虛擬環境

有關虛擬環境(virtual environment)的定義，大多數學者均是由技術層面的觀 點談起，其中特別強調透過電腦這類的電子技術所模擬的環境，以及應用光學資 料手套、頭盔、眼球追蹤器、搖桿等設備，讓使用者在該環境中進行探索、互動 (Steuer, 1995)。3D 虛擬環境將電腦互動從原本純粹的視覺性互動延伸至多元性 的互動，使用者得以應用如同在真實世界中的感知經驗與認知處理能力，與虛擬 環境中的物件進行互動，且瀏覽其中的感覺相近於自然世界的變化(Stanney, 2003)。例如當我們在虛擬環境中進行導覽時，仍可延續在真實世界中對於眼睛、

手、耳朵等感覺器官的運用，隨著頭部的轉動可以改變其視野、甚至可以用手直 接對虛擬物件進行操作，再搭配音效傳遞，讓使用者產生一種身歷其境的感覺。

因此，3D 虛擬環境可說提供了人機介面 (human computer interaction)一個絕佳的 互動媒介，其能讓使用者採取沉浸式觀點，亦即本我中心(egocentric perspective) 的觀點於 3D 環境中進行探索(Parush & Berman, 2004)。

上述這些使用者與虛擬環境的互動過程，其背後均涉牽龐大的電腦運算技術 應用，也說明虛擬環境的發展可說是由技術層面所主導，而其中這些互動技術的 種類相當龐雜，大致可分為三種形式(Mine, 1995)，其敘述分別如下：

1. 直接式互動(direct user interaction)：使用者可以透過手部、眼球追蹤器、手勢 辨視系統等輔助，與電腦達成即時互動，此種依靠最直接的對應方式，透過 虛擬介面展現使用者動作之後的結果。但是這種互動類型，通常須要帶頭盔 顯示器、資料手套(data gloves)之類比較昂貴的系統，才能藉著這些設備與虛 擬環境產生互動，但是其互動方式對於人類的感官刺激而言，可以說最為真

實(李碩晏，2003)。

2. 物理式控制(physical controls)：使用者須透過按鍵、搖桿、滑鼠、鍵盤等操控 工具，和虛擬環境進行互動，且虛擬介面的呈現方式須藉由類似觀景窗的視 野(例如電腦螢幕)呈現，目前常見的桌上型電腦就是最普遍被應用的媒介之 一，其應用領域相當多元，而且此種物理式控制方式也是最經濟實惠、最方 便的方式。

3. 虛擬式控制(virtual controls)：任何我們想像得到的東西都可被應用於虛擬式 控制中(例如虛擬式的操控桿)，此種操控方式相當具有彈性，使用者可以看 見自己的影像融入於三維空間的環境中並進行互動，如做一些簡單的運動，

或是以身體直接操作螢幕上的影像與物體(李碩晏，2003)。此種方式可以營 造很高的身歷其境感覺，但其缺點在於欠缺感官性的回饋。

以上這三種虛擬環境的呈現類型各有其優缺點，例如直接式互動的操作方式 最靈活且直接，但是成本卻相當高昂；物理式控制儘管可以透過操控工具獲得精 準的操控及獲得感官性回饋，以提升臨場感，但是其操作卻較缺乏彈性，不過就 經濟成本的考量，此種類型卻是現階段較為普及的一種；最後虛擬式控制雖然能 造成效果極佳的臨場感，但是缺乏感官回饋，使用者在操作虛擬物件上可能會產 生困難。

然而，上述有關虛擬環境的概念，均著重眼於技術方面的發展形式，卻忽略 了使用者端，Steuer(1995)便提出與其它學者不同的想法，他認為有關虛擬環境 的定義應該從技術層面轉移至個人層面，關注個人與媒介的互動體驗，其沿用過 去有關臨場感(telepresence)的概念，認為虛擬環境除了技術層面的觀點之外，還 可被廣泛的定義為「使用者在一種真實或虛擬式的環境中所產生的臨場感」。

A virtual reality is defined as a real or simulated environment in which a

perceiver experiences telepresence. (Steuer, 1995. p37)

由 Steuer 對虛擬環境所下的定義可以了解到，虛擬環境所指涉的不儘是技術 層面，同時也是一種使用者本身的生理上體驗(physical experience)，當中包括了 與所有媒介互動後的體驗，同時他認為使用者除了是資訊的接收者也是發送者，

而介面本身則是他(她)用來與環境互動的中介。由此概念看來，虛擬環境不單單 儘指需要仰賴頭盔、資料手套這類的裝置才能讓使用者置身於虛擬環境當中，單 純透過簡易的媒體形式如桌上型電腦、電影、或甚至是書本即有可能讓使用者在 和虛擬環境進行互動後，達到如同身歷其境的臨場感，目前相當受歡迎的電腦 3D 遊戲便是最佳範例。

因此，本研究採用 Steuer 的觀點，認為應關注於使用者和如何與介面進行互 動，及其互動後所產生的體驗，以 3D 虛擬環境的介面設計因素與使用者之間的 互動關係作為研究方向，其中又以使用者在虛擬環境中的尋路行為做為主要探討 的議題。此外，有關研究場域的選用則是以桌上型(desktop)電腦虛擬環境做為研 究媒介，這是因為這種形式是目前最被應用最廣泛也是最普及的一種虛擬環境，

