國 立 交 通 大 學
建 築 研 究 所
碩 士 論 文
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整
SWIRO - A Designer's Smart Workbench for
Information Retrieval and Organization
研 究 生：黃暐皓
指導教授：侯君昊 助理 教授
中 華 民 國 九十七 年 七 月
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整
SWIRO - A Designer's Smart Workbench for Information Retrieval
and Organization
研 究 生：黃暐皓
Student：Wei-Hao Huang
指導教授：侯君昊
Advisor：June-Hao Hou
國 立 交 通 大 學
建 築 研 究 所
碩 士 論 文
A Thesis
Submitted to the Program in Graduate Institute of Architecture
College of Humanities and Social Science
NATIONAL CHIAO TUNG UNIVERSITY
in partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of
Master of Science
in
Architecture
July 2008
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
中 華 民 國 九十七 年 七 月
i
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整
學生 : 黃暐皓 指導教授 : 侯君昊
國立交通大學
建築研究所
摘要
當設計者在作出設計前，往往都需要做先前的案例分析及資料搜尋，以利設
計者在做設計的階段有更多的靈感來幫助設計的產出。而當設計者在搜尋資料時，
往往會從許多資料搜尋的地點，如圖書館、書架或是網路中搜尋相關的資訊。本
論文希望能以介面的設計來幫助設計者資料搜集的階段能夠更簡易並有效率的找
出並記錄自己想要的資料。為達到此目標，本論文實做出一智慧型系統家具，其
內容包含: 資訊桌面，環室書架及數位布告欄 三樣智慧型傢俱元素。透過此三樣
智慧型傢俱元素，達到輔助設計者資料搜尋與彙整的目標。
關鍵字 : 涵構感知，環室智能，智慧空間，人機介面
ii
SWIRO - A Designer's Smart Workbench for Information Retrieval
and Organization
Student：Wei-Hao Huang Advisor：June-Hao Hou
Graduate Institute of Architecture
National Chiao Tung University
ABSTRACT
In the past, most of the media researches concerning design environment were design process and developing steps. For example, the ClearBoard by Ishii (1992), the InfoRoom by Rekimoto (1999), and the i-Land by Streitz (1999) proposed instant collaboration environments. Others like the Virtual Paper and Pen by Aliakseyeu (2003) and Digital Clay by Rossignac (2003) used physical components to make designer more perceptively in making digital models or sketches. However, few of them care about the information gathering in the early stage of the design process. So far there are still few efficient tools for designer to easily search and capture the information they need. Designers usually need to find
information in different kind of media separately. This research tried to develop a prototype of an integrated information interface for designers in the process of information gathering. The prototype including three element which are Informational desk, Ambient bookcase and Digital billboard. And a scenario of using such system is:
A designer comes into the design studio; he wants to find out some ideas so he starts looking for books on his bookcase. He grabs a book of interest from the bookcase, and start reading this book on the desk. After a while, the desk slowly shows up the information that is related to this book. By aware of the information, he thinks one of the photos can stimulate his design, so he uses the Digital Pushpin and nail the photo onto the wall. After the designer leaves the studio, everything is stored to be used next time.
