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揭開體感技術的面紗 軟、硬體聯手締新獻

工研院服科中心技術長 吳宗和博士。

對於高價值產業的發展趨勢,工研院服科中心技術長吳宗和博士指出:「應朝向服務科技化、製造服務化兩個方向進行,且兩者相輔相成。」所謂製造服務化,即是將硬體設備結合加值服務來提升產品價值,例如Apple的App Store的成功經驗,造就了iPhone不僅只是一支手機而已,背後的數位內容服務才是關鍵所在。

有鑑於此,製造服務化也成為體感系統的設計策略,像是擴增實境(Augmented Reality)之類的互動體感(Interactive motion sensing)即具有相當地潛在價值,透過介於虛擬世界(如:遊戲內容)與真實世界相結合的連結與互動,打造出創新的服務與應用。

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華碩電腦多媒體事業處總經理 簡孝堅。

PrimeSence業務總監尤紀凱。

德州儀器的應用協理 鄭曜廷。

體感技術研討會當日吸引460餘名學員踴躍參與,並見證體感創新應用聯盟成立。

3D虛擬試衣間體感技術應用。

現場群眾實際體驗數位家庭體感應用。

各攤位現場人潮絡繹不絕。

然而,互動體感應用前提在於具備Smart endpoints with 3D display、Motion sensing、Virtual reality及feedback mechanism等裝置,其次則是服務的適切性(Service usability),特別是使用者介面(User Interface),這將影響到客戶使用感受與忠誠度。經由Xtion Store體感創新應用開放平台的機制,可將內容產業(Content provider)、軟體開發(Software developer)及系統開發(System provider)等各方資源整合,讓體感創新應用於運動、醫療復健、遊戲、教育及電子商務等產業。至於工研院在體感創新應用聯盟中所扮演的角色,則是推動規格標準化,制定平台中的有關系統、介面等條件的統一規範,讓體感創新的開發獲得全球化應用。

華碩電腦多媒體事業處總經理簡孝堅致詞時提到:「華碩投入體感產業的原因,不外乎是周遭生活上的需求。」例如:家中小孩活撥好動,在體感技術的幫助下,將可吸引小孩的注意力,使其專注在學習上,也省下父母陪伴的時間;一般在網路上購買的衣服,時常發現樣式不適合或造型不搭配,此時若能先行虛擬試衣,勢必能減少這類情形發生;當家中的長輩需要肢體復健時,如果能在家中進行,將可避免往返醫院的麻煩,以上這些都是體感技術的應用層面,進而讓生活更美好。

華碩不僅擁有Xtion PRO、Xtion PRO LIVE的開發成果,在Xtion Store體感創新應用開放平台(Open Platform 2.0)的推動上也不遺餘力。

簡孝堅於說明時指出:「透過此平台提供更容易分享的的體感開發介面與套件,同時整合軟、硬體,以及數位內容與專業的廠商或團體,共同開發體感的創新應用,加速並帶動體感的產業的發展,提供消費者更精彩而愉快的便利生活。」

不僅如此,簡孝堅同時也提到Open Platform 2.0的特色在於開放性、便利性、普及性、國際化、發展性及多元化等6大特點。

由於開放性的特質,使得軟體的撰寫更為容易;而便利性與國際化,則是因為Xtion Store是建構於網路上,資訊的交換省時且方便,同時有利於華碩全球品牌與通路的推廣;而發展出來的體感裝置,將搭配PC使用,畢竟PC擁有普及性的特質,運算效能與應用提升的支援度亦是最佳,且沒有國家限制(如:大陸不能銷售遊戲機),避免銷售上的障礙,這就是發展性與普及性的優勢所在。此外,Xtion Store可一併用於B2B、B2C方面,擁有多元化銷售的優點。

Xtion Store所具備的B2C銷售功能,將藉由互動式使用者介面(Interactive UI),讓使用者可以輕鬆瀏覽下載最新的游戲或應用程式,未來將再整合更多元的體感創新數位內容像是商業應用、遊戲運動、教育學習及復健醫療等產業應用,且Xtion Store預計2011年11月上線,使得體感創新邁進一大步。

基於在體感創新聯盟中的B2B定位,Xtion Store具備了Management、Resource及Library等架構,作為獲得聯盟整合Application Developer、Content Provider等而來的App的平台。

至於華碩在Open Platform 2.0上所扮演的角色,則是透過Xtion PRO、Xtion PRO LIVE套件,協助軟體人員透過SDK(Software Development Kit)開發出PC上的應用。接下來將擴展至機上盒(STB)市場,以因應未來Smart TV的風潮,並創造出更大的效益。此外,華碩本身所要發展的方向為WAVI Xtion,利用WAVI系統將房間內的PC影像、聲音經由無線傳輸到客廳電視上,並透過Xtion偵測以手勢直接控制PC,用來瀏覽照片、控制影片操作選單、上網、甚至是使用社群網站等互動操作,即是透過電視螢幕,以體感方式控制PC。當然,遊戲機也是華碩在體感市場另一個著眼點,畢竟PC擁有最多的遊戲支援,甚至還有網路上的Flash遊戲,因此華碩期許所有的遊戲都能夠透過WAVI Xtion來進行。

其實華碩的WAVI Xtion跟微軟的體感遊戲機Kinect係出同源,晶片合作商都是Prime Sense。不過,WAVI Xtion是以PC為平台,且PC每年上億台的市場規模,加上軟體開發商也都在PC上開發程式,且具備升級容易等優點,因此基於PC做為體感應用平台將會是明佳策略。同時簡孝堅也表示,儘管跟Kinect有競爭關係,但雙方應先把市場做大,並格外看好大陸體感市場機會,加上Xbox無法在大陸銷售,故華碩會先聚焦大陸。華碩預定在10月份推出體感遙控套件,今(2011)年底前預定出貨10萬台。

