研究流程

的技術來開發 IOS 系統載具（如 iPhone 及 iPad 等）的應用程式作研究探討，提 供開發者往後應用擴增實境技術於行動載具的建議。

本研究之研究目的：

1. 探究擴增實境技術應用於行動載具應用程式開發的可行性。

2. 運用擴增實境技術，嘗試開發 IOS 系統載具的應用程式。

3. 探究擴增實境技術應用於行動載具應用程式的互動模式。

第三節 研究流程與研究方法

由於國內使用擴增實境的技術在行動載具上的相關研究不多，缺乏明確 的理論基礎，而本研究是屬於探索性質的研究，所以在應用程式系統開發的部 份採用雛型法開發行動載具的應用程式，系統分析的方法採用則是觀察法與訪 談法。

研究流程如圖 1-1 所示，首先針對本研究相關的問題進行文獻探討與回 顧，再由文獻中整理歸納出適合本研究進行開發行動載具應用程式的方法及系 統需求，接著以雛型開發、觀察法及訪談法進行系統規劃與實作，系統開發完 成初步雛型後，經由使用者測試與回饋，將他們提出的問題進行應用成式的修 正，再反覆測試到無問題之後，以觀察法與訪談法驗證所開發之應用程式的可 行性，最後在對所獲得的資料做分析與歸納整理，並做出最後的結論。

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圖 1-1 研究流程 第四節  名詞釋義

本研究旨在使用行動載具的擴增實境技術開發應用程式，因此將針對擴 增實境、行動載具、應用程式等名詞作解釋。

一、擴增實境 

擴增實境（Augmented Reality，簡稱 AR）是一種能將「虛擬」的 資訊及「真實」的事物進行結合的技術，所以，擴增實境的技術除了能讓使用 者感知所在真實的環境外，又能感知得到由電腦產生的虛擬物件或資訊，透過 使用者的感官，可以感受到真實物體與虛擬物件，同時存在於相同的空間裡的。

因此，擴增實境的概念是適用於任何的感官（Azuma，1997）。

本研究所指的擴增實境，是利用視覺、觸覺感知，透過本研究開發的應 用程式在行動載具上產生的虛擬物件，即時與使用者所在的真實環境影像進行 結合。使用者在使用以行動載具上擴增實境技術開發的應用程式為基礎的系統 架構中，與虛擬物件互動，讓使用者感受到擴增實境技術的臨場感受。

研究問題

文獻探討與需求分析

系統實作及測試

觀察法與訪談法

資料分析及歸納整理

結論 使用者測試

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二、行動載具

行動載具（Mobile Device）具有接近筆記型電腦般高效能的運算能力以 及體積小、重量輕的可攜帶性，宋曜廷等人（2006）研究將行動載具分為配帶 式工具、手持載具、掌上型電腦和筆記型電腦等四類，其中智慧型手機是屬於 手持載具類，平板電腦屬於掌上型電腦類，本研究所只開發蘋果公司的 IOS 平 台的應用程式，所以行動載具的部分只限定具有 IOS 系統的平板電腦 iPad 與智 慧型手機 iPhone。

三、應用程式

應用程式（Application）原是指使用於個人電腦系統平台的應用程式，像 是文書軟體、影音軟體、繪圖軟體等，之後因行動載具的快速發展，將原本個 人電腦的應用程式功能移植到行動載具的系統平台，讓使用者能依照自己的需 求安裝應用程式在行動載具中，讓行動載具增加更多的功能。

第五節 研究範圍與限制

本研究運用擴增實境的技術與行動載具的結合，探討其發展的可行性，

研究範圍著墨於行動載具的擴增實境應用程式開發與互動設計，因行動載具的 平台環境很多，本研究的開發環境只以蘋果公司 IOS 系統的行動載具為主，應 用程式開發使用 Unity 3D、QualComm AR SDK 及 Xcode 開發相關應用程式，其 他平台環境則不在本研究範圍之內。

基於上述研究範圍的探討，本研究可能會有下列的研究限制，其內容敘 述如下：

一、由於行動載具的系統平台有很多種，以目前各項軟硬體之限制下難以全面 觸及，本研究主要針對 IOS 系統進行討論。

二、對不同的使用者而言，每個人對互動介面之理解力及經驗可能會略有不同，

而影響本研究的調查結果。

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第二章 文獻探討

擴增實境技術的發展與虛擬實境息息相關，Azuma 則認為擴增實境是虛 擬實境的延伸出的技術。Cawood 和 Fiala(2008)提出了擴增實境技術的三項基礎，

而隨著科技的逐漸進步，擴增實境技術從個人電腦上的應用，慢慢發展到行動 載具上，相關的應用程式越來越多。

本章節除了對擴增實境技術進行探討之外，也對行動載具上的擴增實境 套件進行分析。本章節共分三節，第一節是針對擴增實境的原理和技術類型進 行探討，第二節是分析行動載具的擴增實境的相關套件，第三節則是敘述行動 載具的擴增實境應用程式的應用實例。

第一節 擴增實境

一、擴增實境的定義

擴增實境（augmented reality，簡稱 AR），是從虛擬實境（Virtual Reality，

簡稱 VR）延伸出來的技術。Azuma（1997）將擴充實境定義為虛擬實境的另一 種變化，虛擬實境的目的是要讓使用者完全的融入在電腦所創造出來的虛擬 3D 環境中，當使用者沉浸在 VR 的環境中時，現實與虛擬的環境的界限會變得很 模糊，無法清楚的辨認其週遭的現實環境；然而擴充現實可以讓使用者看到現 實環境以及重疊在現實環境中的虛擬物體，因此，擴充現實是增進了現實，而 不是完全的取代現實。

