系統實作與測試

依據系統需求分析結果及規劃內容確立後，本節將進行系統實作 及測試主要分為三個部份，包括系統架構建置、系統內容與功能建置 及系統測試，經由雛型開發法步驟進行修正及建置，最後進行整合，

建構出本研究之完善系統。

一、系統架構建置 1.系統硬體：

擴增實境製成方式如下：

圖 42 AR 製成方式

本研究考量到配合實驗場域傳統教室與電腦教學系統的需要，採用最 低成本、方便性高的硬體設備，包含以下的裝備：

1.個人電腦 將網路攝影機所擷取的環境影像，透過辨識符 號將虛擬物件依照空間座標的相對位置，疊合 在定義的符號或位置上。

真實環境 攝影機

虛擬物件 處理器 顯示螢幕

2.投影機 可以即時顯示擴增實境環境的影像。硬體標準 解析度 1024*768。

3.網路攝影機 擷取真實環境的影像，將定義的符號影像傳至 電腦，供電腦即時辨識。硬體解析度為 640*480

2.系統軟體：

(1)Sketch Up 7：

Sketch Up 7 是由 Last Software 公司研發之免費 3D 繪 圖軟體，指令少易懂，且操作簡易。軟體除了有現代數位媒 介速度，同時也融合了鉛筆素描的自然筆觸與手繪製圖靈活 的自由度。並且還添加了材質庫的附貼、光線陰影介面的功 能，更擁有動態3D 模型展示功能。有別於 CAD 表現以具 體資料為目的，可以將實際構想與資訊媒介結合呈現出天馬 行空的構想。本研究將使用Sketch up 軟體來建模及做貼圖 渲染之用。

圖 43.Sketch up 建模介面 (2)Quest 3D：

Quest 3D 是一個容易且有效的即時 3D 建構工具，它能 在即時編輯環境中與物件互動，處理所有數位內容的2D 或 3D 圖形、聲音、網路、資料庫及互動。本研究使用 Quest3D

(3) 3D MAX：

3D MAX 是目前世界上應用最廣泛的三維建模，動畫和 渲染軟體，完全滿足製作高品質的動畫。3D MAX 則偏向立 體物件逼真的呈現，主要用在動畫或透視圖的表現，所以除 了物體的材質、形狀，到光影、攝影機的角度等都有非常多 的調校空間。也可以增加硬件著色，並且可以用免費圖庫材 質貼圖渲染、光線渲染以及支持定點色烘培技術應用到實時 環境當中。本研究中使用3D MAX 來作為建模貼圖及動作設 定處理工具。

(4)遠颺科技公司 Lightning Studios 擴增實境模組

採用 Flash 架構之擴增實境辨識系統，可以整合 3D 模 型、影片檔、聲音檔與Flash 格式，將預設圖片置放於 webcam 前，擴增實境效果可立即呈現，是輕易操作的工具軟體。使 用者只要透過軟體內的介面選項便可製作擴增實境。本研究 使用遠颺科技公司所自行研發之Lightning Studios 擴增實境 模組，將電腦所繪製出來的虛擬圖像能疊加在真實環境中，

呈現出擴增實境的效用。

圖 44.Lightning Studios 軟體呈現出擴增實境效果(資料來源:遠颺科技公司)

二、系統內容與功能建置 1.模型建置

本研究中各單元的基礎建模架構是運用 Sketch Up 軟體製 作，因為 Sketch Up 介面指令少而且容易懂，在操作方面對 於不熟悉 3D 建模者是非常簡易、快速上手的。基模的大致結 構繪製完畢後，再使用軟體中所附的教材庫做貼圖的步驟，

因為模型中的顏色跟材質都會影響圖像的空間立體感效果。

另外，像太陽地球月亮模型的貼圖，材質庫沒有合適的，也 可以自己從檔案中建立新材質再點選到基模上。

圖45 星體移動單元基模骨架及貼圖後模型

圖46 電磁感應單元基模骨架及貼圖後模型

基模作好後，因為 Sketch Up 軟體無法做動作設定，所以接下來 就要進入3D MAX 軟體做模型的動態設定，包括旋轉、移動及重 疊等動作。因為3D MAX 除了可以建模外，也能進行動畫設定製 作高品質動畫，讓原本的動態立體物件可以在顯示器上逼真的呈 現。故本研究動作特效階段使用3D MAX 軟體建置，期望可以呈

現最佳效果之系統模型。由 Sketch Up 製作成的模型要匯入3D MAX 中，檔案必須先在 Sketch Up 中轉為.3ds 檔才可以匯入。在 轉檔時須注意要先調整模型的世界軸心位置，避免最後匯到Quest 3D 軟體中時模型座標會有問題。

