基於 2.1.2 節所述，本節基於立體視覺在設計中發展與應用，提出更進一步的說明。
立體視覺(stereoscopic vision)提供觀賞者對於一個虛擬空間較有「尺度感」、「量體 感」與「視覺深度感」，拉進了虛擬與實真之視覺呈現的距離(Wu, 2003)。另外，
Yates(2004)認為空間經驗的感受，有視覺深度的感受要比距離更為重要。然而雙眼 立體視覺的出現已經超過兩百年了，除了這麼長的歷史之外，在設計的領域中卻很 少看到它相關的應用與研究。Ye 等(2006)人認為從設計的觀點來看，立體視覺可以 強化對平面螢幕顯示複雜物件的了解，一個有立體視覺介面的設計系統，能減少在 設計過程中的錯誤，同時支援設計評論人對視覺資訊的不足。且大部份的 CAD 系統 在二維的螢幕上顯示三維的數位模型，為了能了解模型，需要同時有其它不同視角 與不同顯示模式(如線架構、陰暗處理等)的模型顯示視窗，來輔助設計者對內外關係 的詮釋，這樣同時也提高大腦對不同顯示資訊在組構上的困難，也增加了設計過程 中的複雜度與困惑程度，而立體視覺的顯示，能增強設計者與數位模型之間的資訊 交換(Ye et al., 2006)。
2.4.1 立體視覺原理
人從眼睛感知視覺空間的方式可分為單眼視覺(monocular)和雙眼視覺(binocular)。人 之視覺空間感知可從投射到單眼視覺中的一些深度(depth)與距離(distance)線索(cue) 得到感知，如燈光與陰影、相對大小、疊合關係、材質疏密、空氣遠近、相對平移、
透視(Schiffman, 2000)等。然而在視覺空間中，還有一些資訊需要透過雙眼視覺(即立 體視覺)，如圖 2.20 所示，不同動物種類之單眼視覺與雙眼視覺疊合(binocular overlap) 範圍的不同，被補性(prey)動物如兔子，單眼視覺範圍超過 180 度，但是雙眼視覺疊 合範圍前後相加則不到 20 度，而補食者(predator)之單眼視覺範圍較小，雙眼視覺疊 合範圍則有 120 度之多，靈長類(primate)動物如人類則更高 124 度，上下垂直的視覺 角度則為 120 度，其強調的是對雙眼視覺範圍內所呈現的物體影像有較強的深度與 距離的感知，能較精確的掌握空間中每個物體的位置，也才能較精準的抓取眼前物 體(Schiffman, 2000)。
2. 文獻回顧
圖 2.20：不同動物種類之單眼視覺與雙眼視覺疊合範圍(Schiffman, 2000)
除了投射在視網膜的影像有視覺線索可供判斷深度距離外，在人眼的部份，尚有三 個較重要的部份可供判斷深度距離的因素(Kaufman, 1974; Schiffman, 2000)：
z 雙眼視差(disparity)－當一個物體在雙眼前，左右眼的視覺影像可以明顯的感受 到些微的不同，主要是雙眼觀看眼前的物體角度不同，造成所謂的雙眼視差。
而人類大腦的視覺處理系統能根據雙眼視差偵測視覺的深度。
z
水晶體調節(accommodation)－人類眼睛構造中水晶體相當於相機的對焦透鏡，能夠鼓起來將影像投影在視網膜表面，依照水晶體鼓起程度的調整也可以感覺 出對象物的深度遠近。然而當觀看的物體之距離超過二公尺以上的時候，要藉 此來感知物體的實際深度將會較為困難(Schiffman, 2000)。
z
雙眼聚合(convergence)－當雙眼觀看一靠近中的物體，雙眼的眼球會向內轉動，調整成相對的角度。愈接近雙眼的物體，其雙眼與注視物體間的角度會愈大。
在沒有任何的視覺線索的情況下，透過雙眼聚合的角度大小，判斷其物體的遠 近。同樣，雙眼聚合判斷物體距離的遠近，較有效的距離是在二公尺左右(Howard, 2002)。
2.4.2 立體視覺技術的發展
