〈工業技術與資訊〉世界首場5G MR無人機電競起飛

工研院與產業攜手,整合第一人稱視角數位傳輸、混合實境、精準定位技術三大特色,舉辦世界首場虛實整合的競技無人機賽事,也為臺灣打造無人機產業鏈新契機。(圖:工業技術與資訊月刊)
工研院與產業攜手,整合第一人稱視角數位傳輸、混合實境、精準定位技術三大特色,舉辦世界首場虛實整合的競技無人機賽事,也為臺灣打造無人機產業鏈新契機。(圖:工業技術與資訊月刊)

撰文/唐祖湘

5G 上路,各方都在尋覓殺手級應用,在經濟部技術處支持下,工研院與產業攜手,整合第一人稱視角數位傳輸、混合實境、精準定位技術三大特色,舉辦世界首場虛實整合的競技無人機賽事,以高速低延遲特性,可精準傳輸即時影像圖資,再現競速快感,也為臺灣打造無人機產業鏈新契機。

風和日麗的午後,一向寧靜的工研院中興院區,這天顯得格外熱鬧,一場工研院與無人機、直播與賽事業者跨域合作的競技無人機比賽正熱烈進行著。4 位國際競技無人機選手(又稱飛手)頭戴著酷炫的第一人稱視角(First Person View;FPV)眼鏡、手握搖桿,蓄勢待發準備迎接挑戰。

此場賽事難度在於,飛手不僅要穩健地操縱無人機,通過布置在綠色草原賽道上五顏六色的大型拱門與高環關卡,還要挑戰穿越從混合實境(Mixed Reality;MR)眼鏡中才看得見的虛擬障礙物。

在競技無人機比賽中,所謂第一人稱視角,指的是飛手宛如坐在駕駛艙內看出去的視角,這種視角提供飛手更好的沉浸感,讓比賽更刺激;而混合實境指的是,透過眼鏡看出去,除了看到真實景物外,還能融合系統設計的虛擬物件,並與虛擬物件互動。

賽事開始,只見飛手們手指靈活地在搖桿上跳動,一架架競技無人機在空中風馳電掣,漂亮地轉圈、甩尾,極速穿越多個障礙物,「咻、咻、咻」的飛行聲不絕於耳,現場超大尺寸螢幕即時播映每台無人機回傳的畫面,搭配直播主激昂澎湃的賽事解說,場邊觀眾看得心跳加速,驚呼連連。

數位影像傳輸 畫質流暢逼真

競技無人機從世界紅到臺灣,許多人不免懷疑,這類配戴 FPV 眼鏡操控的無人機競速比賽,不是早就有了嗎?但這次可不一樣,這是全球首度使用數位訊號即時把高畫質影像傳輸給競賽飛手,並採用虛實障礙賽道的「5G MR 無人機競技賽」。賽事中應用的各項軟硬體技術,均由工研院及科技大廠仁寶電腦協力研發。由於競技無人機被視為是 5G 的「殺手級應用」,因此這次賽事格外受到矚目。

5G 時代來臨,在 5G 加持下,科技產品的功能如虎添翼,無人機也受益於 5G,可實現更複雜的任務。其中競技無人機(Drone Race)更被全球視為下一個熱門運動賽事,2021 年亞洲室內暨武藝運動會、2022 年世界運動會均將其列為示範或運動比賽項目。POLARIS Market Research 指出,2019 年全球競技無人機市場規模超過 4 億美元,預計從 2019 至 2026 年的年複合成長率高達 22.1%,潛力商機無限。

看好競技無人機的發展前景,在經濟部技術處科技專案支持下,工研院開發「數位 FPV+MR 之競技無人機系統」。談到投入競技無人機系統研發的動機與過程,工研院資訊與通訊研究所所長闕志克表示,5G 商用化時代來臨,大家都在問,「什麼樣的應用是 4G 作不到,非 5G 出馬不可的?」團隊腦力激盪,認為可遠端操控的無人機最適合,而在無人機項目中,又以競技無人機因體積輕巧,飛行速度快,最能展現 5G「高頻寬、低延遲、大連結」的特點,於是毫無懸念地雀屏中選。

過去,競技無人機比賽時都是使用類比訊號傳輸影像,類比訊號的畫質較粗糙,且不時有影像閃爍或跳動的現象,畫面經常不夠連續;本次競賽使用數位訊號傳輸畫質則是清晰且無雜質,觀眾猶如身歷其境,影像傳送到飛手眼鏡僅有 0.05 秒的延遲,速度更快,飛手的反應就要更快,賽事的進行更加真實、刺激。

工研院資通所組長李國徵進一步說明,類比影像串流畫質只有 720x480 像素,但數位傳輸速度可以到 2K、4K,未來甚至可能進展到 8K,再搭配 5G 高頻寬、低延遲特性,讓畫質與流暢度明顯提升。

