2.1 智慧型空間
2.1.1 智慧型空間的發展
智慧型空間的背景
智慧住宅 (smart home)廣義的來說也可被稱為”智慧空間 (smart space)”，以下皆 以智慧空間稱之。智慧空間它必須具備能夠回映出居住者的需求和期待，藉由調節 燈光、溫度及週遭的音樂等變化，聰慧空間的構想也已經逐漸成行於在二十世紀的 科技中，人類就對生活充滿想像，自動洗澡、穿衣、自動刷牙機器，自動開門，開、
關燈….等。在二十一世紀的今天，一切已逐漸開始實現，房屋就像一個為生活而存 在的機器，在既有的電子科技與傳統的結合，傳統的建築的技術與智慧空間最後變 成實現的可能這就是二十一世紀的智慧型空間。
一個基本的家庭自動化控制系統是由感應器與控制系統的構成的，為了調節居 住者的機械系統更貼近使用者的需求，這個自動化的聰慧空間就必須提供一個更安 全、舒適、經濟的居住的環境 (Gross, 1998)。為了要達成家庭自動化系統監控家 電目的，而有新一代的資訊家電產品，除了在傳統家電產品開發新功能外，新型態 的資訊家電則是利用PDA 透過手機，或利用無線網路卡上網，與家中 PC 溝通，再 經由PC 控管家電網路。此解決方案對現代人來說皆有其不足，因受到 PDA 有無上 網功能，和家中電腦只能在固定地點使用，以及網路線路的有無等限制，已經無法 滿足E 世代新新人類講求快速、便捷的需求了。
智慧空間的代理人
2002 年 Mav Home 計畫中提出，住宅是扮演一個合理的代理人。這個代理人盡可 能的提高居住者舒適感且降低操作住宅所產生的花費。為了達到此目的，這個代理 人必須能預料流動性的符號和居住者的裝置的使用。在這個產品中，我們介紹這個 Mav Home 計畫且是在建築環境之下的。並將三個預測的演算法套用在住宅控制的
中心。最後顯示出將演算法應用在綜合性或實際的智慧住宅中所產生的影響 (Das et al, 2002)。且此計畫將這個 Mav Home 成品實際呈現在智慧住宅的建築上，他允 許智慧住宅(或其他種智慧型的環境)扮演一個理性的代理人。當家中的智慧代理人 接收到感應器的輸入後會選擇適當的動作並透過制動器執行。這樣的架構能夠整合 在智慧住宅的各領域的研究，如機器學習、資料庫、可移動式電腦、機器人、多媒 體運算等是智慧住宅空間不可或缺的。
2.1.2 智慧空間中的直覺式控制介面
智慧空間不外乎須滿足舒適便利的條件，但隨著科技的進步與各種高科技產品的發 展，而有更新的使用，但隨著產品數位化，許多東西就不如預期的那樣直覺、便利，
而近幾年來研究者對現有的空間家電、各種控制介面有了更新的介面的改革，如傳 統的電燈裝置再夜間無照明時需要摸黑走到牆邊透過牆上的的開關去控制燈光明 暗，而有光影感應的燈光控制介面，如電腦的發明與使用，雖為人類的帶來更便利 性，但使用者必須透過學習控制滑鼠熟悉介面才可方便的操縱電腦，而為了更直覺 的與空間的環境溝通而有更人性化介面的發展(Gross, 1998)。
可移動式控制介面
為了實現智慧空間中的可移動控制的便利性，又為了讓使用者能夠以第一人稱的觀 點去遙控空間中的環境 (Essa, 2000)，而有無線通訊控制系統，行動電話 (mobile phone)、PDA 等，他們提供了我們一個很好的解決方案，即是行動通訊技術與家庭 自動化系統的整合。行動通訊之遠距家庭自動化系統的理念在 2004 年中實現。利 用手機的可移動性、且重量輕的特質，及行動電話的普及性，透過手機介面發送簡 訊（Short Message Service，SMS），傳遞即時的文字訊息至家中改良式家庭自動 化系統，得以遠距控制紅外線家電產品，例如電視機、冷氣機等，並進行設定，即 可達到操作方便、簡單、 快速、有效率地監控家電。為了讓使用者能更方便地使 用本系統，在使用者輸入介面部份，包含行動電話上的簡訊發送介面，及系統主機 上的控制按鍵，此介面滿足了。
藉由行動電話發送簡訊到家中的簡訊模組，再經由系統主機以電源載波網路聯繫的
方式傳遞出控制命令，當接收端的家電模組收到控制命令時，才依照命令執行動 作，達到行動通訊之遠距家庭自動化的目的。Barkhuus and Vallgaarda (2003) 提 出了一個HYP 系統 (如圖 2-1)，這個系統可藉由手機來與空間作連結，當沒有人在 看電視時手機會發出警示的鈴聲已告知使用者。類似於此的手機控制介面最大的貢 獻在於將家中的電子消費產品的整合，透過可移動式的手機控制介面，以提供一個 可以簡易、快速管理居家環境的管道的家庭自動化系統，不僅提高家中電器的機 能，並達到節省人力與能源的目的，進而滿足居住空間的生活安全。
圖2-1 HYP 系統 (Barkhuus and Vallgaarda, 2003)
手套控制介面
