隨著生成式人工智慧（Generative AI）運用日漸成熟，使得行動裝置和穿戴式裝置（Wearables）對生成式AI圖像需求殷切，來提升人機互動能量和技術力；然而，專門設計的AR/VR（擴增實境暨虛擬實境）眼鏡（如微軟HoloLens、Google Glass等）因為價格和重量都居高不下，加上長期穿戴的眼睛不適問題，而未能普及化應用。
一支來自美國史丹佛大學的團隊，針對坊間AR/VR眼鏡的前述問題有感而發，因而開發了結合生成式AI和鏡片直接投影的替代方案，希望藉由導入AI應用來提升AR顯像品質，期望達到AR眼鏡普及化應用的目標。
技術發展背景
智慧眼鏡已經問世一段時間，但初期尚未發展出「殺手級應用」而受限，近年隨著5G、物聯網、元宇宙、AI的蓬勃發展而讓智慧眼鏡有了發展的契機，希望能有更普及化的運用，來降低入手門檻。
另外，隨著AI自動繪圖和建模的技術日新月異，AI圖像的舞台已不再侷限於電腦、智慧電視和行動裝置的螢幕上，而是五花八門的穿戴式裝置，尤其智慧型眼鏡更適合AI即時生成圖像，來達成虛實結合之效果，讓智慧眼鏡比以往設計得更不一樣、操作更方便親切。
技術介紹與應用現況
來自史丹佛大學的研究團隊，在研究各種坊間3D眼鏡、AR/VR眼鏡之後，除了感覺到體積大而笨重、攜帶不便外，還有觀看AR/VR影像過程中帶來的眼睛疲勞、殘影重疊、模糊等不良現象，有可能是因為投影裝置或鏡片材質不良等問題。因此，研究團隊就著手改善鏡片材質和AR成像原理，除了減少穿戴時的不適感，也能改善AR投影的真實性。
圖 1： 新型AR眼鏡原型設計
資料來源： Choi, 2024
傳統的AR眼鏡是用間接投影的方式，利用微型投影機將影像打在鏡片上，折射出二維AR影像，但有體積較笨重、鏡框結構有限、影像折射品質差等缺點（如圖 2的左上角a圖）；有鑑於此，研究團隊利用一種LED直接投影的技術，並改良鏡片設計和折射原理，讓LED顯像單元嵌到鏡片上直接投影（如圖 2的左下角b圖）。
研究團隊利用AI來運算光的折射路徑，作為改善鏡片材質的參考，同時藉由改善鏡片材質和投影機制，讓鏡片和鏡框都比以往更輕薄短小；此外LED直接投影能用AI運算光影和像素，經由每個像素不同的折射路徑對應到鏡片上不同的位置，折射出AR影像的景深效果，讓AR影像從2D變成3D，比以往AR眼鏡更具有真實感，並減少眼球對焦和穿戴時的不適感。
圖 2：AR眼鏡成像原理新舊比較
資料來源：Gopakumar, et al., 2024
研究團隊的文章除了獲得國際知名期刊《自然》收錄外，也獲得IEEE Spectrum專欄收錄，獲得學術界肯定。研究團隊指出，未來會進一步將理論應用在實際應用情境上，例如醫師以AR眼鏡輔助開刀、飛行員以AR眼鏡進行飛行訓練等等。
未來展望／挑戰
藉由改良AR眼鏡的成像技術，同時配合AI運算，為AR眼鏡帶來了突破性發展，並進一步朝向實際應用情境落地運用，讓更多使用者感覺到AR是一件既新鮮又實用的產品。
未來將隨著數位孿生、元宇宙等AR/VR整合運用，再進一步整合AI合成影像、AI聊天機器人等Gen AI殺手級應用，讓AR/VR穿戴裝置成為使用者形影不離的AI隨身助理，讓Gen AI運用更多元化，帶給使用者更真實的感官體驗。
封面圖片來源: 123RF
參考資料來源:
- Choi, C. Q. (2024, May 8). Augmented Reality Slims Down With AI and Holograms. Retrieved from IEEE Spectrum: https://spectrum.ieee.org/augmented-reality-glasses-metasurface
- Gopakumar, M., Lee, G. -Y., Choi, S., Chao, B., Peng, Y., Kim, J., & Wetzstein, G. (2024, May 8). Full-colour 3D holographic augmented-reality displays with metasurface waveguides. Nature, 629, pp. 791-797. doi:10.1038/s41586-024-07386-0
- Myers, A. (2024, May 8). AI and holography bring 3D augmented reality to regular glasses. Retrieved from Stanford University: https://engineering.stanford.edu/news/ai-and-holography-bring-3d-augmented-reality-regular-glasses