擴增實境

擴增實境（augmented reality，AR），又稱擴充實境或延伸實 境，是從虛擬實境（virtual reality，VR）的領域中延伸出來的技 術，此種技術係透過虛擬實境設備，將虛擬物件與景象，同時投 射在真實的世界中，以產生身歷其境的感覺，使用者在需要的時 候，可以很方便的取得與週遭真實世界相關而有用的資訊（Chong et al., 2009; Nee et al., 2010）。如圖 2-1 所示。

圖 2-1 擴增實境與現實及虛擬環境的關係

資料來源：Kishino、Milgram、Takemura 和 Utsumi（1994）

因此，擴增實境也採用某些和虛擬實境一樣的硬體技術，如 頭戴式顯示（Dunston & Shin, 2009），不過二者間有一根本的差異，

那就是虛擬實境目的是在取代真實的世界，而擴增實境卻是在實 境上增加資訊（Kim & Lee, 2009），在虛擬實境中，使用者是脫離

而電腦所產生的圖像，則會附加在真實景物上，兩者是並存的

（DiVerdi,Höllerer, &Wither, 2009）。

擴增實境的重點，在於提供以三度空間方式來結合虛擬與真 實物件，可以加強使用者對於真實世界的知覺與互動。虛擬物件 可以展示使用者無法以本身感官所知覺的訊息，以協助使用者更 容易地執行真實世界中的工作 （Lee et al., 2011; Nee et al., 2009;

Seong &Yim, 2010）。因此，擴增實境的特色包括以下三點（Azuma, 1997; Seong &Yim, 2010）。

(一) 結合真實與虛擬的世界

擴增實境能將現實與電腦中的虛擬物件相結合，讓真實世 界中出現虛擬的物體，讓真實與虛擬不再只是有間隔的兩個空 間。

(二) 即時的互動性

擴增實境利用現實中的特殊標記，對應到電腦的鏡頭，在 電腦中產生虛擬物件，只要移動旋轉特殊標記，電腦中的虛擬 物件也會跟著動作，達到即時的互動性。

(三) 在三度空間中運作

電腦中所產生的擴增實境虛擬物件，在螢幕裡的現實世界 中，可以移進拉遠提高放低，完全的與真實世界融合，不再只 是平面的影像輸出。

在硬體方面，目前所使用的擴增實境系統多使用螢幕顯示

（Moniter-based Augmented Reality Display）為主要輸出方式，螢 幕顯示由攝影機拍攝影像，傳至電腦，電腦將所拍攝畫面與虛擬 3D 物件合成，形成新的影像，傳至螢幕呈現，如圖 2-2 所示。

圖 2-2 螢幕顯示的擴增實境

資料來源: Vallino（2002）

而在軟體方面，本研究針對許多擴增實境軟體進行分析，發 現 AR ToolKit 是最適合作為本次擴增實境的軟體支援。AR ToolKit 是屬於免費的軟體，在 2000 年停止更新，以 C/C++為開發語言的 跨平台擴增實境函式庫。此函式庫可即時從輸入裝置（如攝影機）

所輸入的影像中追蹤標記，並算出相機至實體標記之距離、位置 及方向，最後再將虛擬三維物件繪於現實的標記上方。

AR ToolKit 在市場廣泛度、功能合用度、價錢負擔等考量下，

AR ToolKit 的使用也相當廣泛（Kim &Lee, 2009; Lee et al., 2011;

Nee et al., 2009; Seong & Yim, 2010），就本研究的需求來說，AR ToolKit 符合這些條件，並可以達到研究目的。

二、擴增實境相關的研究發展

在相關研究方面，擴增實境已被使用至不同領域進行探討研 究，包含利用到都市規劃，讓現實都市能夠呈現未來更新後的都 市樣貌（Lerma,Navarro, & Portalés, 2010）；也應用到教學課程，

以增強學生的學習動機（Ibáñez et al., 2012）。由此可知擴增實境 的使用不只應用到教學上，更多是反映到生活中的需求，而進一 步的利用擴增實境讓生活更加便利。近幾年來，眾多不同關於擴 增實境的研究相繼的出現，越來越多不同領域的研究以擴增實境 來作為研究的重點。以下表 2-1 將呈現國內外近年來擴增實境的 相關研究。