使用者透過為傳統 2D 形式資訊所設計的視窗及操作介面與此類 3D 虛擬環境進 行互動，相關之介面設計研究於電腦人機互動領域甚少，亟待進一步的探索。

一、虛擬環境與尋路研究的關係

隨著電腦科技的發展，虛擬環境的互動技術研發日益成熟，讓許多領域的學 科得以運用此項技術做為其研究場域，例如工程、建築、設計、教育等領域(Stanney, 2003 ; Stanney, Mourant, and Kennedy, 1998)。且由於虛擬環境的互動技術可以在 電腦環境中用 3D 方式模擬，人們能夠藉由主動探索來體驗這些環境，再加上虛 擬環境可以模擬各種環境設定，因此它也經常被應用於飛行員或航海員的訓練上 (Jansen-Osmann, 2002)。於是，許多有關空間認知(spatial cognition)方面的研究，

例如人類尋路行為的探討，就經常利用虛擬環境做為了解人類導覽行為的媒介 (Darken & Silbert, 1996)。

虛擬環境之所以適合做為空間認知的研究媒介，是因為操作者得以擁有自主 的操控，而且不論是真實亦或假想式的環境均能夠模擬呈現(Jansen-Osmann, 2002)。由於虛擬環境是一個 3D 的電腦模擬環境，它能根據使用者的行為即時進 行運算，並模擬出適當的回應以符合使用者所應該看到的環境景象(Grammenos, Filou, Papadakos, and Stephanidis, 2002)，對於想要研究人類在某些特殊、寬廣遼 闊環境中的尋路行為，虛擬環境無疑提供一個絕佳且安全的研究場域。

虛擬環境的好處在於，它可任由研究者增添不同的環境變數，控制可能影響 尋路行為的變項，而這是在真實世界較難以做到的一點(Booth, Fisher, Page, Ware, and Widen, 2000)，所以便成為許多環境心理學等研究者喜愛運用的研究媒介。

根據過去一些研究證實，在虛擬環境的導覽過程中，能夠如同真實世界一般，建 立關於該環境的空間知識，並獲得所謂的路徑知識與縱覽知識等空間概念 (Jansen-Osmann, 2002；Witmer, Bailey, Knerre and Parsons, 1996)。例如，Witmer, Bailey, Knerre and Parsons (1996)的研究顯示，受測者透過高逼真度的虛擬環境中 所習得的路徑知識可以成功的將這些路徑知識轉移到真實世界中。然而，也有研 究者認為透過虛擬世界中人類的尋路行為模式，與真實世界有所不同(Booth, Fisher, Page, Ware, and Widen, 2000)，有關這類的研究，目前尚未有明確的答案。

而這也是為何有許多關於尋路行為的研究，紛紛以虛擬環境做為其研究場域，其 目的是想更深入了解人類在真實環境與虛擬環境的尋路行為差異。

虛擬環境提供許多空間、尋路行為研究上的便利性，相對的也具負面特性，

就是容易讓使用者產生所謂的 cybersickness(意指長時間使用電腦後產生不舒服 的症狀)等後遺症(Stanney, 2003)，關於這類虛擬環境對人體所造成的影響之相關 研究，可以參照(Harm, 2002; Viirre & Bush, 2002)等人研究。

除此之外，虛擬環境也因為種種條件的侷限，讓人們在虛擬環境容易產生許 多導覽問題，影響其使用成效甚至使用意願，特別當使用者產生方向迷失現象 時，便很容易放棄並離開其介面的操作，因此如何避免方向迷失問題產生、讓使

用者容易辨認目前所在方位、記憶曾走過的路徑都是值得探究的議題。

儘管電腦技術一直是目前主導虛擬環境發展的主要關鍵，許多電腦科學領域 相關的學者，紛紛投注許多心力致力於創新技術層面時，有關虛擬環境適用於哪 些不同的訓練、最佳應用方式為何、以及使用者本身在虛擬環境的表現差異，卻 較少獲得關注。因此有學者(Stanney, Mourant, & Kennedy, 1998)建議，我們也應 當著重於人因議題(human factor)對於虛擬環境互動上的影響，此將有助於深入了 解使用者在虛擬環境中的使用行為。因此，本研究欲從人因因素著手，探討使用 者在虛擬環境中的導覽情形，期望能更清楚了解個人在虛擬世界中的尋路樣貌。

在這之前，我們必須先了解目前使用者在虛擬環境中可能遭遇的導覽問題。

二、虛擬環境的導覽問題

根據 Witmer, Bailey, Knerre & Parsons (1996)的研究顯示，受測者在虛擬環境 中所習得的路徑知識，比起在真實環境中習得的路徑知識而言，其發生的錯誤率 高出許多。這是因為比起真實世界，虛擬環境有許多視覺、感官上的限制，致使 人們容易在導覽過程中產生困難。本節將探討有關真實世界與虛擬環境的條件差 異、以及在虛擬環境中容易導致導覽問題的原因：

1. 視覺與感官線索的缺乏

Wimtner, Sadowski & Finkelstein (2002)的研究曾指出，人們在虛擬環境中的 導覽過程可能會遭遇許多問題，並阻礙人們對於整體空間資訊的獲得，相較之下 在真實世界中反而較容易發展出對該環境的縱覽性知識，這是因為在虛擬環境 中，許多視覺、感官線索的限制使然。例如視野的角度、碰撞所導致的方向迷失、

甚至是因為虛擬世界可能產生的生理不適(例如暈眩等)都是在導覽過程中容易 產生困難的影響因素。

根據過去有關人類的認知研究發現，人們在空間方位的認知上，對於週遭環