直覺操作式介面

一、 直覺操作式介面發展

介面是使用者與機器之間交流資訊之媒介(Bürdek, 2005)，亦可視作使用者世 實體世界與電腦虛擬世界之間的溝通連結橋梁(Schubiger, 2005)。方裕民(2003)提到 介面設計必須提供使用者回饋，讓使用者可以確認執行功能是否完成。Schubiger (2005)提出「看不見的介面」概念，將電腦設置於使用者日常環境中，感之使用者 日常動作，並預測其需求，進而提供協助。葉容君(2009)認為此類互動模式將成為 介面設計之必然趨勢。

圖像式人機介面(graphical user interface, GUI)為軟體開發帶來新的局面，藉由 圖像模擬出真實環境中的物體，並配合輸入裝置讓使用者免除背誦及輸入指令的 不便，能夠更便利地與電腦進行互動，因而被廣泛使用於系統開發與軟體製造中。

一般使用者平日所接觸的 Microsoft Windows 作業系統及 Apple MAC 作業系統均 屬於圖像式人機介面。

Mackay (1998)指出，改變現有電腦介面之設計方式須由改變使用者對電腦看 法起始，其強調不應受過往以鍵盤、滑鼠等裝置進行與電腦互動，而應將電腦當 作使用者熟悉之日常生活用品來思考；換句話說，與其使用電腦作為真實世界與 虛擬世界的通路，不如使真實世界物件具備存取資訊的功能。Weiser (1991)提出無 所不在的運算(ubiquitous computing)概念，強調將電腦功能帶入日常生活並融入日 用品，不需透過一般電腦進行，使得電腦功能變得無所不在，且不易被察覺。換 句話說，與虛擬世界溝通的管道不再是透過傳統意義上的電腦，而應該發生在生 活中隨處可得的物件中。Fitzmaurice, Ishii, and Buxton (1995)發展出可抓握式操作 介面(graspable user interface)，強調以手接觸概念，企圖讓使用者透過可抓握式物 件，直覺式與電腦進行輸入與輸出之溝通行為。而後 Ishii and Ullmer (1997)提出直 覺操作式介面(tangible user interface, TUI)概念，強調透過日常用品及環境連結現實 世界與虛擬環境。Ishii and Ullmer (1997)發展出實體位元(Tangible Bits)概念以連結 實境與網路環境，使得數位資訊(即位元)具有可觸性。而直覺操作式介面之核心概 念包括：

1.具互動性表面(interactive surfaces)。

2.位元(bit)與原子(atom)的成對性，亦即對每天可接觸到，具可抓性(graspable) 的物體與數位資訊無縫(seamless)配對之性質。

3.圍繞媒介(ambient media)，利用諸如聲音、空氣、光線等不易被人類覺察到 的物質做為背景介面。

顏豪廷(2006)將直覺操作式介面定義為可被實體人造物構成、可被觸摸，亦可 用以重現或控制數位訊息的系統。其比起傳統圖像式人機介面更具直覺性，簡化 訊息傳輸過程，使用者可以更加直覺地操作介面。Merrill, Kalanithi and Maes (2007) 提出直覺操作式介面勝過圖像式人機介面的四大特性，包括支援直覺式雙手輸 入、可降低認知負載、較快達成目標並減少使用者接觸介面的不直接性。總結而 論，直覺操作式介面將電腦整合至日常所見物體內，減少學習使用電腦系統的不 便，使得使用電腦行為變得更加直覺化並簡易化。

Scarlatos (2002)對直覺操作式介面做出了更完整的定義，在其概念中，直覺操 作式介面除具有與實體物品相關，可供使用者直接觸摸操作以外，其需具備感測 器(sensor)以感知刺激，包括物體的接近性、位置或旋轉等偵測。

二、 直覺操作式介面之相關應用

Schubiger (2005)提到將介面融入使用者日常生活觀點。直覺操作式介面即為 此類概念的實體發展，強調使用者日常生活用品即可做為溝通介面。現有之直覺 操作式介面應用產品中，有許多關於擴增式桌面系統(Augmented Desk System)之發 展應用，多以利用系統將實際物件與數位資訊結合，有使用實體物件擷取資訊、

