[分享] 虛擬實境裝置 HTC Vive 開箱＆硬體介紹

luyaoting2016-4-6 19:02

圖文好讀版：https://www.ptt.cc/bbs/VR/M.1459894308.A.4BA.html

「虛擬實境（Virtual Reality，VR）」是利用電腦創造出一個虛擬世界，配合多樣設備模擬出視覺、聽覺、觸覺等，讓使用者彷彿置身在虛擬世界中。
在2012年，Oculus公司的虛擬實境頭戴式顯示器Oculus Rift初次亮相，這款頭戴顯示器（Head-Mounted Display，HMD）配備了陀螺儀、加速度計和磁力計，能夠偵測使用者頭部動作，讓使用者能夠在虛擬世界中自由轉動頭部觀看四周環境，拉開近年VR熱潮的序幕。
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如今，HTC和知名遊戲大廠Valve合作（代表作品有戰慄時空（Half-Life）系列、反恐精英（Counter-Strike）系列、傳送門（Portal）系列等，同時也營運著全球最大的電腦遊戲平台Steam），推出了具有空間定位和動作追蹤功能的虛擬實境設備－HTC Vive。多虧了Vive準確的定位系統，使用者的動作能夠1：1的反映到虛擬世界中，能夠在虛擬世界中自由走動並且利用肢體動作和虛擬世界進行「互動」，產生高度的「沉浸感」，讓人們忘記眼前所見並非真實的，帶來前所未有的體驗。
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讓我們先來看一段採用特殊手法拍攝的HTC Vive宣傳影片
https://youtu.be/qYfNzhLXYGc

看完影片後有勾起你對VR（虛擬實境）的興趣嗎？如果沒有，別擔心，因為VR帶來的體驗實在是太難透過2D影片傳達、太令人難以想像了，強烈建議大家有機會的話就去體驗看看HTC Vive，相信會給你截然不同的感受。
＊目前HTC在全台大型專賣店（2016.06.30截止）(http://www.htc.com/tw/htc-vive-experience )和三創生活園區（2016.04.17截止）有舉辦免費體驗活動喔～

好了，接下來便是本篇的重頭戲，HTC Vive開箱啦！

首先，映入眼簾的是碩大的箱子，整個箱子重達8.7公斤！
http://i.imgur.com/3fCcWFG.jpg

重點！Made in Taiwan！
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拆開後，這才是真正的包裝盒！
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一打開，看到的是……皺皺的說明書！呃…皺皺的實在有點不好看…
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拿開說明書後就會看到三種主要設備，分別是左上角的兩個Lighthouse、左下角的兩支控制器以及右邊的HMD（頭戴式顯示器）。
http://i.imgur.com/wwbD52B.jpg

先來介紹這兩個Lighthouse，外觀看起來就是兩個方形小盒子，HTC給他的官方名子其實是Base station（基地台），但我還是喜歡叫它Lighthouse，這名子更符合它實際的功能。
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Lighthouse系統是Valve公司開發出的空間定位技術，這兩個方形小盒子之所以會被稱為Lighthouse，是因為它們最主要的功能類似於燈塔發出光線指引船隻方向，Lighthouse會發出紅外線照射整個遊玩空間，使控制器和HMD可以得到一個座標，知道控制器和HMD在遊玩空間中的位置。
下面這張GIF圖是利用高速紅外線攝影機拍攝開發版Lighthouse的運作情形，Vive的Lighthouse結構不同但運作原理相同。圖中可以看到Lighthouse左邊和上面有兩排固定的紅外線LED，右邊和下面分別有垂直和水平轉動的紅外線雷射。另外Vive的控制器和HMD上有多個紅外線感應器，能夠偵測Lighthouse所發出的紅外線。
http://i.imgur.com/L3T95Ua.gif