手套的量測位置和使用者手的外形的裝置在過去已經被廣泛的研究，手套最常被普 遍運用於虛擬環境中，手指關節所裝置的感應器，典型的有機械式與光學的感應 器，關節外的感應器決定了手在空間中的絕對位置 (Sato, 2001)。另一個被廣泛運 用的例子：資料手套 (DataGlove)的裝置研究 (Zimmermann, 1987)，他利用了光 學纖維的技術去偵測手指的彎曲度、和磁性的感應去做空間的定位追蹤，一般來說 利用手套能快速的辨識出手勢及位置且具有高度的準確性但手套控制介面最大的 限制在，使用者必須帶著手套移動，且手套並不適用於某些人機互動的介面上，因 為那手套會限制使用者在實際空間操縱的自由度，而有手勢的控制介面發展 (如圖 2-2)。
圖2-2 手套控制介面 (Zimmermann, 1987) 手勢控制介面
在人機互動介面裡的應用，為了取代傳統鍵盤、滑鼠…等繁雜需透過學習的裝置，
而運用了人類的手勢動作發展的介面 (Yi, 2001)。以影像為基礎的手勢控制介面經 由攝影機擷取手勢的畫面，以圖像辨識分析出手勢的意義，並給予有效的指令動作 (Pavlovic, 1997)。在空間追蹤使用者手，且在使用者身上不使用任何侵入性的裝 置，及時的辨識出使用者在空間中的手勢，透過神經網路適當的訓練，達到準確與 快速的控制介面。
此種介面也應用在電腦的 3d 環境中，傳統的圖形介面並不適用在每一個裝置 當中，例如需要高自由度的控制，利用滑鼠操作空間中的3d 物件並不是件容易事，
因為滑鼠被限制在 2d 的環境中移動，而此種手勢介面可直覺得利用使用者的手代 替滑鼠，在3d 環境中使用，因此使用者可以直覺且輕易的運用手的移動去控制 3d 物件的位置和方向 (Sato, 2001)(如圖 2-3)。此種介面進而運用在聰慧空間中，可藉 由攝影機去捕捉手勢，藉由此一手勢控制介面將手勢所捕捉到的圖像加以辨識轉換 成數位訊號而去控制空間中的各種開關，而解決了到牆邊開關燈、尋找遙控器去控 制家電設備的困擾。
圖2-3 手勢控制介面 (Sato, 2001)
眼球追蹤控制介面
此種控制介面的原理是藉由光反射至瞳孔中，並藉由攝影機去偵測眼角膜中瞳孔的 位置來判斷眼球轉動的位置來做互動 (如圖 2-4)。眼球追蹤控制介面提供一個方便 且自然的互動與使用者的電腦溝通，在 Sibert (2000)的研究中做了兩個實驗，比較 出互動的技術 利用人眼睛一般所凝視的區域來代替滑鼠做物件選擇的動作。我們 發現人類的眼球凝視的的動作比用手操作滑鼠所作物件選擇的速度要來的快且準 確，此研究結果顯示出眼球追蹤控制介面是一種更人性化且直覺的互動介面，且方 便適用在手必須做其他作業的情況下。
人們不斷的利用眼球動作探索週遭環境，且快速的環視周圍的情況且迅速的得 到所要的答案，此研究中也顯示出人們專注於工作時與分工作時(Jacob, 1993)，眼 睛不會隨意飄動，兩種正常與不正常的眼睛的轉動已經可以被紀錄了且分辨得出使 用者所處的狀態(專注與否)，因此藉由眼球追蹤的控制介面所做的互動，應該會比 手勢介面來的自然且直覺而有效。
圖2-4 眼球追蹤原理圖 (Jacob, 1993)
生物訊號控制介面
也因此有更人性化的介面產生。智慧型地板系統 (smart floor system)的計畫中 (Orr, 2000)，我們已經創造出利用個人化腳步的特徵並藉由認證的方式有效的應用 在空間中，且於地板中設置瓷磚的量測感應介面、並收集所取得的資訊加以識別每 一個經過的使用者，我們也藉由微不足道的鞋子的各種特徵、影響來達到93%的識
別率 (如圖 2-5)。此系統也是同樣藉由人的自然反射動作去做識別，巧妙的賦予空 間智慧，讓人與空間藉由此系統做更緊密的溝通。主要研究的目的在研究出另一個 世代的裝置，它可以將空間賦予智慧的控制。
且將此系統實際應用在空間中，這個新一代的住宅提供生活的實驗室給一些實 驗性的技術‧我們將智慧型地板系統的感應器安裝在十個地板的瓷磚上，包含住宅 入口處、玄關、廚房、臥室等。住宅裡此系統可給予認證外，瓷磚更可以指出使用 者移動的方位，也可藉此系統去探討住宅空間的使用效率問題。此研究著重在如何 控制空間系統的機能，為此目的，我們能夠使用系統自己收集的資訊去控制系統，
例如很強烈的重踩的腳步，可使系統做不同的動作 (Orr, 2000)。而此種裝置則是一 種更人性化的感應介面，他透過更自然直覺的介面去感應人的生物訊號：腳的形 狀、腳步的頻率、重量，而加以識別並給予更一般的回饋與反應。
例如很強烈的重踩的腳步，可使系統做不同的動作 (Orr, 2000)。而此種裝置則是一 種更人性化的感應介面，他透過更自然直覺的介面去感應人的生物訊號：腳的形 狀、腳步的頻率、重量，而加以識別並給予更一般的回饋與反應。