利用實體物件操作數位資訊及將數位屬性融入實質物件中等不同結合型態(馬瑜 嬪，2002)。

葉容君(2009)整理直覺操作式介面相關發展應用物品，包括以立方體型音樂控 制器及半透明圓桌兩部分組成，立方體的每一面代表不同樂器，以該面觸碰圓桌 即發出該樂器聲音之 reactable (Jordà, Geiger, Alonso, and Kaltenbrunner, 2007)。具 圓盤狀控制器，以轉動或拖曳等動作控制音樂的 The Audiopad (Patten, Recht, and Ishii, 2002)。以繪圖物件、旋轉物件在地圖背景中觸發音效及顏色改變進行地理概 念教學之 Weather Report (Hochenbaum and Vallis, 2009)等三項產品，此三項產品均

應用塊狀物作為操作介面。葉容君認為，此類技術應用於日常生活科技中時，須 將日用品作為控制介面，而感應器與回饋裝置分布於生活環境中，使用者便可在 無形中自然地與電腦互動。

Sensetable (Patten, Ishii, Hines, and Pangaro, 2001)為應用無線圓盤(pucks)與桌 面式顯示器的直覺操作式介面產品，其使用方法為將無線圓盤控制器置於顯示不 同資訊之桌面顯示器上方，當顯示器感應到圓盤放置，該處原先顯示資訊會放大 並變得更加明顯。此外，無線圓盤控制器間可透過距離的不同產生連結或分離偵 測，並藉此在控制器間互相傳遞訊息。

在教具設計方面，亦有許多學者發現直覺操作式介面作為較具使用的可行 性。如 Billinghurst, Kato, and Poupyrev (2001)提出的 The MagicBook，結合了擴增 實境(Augmented Reality)與直覺操作式介面概念，用實體書本作為主要操作介面，

使用者可用一般閱讀書籍方式與介面進行互動。此介面可搭配手持式擴增實境顯 示器，透過擴增實境顯示器使用者可以看到 3D 影像化之書籍內容。除單一使用者 閱讀外，The MagicBook 允許多人使用者同時閱讀行為，與傳統書籍相較，提升使 用者閱讀書籍之互動性。Zhou, Cheok, and Pan (2004)提出 3d story cube，以該 3d story cube 輔助說故事(story telling)行為。說故事包含聽覺、視覺與觸覺等多重刺 激，而此 3d story cube 外型為立方體，可供使用者握持於手中翻動，並配合擴增實 境顯示器呈現出 3D 影像，提供多重感官(multisensory)刺激。Terrenghi, Kranz, Holleis, and Schmidt (2006)設計正立方體形之直覺操作式介面教具 Learning Cube，

此 Learning Cube 表面鑲嵌 LCD 螢幕及感測器(sensor)，提供使用者指引及回饋。

其設計目的在於將傳統測試概念與遊戲結合，提升學習教具可玩性。Fjeld et al.

(2007)將具有直覺操作式介面性質之教育應用於有機化學教學中，提出擴增式化學 (Augmented Chemistry)概念。以方塊形式操作器結合擴增實境應用，教導學習者有 機化學中分子結構觀念。

綜整以上直覺操作式介面工具特點，可發現多數學者認同直覺操作式介面教 具於教學的幫助，因而發展多種直覺操作式介面工具多教學情境應用當中，並結 合數種多媒體功能，提供使用者多重感官刺激。外型則循可抓握式操作介面目標，

多被設計為方便握持的圓盤狀或正方體，便於使用者以直覺式手勢操作工具。然 以上文獻多屬概念發展階段，較缺乏使用者測試內容。

三、 直覺操作式介面之相關研究

Rieser, Garing, and Young (1994)指出實體物件的操作可增進思考與學習。而 Resnick et al. (1998)進一步確認過往經驗證實兒童適合以實作學習方式探索知識，

因而從中發展出數位教具(digital manipulative)概念。此類型數位教具的意義在於允 許使用者藉由日常生活物品進行學習，同時在日常生物用品上附加電腦運算與溝 通功能，此種教具既能夠像一般實體一樣被碰觸、移動，亦可與其他物品互動溝 通。Hoyles and Noss (1999)提及經由使用具直覺操作式介面性質的學習能夠使兒童 建立並重新建構熟悉事物與不熟悉事物的連結。