Lighthouse系統的運作方式是（可搭配下面的影片方便理解）：
1. Lighthouse中固定的紅外線LED發出一陣閃光
2. 控制器和HMD上的紅外線感應器偵測到閃光開始計時
3. Lighthouse中垂直轉動的紅外線雷射掃射整個遊玩空間
4. 控制器和HMD上的紅外線感應器偵測到雷射結束計時，依據時間的長短便可以得知垂直角度
5.~8. 和1.~4.大致相同，不過將「垂直轉動的紅外線雷射」換成「水平轉動的紅外線雷射」，得知水平角度
9. 得知控制器或HMD上三個以上紅外線感應器相對於Lighthouse的垂直、水平角度後，由於每個紅外線感應器間的相對位置是固定的，便能夠推算出控制器或HMD在空間中的位置
10. 步驟1.~9.每一秒會重複執行數十次，因此即使快速揮舞Vive控制器，Lighthouse系統依舊能夠準確地追蹤控制器所在的位置
https://youtu.be/J54dotTt7k0
延伸閱讀：This Is How Valve’s Amazing Lighthouse Tracking Technology Works (http://gizmodo.com/this-is-how-valve-s-amazing-lighthouse-tracking-technol-1705356768)

在了解Lighthouse的運作原理後，便知道不論將Lighthouse放在哪裡都是可以使用的，只要讓Lighthouse發出的紅外線能夠照到控制器和HMD即可。Lighthouse垂直、水平都有120°相當大的照射範圍，最理想是將Lighthouse固定在天花板或牆上並向下傾斜，讓它能夠照射到最大的範圍。
Vive包含了兩個Lighthouse，建議將Lighthouse固定在房間對角，這樣一來整個房間基本上都在兩個Lighthouse的照射範圍內了。需要注意的是，兩個Lighthouse要能夠互相照射到對方才能進行無線同步，避免兩者運作不協調造成相互干擾。（在兩個Lighthouse無法照射到對方的情況下，Vive有附一條長15公尺的同步傳輸線）
另外，YouTube上也有人測試過，即使將兩個Lighthouse都放在地上也是可以使用的(https://youtu.be/9ubW6Pxlm7g )。（但在少數情況下，Lighthouse發出的紅外線可能較容易被使用者的身體擋住，而無法定位）
http://i.imgur.com/yQzIuhy.png

好…有點扯遠了，回來這次的開箱，Lighthouse背面下方有電源連接埠、頻道按鈕（讓兩個Lighthouse處在不同的頻道）、同步傳輸線連接埠（一般情況下不須使用）和Micro USB連接埠（未來可用於韌體更新），中間則有和一般相機、腳架一樣的1/4英吋螺絲孔。
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Lighthouse下方還有另一個1/4英吋螺絲孔。
http://i.imgur.com/vFxR1Cy.jpg

Lighthouse的變壓器，輸入為100-240V/750mA/50-60Hz，輸出為12V/2.5A。
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一般情況下用不到的15公尺同步傳輸線。
http://i.imgur.com/QLDvwOG.jpg

隨附的球形轉軸固定架、螺絲和使用說明，可以將Lighthouse固定在天花板或牆壁上。
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不過由於我家的牆壁不方便鑽孔，因此我另外在網拍買了兩支兩公尺高的燈架，和兩個球型小雲台，來架設Lighthouse。
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把兩個Lighthouse架設在房間對角，房間空間越大，在虛擬世界中可以走動的範圍也就越大，帶來更好的效果。（官方建議兩個Lighthouse間的最遠距離為5公尺）（如果有需要，Vive也可以設定成坐或站在原地使用，無最小空間限制）
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再來是控制器的部分，Vive控制器上方的環狀結構佈滿24個紅外線感應器，用於精準的定位，能夠將控制器的位置1：1反映到虛擬世界中。控制器也附有吊繩，避免不小心掉落。
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前方有大的圓形觸控板（觸控板也可以按壓，作為按鈕使用），觸控板上方是選單按鈕、下方是系統按鈕。
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後方有類比式兩段板機按鈕（壓到底會有咖一聲）。
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兩側則有握柄按鈕。
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習慣一般遊戲手把的玩家可會覺得按鈕怎麼這麼少？
一般遊戲中可能需要有一個按鈕當作蹲下、一個按鈕當作傾身、一個按鈕當作閃避等等，但在VR世界中，要蹲下就直接蹲下、要傾身就直接傾身、要閃避就直接閃避，所有身體動作都可以直接反映到遊戲中，甚至，若要拿取背包裡的道具，直接將控制器伸到背後把背包抓來前方就可以了！
另外，觸控板也可以配合遊戲中的虛擬選單，實現多樣的功能。
http://i.imgur.com/9pvjQ00.jpg

