2.2.1 從傳統設計媒材到電腦輔助設計的視覺呈現
1963 年，電腦繪圖(computer graphics, CG)的開始應用於建築設計，成為建築中第一代電腦輔助繪 圖(Computer-aided drafting, CAD)。以蘋果電腦做設計而聞名的繪圖程式設計師 April Greiman 曾說
過：「The computer is nothing more a pencil.」她認為，電腦和鉛筆一樣，只是一項工具（tool）。當 電腦程式設計師在設計電腦功能的時候，只會思考到工具性功能。1990 年起，電腦在數位影像
處理與合成技術日漸成熟，加上電腦模擬與動畫能力也發展健全，電腦不再只是「工具」，成為 思考與呈現設計意念與施作方式的「媒材」(media) ，電腦不只是工具，是材料（material），也是 具有傳播以及散佈（distribution）資訊的功能(Maeda, 2007)
。因此電腦媒材化設計(computer-mediated design)被稱之為電腦設計(design with computer) (Liu, 2001)。在全球互動設計跟人機介面領域裡，最重要的一個研究機構，就是美國矽谷的全錄帕克（Xerox 的物件導向式等也先後被應用在建築結構、材料計算、能源計算等(Mitchell, 1977)，但這些發展 對於輔助設計之看法仍停留在工具化的階段。1980 年代，電腦圖學與視覺模擬技術有了長足的
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米契爾教授對於電腦輔助建築設計在新世紀發展之可能性做了八項預測，包括：1.使用設計導向 之幾何模型建構工具；2.更真實與可靠的模擬；3.更豐富的即時反應回饋；4.易於資料結構之維 護；5.自動地設計評估；6.知識根基的組成；7.多樣性的電腦輔助設計網路；8.平行處理方式 (Mitchell, 1992)。
(邱茂林, 2003)提出以電腦生成建築空間的概念，著重於建築設計或空間該如何與資訊互動，以及 應用數位技術生成建築空間。由於個人電腦之普遍化，可將電腦視為一個電子化工具，猶如電子 計算機一般。在建築諸多相關領域都可能需運用電腦作計算、分析、模擬、表現等操作。
2.2.2 虛擬實境的視覺呈現
2.2.2.1 虛擬實境的定義與發展
90 年代中期開始發展的「虛擬實境」(virtual reality)系統，將資料建入電腦模型之中，由人們自由 的在空間中感受自己想要的部分，更能縮短想像與真實間的差距(Liu, 1996)。由電腦等新媒材所 建構產生的模擬空間，也就是呈現於螢幕或是虛擬實境之中的虛擬空間(Iovine, 1995;Kalawsky, 1993;Mitchell, 1995)，模擬真實世界裡的空間場景如數位化的城市建築，或是重現歷史已消失的景 觀如唐代長安古城，如圖四，或憑空想像創造的虛幻意象如科幻電影場景等。
圖四 虛擬長安-盛唐長安藝術、建築、城市的再現(Liu, 2003)
虛擬實境是一種經由人的視覺所感知到的三度空間環境，影像的呈現由 2D 圖像轉化到 3D 的立
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體圖像，提供了互動性、沉浸性與多重感官的呈現，利用其所具有的特點、構成的要素以及與參 與者間的互動行為，提供參與者真實的沉浸感和擬真的感受。虛擬實境既以模擬人類的五官為目 的，人類對外界之資訊以視覺與聽覺為主，因此虛擬實境初期以視覺化與多媒體介面為主。虛擬 實境(Virtual reality)，完全建構在電腦環境中之虛擬世界。虛擬實境以資料形式可區分為幾何體式 (geometry-based)及影像式(image-based)二種：
1. 幾何體式(geometry-based)
直接將 3D 幾何形體直接轉換成虛擬實境格式，以利互動觀看或指定屬性，VR 物件保留原物件 大部分量體特徵且可用滑鼠控制作 360 度立體轉向。觀看者可以步行(walk-through)或飛行 (fly-through)方式穿越其中。
英國學者 Jelena Petric 與 Tom Maver(2001)曾嘗試定義虛擬實境相關名詞，包括：1. 真實的(real)，
非想像的、確認其存在、事實上發生的；2. 虛擬的(virtual)，相對而言，可以不因實質而存在，
而以精華或效力形式存在，想像力的產物；3. 虛擬實境(virtual reality)，曾經存在、目前存在，或 未來將存在於真實建築造型或功能之電子模擬(electronic simulation)；4. real virtuality，從來不存在 之環境(無論是否為建築)之電子證實。對於抽象事物(即將實現或永不實現之空間構想)之視覺實 證(visual verification)及互動之能力，是系統發展者或使用者對其功能發展之期望。
