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新世代熱門遊戲的3個核心技術
商機篇:玩家開眼界 廠商找門道

【作者: 許哲豪】   2010年09月16日 星期四

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最吸睛的莫過於微軟的Kinect(2009 E3展時稱為誕生計畫Project Natal),發表會上竟然把大象和知名的太陽劇團都搬出來了,也一口氣推出六大款不用搖桿的新體感模式遊戲,一補去年展示時望機興嘆的遺憾。


對手索尼不甘示弱推出自家最拿手的光球式搖桿(PlayStation Move)來應戰,雖然搖桿控制精細度略勝於於任天堂的Wii Plus,且搭配的多款擴增實境(augmented reality;AR)遊戲互動性也不錯,但面對對手微軟捨棄搖桿作法,相較之下就稍嫌遜色。而任天堂此次則選擇避開搖桿之爭,主推全新裸視3D掌上型遊戲機3DS,的確在評價上加分不少。


微軟體感新趨勢 肢體動作即搖桿

微軟於2009年初花了3500萬美金併購了一家以色列公司3DV Systems,這家公司類似台灣原相科技,具有設計製造紅外線深度影像感測器(IR CMOS Image Sensor)的能力,主要是應用光飛行時間(Time of Flight, TOF)技術來偵測物體距離鏡頭的遠近。簡單來說,就是類似一般紅外線監視器,許多紅外線LED照著物體,攝影機則會計算發出和回返的時間差,如果時間越短就表示距離越近,反之則較遠。


目前如Optrima及廣達投資的Canesta,皆是以TOF技術製作深度影像感測器。去年E3展微軟發表誕生計畫時,業界就猜測將會以此技術進行相關軟體開發,但出人意料的是,最後竟選擇了同樣是以色列公司Primesense進行合作,據稱是微軟為了避免及阻擾對手發展類似技術而使出的策略。


Primesense提供的感測模組(如圖一所示)包含一個VGA(640*480 32bit @ 30fps)彩色影像感測器,可用來拍攝使用者影像,一個Class1紅外線雷射發射器,可配合擴散片(Diffuser),產生雷射光斑,一個紅外線灰階QVGA(320×240 16bit @ 30 fps)影像感測器,可用於擷取紅外線光斑即偵測物件距離(產生深度影像),一組麥克風陣列,可用來語音輸入及消除回音雜訊及一顆專用處理晶片(PS1080)。此外,正式發行版加上了微軟專利的旋轉雲台,可自動追蹤動作者的左右旋轉、前後傾斜,以解決玩家經常跑出感測器視野範圍問題。


雷射光斑編碼是技術主軸

和其它家TOF技術有很大不同,Primesense深度偵測主要應用雷射光斑編碼(Light Coding)技術。所謂雷射光斑(Laser Speckle)是指當雷射光經過擴散片時,會產生隨機散光點,隨著距離不同亦會產生變化,相當於在可視範圍內每處空間都作了不同的記號,因此當物體進入偵測距離內或產生變化時,經計算比對後即可得知物體距離,產生3D深度圖以供後續應用。


不過,不管是TOF或是Light Coding,因為都是以紅外線作為回返參考光,因此使用上須避開陽光直射的窗邊或高溫物體或過多反射面的環境,且距離太近(一米內)或太遠(五米以上)都會造成反射量太多或太少,進而造成誤判現象。


《圖一 微軟Kinect體感感測器》
《圖一 微軟Kinect體感感測器》Source:Microsoft 官網Facebook

雖然Primesense提供了微軟Kinect不錯的深度偵測技術及簡易骨架分析(如圖二所示),但對肢體動作辨識這個部份看來較為不足,因此微軟自行整合此部份技術,提供協力軟體開發商一些骨架追蹤系統,同時可辨識六人,包含二人的動作追蹤,每人能追蹤二十個節點,使其較容易開發相關遊戲。



《圖二 3D深度圖及簡易骨架偵測系統》
《圖二 3D深度圖及簡易骨架偵測系統》Source:Primesense官網

索尼實境互動 跨越真實與虛擬

索尼此次E3展並沒有太令人驚豔的內容,可能是因為PlayStation Move已經於今年3月初,在舊金山的GDC2010現身之故。PS Move所強調的,就是擴增實境與體感功能。


現今大多數的3D遊戲多半屬於虛擬實境(Virtual Reality;VR)的領域,電玩商致力建構逼真的視覺效果,使玩家分不清是真是假;後為了將虛擬3D物件即時加在真實影像上,於是發展出擴增實境(Augmented Reality, AR)技術,隨著主機計算能力增強,反應遲緩問題也得到解決,因此電玩廠商也開始應用於遊戲之中。


索尼在PS2時就積極推動擴增實境的遊戲Eye Toy,但由於多屬幼兒互動遊戲,多數成人玩家並不熱衷。到了PS3時代,索尼推出了一款「審判之眼」,結合攝影機進行卡片戰鬥遊戲,類似知名卡通「遊戲王」,一時蔚為風潮。


《圖三 左手為PlayStation Navigator,右手為PlayStation Move。》
《圖三 左手為PlayStation Navigator,右手為PlayStation Move。》Source:Sony PlayStation官網

精細定位 打造更逼真實境互動

基於擴增實境的經驗、加上Wii的體感式操作模式的流行,2009年E3展上正式推出結合三軸加速度計、三軸角加速度計、地磁感測器及可變色圓球的運動控制器(Motion Controller)及沒有圓球類似Wii搖桿的導航器(Navigator)(如圖三所示)。