Azuma 認為擴增實境的要素必須包含：

(1)結合真實與虛擬的環境。

(2)有即時性的互動。

(3)必需在三度空間內運作。

運用擴增實境的目的在於將虛擬的數位資訊與現實空間的實體結合，使 得虛擬和真實的界線互相交融。Milgram et al. （1994） 依據現實環境中使用者 所接觸的虛擬資訊的比例，將混合實境(Mixed Reality, 簡稱 MR)界定於真實環境 與純粹虛擬環境之間。

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圖 2-1 虛擬實境與實體環境的程度劃分

Feiner(2002)指出擴增實境與虛擬實境的差異：虛擬實境試圖以虛擬的影 像來取代現實環境中的影像，而擴增實境則是把虛擬的影像重疊在真實環境中，

讓使用者能同時接收真實與虛擬融合的資訊，並獲得訊息。

二、擴增實境系統的類型

Cawood 和 Fiala(2008)研究指出，擴增實境的系統開發以影像辨識、互動 控制及電腦圖學等三項技術為其基礎（圖 2-2）。

圖 2-2 擴增實境系統架構

以 IOS 系統的智慧型載具來說，使用者在操作擴增實境的應用程式時，

攝影機擷取的影像會透過影像辨識系統比對標記圖卡（Marker）進行比對，當 標記圖卡比對成功後，核心處理器將會依據標記圖卡把設定好的虛擬物件與即 時拍攝的現實環境疊合成影像，影像再顯示於觸控螢幕上，使用者可以藉由顯 示畫面看見虛擬物件與現實環境結合的影像，並可透過觸控螢幕對虛擬的物件 即時的互動（圖 2-3）。

User Application

Interaction Devices and Techniques Presentation Authoring Tracking and Registration Display Technology Rendering

Mixed Reality（MR）

Real Environment

Virtual Environment Augmented

Reality(AR)

Augmented Virtuality(VR)

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圖 2-3 iPhone 擴增實境應用程式實例

資料來源：http://technabob.com/blog/2008/08/16/artoolkit-augmented-reality-iphone/

隨著科技的進步，行動載具的互動控制與電腦圖學技術已逐漸發展成熟，

影像辨識技術的創新更是扮演擴增實境發展的關鍵因素。擴增實境的影像辨識 技術分成有標記式(Marker)與無標記式(Markerless)兩類(薛楷文，2009)。

(1) 有標記式擴增實境(Marker AR)

有標記式擴增實境技術必須要有特定的標記（marker）或圖案讓系統辨 識，且透過標記的辨識來定位模型顯示在畫面上的相對位置，運作流程如圖 2-4。

圖 2-4 有標記式技術的運作流程

常見的標記方式如圖 2-5，分別有 Frame markers、Dot markers、Split

markers、Data Matrixmarkers、ID markers、Template markers 等六種(吳明諶，2010)，

載入當前攝影機畫面

比較攝影機畫面與 系統辨識圖案

疊加虛擬資訊於 攝影機畫面

形成擴增實境 顯示畫面

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標記大多用簡單的方塊、文字或圖案呈現，其色調以黑白或灰階為主， 好處是 能讓系統在低光源或攝影機像素較低時能精確快速的辨識圖樣，在六種標記中 以 Data Matrix、ID Marker、Template markers 最為常見，如表 2-1。

表 2-1 常見的標記圖

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圖 2-5Template markers 標記

資料來源：http://arblog.inglobetechnologies.com/?p=397

(2) 無標記式擴增實境(Markerless AR)

無標記式擴增實境又稱自然特徵辨識擴增實境(Natural-Feature Tracking AR)，於 2008 年提出，並在能在手機上運作。相較於有標記式擴增實境技術，

無標記式擴增實境不須透過特定的圖案作為媒介，就能達成辨識的效果，且不 只是平面圖形，實體的物件也能辨識，運作流程如圖 2-7。

圖 2-6 無標記式技術的運作流程 建立辨識圖片

載入當前攝影機畫面

比較攝影機畫面與 辨識圖案

疊加虛擬資訊於 攝影機畫面

形成擴增實境 顯示畫面

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本小節說明了擴增實境的技術是由虛擬實境延伸的，並瞭解使用者能夠 在真實的環境中與虛擬的 3Ｄ物件及時的互動，並透過擴增實境技術的辨識類 型及運作程序的歸納，進而開始研究擴增實境在行動載具的應用程式的開發。

本研究將運用無標記式辨識技術為主軸開發擴增實境的應用程式，確定 辨識類型之後，接著分析能在行動載具運作的擴增實境套件，再藉由圖卡的介 面設計與程式的互動模式進行設計與開發。

第二節 擴增實境的系統開發套件

目前的擴增實境開發套件分成有標記式技術與無標記式技術，表 2-2 為 開發套件的相關說明與內容。

表 2-2 現有擴增實境開發套件

套件名稱 技術類型 使用系統語言 套件說明

AR

Toolkit 有標記式技術 C++

由日本加藤博一 (Hirokazu Kato)先 生及華盛頓大學 HITLab 於 1999 年 所共同開發的一套以 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

由日本加藤博一 (Hirokazu Kato)先 生及華盛頓大學 HITLab 於 1999 年 所共同開發的一套以 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