過 去 有 關 於 虛 擬 實 境 的 研 究 成 果 大 致 可 分 為 系 統 實 作 (implementation level) 、 設 計 呈 現 (representation level)、介面(interface level)三個層次(Maher, 1999)。
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2.2.2.2 虛擬實境媒材的視覺呈現形式
從視覺呈現的媒介來看可分為：以草稿、圖片、等比例縮小實體模型、進而以電腦螢幕為基礎的 2D 圖片、3D 模型、算圖圖片、電腦動畫、電玩遊戲、虛擬實境等，如圖五；另外則是由早期頭 盔式虛擬顯示器漸漸演變而來的空間沉浸式(spatial immersive disply,SID)，沉浸式虛擬實境利用視 差原理，藉由頭戴式顯像器(head-mounted display, HMD)給予觀看者立體景深錯覺，進而得到置身 其境之感。
圖五 虛擬實境媒材的視覺呈現形式
包覆型自動虛擬環境(cave automatic virtual environment, CAVE)是一種由多部電腦構成的數位環 境，最早是 1993 年建置在伊利諾大學(University of Illinois)(Cruz, 1993)。CAVE 的沉浸式空間經驗 則將多部的投影器與音效同步化，讓原本多是平面的數位媒材轉變為立體的內容呈現，透過 CAVE，將影像投影至三到六面牆，形成一個包覆式的空間，使用者必須佩帶立體眼鏡，用控制 器來進行操作，此種空間沉浸式的虛擬實境可以達到很高的沉浸感，讓人產生身歷其境的感受，
特別是六面投影的完全沉浸式，影像從上下前後左右完全的包覆瀏覽者，所能引發的存在感最為 強烈，使用者可以獲得接近真實空間感官經驗。如交通大學建築所應用在重現消失的古城長安，
將其人文、藝術、與城市，經過嚴謹的推論考察後，透過 CAVE 展示出來(Liu, 2003)。之後出現 了多種不同的 CAVE 系統，但架構上基本都是由多部電腦進行運算並將運算後的視覺輸出至複 數的平面顯示牆上。CAVE 提供使用者沉浸式的、擬真的、具有空間感的導覽體驗。CAVE 的視 覺輸出會成像在大型的牆面尺寸螢幕上，利用佔滿人類視覺感知區域的方式，人的視覺不會受到 外框或是邊界影響，讓參與者產生有如身歷其中的空間感覺。不過，參與者無法在 CAVE 環境 中進行較為直覺的互動，對於如何在沉浸式環境中進行互動的研究尚未有進一步的突破(Cruz, 2003)。
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2.2.2.3 虛擬實境與存在感
在虛擬實境研究的領域裡，最常被人探討的就是參與者在虛擬實境中的「存在感」(sense of presence )(McKinnon and North, 2004)。根據 ISPR(International Society for Presence Research, 2005)對於
「存在感」的定義，認為存在感是一種心理的狀態，或是某人部分或全部的主觀感知(subjective perception)透過人造技術產生或過濾的一種經驗，並且在這經驗裡他或她的部分或全部的感知對 於精確地承認人造技術所扮演的角色是沒作用的。在虛擬實境裡，存在感也許可以藉由逼真的經 驗(如豐富的感覺)以及互動的程度或者是使用者在虛擬世界裡能操作物件與四處走動的程度來 產生 (Steuer, 1992;Witmer and Singer, 1998)。存在為一種具體化的認知，存在感的形成是由心理的 呈現而來，當使用者的身體動作跟虛擬環境中的動作可能一樣時，則會感受到存在感(Schubert, Friedmann and Regenbrecht, 1999)。使用者若能在虛擬實境裡有越多控制或互動行為，則能體驗到 越多的存在感(Stanney et al, 1997; Witmer and Singer, 1998)。這控制或是互動行為若是以身體或身體 一部分來作為與虛擬環境互動時，則越能提高使用者的存在感(Schubert, Friedmann, 1998)。使用者 透過與虛擬環境發生容易、且直接的互動行為時，將有助於提高存在感的提升(Stanney et al, 1997;
Witmer and Singer, 1998)。
