Figure. 5. 左圖為滑鼠原型，右圖為 sketchpad 研究計畫
人機介面的觀念開始被研究者所重視是在1963 Ivan Sutherland 提出 Sketchpad 研究計畫。當 時便開始大量的對電腦輔助設計(Computer-Aided design)的研究，勾勒出輸入與顯示技術的重 要(Baecker , et al. 1995)。1981 Xerox 發表了 Star Information System，建立了現今個人電腦的 基本架構：由處理器、顯示器、鍵盤與指標控制裝置(滑鼠)所構成(Smith, et al. 1990) 。這個時
期的人機介面多著重在顯示器背後的虛擬空間該怎麼看待，圖像示(iconic)的指令、樹枝狀的 選單、視窗系統…等，也建立了使用者中心、直覺化、視覺化的操作等介面設計上重要概 念，一直影響至今。
2.4 以電腦為輔助體驗工具
Figure. 6. The Legible City，以日生常活用品做為實虛結合的介面(Shaw, 1991)
Morton Heilig 於 1962 提出 sensorama 有趣的詮釋使用者體驗影像、聲音與氣流來產生沉浸式 (immersion)的感受。到了 90 年代，隨著 3d 技術逐漸發展成熟與投影設備的普及， 研究者開 始視覺化塑造全虛擬空間。”The Cave”於 1992 年在 SIGGRAPH 展示出來，透過立體眼鏡與環 繞式的投影幕，觀者可即時看到立體的空間，沉浸式的感知成為探索虛擬空間相當重要的關 鍵。澳洲藝術家Jeffrey Shaw 在 1991 提出”可閱讀的城市”( Shaw, 1988) ，以日常中熟悉的身 體習慣的活動，本能的轉移到資訊構成的世界裡，使用者透過腳踏車與CAVE 介面來瀏覽文 字構成的虛擬城市空間(圖 4)。而隨著使用者中心思潮的發展，全虛擬環境硬體的操作介面的 研究多樣式的輸入，如手部動態追蹤、眼部追踨、手勢分辦、位置分辦等方向，詳細的分析 身體所能表達的訊息 (Stanny and Zyda, 2002) 。
2.5 實虛結合輔助體驗
Figure. 7. Piekarski(2002)以頭戴式顯示器(HMD), 攝影機(WEB-CAM), 衛星定位(GPS)與 筆記型電腦，
達成戶外的實虛結合互動環境
在電腦成為體驗工具的發展之下，身體與似乎有著不同的發展。如透過配帶雙向交互影響的 科技產品，身體的能力突破了以往，因而有了「人機同體」(Cyborg)這樣的觀念被提出，
Mitchell 認為人機同體的概念將會讓都市與建築空間重新被定義(Mitchell, 1995)。行動藝術家 Stelarc 於 1996 年作品 Ping Body，以機械義肢與各種電子設備延伸擴張自已身體的能力 (Stelarc,1996)。而近年來關於擴增實境(Augmented Reality)的研究更在各個領域掀起研究熱 潮，以頭戴式顯示器(Head Mounted Display)與 WEB CAM 的結合再加上記號的定位與程式的 撰寫，使用者可直接看到即使的3D 影像與實體環境結合。(Piekarski, et al. 2002)
2.6 體驗式設計輔助系統
Figure. 8. Ishii and Ullmer (1997)提出可觸碰的位元來強調無接縫的實虛結合，illuminating clay (Piper, et al. 2002)針對景觀設計提出實虛結合的設計媒材
