1.1 研究背景
人是空間的一部分，人在空間中生活即是住宅，隨著數位科技的發展，智慧住宅 (smart home)是近幾年研究的新議題。而智慧住宅是為了滿足人在空間中的舒適 性、便利性、節能等目的 (Gross, 1998)，也因此有電腦相關科技產品的發展。而 傳統的電腦使用介面(interface)必須透過滑鼠與鍵盤的操縱才可使用，但滑鼠與鍵 盤是需要透過學習的方式來達到控制的。而傳統的控制介面不論透過何種裝置幾乎 需透過學習的過程，無法讓人直覺得使用。為了讓空間能夠主動的感知人且人能夠 自然的與環境互動，而有環境感知(context awareness)的發展，它提供了一個可讓 人在實體空間中可以相互感知的環境 (Chen, 2005)，例如: 藉由手勢、聲音、移動 式電話去創造環境感知系統(Barkhuus& Vallgaarda, 2003)。且未來的遍佈式運算 (Ubiqutous computing)環境( Essa, 2000)將與設計的空間產生密不可分的互動模式 (Kim & Choi, 2005)。為了讓人以更自然的方式和環境溝通，而創造出環境感知的智 慧型空間。而過去的研究者也利用了這種環境感知的顯示 (Prin, 1999 & Gross, 2003 & Edward et al., 2004)讓散佈各地的同儕可以感知到彼此。Gellersen and Michael Beigl (1999)使用了聲音來當作狀態的顯示， Streitz (2003)的互動牆 (The Hello. Wall)，它使用了不同燈光的圖案去傳送感知的訊息給路過的人。這些的研究 顯示，人類想要透過更自然的方式去控制環境和環境互動，也因此有研究開始探索 利用腦波 (electroencephalography, EEG)來做控制的可能性。近幾年來不斷的專注 於解釋有節奏性的腦電波、腦磁波 (magnetoencephalography, MEG)，發現腦部的 活動是可以被記錄、分辨的(Nunez et al., 1997, 1999)。因此我們更可運用這種方 式去更自然的與環境互動。例如：睡眠感測的燈光控制、情緒式的音響感測等。
近幾年來，資訊科技、電子電器、自動控制及無線通訊的快速發展，人們對於 環境的生活品質也逐漸的提升，為了追求居住生活之便利、舒適，及爭取更多休閒 時間的欲望逐漸提升，因此家庭自動化的概念也逐漸成行；許多原先被用來提高工 業生產力及商業競爭力的的技術被轉為商品化變成便利生活的科技產物。而遍佈式
運算的概念也逐漸被用來當作家電整合控制中心的平台，它有強大的運算能力且具 備有寬頻網路通訊的功能，且具有整合性與彈性，但如何去整合這些軟體控制家電 的問題以及要如何讓這些控制更便利更直覺化是我們所重視的。在目前的智慧型空 間中，多使用的智慧型的感應家電，如: 紅外線的自動給水設備、光影感測的電燈 開關、微電腦的恆溫空調、網路冰箱等，這些不外乎應用了紅外線的感應器、感溫 感應器、網路系統等 (Essa, 2000)。為了控制家庭自動化系統軟體與硬體的控制也 更趨於複雜，如何讓使用者容易去操作使用，更人性化的設計介面將是設計者會面 臨到的問題 (Gross, 1998)。
在過去的研究中提及透過藍芽 (bluetooth)、手機等一些較便利的方式來控制空 間的東西，他解決了我們必須起身走到牆邊去開關電器的麻煩，也提高了人類對家 電的操控的困難度，而這種種是為了實現智慧空間中的可移動控制的便利性，且為 了讓使用者能夠以第一人稱的觀點去遙控所處的環境 (Essa, 2000)，而有無線通訊 的自動化控制系統，我們雖免除了須移動到家電開關前控制開關的困擾，卻也增加 了學習如何操作移動是控制介面上不直覺且複雜的介面。所以手機、PDA 等雖帶來 強大的功能性，兼具可移動性、可同時控制多種開關的便利性，卻也造成了不人性 化的缺點。智慧空間必須兼具有科技與舒適性，在智慧空間中的軟體、硬體設備將 會越來越複雜，如何讓使用者容易操作使用，將是設計者會面臨到的問題 (Gross, 1998)。
1.2 研究問題與目的
為了履行電腦普及化的空間環境，在概念上需關心到實體環境所重視的真實空 間，藉由空間行為所觸發的空間分析、以及在有距離的空間中使用者的分析。而將 空間中賦予人工智慧(AI)，讓使用者與空間的距離更密不可分。因此為了讓人與空 間達到一個最合諧的共生層次，Nunez et al. (1997, 1999) 透過腦訊號控制介面 (brain computer interface, BCI) 與空間中的電腦電訊設備溝通，讓空間賦予更人性 化的情感，使人可以直接與空間做更直覺的對談。
近幾年來有更多研究者專注在研究較人性化的互動模式。因而有較自然的控制