iii
誌 謝
感謝許多老師對我的指導，君昊老師耐心的指導我的論文寫作，登文老師帶
我認識人機介面的領域和 ALEPPO 老師提供我許多嘗試的機會。謝謝阿范提供台
大電機所讓我洗板，教我許多電子的知識，南哥一直很有義氣的挺我，小毛，彼
得幫我作使用者測試，還有學長們，HUGO DANIEL 讓我能夠很快速的了解人機界
面領域的東西，41一直很有耐心的陪我。要謝的人太多了，那就謝天吧…….。
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 目錄 iv
目錄
中文提要 ... i 英文提要 ... ii 謝誌 ... iii 目錄 ... iv 圖目錄 ... Vi 表目錄 ...viii 1. 導論 ... 1 1. 1 研究背景 ... 1 1. 2 研究問題 ... 3 1. 3 研究目的 ... 4 1. 4 研究步驟 ... 6 1. 5 論文章節架構 ... 7 2. 文獻回顧 ... 8 2. 1 互動與設計 ... 8 2. 1. 1 互動式介面 ... 8 2. 1. 2 互動式電腦輔助設計 ... 12 2. 1. 3 桌面式互動 ... 15 2. 2 智慧空間 ... 17 2. 2. 1 情境感知 ... 19 2. 2. 2 環室環境 ... 22 3. 分析與設計 ... 26 3. 1 資料搜集行為 ... 26 3. 1. 1 觀察樣本 ... 26 3. 1. 2 資訊與行為分析... 27 3. 1. 3 空間與行為關係 ... 32 3. 2 情境分析 ... 35 3. 2. 1 資料搜集情境 ... 36 3. 2. 2 問題分析 ... 37 3. 3 系統規劃 ... 38 3. 3. 1 SWIRO 使用情境 ... 38 3. 3. 2 系統雛形 ... 40 3. 3. 3 互動流程規劃 ... 41智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 目錄 v 4. 系統實作 ... 47 4. 1 先期實作 ... 47 4. 1. 1 實作架構 ... 47 4. 1. 2 紅外線影像辨識... 48 4. 1. 3 發現問題 ... 48 4. 2 系統架構 ... 50 4. 2. 1 系統軟體流程 ... 50 4. 2. 2 空間與硬體架構... 53 4. 2. 3 行為觸發與技術說明 ... 56 5. 系統使用與測試 ... 63 5. 1 應用範例 ... 63 5. 2 使用者測試 ... 69 5. 2. 1 實驗設定 ... 69 5. 2. 2 受測對象 ... 70 5. 2. 3 實驗結果 ... 71 5. 2. 4 訪談結果與建議... 74 5. 2. 5 小結 ... 76 6. 結論 ... 78 6. 1 結論 ... 78 6. 2 研究貢獻 ... 79 6. 3 研究限制 ... 80 6. 4 未來研究 ... 81 7. 參考文獻 ... 82
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 目錄
vi
圖目錄
圖 1. 傳統資訊搜集流程 ... 4
圖 2. 預期資訊搜集流程 ... 5
圖 3. 互動式人機介面架構圖 ( Ullmer & Ishii, 1999 ) ... 9
圖 4. Smart skin ( Rekimoto , 2002 ) ... 10
圖 5. Pin & Play 元素 ( Van Laerhoven et al , 2003 ) ... 10
圖 6. Pin & Play 使用情境 ( Ljungblad et al ,2007 ) ... 11
圖 7. 人本互動模式 ( Jeng , 2002 )... 11
圖 8. Illuminating Light Clay ( Underkoffler, 1999 ) ... 13
圖 9. SARDE ( Chen, 2006 ) ... 13
圖 10. Augment Sketching and Modeling ( Yang, 2005 ) ... 14
