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第一章 緒論
1-1 研究背景
本研究係發想自政治大學未來馬戲團[1]的展演活動，展演內容為由扮演馬 戲團團員的實體演員，與 Unity 3D1 動畫程式模擬出來之虛擬環境中的動物角色 互動。
圖一：未來馬戲團(圖片來源：科技部穿戴式計畫成果報告影片)
目前該馬戲團使用了Xsens2 MVN motion-capture3 技術，讓躲在布幕後的演 員穿戴裝置，再透過捕捉該演員的肢體動作，交由導演控制台(director's console) 以即時運算技術與虛擬角色互動，除了採用 Xsens 的感應器技術捕捉演員的骨 架，該馬戲團同時也採用了本 WISE 團隊用陀螺儀實作的 motion-capture 技術，
將接收自演員身體骨架上的各個感應器的名稱與座標值對應(mapping)到 Unity
1 Unity 3D 是由 Unity Technologies 所開發的一套遊戲引擎(game engine)。
2 Xsens, https://www.xsens.com/
3 motion-capture 是透過攝影或是感應器傳遞來捕捉肢體骨架資訊的技術
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3D 中角色的骨架，或虛擬物體的指定位置，以即時同步虛擬角色的動作，並且 可以與其他虛擬角色互動或產生虛擬場景的特效變化。
圖二：WISE 系統接收肢體感應器訊號與轉送至 Unity 3D 動畫程式(圖片來源：
科技部穿戴式計畫成果報告影片)
圖三：演員身上穿配感應器(圖片來源：科技部穿戴式計畫成果報告影片) 例如圖四中，當演員的手擺動，Unity 3D 中的虛擬鎖鏈就會隨著舞者的手 擺動，表演中魔術師便是以此方式控制鎖鍊，來與虛擬角色互動，另如圖五中的
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應用方式，就是直接對應演員的身體骨架至虛擬的大象身上，以演員的右手模擬 大象的鼻子，如此當演員擺動右手，大象的鼻子就會跟著擺動。
圖四：演員骨架對應至虛擬裝置(圖片來源：科技部穿戴式計畫成果報告影片)
圖五：演員骨架對應至虛擬動物肢體(圖片來源：科技部穿戴式計畫成果報告影 片)
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現行馬戲團採用虛擬動畫技術 Unity 3D 已經可以透過編寫腳本程式達到 程式化的功能，為求跨平台且獨立於微軟公司，Unity 公司採用執行於 Mono Common Language Runtime 上的 C# 程式語言做為其程式開發的主要語言之一，
然而 C# 缺乏針對展演領域的語意程式庫，如果提供腳本撰寫者學習 C#，學習 門檻較高，為了讓非程式設計專業背景的使用者也可以採用撰寫簡單的宣告敘述 來實作角本，我們希望透過採用一款展演的領域專屬語言[16]，設計客製化的展 演程式庫，讓導演等腳本撰寫者可以透過編寫較為口語或具更展演語意的程式碼，
達到展演虛實互動的程式化，為此我們開發了一個平台，該平台佈署更前述展演 之領域專屬語言的執行環境，可以運行導演所撰寫的腳本，來完成我們預期的目 標。
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1-3 研究成果
本研究展示了如何以較為口語或接近展演語意的方式敘述展演規則，以實現 虛實互動的程式化，並利用抽象化表達的方式整合了虛擬與實體平台的互動，展 示了如何以較為語意的方式描述展演動作，為客製化展演腳本函式庫提供了範例，
我們亦展現了在實作領域函式庫時，資料格式與語言擴充彈性的保留方式，以及 在設計平台整合測詴腳本過程中，如何透過此展演領域專屬語言來處理感測器敏 感變動的訊號值與自動校準問題，為未來設計訊號與裝置狀態對應提出了參考。
此外，為提供使用者（例如導演或編劇）可以更更直觀的編輯介面，降低程 式語言邏輯學習的障礙，我們開發了一款圖形化編輯軟體 DIPS Creator，將 DIPS 腳本設計的展演詞彙（例如『舉手』、『打燈』）轉化成可以直接拖曳排 列的元件，使用者只需要直接拖曳元件，組合成腳本，引擎程式即可將腳本轉換 成對應的 DIPS 程式進行運作。
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1-4 研究限制
由於本研究所採用之領域特定語言為初期開發階段，因此本研究是以設計整 合單一實體演員與虛擬角色或場景特效為腳本程式開發方向，而為降低研究與應 用設備的成本，並提高程式設計便利性，我們採用的 motion-capture 技術為接 收穿戴式感應器的方式傳遞演員的肢體訊號，裝置與系統通訊仰賴的網路通訊品 質為小型室內展演空間之無線網路(wifi)，為求系統展示時的訊號傳遞順暢，不 會忽快忽慢或是快速變化而不易觀察實驗效果，我們將實體裝置訊號的傳遞與系 統發送特效命令至虛擬還性的時間間隔皆設定為一秒鐘。
圖形化編輯器目前僅提供針對實驗成果展示用之展演裝置、角色與特效項目，
然而本編輯器可擴充性高，可以快速改變提供的編輯項目，或是修改使用者操作 方式，以提供更友善的使用者介面。
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Specific Language [2]) – Digital Interactive Performance Sketch (以下簡稱 DIPS)，該語言的主要用途為解決前述之展演特效問題。
5 Wearable Item Service runtimE 是由 WISE 團隊自行研發，旨在提供一開源(open source)、低成 本、高效能和易於使用的混和實境展演平台。
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最後，我們提出本研究可行的未來研究議題，目前本系統因馬戲團表演內容 的設計，僅採單向溝通，我們認為未來可以加入雙向溝通的能力，讓虛擬的角色 也可以反饋至實體環境；而目前的人物裝置與舞台環境的裝置，皆定義為 Device，
我們認為未來可以細分成兩個部分，以提供個別更多展演語意化項目；本研究係 為了嘗詴導入原更系統而設計，因此保留了原系統之通訊資料格式的改善，但我 們研究過程中發現此通訊格式更耗費較高傳輸容量的缺點，因此我們提出了可行 的資料格式改良方案；最後，因本研究採用之領域專屬語言尚屬初期設計階段，
因此缺乏對不同規則互斥的檢驗，本文最末亦針對此議題提出相關改進建議。
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