研究目的

1.4 研究架構與流程圖

概論

空間性擴增實境與手勢互動技術研究 理論推演：在地體驗式設計輔助系統

研究背景說明

實作 1:1 空間擴增實境設計環境 系統原型 (Spatially Augmented Reality Design Environment)

情 境 實 驗

結 論 與 建 議

„ 第1 章

„ 第2 章

„ 第3 章

„ 第4 章

„ 第5 章

„ 第6 章

„ 第7 章

Figure. 2 . 研究流程圖

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研 究 背 景

為了說明在地體驗式設計輔盼系統這樣的觀念的背後思潮，研究背景將先說明建築思潮中 建築設計與身體尺度的關聯(2-1)，建築設計與基地的關聯(2-2)，再說明人機介面與電腦輔 助設計系統的簡略發展 (2-3)，當電腦成為輔助體驗工具(2-4)與實虛結合的體驗方式發展(2-5)，而使得設計者能以更直接有趣的方式體驗虛擬資訊，進而開始邁向在地體驗設計輔助 系統(2-6)。

2.1 建築設計與人身尺度的關聯

建築空間具體化時以人身尺度為觀點的發展，早期由 Vitruvius 在建築十書中，建立了描述人 體與建築比例之間的基本模型，將注意力從標準正確的尺寸轉移到人體與空間的公約數上。

文藝復興時所發展的「透視法的典範」(Perspective Paradigm)，透過數學的描述將人體當成測 量的系統，個人的印象轉換成比例性的觀點。透過這樣科學的研究方法，開起了文藝復興時 代建築與美學的新發展(Palumbo, 2000)。到了二十世紀，柯比意提出了”模矩(Modulor)”的概 念，他認為”模矩”其實就是關於人的尺度與量測(measure)所取得關於數字的價值( Figure 3 )。

而建築做為人的容器與人的延伸，勢必是延伸於身體重要的一部分，因此透過使用身體來感 知最合適、直接的量測，使得空間概念得以具體化(Courbusier, 1948)。

Figure. 3. Le Corbusier 以人身尺度提出模矩的概念成為建築設計具體化的依據

2.2 建築設計與基地環境的關聯

而建築設計與基地的關聯當中Lynch 與 Hack (1984)針對設計者和基地的關系，認為一個設計 者如果只依賴以往的自身經驗進行設計，將會失去找出基地上隱晦不顯且重要資訊的機會 (Lynch and Hack, 1984)，Norberg-Schulz 認為人對於環境產生認同感的主因，是從環境中的點 點滴滴熟悉了解且賦予意義，包括自然場所與人為場所，這些事務更形成了複雜的空間結 構，因此人對空間認同感才會因此而產生(Norberg-Schulz, 1979)。因此建築設計的產生是與環 境上的所發生的無數細節有著密切的關連。在建築設計案例中2001 年度普利茨凱獎瑞士建築 師Herzog & de Meuron 透過材質單元的概念操作，重新詮釋了建築物量體皮層與人與基地的 關聯性，在其成名作瑞士SignalBox、美國 Dominus Winery 釀酒場、日本 Prada Aoyama Store ( Figure 4 )都可清楚見到材質單元被附予與基地之間新的意義。建築量體被識為一整個材質的 延伸，因此使用者透過身體接觸單元材質時，便理解整棟建築量體對於內外與基地之間所要 表達的空間想法。

Figure. 4. Herzog & de Meuron 作品，由左至右為瑞士 SignalBox，日本 Prada Aoyama Store，美國 Dominus Winery 釀酒場

2.3 人機介面與電腦輔助設計

Figure. 5. 左圖為滑鼠原型，右圖為 sketchpad 研究計畫

人機介面的觀念開始被研究者所重視是在1963 Ivan Sutherland 提出 Sketchpad 研究計畫。當 時便開始大量的對電腦輔助設計(Computer-Aided design)的研究，勾勒出輸入與顯示技術的重 要(Baecker , et al. 1995)。1981 Xerox 發表了 Star Information System，建立了現今個人電腦的 基本架構：由處理器、顯示器、鍵盤與指標控制裝置(滑鼠)所構成(Smith, et al. 1990) 。這個時