圖 11. Augmented Surface ( Rekimoto, 1999 ) ... 16
圖 12. IdeaSpaceSystem ( Ann Heylighen & Segers, 2001 ) ... 16
圖 13. Visual Interaction Platform ( Dzmitry Aliakseyeu et.al, 2006 ) ... 17
圖 14. 情境感知元素 ( Schmidt, 1999 ) ... 19
圖 15. Augmented Reality Kitchen ( Bonanni, et al, 2005 ) ... 20
圖 16. Ambient Trigger ( Chen, 2006 )... 21
圖 17. i-land ( Streitz, et al,1999 ) ... 24
圖 18. Hello Wall ( Prante et al., 2004 ) ... 24
圖 19. Interactive Public Ambient Display ( Vogel et al, 2004 ) ... 25
圖 20. 1. 受測者 A 及其工作環境 2. 受測者 B 及其工作環境 ... 27 圖 21. Berrypicking 資訊搜尋行為模型 ... 28 圖 22. 設計者 IRO 流程與採草莓模型關聯性觀察... 29 圖 23. 設計工作空間常用家具 ( 建築設計資料集, 2006 )... 32 圖 24. 設計者 IRO 流程與使用空間的關聯 ... 33 圖 25. 各式設計工作空間 ... 35 圖 26. 傳統 IRO 操作流程情境示意圖 ... 36 圖 27. SWIRO 操作流程情境示意圖 ... 39 圖 28. 傳統與預期系統數位資訊搜尋操作流程比較圖 ... 42 圖 29. 傳統與預期系統實體資訊搜尋操作流程比較圖 ... 42 圖 30. 預期系統輸入關鍵字搜尋實體及數位資訊流程 ... 43 圖 31. 傳統與預期系統數位資訊分析操作流程比較圖 上. 暫存資訊 下. 使用暫存資訊 . 43
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 目錄 vii 圖 32. 預期系統資訊分析操作流程 ... 44 圖 33. 傳統與預期系統數位資訊記錄操作流程比較圖 上. 存檔 下. 列印... 44 圖 34. 傳統與預期系統實體資訊轉化為數位資訊記錄操作流程比較圖 ... 45 圖 35. 傳統與預期系統數位資訊使用操作流程比較圖 ... 45 圖 36. 傳統與預期系統實體資訊使用操作流程比較圖 ... 46 圖 37. SWIRO 先期實作 1. 工作桌面與布告欄 2. 數位圖釘 ... 47 圖 38. 操作情境 1. 顯示相關資訊 2. 使用者閱讀數位資訊 3. 記錄數位資訊 ... 48 圖 39. 紅外線影像辨識 1. 紅外線濾鏡 Webcam 2. 數位圖釘的微動開關 3. 紅外線辨識軟體 ... 48 圖 40. SWIRO 系統架構 ... 50 圖 41. SWIRO 子系統運作流程 ... 53 圖 42. SWIRO 空間配置及硬體架構 ... 53 圖 43. 資訊桌面與環室書架硬體施做 上. 資訊桌面 下. 環室書架 ... 54 圖 44. 數位布告欄 1. 數位圖釘構造 2. 數位圖釘 3. 釘上數位圖釘 ... 55 圖 45. SWIRO 子系統與感測器架構圖 ... 55 圖 46. RFID 天線切換硬體架構 ... 57 圖 47. 資訊桌面閱讀區畫分 ... 58 圖 48. 觸摸感應器位置 ... 58 圖 49. 使用記錄資料庫欄位規劃 ... 60 圖 50. SWIRO 操作流程圖 ... 62 圖 51. SWIRO 系統原型 1. 資訊桌面 2. 環室書架 3. 數位布告欄... 63 圖 52. SWIRO 啟動操作 1. 系統提供燈光 2. 必要操作介面 ... 64 圖 53. 顯示相關資訊及閱讀資訊 1. 顯示相關資訊 2. 點選欲閱讀資訊 3. 閱讀數位資訊 4. 閱讀實體資訊 ... 64 圖 54. 