圖 47 電磁感應單元 Sketch Up skp 檔轉成.3ds 檔

由 Sketch Up 軟體成功轉成.3ds 檔後的模型就可以順利匯入 3D MAX 軟體中，開始做旋轉、移動等效果動作設定。

圖48 電磁感應單元.3ds 檔匯入 3D MAX

利用 3D MAX 軟體階段可以完成以下模型設定動作，包括：(1) 星體運動單元的繞行運動旋轉；(2)月相變化單元中月亮繞行運動 及月相變化的動態；(3)正逆斷層單元中斷層面錯移的動態；(4) 地層事件單元中地層沉積及依序發生事件的動畫設定；(5)直流發 電機及電動機單元中的旋轉動作；(6)酸鹼中和單元中酸鹼值的變 化過程；(7)電解水溶液單元中正負電離子游移的動態。這些動畫

設定可以讓擴增實境模型更具真實性，也可以協助使用者在使用 學習系統時能更容易理解內容，易於學習。

運用 3D MAX 做完動畫設定後，接下來則要進入到 Quest 3D 軟體中與 Lightning Studios 擴增實境軟體做結合，建置完整之教 學系統。因為完成動畫的模型要匯入Quest 3D 須先將檔案轉成.X 檔，故本步驟須先在 3dMax 軟體中完成。

圖 49 電磁感應單元 max 檔轉為.X 檔

圖 50 電磁感應單元 max 檔轉為.X 檔

將 max 檔成功轉為.X 檔之後就可以匯入 Quest 3D 軟體中進行擴 增實境的 channel 的元件編輯系統。Quest 3D 是由建構元件 (channel)組成，每個元件都有各自代表的功能。本研究中使用的 Lightning Studios 模組中的物件分為幾個部份，如下圖所示。

圖51 Lightning Studios 基模組

打開 Lightning Studios 基模組後，將.X 檔 Import 匯入 Quest 3D 中

圖 52 .X 檔 Import 匯入 Quest 3D 中

複製.X 檔元件模組進入基模組中，與 3d objects group 連結。並 將 object motion 與 motion 做連結。

圖 53 完成 Quest 3D 設定

設定好後，電腦連接網路攝影機，使用 Run/攝影機功能即可在顯 示器上看到動態模型。如下圖

圖 54 擴增實境教學系統模型顯示圖

依據以上的模型設計步驟，彙整本研究中建置完成之擴增實境教 學系統各單元模型顯示圖如下表：

表15 擴增實境教學系統各單元模型顯示圖 1.太陽、地球、

月亮相對位置 圖

(一)星體運動

2.月相變化

1.正斷層 (二)板塊運動

2.逆斷層

3.地層事件

1.電磁感應 (直流發電機原 理)

(三)電磁感應

2.電能轉為力能 (電動機)

1.酸鹼中和

(四)酸鹼鹽

2.電解質水溶液

(本研究者整理)

2.辨識圖卡建置

本研究中的擴增實境顯示方式是使用圖卡辨識系統，操作 方式是用攝影機去辨識特定的圖卡，圖卡在攝影機的辨識角度 中，決定三維影像時的位置跟轉動。這些圖卡的特徵是圖案的 周邊圍著黑框，中間為白色底，白色區域內可以設定不同圖案 作為電腦辨識的判別。黑框設定時，需保留適量框外的留白面 積，這樣電腦在辨識時才可以偵測到黑框內的圖案。而測試之 後發現，黑框內的圖案設計需考量其複雜性、顏色及大小。圖 案如果太複雜，或是顏色太多，則會影響其辨識效果。使用之 顏色以鮮度及明度較高者為佳；大小則是影響辨識的距離，較 大的圖案則需要越遠的距離，太小的圖案距離太遠又會無法辨 識。故設計圖卡時須考量其辨識效果極為重要。測試之後，基 於圖卡的辨識效果，及考量施測時環境顏色會影響辨識效果等 因素，故本研究中使用測試之後，效果最好的圖案，辨識圖案 皆為統一格式。

圖55 統一格式辨識圖

三、系統測試

本階段進行擴增實境系統施測，可以針對不足的問題進行修正，

以利於在使用時呈現最佳之效果。因為本研究中的擴增實境呈現方式

是使用圖卡式擴增實境辨識系統，操作的場景為使用者操作的範圍，

圖卡介面設計上依各單元課程內容劃分，一張圖卡代表一個單元課程 實驗。環境建構利用Lightning Studios 模組所提供之影像辨識功能，

當使用者將圖卡放置攝影機前時，螢幕上則會呈現出模型圖像。使用

4.動作設定

按下設定按鍵 後立即出現正 確動作。

按下按鍵後沒有 出現預期動作。

再次確認系統連 結路徑是否正確。

5.硬體需求

可支援系統正 常運作。

出現系統讀取時 間過長，流暢度不 足。

以等級較佳之筆 記型電腦替代。

(本研究者整理)

系統的測試目的是在促進系統的完善性，主要是尋找出其缺點進 行修正改進，也希望在測試時確認是否容易操作、運作良好及內容足 夠達到預期的標準，以達到更高之系統正確性。所以依據以上評估項 目包括：圖卡辨識效果、系統內容、定位追蹤、動作設定及硬體需求 評估後結果進行修正，發現本研究系統的整體流暢度更趨完善，所以 在系統改良完成後，則開始進行使用者試用階段。