期的人機介面多著重在顯示器背後的虛擬空間該怎麼看待，圖像示(iconic)的指令、樹枝狀的 選單、視窗系統…等，也建立了使用者中心、直覺化、視覺化的操作等介面設計上重要概 念，一直影響至今。

2.4 以電腦為輔助體驗工具

Figure. 6. The Legible City，以日生常活用品做為實虛結合的介面(Shaw, 1991)

Morton Heilig 於 1962 提出 sensorama 有趣的詮釋使用者體驗影像、聲音與氣流來產生沉浸式 (immersion)的感受。到了 90 年代，隨著 3d 技術逐漸發展成熟與投影設備的普及， 研究者開 始視覺化塑造全虛擬空間。”The Cave”於 1992 年在 SIGGRAPH 展示出來，透過立體眼鏡與環 繞式的投影幕，觀者可即時看到立體的空間，沉浸式的感知成為探索虛擬空間相當重要的關 鍵。澳洲藝術家Jeffrey Shaw 在 1991 提出”可閱讀的城市”( Shaw, 1988) ，以日常中熟悉的身 體習慣的活動，本能的轉移到資訊構成的世界裡，使用者透過腳踏車與CAVE 介面來瀏覽文 字構成的虛擬城市空間(圖 4)。而隨著使用者中心思潮的發展，全虛擬環境硬體的操作介面的 研究多樣式的輸入，如手部動態追蹤、眼部追踨、手勢分辦、位置分辦等方向，詳細的分析 身體所能表達的訊息 (Stanny and Zyda, 2002) 。

2.5 實虛結合輔助體驗

Figure. 7. Piekarski(2002)以頭戴式顯示器(HMD), 攝影機(WEB-CAM), 衛星定位(GPS)與 筆記型電腦，

達成戶外的實虛結合互動環境

在電腦成為體驗工具的發展之下，身體與似乎有著不同的發展。如透過配帶雙向交互影響的 科技產品，身體的能力突破了以往，因而有了「人機同體」(Cyborg)這樣的觀念被提出，

Mitchell 認為人機同體的概念將會讓都市與建築空間重新被定義(Mitchell, 1995)。行動藝術家 Stelarc 於 1996 年作品 Ping Body，以機械義肢與各種電子設備延伸擴張自已身體的能力 (Stelarc,1996)。而近年來關於擴增實境(Augmented Reality)的研究更在各個領域掀起研究熱 潮，以頭戴式顯示器(Head Mounted Display)與 WEB CAM 的結合再加上記號的定位與程式的 撰寫，使用者可直接看到即使的3D 影像與實體環境結合。(Piekarski, et al. 2002)

2.6 體驗式設計輔助系統

Figure. 8. Ishii and Ullmer (1997)提出可觸碰的位元來強調無接縫的實虛結合，illuminating clay (Piper, et al. 2002)針對景觀設計提出實虛結合的設計媒材

當Weiser 提出的遍佈式運算讓電腦隱藏於實體環境之中，使得日常生活中的各種生活行為都 可能結合實虛而變的更直覺(Weiser, 1991)。體驗工具遍佈於環境當中並且應用於設計輔助系 統時，Ishii 與 Brygg 提出的可觸碰的位元這樣的介面概念，讓使用者在實體環境中與虛擬世 界有了無接縫的連結(Ishii and Ullmer, 1997)，光黏土(illuminating clay)針對景觀設計，提出讓 設計者操作實體模型時能即時看到動態的虛擬資訊回饋，透過這樣緊密的實虛結合，設計者 可以了解處理景觀設計時坡度改變的影響，包括過陡的坡度影響道路分佈產生的危險、水流 改變、侵蝕、陰影、光線、與費用…等數據化的資訊，並且讓設計者試著以直覺的方式去解 決設計問題(Piper, et al. 2002)( Figure 8 )。而數位環境這樣的工具提供了更即時回饋且加強化 了設計意途表達上的轉譯(Schnabel and Kvan, 2001)

在討論基地現場做設計此議題上, Tsai and Chang (2005) 提出了關於基地上進行設計的需求: 一 個可移動的顯示裝置。其中標示出在地顯示與互動性的重要(Tsai and Chang, 2005)。