飛手不僅要穩健地操縱無人機,通過實體大型拱門與高環關卡,還要挑戰穿越從混合實境眼鏡中才看得見的虛擬障礙物。
飛手不僅要穩健地操縱無人機,通過實體大型拱門與高環關卡,還要挑戰穿越從混合實境眼鏡中才看得見的虛擬障礙物。
混合實境 增加賽事精彩度

除了首度採用數位影像傳輸,過去競技無人機比賽都是以現場障礙物為主,本場賽事則導入混合實境運算、高精準定位技術等兩大技術,賽場中增加了虛擬障礙物的設計及碰撞視覺回饋,飛手在眼鏡中看到的是虛實融合的畫面,不僅要飛越現場的實體障礙,還得在虛擬賽道中穿梭,蒐集能量磚等虛擬道具,以贏得最多分數;當在機身與障礙物產生碰撞時,畫面還會呈現碰撞視覺回饋效果,使得競賽難度增加,賽事更加精彩。

闕志克表示,這部分技術難度在於要在寬敞的場域賽道,無人機飛行飆速的情況下,隨時隨地捕捉無人機的當下位置,並扣合虛擬障礙物件的出現,一旦無人機與虛擬障礙物碰撞,將同步進行邊緣運算,立即將訊號傳輸到飛手 FPV 眼鏡中,定位、運算、傳輸,一切都要在 0.05 秒內完成。

參賽飛手之一徐愷伶表示,虛實融合讓比賽複雜度提高,變化多端,玩起來非常過癮,例如虛擬障礙物會騰空出現,不是單純穿越就可以過關,實體障礙物則可能埋藏著虛擬能量磚,收集時須小心翼翼避免撞到,可以增加很多的互動性,「比賽時注意力要更集中,反應要快速清楚。」有點像在打電競這樣的感覺,是一項非常新的突破。

徐愷伶也分享數位與類比訊號的體驗差異,對飛手來說,差個零點幾秒就可能撞到障礙物,撥搖桿也要即時反應,所以訊號不能太延遲,這點類比確實較為吃力,數位速度感相當流暢,畫質更是清楚許多。」

5G 無人機場域建置 臺灣產業新方向

此外,這場賽事不光是單純競技無人機的展示,或是開創新的競賽模式而已,而在於成功建置了競技無人機的整個競賽場域,讓人看見專業商用的產業潛力。包括 MR 技術、MR 眼鏡、FPV 鏡頭、場邊傳輸影像 5G 小基站、定位與邊緣運算平台,以及讓整場賽事無時差播出的 5G 直播系統等等,各項技術整合在一起,延伸出來的應用系統,可望創造新的產業生態鏈。

闕志克進一步點出,目前全世界還沒有出現一個 5G 競技無人機的場域建置模式,臺灣的資通訊技術已有一定優勢,很有機會做出自己特有的競技無人機解決方案。因此,工研院這場全球首航的競技賽事可說是一個重要起步,驗證了結合直播、數位影像傳輸以及 MR 等技術,在 5G 上應用的可行性,希望促進相關業者跨域合作,帶動創新產業,串連為完整產業鏈,未來就可以將架設競技無人機賽事環境作整套輸出,還可量身打造,「像是用虛實整合設計技術,將美國大峽谷、巴黎鐵塔等場景融入 5G MR 競賽場域中。」

這次合作,由仁寶提供 5G 攝影機與直播系統等硬體,國內無人機賽事龍頭廠商飛競鬥士,協助賽事活動培訓與無人機設計回饋,賽事技術如數位圖像傳輸、精準定位、MR、FPV 眼鏡等軟體則由工研院開發,未來雙方將持續合作,讓技術更加精進。闕志克舉例,像是從飛手 FPV 眼鏡看到的虛擬障礙物件,外觀與形體不夠真實,還可以再改善;障礙物不光是固定在原地,也可以升級為動態、跳躍的,甚至作成可竄出、可攻擊的飛彈,添加賽事精彩元素,這些都需要更深的技術來支持。另外,舉凡無人機穿過或碰撞障礙物,皆需要高效能機器運算,臺灣有不少做邊緣運算處理的硬體廠商,也希望有機會多一點業者能夠投入研發,共同把產業鏈建立起來。

闕志克重申,就像 F1 賽事對汽車產業帶動科技研發、產業發展與觀光等效益,5G 無人機也可以鏈結從營運、供應、設備製造到服務完整的產業鏈,成為驅動臺灣資通訊產業發展的新引擎,協助國內產業進軍國際市場,創造下一個數位競技的大商機。

現場布置超大尺寸螢幕,能即時播映每台無人機回傳的畫面,為賽事增添許多的互動性。
現場布置超大尺寸螢幕,能即時播映每台無人機回傳的畫面,為賽事增添許多的互動性。

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 348 期 2021 年 1/2 月號,未經授權不得轉載。


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《工業技術與資訊》月刊,現為工研院發行之全院性對外出版品,刊物發行於1991年,目前每期發行數量約為6,000份;對象含括全國具研發單位的中小企業、立法委員、政府官員、媒體等。

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