其中變色圓球為一光點,須配合PalyStation Eye攝影機偵測光點位置,如此一來玩家手部動作即可融入遊戲中,讓畫面中的光點變成遊戲中的各種物件,如手、球桿、球拍、槍、刀劍、盾牌、弓箭、武器等。由於可透過光點精確定位,所以操作精細度較Wii Motion Plus好一些,且部份遊戲支援玩家出現在畫面中,令人有身歷其境的感受。


綜觀此次E3展出的Move專用遊戲,範圍相當廣泛,其中最有趣且結合擴增實境的遊戲為虛擬寵物EyePet。舊版本須拿一張卡片來進行虛擬寵物定位及互動,此次已不用了,除畫面中可看到使用者外,且可以移用光球模擬倒洗髮精、蓮蓬頭沖水、吹風機吹風等動作(如圖四所示),充份發揮實境互動的娛樂性,這是Kinect所沒有的。另外部份遊戲亦可搭配3D眼鏡及3D TV進行真正3D互動式遊戲,亦是賣點之一。


《圖四 PlayStation Move光球應用於EyePet虛擬寵物互動遊戲中。》
《圖四 PlayStation Move光球應用於EyePet虛擬寵物互動遊戲中。》Source:Sony PlayStation官網

任天堂裸視3D 擺脫眼鏡束縛

任天堂在2006年底推出Wii,以三軸加速度計(重力感測器)作為體感遊戲控制方式,大大改變傳統以搖桿按鍵方式操作,成為當年度銷售排行榜第一。2007年底推出Wii Fit平衡板式體感遊戲,可作走繩索、滑雪、呼拉圈、瑜珈等遊戲,亦造成一陣風潮。2009年6月再推出Wii Motion Plus,增加三軸角加速度計(陀螺儀感測器)偵測手部細部旋轉動作,雖控制精細度有改善但仍略嫌不足;堪稱是體感遊戲的始祖。


兼具3D攝影機功能

不過,此次E3展,Wii主機及週邊並無太大更新,任天堂反而跳脫了體感競爭,主打裸視3D的掌上型遊戲機Nintendo 3DS(如圖五所示)。此機最主要特色為裸視、免戴眼鏡即可看到3D效果,其上螢幕採視差遮障式(Parallax Barrier, 俗稱黑光柵)液晶顯示器,可同時顯示左右兩眼視圖,故雖解析度為800*240,其實左、右眼只有各看到400*240而已,在3.5吋螢幕下解析度尚可接受,立體感亦有不錯表現。


除可顯示3D影像外,為增加將來3D影像來源,更在外殼上搭配了Sharp生產的雙眼式3D攝像模組,讓使用者除打電玩外亦可把它當成3D攝影機使用,拍完後可不需戴3D眼鏡即可直接於螢幕觀賞。機身外側另有搭配3D效果調整旋鈕,玩家可自行調整立體感強度,以減低造成觀賞時的不舒適感。


任天堂在前一代DS中就和Wii Motion Plus一樣內建六軸感測器(三軸重力加速度計、三軸陀螺儀),所以已有部份3D遊戲在玩家移動、傾斜或旋轉遊戲機時即會同步改變場景畫面的視角,產生強烈的立體感。此次3DS除延續之前六軸控制模式,更加入裸視3D視差遮障顯示器,擺脫傳統3D眼鏡束縛,令人大開眼界,不過美中不足的是此次會場上展出的僅為片段遊戲場景,並非完整遊戲,上市時間也最晚。


《圖五 任天堂3DS實機。》
《圖五 任天堂3DS實機。》片來源:任天堂美國官網

台灣廠商抓住3D體感商機

在前一波任天堂Wii體感式遊戲興起時,台灣已有不少廠商因此受惠,而此次E3展預計將掀起另一波3D體感換機潮,對於本來就是三大主機代工的廠商,如鴻海、和碩、鴻準…等皆有正面助益且會帶動相關產業發展。而零組件供應商除原本供應鍊下的正崴(連接器)、原相(光學感測器)、旺宏(記憶體)…等,此次又多了一個重要供應商新鉅,負責供應微軟Kinect的光學鏡頭。


關鍵零組件與軟體延伸力無限

除了代工及週邊零件外台灣還能作什麼?在觸控板、3D顯示面板及搖桿主機間的通訊模組這方面台灣廠商已有不錯表現,應可積極爭取三大主機商青睞,而其它如任天堂3DS的3D攝影模組及信號處理器,三大主機搖桿的重力加速度感測器、角加速度感測器、地磁感測器,微軟Kinect的深度影像感測器、雲台控制器,甚至是各式體感或觸控式遊戲軟體的開發,相信這都是值得我們去努力的方向。且這些關鍵零組件及軟體除了電玩市場亦有許多領域需要,如數位相機、智慧家電、汽車、保全、居家照護…等,因此如能技術自有化對於國家整體競爭力亦多有助益。


電玩遊戲操作方式從鍵盤、搖桿到直覺式體感到現在實境互動式,雖然聲光視聽效果及真實度已得到不錯效果,但人們總是不滿足現狀,相信未來可能還需要再加入更多元的操控模式,如聲控、情緒控制、腦波控制…等非接觸式控制,及更豐富的體感回饋信號,如振動、觸覺、嗅覺、溫度、濕度、壓力…等,而這些亦是台灣廠商可以認真思考投入的方向。


參考資料:

  • 1.微軟(Microsoft)XBOX Kinect美國官方網站 http://www.xbox.com/en-US/kinect


  • 2.PrimeSense官方網站 http://www.primesense.com


  • 3.索尼(Sony)PlayStationMove美國官方網站:http://us.playstation.com/ps3/playstation-move/index.htm


  • 4.任天堂(Nintendo)3DS美國官方網站 http://e3.nintendo.com/3ds/


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