西元前 3 世紀，歐幾里德(Euclid)在他的光學(optics)一書中提出視覺空間之幾何分析 的基礎，描述了基礎的透視因子與注意到雙眼之視覺影像的不同。托勒密(Claudius Ptolemy)基於歐基里德的幾何分析，發表了第一個雙眼視覺之幾何分析(Howard and Wade, 1996)。西元 10 世紀左右，在開羅工作的一個阿拉伯學者，在同樣為書名光學 (book of optics)中，更進一步的闡述了托勒密的雙眼視覺分析，與直到 19 世紀再重新 發現的視覺現象(Howard, 1996)。在文藝復興時期，除了透視法則的發現，達文西在 繪圖時也發現了左右雙眼在看一個物體時，左右的影像有視角上的差異(Wade, 2001)。
而要能真正感受到平面中的立體視覺，是直到 1838 年惠斯登(Wheatstone)發明了立體 成像裝置(圖 2.21)，此裝置中間的部份置放了兩面鏡子，左右再放了兩個影像，觀看 者在兩面鏡子的中間，雙眼各自看著不同的鏡子，兩旁的影像經由鏡子的折射，投 射到觀看者的雙眼裡。但這樣的裝置因雙眼要以很近的距離觀看，因此容易產生雙 眼轉動之聚合(convergence)與對準影像之調焦(accommodation)的困擾。
圖 2.21： 左/ Wheatstone 立體鏡之裝置；右/ 雙眼與立體鏡之關係(Kaufman, 1974)
到了 1851 年同為英國人的 Brewster，將兩個雙凸透鏡分別置於兩眼前，兩透鏡間約 人雙眼之距離 6.5 公分，且兩張有視差之影像再置於兩透鏡之前，因此眼球、雙凸 透鏡與影像形成一直線可對焦之關係，並與另一眼之雙凸透鏡、影像成平行關係(圖 2.22) ， 以 這 樣 一 直 線 與 平 行 關 係 ， 製 作 成 一 觀 看 立 體 視 覺 之 立 體 鏡 箱 ( 圖 2.23)(Kaufman, 1974)。往後，大部份觀看靜態立體影像的裝置都依這樣的方式製作，
因此這樣的立體鏡都稱為 Brewster 型立體鏡。
圖 2.22：雙眼、雙凸透鏡與影像 成平行關係(Kaufman, 1974)
圖 2.23：Brewster 型立體鏡
(http://wwwmcc.murdoch.edu.au/ReadingRoom)
無論透過以前的 Brewster 立體眼鏡或現代的立體眼鏡，所看到的影像均是有單眼線 索或有輪廓外形的影像所構成，而這樣的影像同時也暗示了影像裡物件之前後的立 體關係，然而，1964 年 Julesz 提出的隨機點立體圖(Random-dot stereograms, RDS)(圖
2. 文獻回顧
2.24)，排除了立體視覺的單眼線索，認為視差是產生視覺深度的充分條件，同時深 度的感知是發生在對形狀的感知之前。Julesz 透過電腦程式在一個矩陣方組裡，隨機 的出現 0 與 1，即為白點和黑點，形成兩張結構相同的點陣圖，但在圖中的部份區 域，點陣圖還做了部份的向內或向外之水平移動。如只從單張的點陣圖，看不出有 任何的視覺深度，但是當兩張影像各自投射到左右眼的視網膜上時，即能感受到點 陣圖的視覺深度(Kaufman, 1974; Schiffman, 2000)。
圖 2.24：隨機點立體圖(RDS) (Kaufman, 1974)
同時，在電腦數位時代的開啓後，雙眼立體影像的獲取，除了1890年代開始透過並 排的攝影機外(Braun, 1995)，另一個方式則透過電腦繪圖產生左右視差的影像，呈現 另一種新形態的立體視覺。Sutherland(1968)發表了一個可應用於建築視覺模擬的頭戴 式顯示器，它是由兩個可對雙眼投射影像的陰極射像管(CRT)螢幕所組成(圖2.17)，
同時這個頭戴式立體視覺顯示器連結了一個定位器，電腦可以感應到人的位置與觀 看的方向，並即時的改變投射到雙眼裡的影像內容。後來，個人電腦時代，透過CRT 螢幕之交錯式頻率，觀看者所配戴的遮蔽式(shelter)眼鏡與顯示螢幕作快速同步的左 右畫面切換，達成左右眼看到不同影像的投射(Mazuryk and Gervautz, 1996)。直到最 近10年內，影像投影開始盛行，投影的光線可做垂直與水平的極化(polarizing)偏光處 理，觀看者配帶有垂直和水平偏光的眼鏡，即可看到左右不同的立體視覺，在一般 電影院或博物館所播放的三維立體電影，大部份是用偏光式的立體呈現方式。然而 還有比較簡便的方式，如分色過濾法(anaglyphic)，呈現之影像分左右紅藍兩種顏色，