介面發展：如利用機械式與光感應式的手套控制介面，他打破傳統被局限於 2D 操 縱的滑鼠控制介面，且可在空間中自由操縱並標示出所在的座標位置與方向 (Zimmermann, 1987)；但手套的發展還是被認為不夠直覺，因為他在實體空間操縱 的自由度有限，且必須在特定的設備與環境中使用，而有 3D 即時追蹤的手勢控制 介面發展，它可以簡單的幾個手勢，直覺且準確的控制三度空間中的游標 (Yoichi, 2001)；但手勢還是得經由大腦傳遞執行手勢的訊息給手臂上的肌肉才去執行手勢 的動作，眼球追蹤控制介面相較於手勢控制介面要來的直覺些，且較準確且迅速的 可達成目的，可以更輕易有效的控制空間中的開關 (Linda, 2000)；在 smart floor system 的研究中藉由人類腳步的力量、頻率、形狀等特徵去識別每天生活中及工作 環境的不同使用者的活動 (Orr, 2000)，他運用了自然且直覺的生物訊號去取得使用 者的資訊，並使空間給予適當的回饋與反應。同樣的應用所測得的自然生物訊號：
腦波(EEG)，他是一個最直覺且迅速的感知訊號，不用透過任何神經生理反射，直 接透過 BCI 與實體空間作結合。因此 BCI 有可能是更直覺且自然的的空間感知介面。
在醫學上，腦訊號控制介面可讓一個四肢無自主能力的患者，不用透過任何的 姿勢、動作、或工具，可藉由意志去達成一些簡易的動作 (Wolpaw et al., 1991 &
Birbaumer et al., 1999 & Wolpaw et al., 2002)；在 VR 環境裡，使用者可透過腦訊 號控制介面系統的轉譯藉由意念、想像自然的在虛擬空間中自由的導覽 (Leeb, 2004)；在遊戲的應用上，有研究者將 BCI 融入在遊戲的情境中，且不使用任何的 鍵盤、滑鼠、搖桿等 (Krepki et al., 2004)；腦訊號控制介面系統是一種新型態的互 動方式，在建築空間中，若能結合 BCI 應用，將空間變得更智慧化，讓我們能夠以 另一種更自然的方式和空間環境溝通。因此在本篇論文中，我們將腦波的互動方式 應用在實體的環境中，提出一個讓設計者維持良好精神狀況的腦訊號控制介面的系 統雛型，當環境察覺到人的腦波處於打瞌睡狀態時，適時的提供音樂、調節燈光及 溫度等環境的刺激，以調節使用者的情緒，給予使用者一個可以維持清醒具人性化 的工作環境。
1.3 研究方法與步驟
本篇論文主要研究的目的是在智慧型空間中拓展一個新的互動方式，提出一個更自
然且具人性化的空間感知系統，為了達到此目的，本研究方法為實做出一個系統裝 置，結合腦訊號控制介面與環境家具、家電的可能性，也就是說環境可以主動感知 人，並在適當的情況下給予適切的回饋，本研究以腦波控制檯燈開關、風扇為例，
概念如下圖 (圖1-1)。此研究進行的方法可分為二個步驟：第一步驟，腦訊號控制 介面系統雛型架構 (BCI system prototype)：了解現有的腦波系統架構，並分析評 估 適 用 的 系 統 架 構 。 第 二 步 驟 ， 腦 訊 號 控 制 介 面 系 統 實 作 (System implementation)：腦電波訊號擷取與處理 (EEG data acquisition and analysis) Æ 機制判斷 (Logical analysis)Æ BCI系統與實體空間的串連 (Connecting to the physical environment)Æ 系統測試 (System demonstration)：將此裝置系統與實體 空間結合，並找受測者作測試，測試受測者在接近睡眠狀態時自己通常不會有自 覺，此空間感知系統透過腦波以最快最自然的方式察覺到，且空間並給予燈光刺 激、降溫、音量的刺激等回饋以維持使用者良好精神狀況的空間。這可以用二個步 驟來達成。
Auto-control subliminal
BCI system
Perceive
圖1-1 系統概念圖
第一步驟：腦訊號控制介面系統雛型
1. 空間中的互動模式：因此為了更瞭解人在空間中的關係，對人與空間中的 互動媒介做了深入的分析與探討。
2. 腦訊號控制介面基本架構：調查目前相關的研究，並找尋一個適合的腦訊 號控制介面的架構，分析並評估此架構的在本研究的適用性。
3. 腦訊號控制介面架構調整：確定本研究所使用的系統架構後，再依本研究
1. 腦電波訊號的節取與處理 (EEG data acquisition and analysis)：腦波儀器 的軟硬體設置及訊號的擷取，以及訊號處理、訊號即時互動。
2. 機制判斷 (Logical analysis)：利用程式即時讀取腦波軟體資訊，並利用程 式下判斷，不同狀況給予不同判斷。
3. 與實體環境連結 (Connecting to the physical devices)：將系統與實體環境 相連結 (如圖1-2)。
4. 系統測試 (System demostration)：將環境設置好並找受測者測試在接近睡 眠狀態時，此空間感知系統能夠透過腦波以最快最自然的方式察覺到，且 給予燈光刺激以維持使用者良好精神狀況的空間。