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理論推演 - 在地體驗式設計輔助系統

由前述的研究背景了解建築設計思潮與人機介面在電腦輔助設計的發展後，本章節試圖推演 出在地體驗式設計輔助系統架構，以回應建築空間設計所關切的人身尺度與基地的關聯性這 兩個重要的因素。藉由找出初步的設計具體化行為模式，得以了解設計行為的需求，並將之 轉化為在地體驗式設計輔助系統的輸入-輸出系統架構，以便之後的系統建置。

3.1 將模糊設計概念具體化

設計者在將模糊設計概念具體化時，經常想像模擬設計在完成後的狀態，再以圖像方式記錄 下想像中的設計，經由訪談專業空間設計者了解圖像記錄的原因，是在於空間設計時複雜的 思考需要被精確的記錄下來以便判斷設計是否合適( Table 1 )，經常發生在具體化過程發現了 更多的問題，進而將設計修改的更為成熟。由於整個設計思考過程過於複雜，本研究針對使 用平立面圖繪製想像中的設計，需要學習以下三種想像連結：1.精確呈現設計想像 2.想像與基 地結合 3. 人身尺度的使用行為模擬。

想像模擬設計要項 綜合判斷時常思考的問題

尺寸 整體設計是否合於使用行為

顏色 整體設計造形舒不舒適

質感 設計是否合於施工工法

與基地結合狀況 整體設計是否與基地結合良好

Table. 1. 設計者想像模擬設計後，以圖面記錄過程中，得以較精確的判斷設計是否合適。

3.1.1 想像模擬設計行為模式(一)：精確呈現設計想像

Figure. 10. 透過影像合成的方式來呈現設計想像

3.1.3 想像模擬設計行為模式(三)： 人身尺度的使用行為模擬

在具體化設計想法時，設計者思考使用者如何感受、使用他的空間設計時，設計者常會利用 自已的身體來模擬使用者使用的情況( Figure 11 )，比如坐下來想像使用者所看到的，或伸高 手臂來模擬使用者在拿取高處東西時的感受( Figure 11(b) )。透過訪談得知，這樣的模擬行為 對於很有經驗的設計者而，或許已經有其常用設計尺寸，但當他們在創造新的設計時，仍會 自然的透過這樣的方式來想像設計，目的是要想像未具體化的設計想法使用時的狀況。研究 整理此步驟的設計行為是空間設計行為中很重要的設計行為資料，有助於定義體驗式設計輔 助系統所需要的直覺式操作。

而常用的模擬行為約略可分為平面與立面/剖面狀態。平面上如走動、變換位置、張開雙手來 測量距離、伸長手臂測量可拿取距離。立面/剖面狀態如走動、蹲下、坐下、躺著、伸高降低 雙手拿取、墊腳、抬頭、低頭。設計者對使用行為的模擬會跟據設計需求不同而自然而然的 發展( Figure 11 (d) )。

其中立面狀況中設計者常會舉起手擘去量測多高的高度是適合擺放、拿取物品。他們常會重 覆的起立或蹲下來經驗不同的高度因素，本研究先針對整理設計者在立面設計時所關心重要 的因素：視角、視線高度、手可觸區域、腳可觸區域、坐著時況狀。在平面設計時設計者偏 向到處走動、改變姿勢與位置。平面設計的因素：物件的使用性，如桌、椅，物件之間的安 排。設計行為是根據設計案的目的而有無限的可能性，因此只能約略的描述出最基本的關於 立面與平面的設計行為。

Figure. 11(a) Figure. 11(b) Figure. 11(c) Figure. 11(d)

Figure. 11 (a) 資深設計師在基地現場以身體尺度模擬設計想像 Figure. 11(b)(c)設計師以鉛筆直接在基地 現場繪製立面設計說明 Figure. 11(d)設計師以身體動作體驗插座位置

3.2 在地體驗式設計輔助系統

3.2.1 視覺化設計想像模擬與基地結合

Figure. 12. 在地體驗式設計輔助系統 使空間設計行為更為直覺，並讓設計者更注意到設計與身 體的關聯

因此在地體驗式設計輔助系統的提出，滿足了模擬想像的設計行為模式，設計者將花費較少

因此在地體驗式設計輔助系統的提出，滿足了模擬想像的設計行為模式，設計者將花費較少