表 2-1 近年來擴增實境相關研究

研究者 研究方向

Dangelmaier 等人（2005） 運用虛擬實境與擴增實境輔助模擬 獨立製造系統。

Cheok 等人（2006） 研究應用擴增實境於虛擬學習環 境，並認為適當設計的擴增實境足 以滿足學習環境的需求。

Mischkowski 等人（2006） 醫療手術定位的擴增實境工具可行 性研究。

Chen、Chen 和 Shen（2008） 透過應用擴增實境發展汽車顯示器 與通信系統。

李鴻毅（2010） 研究應用擴增實境技術建構互動學

習環境，並以國立台灣科學教育館 為示範。

謝定國（2011） Android 智慧型手機汽車擴增實境 導航系統。

表 2-1 近年來擴增實境相關研究（續）

研究者 研究方向

張筱君（2011） 應用互動式擴增實境技術於空間設

計之研究，並以室內設計為例。

蕭芮琦（2011） 擴增實境應用於產品造型設計教學

之知識移轉探討。

Benhimane 和 Kurz（2012） 利用手持式擴增實境裝置進行重力 測量研究。

由上表得知，不管是國內還是過外研究，擴增實境已經使用 到許多不同的領域，可見擴增實境已是未來的研究的重點。在建 築方面可以模擬都市的未來規劃，有利於未來整個都市更新的建 設與發展，也可減少部必要的失敗；醫療方面的手術輔助功能

（Mischkowski et al., 2006），讓醫師在開刀時更能模擬開刀後的 情形並預先構想處理的方式，手術成功的機率也大幅提升；以及 行動裝置的延伸應用，隨著時代的潮流，利用智慧型手機的機動 性，擴增實境功能將更能發揮於日常生活中，上述所研究的路線 導航功能（謝定國，2011），將可讓生活更加便利。在擴增實境 應用到教學方面的研究，擴增實境能夠影響學生的動機（Ibáñez et al., 2012），並能夠增強學生的注意力與信心；在可使用性研究當 中，擴增實境在教學雖然還不夠成熟，但能夠讓學生產生學習的 熱情。

有關於擴增實境的研究在未來將會越來越多，所涉及的領域將 會越來越多元化，由這些相關的研究將代表著未來擴增實境將會 越來越重要，並且成為生活中的一部分。

三、擴增實境的應用

擴增實境是由虛擬實境所衍生出來的一種技術，它是一種將 虛擬資訊擴增到現實空間中的技術（Alcaniz et al., 2010; Horváth et al., 2010）。它所強調的不是要取代現實空間，而是在現實空間中 添加一個虛擬物件，藉由攝影機的辨識技術與電腦程式的結合，

當設定好的圖片出現在鏡頭裡面，就會出現對應的虛擬物件。擴 增實境的應用主要就要將虛擬和現實相互連結（Lerma et al., 2010），當設定好的圖片出現在鏡頭裡面，就會出現對應的虛擬物 件（Dunston & Wang, 2006）。

最早因 AR 技術門檻高、成本昂貴，應用方面多偏向醫療等 商用市場。隨技術發展成熟，已擴展至消費性市場，從 2009 年 10 月於日本舉辦的 CEATEC JAPAN 2009 展示的多款產品即可看出。

如日本軟體廠商頓知（Tonchidot）展示 iPhone 用應用程式 Sekai Camera，只要用手機拍下街景，該地相關資訊將顯現在螢幕上。

目前擴增實境已擴展到：1.醫療、2.娛樂、3.軍事訓練、4.工 程設計、5.機器人技術（Robotics and Telerobotics）、6.製造與維修、

7.消費者設計（Consumer Design）、8.商業行銷與購物、9.學習、

10.娛樂、11.心理治療等方面的應用（Azuma et al., 2001; Agarwal et al., 2009）。除此之外，擴增實境技術最令人期待的應用領域是家 電市場，藉由擴增實境技術導入，取代家電產品原本需實體操控 的按鍵，或將眾多不同的介面整合成單一系統，令人對未來數位 家庭的形貌建構及實踐大為可期。

本研究希望透過擴增實境技術，讓使用者能對產品有更高的 投入效果；擴增實境的技術也越來越成熟，不論是研究或是應用

在生活都有很大的可能，將來有機會可以普及在生活中；藉由本 研究，期望可以促進擴增實境未來的發展，並了解它的優勢，發 揮到最大的效果。

第二節 產品涉入