「存在感」是依靠某人的注意力從實體空間中轉移到虛擬實境裡，但並不是完全的取代實體空間 裡的注意力。「存在感」或許可以描述成需要直接的注意力與根據使用者知覺的刺激和環境因素 間的互動的一種正常察覺(awareness)的現象(Witmer and Singer, 1998)。人類在實體空間裡會體驗到 多樣化程度的存在感，而這是一種典型的「注意力」分離，分離在實際的世界與精神世界(Witmer and Singer, 1998)。該如何明確的讓使用者把注意力集中在虛擬實境上，絕大部分還是藉由他們能 融入虛擬實境有多深，以及有多少主觀的存在感能被體驗與回報(Witmer and Singer, 1998)。因此，
虛擬實境中會影響使用者存在感的因素有使用者若能與虛擬環境自然的互動(Stanney et al, 1997)，並且這互動能越接近真實世界或模仿真實世界的經驗，將能有效的提高使用者的存在感 (Witmer and Singer, 1998)。
(Stanney et al, 1997)等人的研究裡提出，在虛擬實境中會影響使用者的存在感的因素有：
A. 互動容易(ease of interaction)：設計一個容易互動的虛擬環境是最能預測存在感的存在；並且建 議這互動如果能很流暢且精確的互動，則能增進使用者的存在感。
B. 使用者可控制項目(user-initiated control)：使用者在虛擬實境裡擁有越多的控制則感受到的存在 感會越深；而這控制因素是受到系統是否能夠立即回應以及適當的使用者初始的行為與控制模式 自不自然所影響。並建議使用者在虛擬實境裡一開始就被賦予高度的互動行為，則存在感將會增 加許多。
C. 圖像的真實性(pictorial realism)：虛擬實境裡最能表現明顯的「深度感」的地方是最容易產生 存在感的。
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D. 沉浸時間的長短(length of exposure)：這裡的「沉浸」是指在使用者待在虛擬環境裡面，延長 待在虛擬實境裡的時間可以增加使用者的存在感。
E. 社會的因素(social factors)：在虛擬實境裡，存在感或許會藉由其他個體的存在和其他個體與使 用者互動的程度來增加。
F. 系統因素(system factors)：對於無經驗的使用者來說，發現投影式(screen based projections)的虛 擬實境，比頭戴式顯示器(HMDs)或螢幕式(monitors)的虛擬實境提供更大的存在感。
影響存在感的兩個重要因素為：投入(involvement)及沉浸(immersion)，兩者對於存在的經驗都是必 要的，但兩者中若有其中之一便能讓使用者感受到存在感。投入指的是一種心理學的體驗狀態，
當一個人的精神專注把注意力放在一連續的刺激上或有意義的活動與事件上，因此，當使用者把 注意力集中在虛擬環境的刺激時，便能更加的投入在虛擬環境的體驗增加存在感(Stanney et al, 1997)。投入的多少將取決於使用者受到多少的活動與事件的吸引且能持續的讓人注意(Witmer and Singer, 1998)。沉浸是一種心理狀態經由個人感知被圍繞、包含其中和空間互動，其持續地提供 刺激與體驗。影響沉浸的因素包含了由實體空間的隔離、感知個人身處其中的虛擬空間、互動與 控制，經由自然的方式和自身行動的感知(Witmer and Singer, 1998)。在虛擬實境裡，若使用者在 虛擬空間裡想要移動時，而虛擬實境也將能依其使用者所想的移動，此時，存在感便會浮現出來 (Schubert, Friedmann,Regenbrecht, 1999)。這控制或是互動行為若是以身體或身體一部分來作為與虛 擬空間互動時，則越能提高使用者的存在感(Schubert & Friedmann,1998)。當使用者自然地、直覺
當一個人的精神專注把注意力放在一連續的刺激上或有意義的活動與事件上，因此，當使用者把 注意力集中在虛擬環境的刺激時，便能更加的投入在虛擬環境的體驗增加存在感(Stanney et al, 1997)。投入的多少將取決於使用者受到多少的活動與事件的吸引且能持續的讓人注意(Witmer and Singer, 1998)。沉浸是一種心理狀態經由個人感知被圍繞、包含其中和空間互動，其持續地提供 刺激與體驗。影響沉浸的因素包含了由實體空間的隔離、感知個人身處其中的虛擬空間、互動與 控制，經由自然的方式和自身行動的感知(Witmer and Singer, 1998)。在虛擬實境裡，若使用者在 虛擬空間裡想要移動時，而虛擬實境也將能依其使用者所想的移動，此時，存在感便會浮現出來 (Schubert, Friedmann,Regenbrecht, 1999)。這控制或是互動行為若是以身體或身體一部分來作為與虛 擬空間互動時，則越能提高使用者的存在感(Schubert & Friedmann,1998)。當使用者自然地、直覺