建議資訊配置 ... 65 圖 55. 資訊桌面使用者操作流程 上. 筆式操作 下. 手部操作 1. 上推 2. 下拉 ... 66 圖 56. 環室書架書籍建議顯示 1. 顯示建議資訊 2. 關閉建議資訊 ... 67 圖 57. 數位圖釘釘上資訊種類 1. 實體資訊 2. 數位資訊 3. 實體轉化為數位資訊 ... 67 圖 58. 三種數位圖釘操作方式 1. 釘上 2. 移動 3. 拔下 ... 68 圖 59. 數位資訊記錄型態 1. 文字提示網頁 2. 圖片提示網頁 3. 新書資訊網頁 ... 68 圖 60. 系統使用流程 1. 數位資訊提供 2. 實體資訊提供 3. 分析資訊 4. 記錄資訊 5. 使用資訊 ... 70 圖 61. SWIRO 系統原型實際運作狀況 ... 78
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 目錄 viii
表目錄
表 1. IRO 操作行為分析表... 29 表 2. 空間與操作行為分析表... 34 表 3. 感測器訊號對系統代表意義分析表... 56 表 4. 受測者基本資料 ... 71 表 5. IRO 過程資訊使用統計 ... 72智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 1 1
導論
1
當設計者在作出設計前，往往都需要做先前的案例分析及資料搜尋，以利設計者在做設 計的階段有更多的靈感來幫助設計的產出。而當設計者在搜尋資料時，往往會從許多資料搜 尋的地點，如圖書館、書架或是網路中搜尋相關的資訊。儘管要搜集的資料相同，他們還是 需要透過許多的搜尋場所來找出他們想要的資料，例如他們想找安藤忠雄的資料，他們必須 透過書架上書籍及網路關鍵字的搜尋 ，才可能將資料搜集完整，對設記者來說相當的費時。 故本論文希望能以介面的設計來幫助設計者資料搜集的階段能夠更簡易的找出並記錄自己 想要的資料。1. 1
研究背景
在過去，運算是因電腦而生，而非人，而在未來，運算將以人為中心運作 ( Bennani, 1999 )。 1990年，當 Norman 提出以人為中心 ( Human-centered ) 的概念後，人機介面的研究便開 始以更加貼近人本的方式做出介面的設計，他們主要皆以如何能讓使用者更加直覺的使用為 其目標 ( Zimmermann, 1987 ; Sato, 2001 )。而在網路及感測器技術的相繼出現後，介面的操 作形式開始逐漸演變成與環境融合的方式發展，遍佈的、互動的和可觸及的媒體 ( Tangible media )，成為人機介面 ( Human computer interface, HCI ) 設計智慧裝置和器具的新方向 ( Carroll, 2001 )。另一方面，資訊檢索 ( Information retrieval ) 的研究受到人機介面領域的影 響，也開始朝向以行為為主的研究方式進行資訊的檢索 ( Schultze, 2002 )。在1995年時， Nahum Gershon 提出了人資互動 ( Human Information Interaction, HII ) 的新名詞，此後此領 域的研究者開始透過高互動性的介面、以使用者為中心的方式對資訊進行動態及多管道的搜 索，進而達到最佳的資訊提供；而在這樣的環境中，使用者可能透過各式各樣的裝置和介面， 找到所需的資訊，並與其進行互動，但他們所著重的方向是如何能夠透過行為分析使資訊檢智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 1 2 索的效率及演算更為精確，而非介面設計本身 ( Morville, 2005 )。 當 Sutherland 於1963年發表繪圖板 ( Sketchpad ) 的論文後，全世界第一個可讓設計者 使用筆與電腦圖像互動的人機介面就此產生。