再經由有左右兩邊分別為紅色及藍色的鏡片將相同顏色濾掉，即兩種不同影像投射 到眼睛中。
2.4.3 立體視覺的在設計中的應用
現今立體視覺的應用，可分為三個部份，靜態立體影像、動態立體影片與即時互動 的立體虛擬實境，底下分別對這三項的應用做說明：
靜態立體影像部份，一般常以雙鏡頭的立體照相機，透過可洗成幻燈片的底片取得 影像，再將幻燈片置於一如望遠鏡的裝置內，如坊間一些攝影協會，大部份都用這
樣的方式觀看立體視覺影像。另一種方式也可以透過三維動畫軟體直接運算(render) 出兩張有視差的影像，如 Ager 與 Sinclair(1995)應用這樣的方式於空間設計上，並提 出立體視覺呈現能有效的幫助客戶更了解設計。然而也有透過全像(holographic)技 術，將不同視差之影像置入一光學鏡面，以裸眼方式便可看到立體影像，其製作成 本較高，這類應用也大多用於影像藝術的創作上。
另一個動態立體影片的部份，則可透過攝影機或電腦繪圖產生不同視差的影像。在 傳統上，數位化拍攝與製作尚未成為主流之前，立體影片透過雙鏡頭雙膠卷的方式 拍攝，但在運鏡與製作上，相對較為複雜與困難，而在數位化時代後，透過電腦動 畫與數位影像合成技術，立體電影在製作成本上相對減少，同時場面調度也更為多 樣靈活，且更易突顯立體影片別於傳統平面影片之三維立體視覺效果。另外，立體 電影則更趨於普及，如台灣近幾年立體電影應用於博物館、美術館等展示上越來越 多，從 2001 年台北故宮的虛擬展場展出的虛擬長安(Liu and Tang, 2003) 開始，其它 博物館都有不同呈現主題的立體影片，如台中自然科學博物館(2004)、高雄工藝博物 館(2004)、新竹 3D 虛擬動物園(2004) 、台北天文館(2005)等。在電影方面，2004 年，
全球最大數位電影公 IMAX 推出第一部純三維立體動畫北極特快車(polar express)，
開啓了立體數位電影的新紀元。
最後，在即時互動的立體虛擬實境方面，大都用於有較高互動性的議題上，如 2007 年的台北市立美術館展出的明日空間(劉育東, 2007)，另外，在 2005 年的日本愛知博 覽會，亦是透過如望遠鏡方式之立體視覺，結合擴增實境(augmented reality)技術，展 現出未來的互動虛擬樂園(nature contact)(Hitachi, 2005)。飛機、汽車駕駛模擬上，也 透過立體視覺來增強真實性，且立體視覺之視覺深度，更能幫助駕駛員做更精確的 距離判斷(Kalawsky, 1993; Burdea and Coiffet, 2003)。虛擬手術的開刀，其單眼視覺中 可判斷深度與距離的線索，相對於直線方形的幾何視覺，更是少之又少，因此立體 視覺的應用，就有其重要性了(Kalawsky, 1993; Ware, 2004)。在設計上。Wu(2003)也透
最後，在即時互動的立體虛擬實境方面，大都用於有較高互動性的議題上，如 2007 年的台北市立美術館展出的明日空間(劉育東, 2007)，另外，在 2005 年的日本愛知博 覽會，亦是透過如望遠鏡方式之立體視覺，結合擴增實境(augmented reality)技術，展 現出未來的互動虛擬樂園(nature contact)(Hitachi, 2005)。飛機、汽車駕駛模擬上，也 透過立體視覺來增強真實性，且立體視覺之視覺深度，更能幫助駕駛員做更精確的 距離判斷(Kalawsky, 1993; Burdea and Coiffet, 2003)。虛擬手術的開刀，其單眼視覺中 可判斷深度與距離的線索，相對於直線方形的幾何視覺，更是少之又少，因此立體 視覺的應用，就有其重要性了(Kalawsky, 1993; Ware, 2004)。在設計上。Wu(2003)也透