或許有人會覺得控制器造型很怪異，但是在遊戲中，控制器可以變成各式各樣的形狀、槍枝、高爾夫球桿等，甚至是一雙手！
Vive控制器也包含了擬真的震動功能，能夠讓使用者感受到一些觸覺回饋，舉個例子，在拉弓時可以利用震動來模擬越來越緊繃的弓弦。
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Vive控制器內建鋰電池，透過Micro USB連接埠充電，充飽電後可以使用約4小時。有附兩條Micro USB傳輸線以及兩個USB充電器（輸入為100-240V/200mA/50-60Hz，輸出為5V/1A）。
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呼…講了這麼多終於輪到HMD（頭戴式顯示器）的部分了！Vive HMD我個人覺得不算好看，外觀可以看到許多坑洞，這些坑洞是紅外線感應器的位置，總共有32個感應器，一樣是用來進行空間定位，能夠將頭部位置1：1反映到虛擬世界中。
http://i.imgur.com/WKdOvEU.jpg

HMD前面下方有一個相當重要的東西－前置相機，讓使用者可以隨時透過前置相機觀察房間內的情形，或是方便拿取耳機、控制器等物品。由於只有一個前置相機，所以拍到的畫面是2D的、沒有立體感，而且畫質也不太好，但已經是相當實用的功能。
http://i.imgur.com/yU8mhCh.jpg
https://youtu.be/npg3Zt-WILU

為了避免使用者在遊玩時走過頭撞到四周的東西、牆壁，Vive內建了可靠的Chaperone系統，Chaperone系統會在使用者越來越接近遊玩區域邊界（自行設定）時，用網格顯示出邊界，讓使用者不必擔心撞到東西，可以更安心的沉浸在遊戲世界中。
http://i.imgur.com/g4OdHKk.jpg

下方有隱藏式麥克風，可以用於語音交流。
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頭帶可以調整，可以適應每個人的頭形。
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臉部靠墊可以拆卸，總共有兩個，一個較厚、一個較薄，可以配合不同臉形使用。還可以看到兩側有凹槽，即使帶著眼鏡也是可以使用的。
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這裡我們可以看到兩個大大的透鏡，透鏡後方有兩塊解析度為1080x1200的OLED螢幕。經由這兩個透鏡，能夠放大畫面、延長焦距，因此帶上HMD後視野相當寬廣，眼睛也不會因為對焦在近距離的螢幕而感到疲勞。
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透鏡上之所以會看到一圈圈的同心圓紋路，是因為Vive使用的是Fresnel lens（菲涅耳透鏡）(https://goo.gl/8YZ7uw )，Fresnel lens省略了普通透鏡中光線直線傳播的部分，僅保留實際會使光線折射的曲面部分，相較於普通透鏡，Fresnel lens厚度較薄、重量較輕，能夠使HMD更加輕便、舒適。
然而Fresnel lens同時也會使成像品質降低一些，例如在黑底白字等高對比的畫面下，白字的周圍會有一些暈開或是眩光的現象。如果眼睛沒有對到透鏡的中央，在部分畫面也容易看到一圈圈的同心圓紋路。
http://i.imgur.com/QsIE0bj.gif
延伸閱讀：How Lenses for Virtual Reality Headsets Work (http://vr-lens-lab.com/lenses-for-virtual-reality-headsets/)
Field of View for Virtual Reality Headsets Explained (http://vr-lens-lab.com/field-of-view-for-virtual-reality-headsets/)
Optical Properties of Current VR HMDs (http://doc-ok.org/?p=1414)

