操控介面的設計

3.3.1. 3D 使用者介面

在虛擬環境中要完成一項互動的任務得透過介面去達成，而這介面包含了硬體與軟體上的介 面，因此 3D 互動介面的設計對於使用者與虛擬環境的互動相形重要(Parusha & Berman, 2004)。

操作介面的主要功能是提供使用者來控制機器的，作為人與電腦間的溝通媒介(圖 3-14)，而一個 好的介面設計會利用隱喻的設計方式，讓使用者可以非常清楚的知道該功能的內容及使用的方 式。以電腦或遊戲的輸入裝置來看，從一般的鍵盤、滑鼠、雙手以及身體的動作，目前，在 VR CAVE 中新的互動方式是以刺激人類的感官和電腦作互動，使用的設備像是數位板、觸控螢幕、

數據手套等等，在虛擬環境中的互動原則為虛擬世界的導覽(navigation)、對於物件的操作及利 用真實或虛擬的角色來傳達。而本研究中所使用的 VR-CAVE 以 Director 8.5 為開發工具就目前 的輸入裝置而言，僅有鍵盤、滑鼠、搖桿與 RS-232 等，未來還可以結合紅外線、攝影機等設備，

但就研究的軟、硬體考量、訊號傳輸與 VR-CAVE 同步顯示效能等問題，如果處理不當就會發 生攝影機移動時畫面不連續的狀態，因此，研究中使用了一個外接式的鍵盤與一個踏墊作為開 發的基礎，讓使用者可以縮短學習的時間以直覺及簡易的方式來操作。

圖 3-14 ：人機互動關係

在VR CAVE應用中3D使用者介面設計是一個不可或缺的組成要素，什麼樣的使用者介面才算是 好的設計呢？一個輸入設備和硬體設備及程式的作業流程如何能自然的、有效的和適當的結 合？以及如何讓使用者感到順暢與舒適都將是要繼續探討的。在研究中先以3D互動導覽介面的 案例研究，提出3D導覽介面設計之初步準則，作為先期實作之參考，人在虛擬環境中可以利用 真實空間的經驗來作為互動的依循。在虛擬環境的互動行為(interaction task)項目中主要可區分為

第三章 空間介面的建罝

三種，分別為導覽(navigation)、選取/操作(selection/manipulation)與系統控制(system control)。因 此，對於互動的設計在人類工程學、設備使用的優點及限制上都必須有一個完全的了解，才可 以在互動的技術和硬體中找到自然和直覺的方式(Bowman et al, 2001)。

Darken & Sibert(1996)自許多認知心理學的文獻與都市建築的設計方法中，整理出真實環境中導 覽之設計原則主要為二：1.能夠引導來了解環境的組織架構、2.能夠引導來了解地圖的使用與呈 現方法。進而證實了人們於真實世界中的導引方式的確可以應用至虛擬世界中，也就是說虛擬 環境的導引設計，若依循此兩類設計原則，可讓使用者有較佳的互動與表現。由於電腦上的限 制，虛擬環境中所呈現之事物其視覺細節上自然比不上真實環境，因而比真實環境還少了一些 線索的提供像是空間或移動上。也就是說虛擬環境會較為缺乏地標(landmark)與景深線索(depth cues)，例如被遮蔽物體(occlusion)、物體質地密度(texture gradients)的呈現，而無法有助於使用 者在空間中對於距離的評估(Vinson, 1999)。一般而言在輸出的部份都是以視覺來呈現的，因此 若以城市導覽而言，導覽的行為是使用者在大尺度的 3D 虛擬環境中最普遍的一種互動行為，而 它的挑戰是在一個空間中如何增加使用者對空間的體認，且在一個大的場所中提供更有效率和 更舒適的移動, 讓導覽是較為簡單容易的如此使用者便能專心在更多重要的工作上(Darken &

Sibert, 1996；Bowman et al, 2001)。

Bowman(2001)也提到構成導覽的因素主要可分為運動(motor)的漫遊(travel)、與認知(cognitive) 的路探(wayfinding)。而導覽一般可分為三個任務：一是探索(exploration)，在導覽過程中沒有任 何明確目標只是隨意的瀏覽環境；二是搜尋(search)，在環境中尋找特定的目標；三是策略 (maneuvering) 為了執行一個特殊的作業以一個較短、較精確的方式運動，主要使用在於放置視 點到一個更有利的位置。其中，虛擬環境中漫遊是一個概念簡單的作業，將視點由一個地方移 動到另一個地方，為了能夠達成在虛擬空間中的互動漫遊有五種穩喻性的互動技術：實體運動 (physical movement)、手動式觀景窗操作(manual viewpoint manipulation)、掌舵(steering)、目標基 礎的漫遊(target-based travel)、與路徑規劃(route planning)等五種隱喻性的互動方式。而實體運動 (Physical movement)是使用者利用身體的移動來漫遊(travel)於環境之中，大區域的移動和追蹤、

