當可攜式沉浸顯示系統如 SARDE 被發展出來，直覺式的互動操作將成為影響設計行為 的關鍵之一。此部分眾多的研究皆針對特定的行為需求與特定環境來進行互動行為發 展，而在 SARDE 顯示系統的前題下，本研究將會針對如何在基地現場設計行為底下進 行互動方式的相關研究案例。
4.2.1 光黏土 Illuminating Light / Clay (Piper, et al. 2002)
Figure. 18. 實虛結合的景觀設計輔助系統，讓設計者可以直覺的感受到修改模型後的影響 Piper 在 2002 針對景觀設計行為提供了一個更直接能體驗到設計操作的設計輔助工具，
透過即時雷射掃描獲得實體黏土的 3D 的數位地景資訊後，即時投影虛擬資訊到黏土表 面，因此設計者便可直接對實虛共存的設計媒材進行地表坡度的操作。
這樣的設計體驗輔助工具讓設計者能保有手的觸覺，而相對於傳統的黏土媒材更增加了 主動的動態虛擬資訊的呈現，經過運算所立即提供的設計資訊將有助於設計初學者在思 考 設 計 問 題 時 以 體 驗 的 方 式 意 識 到 設 計 問 題 ， 進 而 調 整 成 更 成 熟 的 設 計 。
4.2.2 處處皆可玩 PlayAnywhere (Wilson, 2005)
Figure. 19.. 在小範圍與光線合適的環境下，使用者不需配載任何設備便可與虛擬資訊進行互動 Microsoft Research 的 Wilson 在 2005 年以鏡面反射與投影機( Figure. 19(1).系統原型)途 以輕便方式達到平面式的投影，並透過多樣的運算方式以減少使用者配帶多餘的裝置 並且具備有以下的即時互動能力：Figure. 19(2). 分析手勢的影子以辦識手指是否觸碰桌 面， Figure. 19(3).辦識手掌的旋轉角度 Figure. 19(4)即時的紙張範圍 ，而且將標誌系統儘
量簡化Figure. 19(5)小型定位標誌系統 來達成精簡的擴增實境互動裝置。
此研究同樣面對可攜式系統的輕便問題，並針對徒手進行操作的狀況所提出的研究，
相較此研究於乾淨的投影面上進行黑白的影像辨識，基地現場設計行為所需的1:1 擴增 實境因目的為結合實體環境而達成設計想像與環境結合的呈現，這樣的目的下，無法 將感測的範圍簡化成單純的黑白，而且為了達成1:1 的的模擬，距離因素將會在精準度 上將會有很大的困難。
4.2.3 光筆互動 Laser Pointer Interaction(Olsen,Nielsen,2001)
Figure. 20. 日常生活動常見的裝備成為互動工具
在某些場合(如簡報的情境)人們需要在遠距操作虛擬資訊，Olsen 與 Nielsen 在 2001 年 提出使用光筆這樣日常生活常見的工具來與投影機來達成多用途的互動，如透過追跡、
選擇、瀏覽、繪圖等功能組合以達成較複雜的互動行為。雖然透過使用者實驗証明使用 的效能仍無法與傳統滑鼠相比擬，但遠距離的使用的確帶來更多互動上的可能性。
對本系統而言，可觸摸的虛擬資訊這樣的操作方式會比較容易讓設計者以自身的身體尺 度來進行設計操作，但此技術用於操作比人身尺度更高的部分仍有可能與手勢操作結合 以面對複雜的基地現場設計行為。
4.2.4 手勢操控互動
手勢模塑/數位砂箱 (Gross , Kemp, 2001)(Do, 2002)
Figure. 21. 透過直覺手勢直接操控三度空間的虛擬建模
Dsign Machine Group 的 Gross 在 2001 年提出的手勢模塑，建立了直覺式的透過手勢操控 3 度 空間的建模技術，以 2 架 web-cam 分別補捉空間中的 XY 與 Z 軸的資訊，再以圖像分析 ( imgae processing )與認知( Pattern Recognition )來辨識手勢位置，因此使用者不需配帶多餘的 設備便可直覺的操作 3 度空間的物件。Do 則將此技術應用在景觀設計中，進行直覺式的互動 操作。
此研究提供了相當方便手勢辯識的技術，使用者只需變換手勢即可進行不同的設計指令操 作，但使用者必需先學習記憶不同的手勢所代表的設計指令，才能直覺的進行操作。而以目 前的web-cam 拮取精密程度僅止能在小範圍內進行辨識，當使用在本研究中以人身尺度進行 操作與辨識時，將會有精準度上的限制。
4.2.5 透過手勢瀏覽 3D 空間(LU, 2004)
Figure. 22. 透過手勢對虛擬物件進行直覺式的操作. (Lu, 2004)