Price, Rogers, Scaife, Stanton, and Neale (2003)認為直覺操作式介面可透過新穎 互動與發現知識的模式，提供孩童創新的遊戲及學習型態。同時直覺操作式介面 創造出一種新型態的學習空間，讓學習具有遊戲性(playful)並可讓兒童進行探索性 與反思性的思考及學習活動。Xu (2005)歸納四點直覺操作式介面特性包括：介面 平易近人，容易學習；允許使用者以不同方式控制電腦環境，並與電腦環境互動；

提供試誤(Trial-And-Error)空間；可同時讓許多使用者操作等。Xu (2005)認為此四 項特性均有利於孩童的學習。

Xie (2008)進行實驗比較物理式人機介面(Physical User Interface, PUI)、圖像式 人機介面與直覺操作式介面對學齡兒童之使用愉悅感(enjoyment)與融入感

(engagement)的影響。結果發現，在兒童自評愉悅感中，三種介面所帶來之愉悅感 無顯著差異；而使用圖像式人機介面受試者完成任務時間明顯較長。而使用物理 式人機介面與直覺操作式介面受試者之完成任務融入感均高於使用圖像式人機介 面受試者。

Stringer, Toye, Rode, and Blackwell (2004)提出 Webkit 作為教導兒童修辭技巧 之教學器材。其特點為結合圖像式人機介面與直覺操作式介面特性，主要功能在 於教導學童修辭三階段：決定主題、安排呈現順序、選擇呈現方式。使用者藉由 排列 Webkit 中的陳述卡(statement cards)來進行段落重組，並可透過發音標籤 (speaker tags)操作 Webkit 朗讀組合段落。Stringer et al. (2004)強調直覺操作式介面 允許多人同時操作特性，可促進小組討論效果，對於具表達障礙使用者更有幫助。

Marshall (2007)整理出直覺操作式介面對於學習之正向影響包括：

1.實體物件有助於幼兒思考。

2.可使得兒童學習具有趣味性。

3.其提供將真實世界與虛擬世界結合橋樑，增強使用者融入感。

4.比起其他介面，使用實體使用者介面進行互動較為自然。

5.對幼童、學習障礙者有幫助。

6.降低參與學習門檻。

7.鼓勵合作學習與情境式學習。

Xu, Mazzone and MacFarlane (2005)提到適合兒童的學習方式為結合娛樂與學 習的「Edutainment」。Xu, Mazzone and MacFarlane (2005)明確指出直覺操作式介面 對於學習的益處包含：實體操作與物品對於學習很重要、實體元素可幫助心像 (mental image)形成，進而增強兒童在不操作實體物品時，也能夠以想像方式解決 問題的能力；藉由實例，學習者亦可發展出對物品間關聯性的思考；且由於實體 教具與兒童日常生活所見物品之相似性，可幫助提升兒童對教具的熟悉感，進而 達成以教具模擬象徵實體之功效。簡言之，直覺操作式介面提供了讓使用者直接 操作的可能性，輔以較實體教具更加豐富的互動，比起傳統式教具或純粹操作電 腦的教學方式更具彈性。

Xu, Mazzone and MacFarlane (2005)提到適合兒童的學習方式為結合娛樂與學 習的「Edutainment」。Xu, Mazzone and MacFarlane (2005)明確指出直覺操作式介面 對於學習的益處包含：實體操作與物品對於學習很重要、實體元素可幫助心像 (mental image)形成，進而增強兒童在不操作實體物品時，也能夠以想像方式解決 問題的能力；藉由實例，學習者亦可發展出對物品間關聯性的思考；且由於實體 教具與兒童日常生活所見物品之相似性，可幫助提升兒童對教具的熟悉感，進而 達成以教具模擬象徵實體之功效。簡言之，直覺操作式介面提供了讓使用者直接 操作的可能性，輔以較實體教具更加豐富的互動，比起傳統式教具或純粹操作電 腦的教學方式更具彈性。