駕駛模擬實驗之軟硬體設備與使用說明

中華大學固定式基底大客車駕駛模擬器，主要設備包括背投式單槍、

無邊珠光螢幕、電源及訊號線配置、電腦設備、電腦螢幕切換器、網路集 線器、不斷電電源供應器、眼球追蹤裝置、場景攝影裝置、5.1 聲道喇叭、

faceLAB 眼球追蹤器等硬體設備與固定式大客車駕駛模擬器平台所組成 的，其設備如圖4.1 及表 4.1 所示。

圖4.1 大客車駕駛模擬器硬體設備圖 表4.1 大客車駕駛模擬器軟硬體設備表

軟體 硬體

1. 三槍螢幕同步顯示測試軟體 1 套 2. 虛擬實境螢幕投影校正軟體 1 套 3. 三螢幕虛擬實境場景 1 套

4. 影像擷取分析軟體 1 套 5. 3D 模型製作 3 套

1. 背投式單槍 3 台 2. 無邊珠光螢幕 3 片 3. 電源及訊號線配置 1 台 4. 資料擷取卡 3 張

5. 電腦設備 4 組

6. 電腦螢幕切換器 2 個 7. 網路集線器 1 個

8. 不斷電電源供應器 1 個 9. 眼球追蹤裝置 1 台 10. 場景攝影裝置 1 台 11. 5.1 聲道喇叭 1 組

12. faceLAB 眼球追蹤器 1 組

13. 固定式大客車駕駛模擬器平台(含 方向盤、儀表板和座椅)1 台 資料來源：【23】

二、頭部臉部即時追蹤系統（faceLAB 4.5）

頭部臉部即時追蹤系統可依據使用者所建立之 3D 頭部模型來確定頭

部位置、追蹤視線凝視點、偵測眨眼頻率與其他眼球行為的相關資料，此 系統以60Hz 的更新速度來量測與紀錄資料。

該系統在判斷靜態的頭部位置時精準度高達1mm 至 2mm 之間，動態 的分辨率1mm 以上，眼睛注視的分辨率 3mm 以上，不論是照明或是黑暗 的狀況下均可操作，在有戴眼鏡的情況下也可精確地界定眼睛與臉部的位 置。

faceLAB 設備包括立式或臥式 DELL 電腦設備、立體攝影機設備、校 正盤設備、角度設備、紅外線發射器設備、捲尺設備等，如圖 4.2 所示。

其操作步驟與大客車駕駛模擬器之整合，分別說明如後。

DELL 電腦 faceLAB 立體攝影機 校正盤

紅外線發射器 角度定位器 ^捲尺

圖4.2 頭部臉部即時追蹤系統 faceLAB 設備圖 1. faceLAB 程式操作步驟

（1）啟動 faceLAB

啟動faceLAB應用程式後，會出現四個視窗，如圖4.3與表4.2所示。

圖4.3 頭部臉部即時追蹤系統 faceLAB 應用程式圖

表4.2 faceLAB 應用程式視窗功能說明表

主要視窗( The Main Window ) 視訊視窗( The Video Window )

視窗位置：左上角 視窗位置：右上角

faceLAB應用程式的主要視窗，建立頭 部模型，並且能夠啟動、停止faceLAB 應用程式之追蹤與紀錄功能。

顯示攝影機拍攝之追蹤影像。

控制視窗( The Control Window ) 世界模型視窗( The World Model Window )

視窗位置：左下角 視窗位置：右下角

顯示各種狀態之資訊，並且允許使用者 變更目前頭部模型之控制設定、變更紀 錄選項、更新攝影機設定與調校。

允許使用者編輯世界模型，並且在 追蹤時顯示三維頭部模型的凝視、

專注與頭部位置資訊。

（2）建立 Stereo-Head 模型

A. 執行 faceLAB4.5 進入起始畫面後，建立新的 Stereo-Head，點選 Create New Stereo-Head，先在 Camera Type 選取 Sony FCB Series，然後在 Head Name 輸入自訂的受測者名稱或編號，按 OK 進行下一步驟，如 圖4.4 所示。

圖4.4 建立 Stereo-Head 模型步驟圖-1

B. 等待攝影機開機讀取後，進入 Camera Configuration Wizard，按 Next 進行下一步驟，選取攝影機組態，選擇“Classic Tracking”，攝影機 B 視窗應包含臉部的眼睛、眼角、嘴角；攝影機 A 視窗包括整個頭部 的影像，調整後進入下個步驟，如圖4.5 所示。

圖4.5 建立 Stereo-Head 模型步驟圖-2

C. 調整攝影機 Zoom 與 Focus，攝影機焦距微調，要求受測者將頭部置 於攝影機前方，按下 Auto-Focus 後直到自動對焦後則放開，攝影機

B 重複執行進行焦距微調，如圖 4.6 所示。

圖4.6 建立 Stereo-Head 模型步驟圖-3

D. 利用調校板進行調校，進行調校時必須轉換各種不同方向，軟體會自 動進行資料分析，資料分析後調校成功會顯示〝The collected data is OK. Click NEXT to continue〞。如果出現其他顯示結果則回到上一步 重新調校，方位調校時手持調校板於攝影機前方適當位置，當綠框出 現及調校板上兩個水平儀都對準中間時，按下Take Snapshot Now，