此後電腦輔助設計的領域開始許多研究針對筆 式系統做出更進階的輔助設計研究，他們或是讓使用者在設計階段能更直覺的操作數位設計 軟體做出草圖設計，或是透過筆將設計者的草圖行為整合草模設計讓使用者能更方便的做出 模擬 ( Lipson, 1997 ; Igarashi, 1999 ; Masry, 2005 )，有些則是將其整合於桌面透過紙張與筆的 隱喻，將設計階段的草圖行為以更直覺操作的方式讓設計者能夠不必經過困難的學習過程即 可以電腦做出設計者所想像的設計 ( Ann Heylighen, et al, 2001 ; Aliakseyeu, et al, 2006 )，而這 些研究的目的多是著重於如何能夠讓設計者在更簡易及方便的環境下做出設計，鮮少有針對 設計者資料需求的部分做出琢磨的研究出現。 另一方面，關於空間研究的發展，Mitchell ( 1999 ) 認為在未來，人們不僅操控電腦，並 生活於電腦之中；當人在實質環境中的行為與虛擬運算環境緊密結合時，人不僅僅是電子裝 置的使用者，更是電子化媒介空間中的居民。而當遍佈式運算的概念 ( Ubiquitous computing ) 在1991年時被提出後 ( Weiser, 1995 )，關於空間議題的研究開始朝向空間的智慧化 ( Brumitt, et al, 2000 ; Dourish, 2004 ) 與多媒體空間 ( Bly, et al. 1993 ; Ishii, et al, 1997 ) 的走向發展。而 所謂的智慧空間， Gross ( 2003 ) 認為其必須兼具有科技性與舒適性，且在智慧空間中的軟 體、硬體設備將會越來越複雜，所以如何讓使用者更容易的操作與使用，將是智慧空間的研 究者將會面臨到的問題。在此前提之下，許多智慧空間的研究開始著重於如何讓空間更人性 化，使空間中的運算裝置與介面更加寧靜 ( calm ) 與透明 ( Weiser, 1995 )，並且探討如何利 用實體介面來連結虛擬環境與真實環境，達到兩者無縫的 ( seamless ) 接合 ( Ishii, et al, 1997 )。為了主動的感知人且使人能夠自然的與環境互動，讓存在在空間中的資訊也能夠主 動的被人所感知，而不是被動的等待使用者去發覺，情境感知 ( Context aware) 的概念也被 提出，使環境能夠主動的配合使用者的需求，讓使用者不必被強迫的去適應環境的改變 ( Barkhuus, et al, 2003 ; Streitz, 2004 )。而後隨著環室智能 ( Ambient Intelligence ) 的提出，情 境感知和遍布式運算的概念被進一步的強化，環境必須在不影響使用者的狀態下主動提供使 用者資訊，使其在不受干擾的狀態下獲得其所需要的資訊 ( Prante et al, 2003 )。經由這些概
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 1 3 念的成形，設計空間的智慧化也開始受到重視。
1. 2
研究問題
設計的過程中，其流程可分為 資料搜集、設計發想、細部設計 與 計畫案實現 等四 個階段 ( Jones,1992 )。而在電腦輔助設計的研究中，大部分是利用更人性的操作讓設計者能 夠在設計發想、細部設計階段時更直覺的操作輔助設計軟體 ( Zimmermann, 1987 ; Sato, 2001 )，或是利用新型態的操作，激發設計者產生不同的靈感 ( Anderson, 2000 )。在這些研 究中，較少有針對設計者在資料蒐集階段所做的研究，因此在本篇論文中，將針對設計者在 資料搜集的過程中所遇到的狀況，提出改善的可能。 本論文將資料搜集的行為流程初步區分為資訊的檢索與彙整，來分析現今設計者資訊蒐 集流程中所遭遇的問題。現今的設計者在做資訊檢索時，需要各自從數位的及實體的文件中 去搜尋其所需要的資訊，並透過使用者自行的歸納整理，才能獲取所需的資訊。例如使用者 如想搜尋某件 Zaha Hadid 的建築作品，他必須從書櫃中搜尋此建築師的作品集或相關雜誌， 看其內容是否有對使用者想看的作品有做描述，並且必須透過網路，輸入使用者所想的到的 關鍵字，再次對此作品做出搜尋。對於設計者而言，雖然所需資訊的需求相同，但現的狀況， 卻是必須重複對此兩種資訊做出檢索和比對的動作，才能各自取得所需實體資訊及數位資訊； 且當使用者再做資訊的彙整時，也必須各自分開處理，例如使用者若看到想要的資訊時，若 是在書本內，則使用者必須印出此資訊再張貼於牆面，而若是數位資訊則必須存檔於資料夾 內，此種資訊的處理方式，並不是一個有效率的資訊彙整方式 ( 圖 1-1 )。