運算核心與產業標準

除了開發機制與聯盟合作外,體感創新的核心技術也是令人關注的議題,因此本次研討會也邀請到在3D感測領域擁有深厚背景的PrimeSence與會。PrimeSence業務總監尤紀凱提到:「所謂3D感測技術,即是利用光學設備擷取環境訊息,將其組合成3D模型的技術。」

當然,一併也賦予了機器準確的視覺能力,並具備學習使用者的設計,顛覆了現有科技產品需要由使用者去學習的使用模式。同樣是攝像裝置,對於一般圖片所獲得的是RGB三原色的訊息。當搭載3D感測技術後,則能夠取得影像的深度(Depth map)資訊。

PrimeSence亦提供了完整的3D感測解決方案,除了名為NiTE的Middleware外,在硬體上涵蓋了PS1080感測晶片,以及感測裝置的參考設計(Reference Design)等元素。基本上,3D感測的技術架構Host端可分為驅動程式、Middleware及應用程式(Application)等部分。

當Xtion PRO等裝置擷取環境影像後,轉換成深度資訊,並傳遞到Host端由驅動程式接收並解讀出來,但對軟體開發而言,卻無法瞭解這些複雜訊息所代表的意義,所以需要Middleware去分析,將有效的內容提供給應用程式使用。

舉例來說,透過Middleware將擷取到的背景、人體輪廓等多餘影像去除,從中組合成所需的人體關節的節點資料。對遊戲程式而言,人體關節的節點資料即可接到虛擬3D人物上。另一方面,應用程式不見得要位於Server內,亦可透過雲端技術放在網路上與Middleware連結。

不過Server端整合應用程式的作法,並不符合前述提到的Open Platform 2.0概念。因此,PrimeSence與ASUS等多個合作夥伴,共同成立了OpenNI規範,為軟體開發提供了標準化的API工具,成為普及化的幕後推手。

OpenNI最大的特色在於完全免費,不論任何技術層面均可參與,並將Compliant Hardware、Middleware及NI(Natural Interaction)Apps三方資源有效整合。若再融入之前提到的3D感測架構中,除了硬體端與Firmware完全結合外,應用程式還可藉由OpenNI存取Middleware、感測裝置內部的功能,甚至是具備臉部辨識等獨特設計的Middleware,搭載至系統自然也不成問題。

對應用程式開發而言,在符合OpenNI的前提下,不需重新撰寫軟體,只要稍做修改即可輕鬆導入各種平台與Middleware。觀察OpenNI的推廣效益,目前具有超過2,000位的註冊會員,以及10萬個以上的SDK下載,同時已有上百個應用程式是採用OpenNI所開發,並以每天10個以上的速度成長,可見OpenNI的潛力無窮。

為了激盪出創意分享的火花,OpenNI還成立了Arena機制,提供開發者一個上傳成果的舞台,同時30%的Apps會公布原始碼(Source code)下載。

而OpenNI Arena的立意在於作為開發者間溝通的橋樑,進而將開發者社群與Publisher、Manufacturer、Application Store及Enthusiastic Consumer串連起來,以期達到觀察創意趨勢、發掘人才、加強開發者互動、將NI(Natural Interface)延伸到新領域等願景。

事實上,當3D攝像裝置將體感影像擷取進來後,還需經過Depth Map、Middleware等一連串複雜的資料轉換,這時也考驗著CPU的運算能力。因此本次也邀請到業界知名的嵌入式處理器(Embedded Processor)廠商─德州儀器,為各位解說DSP(Digital Signal Processor)在體感創新硬體上所扮演的角色。德州儀器的應用協理鄭曜廷提到:「由於目前Xtion的開發套件是用於PC上,故可直接使用PC的處理器計算運作。不過,開發者也可採用嵌入式的處理晶片,來減少資料傳輸佔據頻寬的問題,同時增加計算的效率。」

為此聯盟與德州儀器合作,讓開發者可在感測器上直接置入晶片,讓圖片資料的計算在前端就處理完畢,如此便可減少計算的時間,且傳輸通道也可用來傳送更重要的資訊或指令。

經過實際測試,德州儀器DSP與FPGA、PC的比較結果,在SobelEdge Detector、Bayer Filter Demosacing及Gaussian Pyramid等測試項目上,均有顯著突出的數據。即便PC的成績在Bayer Filter Demosacing上較為出色,但卻是配備了雙核、2GHz以上的處理器,以及2GB的記憶體才有如此的表現。不僅如此,德州儀器的DSP本身也採用了硬體加速器的設計,以提升在3D Point Cloud、k-means方面的運算表現。

另外,德州儀器DSP幾項的3D影像處理技術上,甚至超越PC的運算速度,且擁有小巧低耗電的嵌入式設計優勢。

針對體感需求的差異,德州儀器開發了多款DSP因應不同的市場定位,例如DM36xx系列,即是用來搭配手部體感的產品;而DM3730則是作為全身性的體感技術的運算核心,具備15個節點的偵測能力。

為增進DSP平台上軟體的開發,並充分發揮在運算效能上的優勢,德州儀器還提供了Vision Software Libraries的服務。其中包括OpenCV、vLib、IMGLib及3DVLib等部分,除內容廣泛外,還可開放原始碼,並透過Ti E2E論壇來相互交流,以期軟體能針對DSP最佳化,並與DSP縝密結合發揮最大效益。

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