人在空間中互動的情境
系統即可察覺到使用者的生理狀況，並自動的調節光線，給予人適當的回饋，在互
其困難度，使用者必須學習操作來操作這個介面，雖解決了遠端操作的便利性，但
眼球 有意圖 + 有動作 利 用 攝 影 機 偵 測 瞳 孔 軌
人想要操控空間中的物件時，會先有情緒的反應，然後才會有執行的動作，再 來才是人與介面上的溝通。而本研究中所提及的智慧型空間是希望能省略情緒的反 應和執行動作的步驟，直接透過大腦腦波的偵測就可以與環境做自然的溝通 (如圖 3-2 的Ex4.)，即採用『無意圖 + 無動作』的互動模式。這種方式與前者所提及的 動作感應最大的不同點在於，腦波的偵測可讓環境主動的感知人的生理與心理狀 態，給予最適切的回饋，而動作感應的介面，是根據人類外在的行為去做偵測與回 饋，他雖可以給予自然的互動回饋，但卻不能清楚的知道人大腦目前想法與身心狀 態的需要，而本研究所提出的腦波感應的介面，他可依人的不同狀態來給予最適切 的照明切換。因此本研究選擇用腦波來與空間做互動，且其在互動上採取『無意識 + 無動作』的互動模式，藉由腦波的偵測來判斷使用者的心理狀態，讓人能以更自 然的方式和環境互動。
3.2 腦訊號控制介面系統架構
在過去的智慧型空間中也發現，研究者多半著重在如何去發展一種不同於以往生活 空間，而提出多種新型態的互動方式，其不同於傳統的地方是人需透過學習才能與 這個空間互動。這種新型態的互動方式雖滿足了一些便利性，但卻增加了學習操作 的問題且使用者多半以主動的方式和空間互動 (如圖3-3)。因此這些不同於以往的 互動方式就一定比傳統互動方式來的便利、舒適嗎？
Common smart space.
Human
Light Music Temperature
initiative
圖3-3 一般智慧型空間的互動方式
而在本研究中也提出了一個能夠主動感知人的空間 (如圖3-4所示)，這個智慧 型空間會主動感知使用者的狀態並適時的給予回饋，例如本系統發現人處於勞累狀 態時就會改變環境的音樂以舒緩他的情緒，或給予燈光的刺激，讓使用者自然的清 醒；又或者使用者感覺冷的時候，環境會自動調節到舒適的溫度等，這個智慧型空 間是必須考慮到人的心理、生理等因素，且隨著人的不同狀態再去改變環境，這種 互動方式和以往有很大的不同。在過去的研究中，腦訊號控制介面的互動方式，多 著重在人與電腦上的應用，也就是說，研究者希望能藉由腦訊號控制介面的幫助去 控制電腦滑鼠游標等等，而在本研究中，將腦訊號控制介面結合在實體的空間環境 中，也為智慧型空間開拓了一個新視野。
The system we proposed...
Human
Light Music Temperature
Passive (interact by thinking)
Smart space would perceive the human.
圖3-4 本研究的主動感知人的互動空間
因此本研究主要是提出一個腦訊號控制介面系統架構雛型，並將腦訊號控制介 面系統整合在實體的空間環境中。而此系統架構包含腦波訊號的取得、訊號的分析 與處理、特殊訊號的分析及實體上的應用等。因此為了找到一個最適合本研究的系 統架構，本研究調查了現有相關的腦訊號控制介面的研究、應用，並尋找一個適合 的腦訊號控制介面的模型，分析、評估此架構的在本研究中的適用性，並因應本研 究的目的加以修改調整，提出一個最適合本研究的腦訊號控制介面架構。
3.2.1 腦訊號控制介面系統之比較
在過去的研究中發現，腦訊號控制介面 (BCI)是人機介面 (HCI)的一種，它藉由大 腦內部所產生的腦波訊號活動來讓人與電腦溝通 (Wolpaw et al., 2002)，因此人可 以藉由大腦的想像來執行某些動作。從過去到現在有很多方法可以紀錄腦內活動的 影像，其中非侵入式的方法包含PET、fMRI、MEG、EEG等，而他們各自也有其優 缺點，但EEG訊號是最容易取得的，且設備也較經濟，因此研究者通常拿EEG來做 實驗，所以EEG也是BCI中最常使用的一種腦波訊號 (Krepki et al., 2004)。
從腦波的發現到腦波訊號的分析，一直倒進幾年才有腦訊號控制介面的發展，
它算是一種很新的的領域也是近幾年來腦神經細胞的活動，可用神經電生理的方法 偵測而得到腦波來做應用。
分散式腦訊號控制介面系統
在過去的研究中，還未有人提出分散式的腦訊號控制介面系統，但在Krepki et al.