為了讓人更直覺的瀏覽虛擬空間，Lu (2004) 提出透過手勢分析 1. 一般常用手勢 2. 透過 手勢來操作 3. 瀏覽虛擬空間 ，希望使用者能以自然的方式進行空間瀏覽的互動，進而 產生不同的空間認知。
因此直覺式的手勢操作仍有需多的討論方向直得進行研究，而不同的互動方式將使得在 地體驗式設計輔助系統更直覺的進行互動設計體驗。
4.2.6 空間性擴增實境的 2D 操作研究(Voida, Podlaseck, et al. 2005)
Figure. 23. 分析使用者在面對空間擴增實境時的直覺式操作習慣
Voida 與 Podlaseck 針對辦公空間活動使用空間擴增實境時，對 2D 文件或應用程式的使 用進行分析整理，最常被使用的行為是聲音和手勢，行為整理如下：點／觸碰和拖拽、
捉取與拋擲、平移、翻轉手掌。不同情境目的會使用不同的手勢行為。
此研究對於空間性擴增實境所需的互動行為進行了較普遍性的研究，然而本研究係針對 1:1 的模擬在室內設計問題情況下，所產生對設計的影響。
4.3 相關技術研究小結
Spatially Augmented Reality The Everywhere Displays Project iLampsIlluminationg Light / Clay PlayAnywhere
Manipulation
Gesture control Voice control
Laser Pointer Interaction PlayAnywhere
Body status
iLamp
Computing
Illuminating Light / Clay PlayAnywhere
input
+ USER
Table. 3. 相關技術研究整理
5
SARDE 系統實作
為了讓設計初學者能直接體驗與操作在地體驗式設計輔助系統，因此透過相關技術研究的找 尋了解系統運作及實作可行性，系統名稱為空間性擴增實境設計環境Spatial Augmented
Reality Design Environment ( SARDE )。在本章將會先說明系統實作準則(5.1)、提出系統架構
(5.2)，並針對硬體系統架構(5.3)、軟體系統架構(5.4)來說明，最後系統實作小結(5.5)。5.1 系統實作準則
透過先前研究對設計行為的分析與相關研究尋找最新的技術，本研究希望所能以隨手可得的 硬體裝置來重新組合出體驗式輔助系統，透過這樣的實作觀念可以讓更多研究者對於體驗式 設計系統進行更多元的研究。因此本研究系統實作上必須滿足以下原則：
(1) 以基地現場設計行為分析為核心，針對其需求發展出合適的設計輔助系統 (2) 透過重新組合易取得的設備與技術，以滿足設計行為
5.2 系統架構
藉由前述的基地現場設計行為分析，構思出實虛結合的設計系統架構，讓虛擬環境透過 硬體架構，視覺化呈現於基地現場實質環境，並經由軟體整合硬體設備，以使用者為中 心發展互動設計輔助系統。而系統選擇以廉價易取得的設備為主，也因而產生了研究上 的限制，Figure 24. 說明了系統架構與實虛環境之間的呈現關系，實質的基地環境為最 基本的空間，設計者的想像則覆蓋了完整的基地空間，而本研究試途以虛擬影像呈現設 計的想像中關於視覺的部分，而透過投影機來視覺化設計想像中的立面問題，最中心為 使用者以身體尺度來操控SARDE 系統。
Physical Environment Virtual Environment Hardware structure Software structure Body Scale manufacture
Design ideas
Figure. 24. 以使用者為中心，整合軟硬體架構而產生實虛結合的設計環境系統
5.3 硬體系統架構
由前敘在地體驗式設計輔助系統理論推演所描述的輸入輸出架構，本章節從 1.視覺化系統:以 空間性擴增實境進行 1:1 的尺寸、材質與基地結合，讓設計者直接感受到設計呈現 2.感應系 統：以 WEBCAM 與藍芽手套進行互動行為的操作 3.運算系統：即使運算身體與手勢所輸入 的資訊，提供立即的動態回饋。Figure 25. 即為 SARDE 系統的架構圖，說明了硬體系統之間 的關聯性。系統之間必需靠軟體程式緊密結合才能進行互動式設計環境。
Figure. 25. SARDE (Spatially Augmented Reality Design Environment) 硬體系統架構簡圖.