當Weiser 提出的遍佈式運算讓電腦隱藏於實體環境之中，使得日常生活中的各種生活行為都 可能結合實虛而變的更直覺(Weiser, 1991)。體驗工具遍佈於環境當中並且應用於設計輔助系 統時，Ishii 與 Brygg 提出的可觸碰的位元這樣的介面概念，讓使用者在實體環境中與虛擬世 界有了無接縫的連結(Ishii and Ullmer, 1997)，光黏土(illuminating clay)針對景觀設計，提出讓 設計者操作實體模型時能即時看到動態的虛擬資訊回饋，透過這樣緊密的實虛結合，設計者 可以了解處理景觀設計時坡度改變的影響，包括過陡的坡度影響道路分佈產生的危險、水流 改變、侵蝕、陰影、光線、與費用…等數據化的資訊，並且讓設計者試著以直覺的方式去解 決設計問題(Piper, et al. 2002)( Figure 8 )。而數位環境這樣的工具提供了更即時回饋且加強化 了設計意途表達上的轉譯(Schnabel and Kvan, 2001)
在討論基地現場做設計此議題上, Tsai and Chang (2005) 提出了關於基地上進行設計的需求: 一 個可移動的顯示裝置。其中標示出在地顯示與互動性的重要(Tsai and Chang, 2005)。
3
理論推演 - 在地體驗式設計輔助系統
由前述的研究背景了解建築設計思潮與人機介面在電腦輔助設計的發展後，本章節試圖推演 出在地體驗式設計輔助系統架構，以回應建築空間設計所關切的人身尺度與基地的關聯性這 兩個重要的因素。藉由找出初步的設計具體化行為模式，得以了解設計行為的需求，並將之 轉化為在地體驗式設計輔助系統的輸入-輸出系統架構，以便之後的系統建置。
3.1 將模糊設計概念具體化
設計者在將模糊設計概念具體化時，經常想像模擬設計在完成後的狀態，再以圖像方式記錄 下想像中的設計，經由訪談專業空間設計者了解圖像記錄的原因，是在於空間設計時複雜的 思考需要被精確的記錄下來以便判斷設計是否合適( Table 1 )，經常發生在具體化過程發現了 更多的問題，進而將設計修改的更為成熟。由於整個設計思考過程過於複雜，本研究針對使 用平立面圖繪製想像中的設計，需要學習以下三種想像連結：1.精確呈現設計想像 2.想像與基 地結合 3. 人身尺度的使用行為模擬。
想像模擬設計要項 綜合判斷時常思考的問題
尺寸 整體設計是否合於使用行為
顏色 整體設計造形舒不舒適
質感 設計是否合於施工工法
與基地結合狀況 整體設計是否與基地結合良好
Table. 1. 設計者想像模擬設計後，以圖面記錄過程中，得以較精確的判斷設計是否合適。
3.1.1 想像模擬設計行為模式(一)：精確呈現設計想像
Figure. 10. 透過影像合成的方式來呈現設計想像
3.1.3 想像模擬設計行為模式(三)： 人身尺度的使用行為模擬
在具體化設計想法時，設計者思考使用者如何感受、使用他的空間設計時，設計者常會利用 自已的身體來模擬使用者使用的情況( Figure 11 )，比如坐下來想像使用者所看到的，或伸高 手臂來模擬使用者在拿取高處東西時的感受( Figure 11(b) )。透過訪談得知，這樣的模擬行為 對於很有經驗的設計者而，或許已經有其常用設計尺寸，但當他們在創造新的設計時，仍會 自然的透過這樣的方式來想像設計，目的是要想像未具體化的設計想法使用時的狀況。研究 整理此步驟的設計行為是空間設計行為中很重要的設計行為資料，有助於定義體驗式設計輔 助系統所需要的直覺式操作。
而常用的模擬行為約略可分為平面與立面/剖面狀態。平面上如走動、變換位置、張開雙手來 測量距離、伸長手臂測量可拿取距離。立面/剖面狀態如走動、蹲下、坐下、躺著、伸高降低 雙手拿取、墊腳、抬頭、低頭。設計者對使用行為的模擬會跟據設計需求不同而自然而然的 發展( Figure 11 (d) )。
其中立面狀況中設計者常會舉起手擘去量測多高的高度是適合擺放、拿取物品。他們常會重 覆的起立或蹲下來經驗不同的高度因素，本研究先針對整理設計者在立面設計時所關心重要 的因素：視角、視線高度、手可觸區域、腳可觸區域、坐著時況狀。在平面設計時設計者偏 向到處走動、改變姿勢與位置。平面設計的因素：物件的使用性，如桌、椅，物件之間的安 排。設計行為是根據設計案的目的而有無限的可能性，因此只能約略的描述出最基本的關於 立面與平面的設計行為。
