理才完成的。

以侏儸紀裏的恐龍為例,電影裏的恐龍經由恐龍玩具掃描,描繪出三度立體空間立體線條(稱為3D模型),再由專業的影像及動畫軟體為此模型貼上材質,加入埸景環境並模擬各種光源及色彩變化,之後再給予各模型或攝影機移動路徑而製成一張張影像,再與真實的演員和埸景透過電腦影像編輯、剪接、影像合成處理。雖然這類電影通常只有短短的一個半鐘頭,卻需要處理十七萬張以上的影片,如果每張得花三個鐘頭來處理,一個人則需要工作五十一萬個小時(二萬多天)才能完成,也因此這類電影都要耗費龐大專業人才,及一至二年的時間來拍攝。

而這種虛擬真實的電影,往往需要製造出許多實際大小的模型出來,甚至得讓這些模型可以動作,如眨眼轉頭、步行等動作來增加電影的真實感。我們在此不談電影工業,也不牽扯許多科技和專業領域,如化妝及配樂或音效處理;就製造模型來說,由『電腦輔助設計』的立體模型數據資料,再轉給『電腦輔助製造』來製造恐龍模型的內部機構及支撐骨架等,『電腦輔助設計』與『電腦輔助製造』是密不可分,當然也有不少的工業用軟體是『電腦輔助設計』及『電腦輔助製造』一起合併使用的。

今日已有設備和技術可以在三度空間依電腦『電腦輔助設計』尺寸規格打上成型化學材料,只要在螢幕上設計出三度立體空間模型來,幾個小時後便可以從機器裏取出實體的塑膠模型來。

『電腦輔助設計』與『電腦輔助製造』在產業上所扮演的角色如同火車頭一樣,所有精密產品製造成型前,都由『電腦輔助設計』與『電腦輔助製造』開始,而產品精良與否、外觀是否好看便是在此關鍵決定。像德國、日本在這些領域中下了不少功夫,也因此他們的產品在世界上,都享有極高的評價和肯定。近年來台灣在『電腦輔助設計』與『電腦輔助製造』的硬體開發能力提高不少,精準度也愈來愈高。但國內在設計及模型工業結構裏,人才嚴重缺乏,傳統工作人員多數為國中起家的黑手,素質較差而設計有時又需要美學及各種高深專業知識背景,加上國內經濟規模小、設備簡陋;在電腦輔助設計與製造的軟體種類、功能和本土化極為貧乏較令人擔心。

立體影像節目

想真正能欺騙視覺的影像,必須得針對我們左右分開欺騙,如此才能感覺到距離和角度的差異而產生三度立體空間影像。

這種技術可以在立體電影裏看到,或許在某些成人電視節目裏也有。日本企業如松下、新力、NEC等正積極開發這類產品,包括立體攝影設備,專用眼鏡及軟體節目等,也計畫在高解析度電視裏運用。而美國的IMAX公司則擅長在公共及展示教育埸所,如台中科博館的太空劇埸這類的大型設備。

目前三度立體空間影像大多利用二種技術。一是使用濾波鏡,將二個相對90°濾波後的水平及垂直影像重疊;第二種是使用右左獨立影像快速地交錯放映。前項成本較低使用者只需要戴上不同角度的濾波鏡即可觀看三度立體空間影像,不過觀看時有些不舒服怪怪的感覺。後者使用影像交差重疊,技術及費用均較高,所使用的液晶眼鏡需要電力並配合影片交替遮光,沒有使用濾波鏡的不舒適感,目前三度立體空間液晶眼鏡的價格在一至二千元間還算便宜。另一種即將上市由英國劍橋大學研發的三度立體空間環視影像技術,不必使用任何儀器肉眼便可看出三度立體空間影像,不過這得重新購買特殊螢幕。

日本人認為將來的立體節目在下世紀會大受歡迎。除了立體電視節目外,三度立體空間立體的電動玩具也漸風行。而企業將各種商業資料、情報等數據利用3D立體影像方式呈現,可以得到平面紙張做不到的統計數據分析,如果再整合GIS地理情報系統(以後會有深入介紹說明)威力更加驚人,至少對客戶做簡報或對股東說明投資計劃絕對更有說服力,國內相關產業應該積極規劃了。

虛擬實境

比三度立體空間影像節目更高級便是虛擬實境或虛擬真實VR(Virtual Reality)科技,這種技術結合目前最頂尖的三度立體空間動畫技術,而且整合圖像文字、音效、和在三度空間操作、更重要是具備即時互動反應功能,這種互動包括身體的視覺、聽覺、觸覺、香味及冷熱都能得到感覺回饋、讓人類生理反應到這些感覺及聲光,自然會以為就置身於實景當中。在電影桃色機密中,DIGICON公司所開發產品即呈現此一概念。

不過就發展實際情況來看,離桃色機密裏的那種VR虛擬真實技術還得等上一段時日,因為電腦在處理空間模型(包含各種物體與佈景)及光源變化的速度似乎力不從心,除非用超大型電腦運算,否則各種模型還是非常粗糙四四方方的,而且模型數量不可以太多,否則畫面流程會因計算不足而產生停滯現象,互動反應時間也不夠快,例如利用虛擬實境專用的頭盔(虛擬實境的螢幕),當快速左右轉視回來後,因為電腦來不及反應,會發生頭已經轉到了東邊,眼睛所看到的畫面還停留在西邊,人們為了配合這種延遲現象,反而覺得一點也不真實,如果再加上其他感覺回饋,如壓力觸覺、冷熱溫度,電腦的運算速度恐怕得加快數千倍才行,也許運用全新的資料處理運算方式或是某一天超高速的量子電腦出現,VR虛擬實境才會在日常生活中風行。

目前VR虛擬實境的運用除了特殊用途,如軍事、工業設計及醫藥治療和建築上,在民生用途則多以大型電玩遊樂器材為主。不過許多人都把虛擬實境和三度立體空間立體影像或數學物理模擬軟體混為一談,兩者間是相當明顯的差異存在。

以日本VPL 公司為松下旗下的廚俱公司設計一套虛擬實境系統作說明,顧客和店裹的專家協談後,戴上虛擬實境專用頭盔和訊息手套,即可進入該公司的虛擬空間中,顧客能自行遊走餐廳和廚房間,可逕行改變搬移擺設該空間裏的各種物品,如打開水龍頭或抽屜,拿起桌子上的杯子甚至於打破它,能重新組合廚俱並立即更換喜好的顏色,就好像顧客在親自設計廚房一樣。這便是所謂的虛擬實境,它不光是互動,而且是整個人(使用者)的感覺(尤其是視覺)必須「融入」於該環境中,能與該環境直接互動,並且得和原來的環境隔離(感覺)而進入另一時空。

像我們看三度立體空間立體電影,運用電腦合成影像的電視節目或廣告,或是藉由電腦螢幕來展示政府的都市計畫或道路設計,這些還不能稱為虛擬實境,雖然可以按照指令或滑鼠而動作,但充其量來說這些只不過是三度空間影像或是電腦模型動畫及數學模擬計算程式的運用而已,你並沒有「融入」該環境中,除了電視及電腦螢幕裏的畫面在變化外,一轉頭四週環境還是一樣沒變。虛擬實境起碼要能夠欺騙眼睛,讓大腦感覺自己正身處於另一個虛擬出來實在的環境空間中,否則怎麼能稱為虛擬實境呢。






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