成功後進行下一步驟，如圖4.7 所示。

圖4.7 建立 Stereo-Head 模型步驟圖-4

E. 取得影像後，Stereo-Head Orientation Calibration Wizard 會開始分析 所擷取的畫面，並將此Stereo-Head 儲存成資料。

（3）建立頭部追蹤模型

A. 在 faceLAB 視窗中選取 Create Auto 按 Set Model 自動產生一個模型，

在faceLAB 視窗上 Head model 選取 Edit Head model 編輯頭部模型，

在Tracking Setup Wizard 中追蹤形式選擇 Front Only，如圖 4.8 所示。

圖4.8 建立頭部追蹤模型圖-1

B. 進行受測者頭部拍照，編輯參考點時注意臉部六個參考點，應將參考 點儘可能精確移到適當位置(眼角與嘴角)，編輯時只能編輯左邊的圖 片，左鍵可以移動參考點，配置完顯示頭部追蹤資訊，如圖4.9 所示。

圖4.9 建立頭部追蹤模型圖-2

C. 觀察 Tracking Quality(%)，數值最好達到 75 以上，若是辨識品質 (Tracking Quality(%))一直無法達到滿意的水準，使用者可以調整右下 角三個調整鈕提昇辨識品質。建立頭部 classic 模型凝視，主要是檢 查在不同凝視角度攝影機追蹤績效，調整眼睛追蹤參數，可選取瞳孔 或虹膜眼睛追蹤方式來進行調整，將追蹤選項的Automatically Adjust 選項取消，藉由人工方式來調整Iris Visibility 與 Iris Radius 直到調整 到滿意的水準，如圖4.10 所示。

圖4.10 建立頭部追蹤模型圖-3

D. 進行一次凝視調校，主要的目的是眼睛方向的辨識，凝視調校完成，

系統即可追蹤頭部與眼睛的移動狀況，如圖4.11 所示。

圖4.11 建立頭部追蹤模型圖-4

E. 一旦完成調校，用眼睛環視螢幕周圍或請受測者跟著滑鼠游標所點的 位置移動，看是否達到準確水準，如果效果不佳，可以重複流程再度 調校，如圖4.12 所示。完成上述 faceLAB 應用程式設定與調校步驟 後，即可開始進行模擬實驗。

圖4.12 建立頭部追蹤模型圖-5

（4）資料分析與儲存

在資料分析與儲存方面，分為Head資料、Gaze資料與Logging資料的 使用，各項資料說明如表4.3所示。

表4.3 各項資料使用說明表

資料名稱 說明

Head 資料

Head中有六項資料，分別為立體座標位置x,y,z與x,y,z之轉動量。

Translation資料中頭往右方移動為+x左方移動則為-x，往上為+y，

一般頭是不會垂直往下方，至於z軸則是頭與攝影機之間的距離，

攝影機位置為0頭在距離一公尺左右的位置。至於Rotation中x軸方 向為α，y軸方向為β，z軸方向為γ。即表示點頭會影響α，轉頭會 影響β，搖頭會影響γ。

Gaze 資料

Gaze資料主要是在追蹤眼球的動作。Yaw代表眼球左右的程度，

Pitch則是眼球上下的程度。其中資料又分為原始資料(Raw)與修正 過的資料(Filtered)，因為眼睛是最難分析的一個部分因此要將雜 訊過濾掉，才會使用Filter 這個功能。過濾的程度在進行設定時可 以自行設定。

Logging 資料

在Controls這一個Windows中有一項Logging的功能，可以將偵測到 的數據即時紀錄起來。紀錄資訊可分為兩種方式，一是透過TCP/IP 傳輸到遠端網路接收程式中，另一種是儲存到磁碟機中。

2.螢幕交錯顯示之使用

螢幕交錯顯示（Screen Intersection Display）是一覆蓋整個螢幕的黑色視窗，

目的是用來執行實驗決定那裡是實驗對象對影像感興趣的點，其所需使用到的 硬體設備主要為影像重疊器，影像重疊器 Eclipse CS-450 Eclipse 提供高畫質轉 換影像，並加上同步鎖定及字幕重疊特性。CS-450可將電腦影像圖檔字幕轉換

重疊至電視NTSC或PAL系統上。

螢幕交錯顯示畫面中，將頭部向量（綠色方塊）與凝視方向向量（黃色圓 形）交錯顯示與駕駛模擬器畫面重疊，即可看出頭部姿勢和凝視的交錯點，如 圖4.13及圖4.14所示。完成此步驟之後實驗就可正式測試，並經由儲存成影片的 方式來得到駕駛者在駕駛過程中的眼球移動資訊，結合眼球追蹤器儲存資料來 追蹤受測者在看到事件之眼睛凝視位置與頭部位置。

圖4.13 螢幕交錯顯示連結設備圖

faceLAB視線凝視點畫面示意圖 大客車駕駛模擬器畫面示意圖

圖4.14 faceLAB 視線凝視點畫面與大客車駕駛模擬器畫面交錯顯示圖 畫面重疊

三、實驗場景設計

實驗場景設計則利用繪圖軟體PhotoImpact 10、3D Studio MAX 進行 場景元件設計，車流以Visual Basic Script 程式撰寫，並與 EON Studio 虛 擬實境的功能節點互相結合，模擬出真實的高速公路狀況。