5.3.1 視覺化系統：
本研究選擇透過投影機作為視覺化系統，經由軟體計算將像素轉換成精準的實體距 離，投影出1:1 的精準虛擬影像到現場實體環境上。此系統目前以針對室內設計問題的 設計環境進行發展。
選擇投影機為視覺化系統的 Spatially Augmented Reality 技術在於設計者可以不需配帶複 雜的設備而直接與互動環境進行設計行為，而投影機在面對室內設計問題已能解決大 部分的立面問題，但投影機本身也有不可避免的研究限制，如產生影子、需要投影 面、光線亮度、投影影像變型等問題，但用於處理室內設計中的立面設計已經相當足 夠。而在面對室內設計現場環境時，常會遭遇空間過於狹窄與投影角度的限制，因此 本研究提出投影機與反射鏡面的組合，藉由三腳架所支撐的反射鏡面可以提供多樣的 反射情境，以滿足平立面的設計行為。投影面可分為平面情境與立面情境，軟體程式 設計必需各別情況進行數學計算以精準的控制虛擬影像( Figure 26 )。
Figure. 26. 透過程式計算，將像素轉換成精確的實體距離
5.3.2 感應系統：
Figure. 27. 手套透過 LED 燈與改裝藍芽滑鼠來連結主機與手部動作.
為了讓設計者直覺的操作虛擬物件，本研究透過 web cam 來做為感應器，在光線與顏 色控制下的環境底下，透過軟體分析web cam 拮取手套上的 led 燈的位置與顏色，將可 拮取到手套在整個空間中的位置( Figure 27 )。本研究針對室內設計立面問題進行探 討，因此透過手套進行對虛擬資訊的操作。此部分不採用市面上的空間滑鼠或資訊手 套的原因在於感測範圍與移動速度，一般的手套有限制在一定的範圍內才有辦法偵測 到手套位置，另外如空間滑鼠則因為移動速度遠快於滑鼠移動的位移，在1:1 的狀況下 滑鼠在手部的移動距離將無法與虛擬畫面中的距離相配合，因此透過webcam 則可以調 整webcam 與畫面的距離來整合手部位置與虛擬畫面中的操作。
手勢在空間中的位置是由 web-cam 拮取 LED 燈，而決定要下達指令的動作則是靠捏取 的動作，透過拆解滑鼠將其左右鍵延伸至食指與中指的指間微型開關，使用者便能以 自然的捏取觸動滑鼠左鍵或右鍵，同時啟動Flash Actionscript 裡的程式與事件。
5.3.3 運算系統：
運算系統即時處理手勢所提供的位置與啟動的資訊，在本研究針寸尺寸進行既時的回
運算系統即時處理手勢所提供的位置與啟動的資訊，在本研究針寸尺寸進行既時的回