Figure. 11(a) Figure. 11(b) Figure. 11(c) Figure. 11(d)
Figure. 11 (a) 資深設計師在基地現場以身體尺度模擬設計想像 Figure. 11(b)(c)設計師以鉛筆直接在基地 現場繪製立面設計說明 Figure. 11(d)設計師以身體動作體驗插座位置
3.2 在地體驗式設計輔助系統
3.2.1 視覺化設計想像模擬與基地結合
Figure. 12. 在地體驗式設計輔助系統 使空間設計行為更為直覺，並讓設計者更注意到設計與身 體的關聯
因此在地體驗式設計輔助系統的提出，滿足了模擬想像的設計行為模式，設計者將花費較少 的想像記憶負擔，而可以直接體會到設計呈現與基地結合的樣貌( Figure 12 )，並進行操作修 改設計，透過這樣的方式進行設計，設計者將更容易想像、體驗設計完成後的空間感受與使 用。因此對於設計初學者許多的設計討論是建立在不確定的工具表達之上。本研究所發展的 在地體驗設計補助工具，來讓設計者直接看到1:1 的設計在基地現場結合的樣貌，在實虛互動 的觀念下，透過虛擬資訊的便利更改與不需耗費成本的優勢下，虛擬資訊相當適合用來呈現 設計過程中的不確定的設計想法，以幫助設計者直接體驗到設計呈現，並一步步將模糊設計 想法確定下來。
3.2.2 直覺式身體模擬行為互動
不同於傳統紙筆設計行為，在地體驗式設計輔助系統更增加了身體所表達的資訊，不同的身 體姿勢與位置提供更多的資訊進行運算，更多的身體資訊使得設計與身體有著更多的關聯性，
也讓設計者思考更多與身體相關的設計問題。舉例說明室內設計中的主牆設計，當站在一公尺 的距離觀看設計的尺寸感覺與站在五公尺時的尺寸感覺是不同的，而能夠在不同的位置體驗設 計呈現讓設計者能較有把握的進行設計決策。
3.2.3 立即回饋的動態虛擬資訊延伸設計想像
在地體驗式設計輔助系統在電腦運算立即回饋的延伸下，將會更積極的讓設計者以自身體驗 的方式而自主地發現更多設計問題，進而進行修正。經過運算的立即回饋與直覺的互動使得 在地體驗輔助設計系統將不同於傳統紙筆單純的記錄，而讓設計輔助工具得以更積極的輔助 設計者自發性的發現設計問題。
3.3 理論推演小結
因此在地體驗設計輔助系統具有以下特徵，1. 可攜式，讓設計者能輕易的攜帶至任何基地現 場。2. 可因地制宜，配合基地狀況而調整配合。 3. 視覺化的輸出，讓設計者能在基地上直接 看到設計呈現與基地結合的樣貌。4. 身體動作的輸入，設計者的身體狀態、位置皆成為重要 的資訊輸入來源。5. 運算系統，處理資訊以協助設計者發現設計問題。整個系統以輸入、輸 出的架構來說明如 Figure 13 所示，設計者體驗到初步的視覺化呈現後，以直覺的方式手勢與 身體提供資訊給運算系統，運算系統分析所接受到的資訊後，提供更多有助於視覺化顯示的 資訊給設計者體驗，重復這樣的循環直到設計者滿意而停止。而這三大部份再經由可得的技 術與設備蒐集將其具體化的呈現出來。因此隨著技術設備的進步與普及，新的在地體驗輔助 系統將可以不斷的改良，以更符合基地現場設計行為。
因此在地體驗設計輔助系統具有以下特徵，1. 可攜式，讓設計者能輕易的攜帶至任何基地現 場。2. 可因地制宜，配合基地狀況而調整配合。 3. 視覺化的輸出，讓設計者能在基地上直接 看到設計呈現與基地結合的樣貌。4. 身體動作的輸入，設計者的身體狀態、位置皆成為重要 的資訊輸入來源。5. 運算系統，處理資訊以協助設計者發現設計問題。整個系統以輸入、輸 出的架構來說明如 Figure 13 所示，設計者體驗到初步的視覺化呈現後，以直覺的方式手勢與 身體提供資訊給運算系統，運算系統分析所接受到的資訊後，提供更多有助於視覺化顯示的 資訊給設計者體驗，重復這樣的循環直到設計者滿意而停止。而這三大部份再經由可得的技 術與設備蒐集將其具體化的呈現出來。因此隨著技術設備的進步與普及，新的在地體驗輔助 系統將可以不斷的改良，以更符合基地現場設計行為。