(2004)的BBCI的研究中，他提出了非侵入式系統方式即時抓取EEG訊號去做分析，
並提出了分散式腦訊號控制介面的系統架構 (如圖2-12)，此系統的優點是可以即時 的將所測得的腦波訊號分配給多台電腦做處理，一台伺服器作同步的動作，將分散 各處的電腦做同步的運算，再進行分類，最後將所收集到的訊號做整合並進行人與 電腦的互動。
此 研 究 所 提 的BBCI 系 統 架 構 可 分 為 七 個 步 驟 ： (1) 受 測 者 帶 著 電 極 帽 (brain-cap)並面對著電腦畫面；(2) 藉由電極帽上的128 channels 的電極取得EEG 腦波訊號；(3) 取得的EEG訊號經由訊號放大器放大 (因腦波為一種微弱的電波)；
(4) 並將訊號放大器輸出的訊號傳送至電腦紀錄；(5) 將一些較不重要如前置期的訊 號以及不用即時處理的訊號先傳送至資料庫；(6) 並將所有訊號傳送至中央處理電 腦伺服器上做即時的訊號處理；(7) 將訊號與電腦遊戲結合，讓受測者可藉由大腦 意志去玩遊戲。
因此Krepki et al. (2004)將其應用在人與電腦的遊戲介面上，藉由人腦去控制電
腦螢幕畫面上的動作，而畫面的變化也會影響人腦波的變化，他也提出了幾個不同 想的那樣直覺，但在Krepki et al. (2004)的研究中他讓BCI有了不同於以往的運用。
由表3-3可知此系統優點可利用分散是系統同時分析多個電極的訊號，並在特定
(VR)中自由的走動，但這個以EEG為基礎的腦訊號控制介面是需要結合腦波與虛擬 實境的技術，且這個BCI系統能夠轉譯生理物電流的腦波訊，並將心理所想像的畫 面 (例如：想像腳或手的移動…等)轉化為控制的訊號。這個系統必須是人腦與電腦 的溝通橋樑，他將心理的活動、感覺。而移動的想像與在實體環境中執行真實動作 的腦神經網路是類似的 (Neuper et al, 2001)，所以在BCI的應用當中動態想像也變 得是一種很重要的策略控制 (Pfurtscheller et al., 2001)，而這種腦訊號控制介面的 溝通方式是一不需要做任何外部的動作即可達成的，因此他可以幫助一些肢體殘障 的病患藉由此系統達成和環境溝通的方式，例如虛擬鍵盤…等。
在這篇研究中提到，大部分的BCI研究多提出一個有回饋的互動方式的情境，
他讓使用者移畫面中的捲軸、球做向上向下的動作，但多半都僅只於一些簡單的人 與電腦的互動方式，這種回饋給使用者的表現方式並不足夠(Leeb et al., 2004)。
因此Leeb et al. (2004)開始研究另一種可能性，他將BCI應用在虛擬實境中，
創造出一個可以隨心所欲控制的3D虛擬環境，使用者可在立體的場景中操控3D的 物件。他結合以EEG為基礎的BCI系統在虛擬環境中，此系統包含利用頭戴型立體 顯示器 (head mounted display, HMD)、及頭部慣性的追蹤器去瀏覽虛擬的場景，
受測者將BCI所轉換的控制訊號去導覽整個場景，他可以藉由腦中想像右手移動或 想像腳的移動在虛擬城市中前進、後退或停止不動 (如圖2-19)。此系統架構可分為 七個步驟：(1) 受測者帶著電極帽 (brain-cap)及頭戴型顯示器；(2) 藉由電極帽上 的128 channels 的電極取得EEG腦波訊號；(3) 取得的EEG訊號經由訊號放大器放 大 (因腦波為一種微弱的電波)；(4) 將測得的訊號做訊號處理並儲存在電腦中；(5)
下某些腦波代表的特定的控制訊號，因此這也是目前所面臨最大的瓶頸同時由表3-4
因此在本研究中評估了各種腦訊號控制介面的架構，發現Krepki et al. (2004)所提出 的BCI系統架構他著重在訊號的取得及訊號的分析，他運用的分散式的運算方式可 加快其轉譯腦波訊號，且因為他著重在腦波訊號的分析及遊戲上得應用，他利用訊 號分析的結果在進行電腦上的遊戲，使用者在操作之前必須先做訓練 (trainng)，使 其紀錄下腦波的個人化特徵才可藉由腦中的想像來操縱遊戲的畫面。而Leeb et al.
(2004)的研究中他也利用了幾乎和Krepki et al. (2004)相同的方法去得腦波訊號，他 也藉由想像手和腳的移動來做互動，但他用此種方式做虛擬環境導覽的應用，也讓 BCI有不同以往的應用，他超脫了傳統的2D平面的應用，並嘗試讓使用者藉由BCI 在立體的3D虛擬場景中瀏覽。
在表3-4的BCI系統模型的發展表中可知，我們可以發現在過去的研究中，我們
只能對腦波做觀察及紀錄統計，找尋其可識別腦波分類的方法，但隨著研究的發展 Krepki et al. (2004)
提出的BCI系統
Leeb et al. (2004)
提出的BCI系統 本研究提出的BCI系統
間環境做自然的互動，其不同於以往的方式為使用者可藉由自然且直覺的腦波感應 裝置，被動的讓環境察覺並給予回饋。
因此本論文將此系統架構修正為四個部分 (如圖3-5)：
(1) 訊號取得：使用者藉由電極帽取得腦波EEG訊號；
(2) 訊號紀錄：藉由腦訊號放大器放大訊號，並經由紀錄器紀錄；
(3) 訊號的處理：過濾出可用的EEG訊號，並對Alpha 波的分析加以分析；
(4) 與實體環境結合：將訊號連結到控制的版子上，並藉由硬體介面卡去調節燈 光的明亮。
此系統架構將受測者所取得的腦波訊號，藉由放大器放大之後，在由生物訊號 紀錄器紀錄，並將訊號傳送至電腦當中，在經由訊號的處理包含訊號原始訊號的取 得、訊號過濾、傅立葉轉換等，在藉由特定的判斷將訊號傳送給外部環境的裝置。
此研究與之前所提的系統架構最大不同之處，是本研究將BCI應用在實體的建築空 間中，並藉由直覺得Alpha波的發生來判斷使用者的心理狀態，系統並依不同的狀
此研究與之前所提的系統架構最大不同之處，是本研究將BCI應用在實體的建築空 間中，並藉由直覺得Alpha波的發生來判斷使用者的心理狀態，系統並依不同的狀