HMD右側下方有瞳距（Interpupillary Distance，IPD，兩眼瞳孔間的距離）旋鈕，左右兩側有鏡片距離旋鈕，可以依據每個人的眼睛調整至最合適的位置。
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http://i.imgur.com/y77qZ7W.jpg

左邊有一個不起眼的按鈕，功能等同於控制器上的系統按鈕，可以叫出主畫面或是開啟前置相機。戴上HMD後如果要找控制器，直接按這個按鈕開相機，就能夠輕鬆找到控制器了。
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Vive有兩塊解析度為1080x1200的OLED螢幕，合併起來的解析度為2160x1200，這兩塊螢幕的更新頻率為90Hz，也就是說，這兩塊螢幕每秒可以顯示90張不同的畫面。
為了驅動這兩塊高解析度、高更新頻率的螢幕，需要相當強力的電腦。下圖為HTC官方推薦的電腦規格，如果電腦未達建議的規格，在執行部分畫面較精緻的遊戲時可能無法達到90FPS（Frame Per Second，每秒顯示幀數），這時由於顯示的畫面跟不上身體的動作，大腦可能會感覺到不協調，造成暈眩、身體不適，因此還是建議使用推薦規格以上的電腦。
http://i.imgur.com/c8aIJ9a.png

雖然Vive的畫面解析度有2160x1200，但由於顯示出的畫面會被放大到110°的視野中，因此使用時可以看得到Pixel（畫素）。不過在實際使用時Vive能產生非常棒的空間感，戴上HMD幾秒鐘後便會將解析度不足的事忘得一乾二淨。而且目前HTC官方推薦使用的顯示卡已達萬元等級，若要再提升螢幕解析度勢必要再拉高顯示卡規格，有些不切實際。

HMD上方有一個可以打開的護蓋，打開後會看到HDMI線（插槽）、USB線（插槽）、電源線（插槽）和3.5mm耳機線（插槽）。
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其中3.5mm耳機線會延伸到HMD後方，提供一個3.5mm耳機孔，使用者可以連接自己的耳機。盒內也有隨附一個HTC耳道式（入耳式）耳機，應該是為了避免線晃來晃去所以將耳機線做得很短，然而似乎有點太短了，有時轉個頭耳機就被扯下來了。
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HMD上相當長的HDMI線、USB線和電源線要連接到串流盒。
http://i.imgur.com/BOWIGZa.jpg

以目前技術來說，HMD不大可能做成無線的，因為無線傳輸有著兩大問題－頻寬不足和延遲，頻寬不足導致每秒無法傳送這麼多張高解析度的畫面，必須要降低解析度，而延遲問題則會導致顯示的畫面跟不上身體的動作，可能會造成暈眩。期待未來無線傳輸技術進一步的發展。
如果擔心會被線絆到，許多之前已經拿到開發版Vive的人都說，用多了自然而然就會知道線在哪，能夠很容易地避開線。如果你還是心存疑慮，看過下面這段影片你就會知道人類的適應力是多麼的驚人！
https://youtu.be/Q4Komcb1520

串流盒另一側要連接電源（串流盒的變壓器，輸入為100-240V/500mA/50-60Hz，輸出為12V/1.5A），並使用隨附的HDMI線和USB線連接至電腦。（若不想使用隨附的HDMI線，也可以自行購買Mini DisplayPort傳輸線來使用。）另外還有附一小塊止滑墊。
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最後是隨附的透鏡擦拭布、說明文件等等。
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再來張內容物大合照吧！東西真的超級多的！
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硬體都準備完成後，便要進行軟體設定，設定過程中會看到相當有趣的動態圖示說明，設定完後還有一個親切有趣的Vive使用教學，充滿Valve式幽默。一切就緒後，便能夠沉浸到VR遊戲世界中啦！
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如果想看實際遊玩影片，個人強力推薦NODE這個YouTube頻道，他們用Vive玩了許多VR遊戲，過程相當有趣，值得一看！
https://www.youtube.com/playlist?list=PLQOB_yCwC5J3rYI-9JuLGZrCJGSxcZjeI