在一個場景中行走，或是移動設備，像是跑步機或是不動的腳踏車，這樣的技術是適當的，它 能夠增加使用者的存在感或當使用者需要這樣的應用來體驗實際上的使用狀況(Bowman et al, 2001)。

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再者，許多形式的虛擬環境由於大多缺乏周遭的視覺感知，必須額外提供導引的訊息。以上這 些因素，雖然皆暗示了在虛擬環境中導覽之困難，卻也證實了良好導覽設計之必要。使用者在 沉浸式虛擬環境中或透過使用者介面與此環境互動，能否有效的引導使用者並告知其所在是十 分重要的(Darken & Sibert, 1996；Haik et al, 2002)。

3.3.2. 空間介面的設計

要設計一個具有存在感的空間介面，必須讓使用者感受到互動的行為是直覺及簡單的，利用人 的身體動作為操控裝置，且讓使用者與實際的走路經驗連結一起，則更能增加使用者的存在感 (Yang, 2005)。以步驟一的結果為基礎，利用此四個主要的方向來實作一個感壓式踏墊(floor sensor)。使用者運用腳步的動作配合著踏墊來控制方向，建置一個具有直覺性動作的介面，利 用其腳部的動作：向左、向右、向前及向後四個方向性來控制此環境。此裝置主要是利用數字 鍵盤(numeric keypad)及跳舞機的踏墊來改裝，將踏墊利用電線連接到數字鍵盤上面的方向鍵，

把踏墊及數字鍵盤設置成一個感壓式的輸入裝置，再利用 USB 線將訊號傳送到 server 端。當使 用者利用此感壓踏墊來操控虛擬環境時，訊號傳送到 server 後再連結到其它六個 client 端，如此 便可以讓使用者直接的虛擬環境互動。以下便是裝置的介紹：

A. 遊戲機的踏墊

由 Konami 所推出的跳舞機 Dance Dance Revolution（DDR），是一種節奏與音樂的遊戲，主要是 利用人的腳步動作配合著音樂來跳舞的遊戲(圖 3-15)，讓使用者透過身體的動作與遊戲結合，遊 戲中通常是以流行的舞曲及快節奏的方式，讓使用者感覺像是在跳舞一般，舞曲開始後遊戲的 銀幕中就會依照音樂節奏出現一個個的節奏點，遊戲者要依照畫面的節奏，利用腳部的動作來 進行互動，再配合一塊踏墊來進行遊戲，遊戲的操作方式是隨著一首首的音樂節奏，在畫面上 有相對應的指令↑、↓、←、→，使用者隨著音樂跟著銀幕的節拍來踩舞步，一邊遊戲還可以 邊運動。整個遊戲的互動方式是利用四個主要的方向來控制，就很像真的在跳舞一般，使用者 利用腳部的動作對墊踏進行踩踏的動作來與遊戲中的虛擬世界互動，之後 Konami 更推出了加入 手部動作的互動遊戲，讓遊戲更趨於真實。

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圖 3-15：跳舞機的踏墊及遊戲畫面

B. 介面實作

研究中是以城市導覽之虛擬空間為例，此互動介面會將真實空間中使用者所輸入的前進方向轉 換成虛擬空間中以第一人稱代理人在 CAVE 中的移動。研究中所使用的介面主要是利用數字鍵 盤(number keypad)和 Konami 跳舞機的踏墊來改裝(圖 3-16)，將數字鍵盤上的方向鍵利用電線連 接到跳舞機的踏墊，利用踏墊中的上下二組感應片來觸發互動的行為，依序將數字鍵盤上的↑、

↓、←、→鍵連接到地墊上相對應的按鍵，組合成一個輸入裝置，在使用時若有過多的電線連 結會造成使用者的不便，因此將電線收藏在地墊的底部，只留下一條 USB 線來與伺服器的電腦 相連，為了確保訊息能傳送到伺服器，在串連的 USB 線中加了一個 HUB。

圖 3-16：感壓式踏墊

研究中選擇了直覺的姿勢辨識方式，使用者利用腳部的移動來表示希望往那一個方向移動。因 此，當使用者以此直覺性的空間介面與虛擬環境互動時，藉由踩下踏墊上的方向便可以自由的 在虛擬環境中行走瀏覽，利用感壓式踏墊的四個指示方向：向左、向右、向前及向後來進行操

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作。當使用者踩下踏墊後訊息會直接的傳到伺服器端，當伺服器端偵測到此輸入訊息經過運算 後，會以適當的程式來回應，便能傳送到其它六個 client 端，client 端會根據使用者的操控來改 變攝影機的位置，最後在螢幕上便會顯示經由使用者互動後的同步畫面。因此，當使用者利用 此踏墊輸入訊息後，螢幕上將會即時呈現使用者操控後的影像，提供使用者直接的視覺回饋達 成互動的效果 (圖 3-17) 。

操作說明：

利用踏墊上之↑、↓、←、

→ 鍵來操作以瀏覽環境 操作方式：

中間：靜止時 上鍵：走路向前 下鍵：往後退步 左鍵：轉身往左 右鍵：轉身往右

圖 3-17：空間介面的設計