或許有些人會擔心玩VR遊戲造成暈眩的問題，部分VR遊戲之所以會造成暈眩，是因為眼睛看到的畫面和身體感覺到的動作不一致，便會造成頭暈、噁心等反應。不過目前大多數Vive遊戲中，使用者的動作會1：1反映到遊戲中，頭、身體怎麼動就看到怎樣的畫面，在這種情況下完全不會有暈眩的問題。

目前HTC Vive一套售價為新台幣28,488元（含稅，含運費），並且需要搭配約三萬元以上的電腦主機使用，購買成本算是滿高的。但是HTC Vive提供的是市面上最完整的空間定位、動作追蹤技術，帶來最具有沉浸感的VR體驗。
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若要和其他兩大VR設備進行對比，Oculus Rift售價為599美元（不含稅），但目前只能配合一般遊戲手把遊玩，它的動作追蹤控制器Oculus Touch要等到2016下半年才會上市，預估售價為150美元（不含稅），加起來售價大約是新台幣26,000元（含稅，不含運費），和HTC Vive相差無幾。然而目前看到Oculus Rift搭配Touch的遊戲乎都是將兩台紅外線定位攝影機架在使用者前方，讓使用者站在一個小區域面對前方遊玩，遊玩時有較多限制。
（不過依據這段影片https://youtu.be/vyNKR_-uKfs ，可以看出Oculus Rift是有潛力在空內自由走動遊玩的，就等後續的資訊囉。）
我還滿喜歡Oculus Rift的HMD有附耳機的設計，可以省去戴上HMD後再戴耳機的麻煩。還有Oculus Touch體積較小、較輕便也較符合人體工學，方便做一些較精細的操作，它的板機按鈕有電容感應功能，應用在多人遊戲的手勢互動很不錯，只可惜上面只有類比搖桿和按鈕而沒有觸控板，使用上較不直覺。
http://i.imgur.com/eO0VI61.jpg

PlayStation VR要等到2016年10月才會上市，搭配PS4主機使用，售價為399美元（不含稅，不含PS4主機、動作追蹤控制器、定位攝影機），包含動作追蹤控制器、定位攝影機的同捆組則為499美元（不含稅，不含PS4主機），預估同捆組的售價為新台幣16,200元（含稅，不含運費），是三大VR設備中最便宜的。然而其效果也會受限於PS4主機的性能，畫面表現會有很大的限制，另外，其定位系統是利用可見光LED進行定位，僅使用一台定位攝影機，HMD和動作追蹤控制器上的定位LED也少很多（HMD 9個，兩個動作追蹤控制器各一個），定位效果會較差一些，也是面對前方遊玩。
PlayStation VR的HMD是三者中最方便穿戴的，造型也最好看，不過相對的，其動作追蹤控制器造型也是最XX的……。
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總結來說，過去的VR HMD讓使用者變成虛擬世界中一顆漂浮的頭，可以觀察四面八方的環境，如今的空間定位技術讓使用者在虛擬世界中有了雙手可以和虛擬世界互動，也可以自由走動，彷彿讓使用者變成虛擬世界中的一份子，一舉一動能夠對虛擬世界造成影響，形成深刻的「存在感」。我在體驗過有手的VR遊戲後，便有點難以接受沒有手、只能使用一般遊戲手把的VR遊戲，雖然HTC Vive成本較高一些、配件較多、設定也較麻煩，但是是市面上功能最齊全的VR產品，能夠完全顛覆既有的遊玩方式，帶來的體驗絕對值回票價。
好了，本篇開箱介紹到此結束，謝謝大家捧場！我要戴上Vive HMD、拿起控制器，繼續「醒著作夢」了～
http://i.imgur.com/4ZngSIX.jpg

本文章最後由( luyaoting )於 2016-4-6 19:05 編輯

本文章最後由( luyaoting )於 2016-4-6 19:07 編輯

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