我們希望藉由本 論文的研究，能夠解決設計者在資訊搜集時所遭遇的問題，並嘗試將各類的資訊整合讓使用 者可以更方便及直覺的方式對資訊做出處理。 而如何能夠藉由空間及介面的設計整合，使設計者不須單獨的操作各種資訊，且在處理 資訊時能夠使數位與實體的資訊無縫的連結，讓設計者以更直覺且有效率的方式做出處理及 彙整資訊的行為，是本論文首要關注的研究問題。在此問題之下，如何能夠藉由介面的設計 有效的幫助設計者搜尋出想要的資訊，也是本篇論文必須解決的地方。本論文希望透過介面智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 1 4 幫助設計者判斷資料的相關性，提共設計者資訊的建議，幫助設計者在作資料搜尋時，能更 精確的提供使用者有可能需要的相關資訊，以減少資訊過荷 ( Information overload ) 的情形 發生。 圖 1 傳統資訊搜集流程 而本論文所要提出的疑問是： “ 我們可否將各種的資訊以同一種方式處理 ? ” “ 是否能透過介面及空間判斷我們資訊的需求並做出適時的幫助 ? “ “ 空間的元素是否能夠對我們資訊搜集的流程做出更多的幫助 ? “ “ 有沒有更直接方便的方式幫助我們節省資訊搜尋的時間和精力 ? “
1. 3
研究目的
在上述的前提之下，本篇論文企圖以分析設計工作空間內各種傢俱的特性，取出適合的 元素將數位資訊搜集的介面整合於其中，創造出一智慧化設計工作平台的系統原型來解決上 述的研究問題。而此平台系統將以整合數位與實體資訊的檢索與彙整流程，並適時的提供設 計者搜集流程中所需要的資訊為目的，使設計者能夠更迅速且直覺的使用並操作各種類型的 資訊 ( 圖 1-2 )。智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 1 5 此一智慧化工作平台的系統原型的成果將包含下列所述的三樣智慧型傢俱及一系統軟 體，各個傢俱間透過此系統軟體能夠即時的傳遞使用者的需求並給予適當的回應，其三樣智 慧傢俱各為 : - 資訊桌面 ( Informational Desk ) 為一提供資訊搜尋及整合的平台，在此桌面上，使用者可以無縫的操作數位與實體的資 訊。並且當設計者在閱讀實體資訊時，此桌面將搜尋與實體資訊相關的數位資訊，提供設計 者作為參考。 - 數位布告欄 ( Digital Board ) 此數位布告欄能夠將數位及實體的資訊以同樣的介面 ( 圖釘 ) 記錄於其中，使設計者 能夠更方便的記錄其所需的資訊。 - 環室書架 ( Ambient Bookcase ) 當使用者閱讀或記錄數位資訊時，系統能夠辨別相關實體資訊所在的位置並透過環室光 源 ( Ambient light ) 顯示其位置提供使用者作為參考，縮短設計者資訊搜尋的時間。 而系統軟體則會依據使用者的使用流程狀況提供適時的資訊處理及幫助，並記錄設計者 的使用狀況，如記錄使用者輸入的關鍵字資訊及閱讀的資訊，做為系統未來輔助設記者資訊 檢索時提供整合相關資訊的依據。 圖 2 預期資訊搜集流程
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 1 6
1. 4
研究步驟
我們嘗試以設計的工作空間為基礎，透過下列四個步驟將研究加以實行，首先針對設計 空間元素特性加以分析及對設計者資訊搜集行為的做出觀察，提出一設計空間中輔助設計者 做出資訊搜集時的操作介面可能性，並透過此可能性規劃出系統的原型架構，最後實作出此 智慧化輔助設計平台原型並加以測試其可行性。而以下就針對此四個步驟的細節加以說明： - 行為分析與認知觀察 透過對設計者的觀察，及與設計者訪談兩種方式，分析出設計者資訊搜集時行為的流程 與特性，作為此一智慧化輔助設計工作平台系統規劃的依據。而此觀察的重點著重在下列兩 個方面： 1. 資訊搜集的行為 透過觀察設計者的資訊搜集的過程，分析此搜集行為的流程，使系統能夠在適當的時 間提供設計者適時的幫助。 2. 設計空間元素分析 分析使用者行為與空間元素的關聯及空間元素的特性，作為設計此系統的互動流程與 應提供功能的參考。 - 整合資訊媒材與規劃互動設計 透過第一步的分析與評估整理，了解設計者資訊搜集行為與空間元素兩者間的關聯後， 取出其關鍵的行為與空間元素，作為媒材與介面設計之參考，透過環室智能和可觸式位元 ( Tengible bit ) 的設計方式，整合數位與實體資訊之間的間隙，設計出直覺使用的互動流程， 並提出可能的裝置架構與系統規劃。 - 實作系統原型 我們將此系統原型分為兩個實作部份：智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 1 7 1. 硬體裝置 透過各種環境感測器 (Sensor) 來得知環境目前即時的使用狀況，並回傳訊息至軟體系 統平台之上，透過軟硬體的整合，達到本研究所欲呈現的互動模式與智慧平台的系統原型 樣貌。 2. 軟體系統 分析資訊的模式和架構，將各種形式的資訊，有系統的分類並提供回饋，透過 C#與 Flash 程式，撰寫出一軟體整合與控制平台，作為智慧平台之代理系統。 - 使用評估 將實作出之系統與裝置，透過真實的架設與使用，並藉由使用者測試與訪談的方式，了 解此系統的不足與缺失，作為日後改進與檢討的依據。透過使用評估，我們更能了解使用者 實際操作的情形，體會使用者的真實需求。
1. 5
論文章節架構
本論文分成六個章節，其內容各為下列所述 : 第一章 導論 : 說明研究背景、問題、目標與研究步驟。 第二章 文獻回顧 : 包含人機介面、電腦輔助設計及智慧空間領域內所提出的理論 和相關案例分析。 第三章 分析與設計 : 包含資訊搜集行為的觀察、空間與行為的關聯性及系統雛 形規劃。 第四章 系統實作 : 說明先期實作、系統軟體規劃、硬體建構流程、及系統互動 的方式。 第五章 系統使用與測試：包含系統應用範例及使用者測試。 第六章 結論 : 說明結論，研究貢獻、研究限制與未來研究。智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2
8
文獻回顧
2
2. 1
互動與設計
電腦的介面在早期是很直接單純的，隨著電腦螢幕與個人工作站的出現，介面的設計需 求開始出現，而最早的圖形使用者介面 ( Graphical User Interfaces, 簡稱 GUI ) 介面是由 Xerox Corporation's Palo Alto 的研究中心在 1970 年所設計出來的，到了 1980 年隨 Apple Macintosh 的盛行而變的普遍 ( Grudin, 1990 )。那時許多的研究發展專注在介面專用的功能 ( 如功能選單、視窗、選色視窗及圖像…等 ) 設計中，以期在 GUI 上達到最佳的組織與呈現。 隨著各種感測器的發明，如紅外線技術及通訊技術…等，及各種辨識軟體，如語音辨識及視 覺辨識…等感測技術的出現後，介面設計的挑戰也開始由原本的圖型介面研究，開始衍生為 各種互動形式介面的開發 ( Preece, 2006 )，而可觸式位元 ( Tangible Bits ) 的概念也因此被提 出。
2. 1. 1
互動式介面 可觸式位元為互動形式介面中的其中之一的設計方向，其概念是由 Ishii 在 1997 年所提 出。他認為介面的構成是由原子所構成的實質環境與位元所構成的虛擬環境相結合而成。透 過此概念，他提出一種新型態的互動模式，透過人做為互動的核心，並藉由實體的物件產生 新的運算媒材介面 ( Computationally-mediated interfaces ) 來操控數位化資訊，將實體媒介 虛擬數位資訊整合，透過人自然的操作行為而達到無縫的接合 ( Ullmer & Ishii, 1997 )。而可 觸式位元的設計原則為：智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2 9 2. 實體的呈現是使用機械裝置做為互動的控制 ( Control )。 3. 實體的呈現可以直覺的與多變的數位的訊息連結( Rep-d ) ( 圖 3 )。 當可觸式位元的概念被提出後，Wendy ( 1998 ) 認為要改變現有電腦介面的設計方式， 就必須先改變人們對電腦的看法，如果只是使用鍵盤或是滑鼠以及電腦螢幕…等的方式使用 電腦，還不如將電腦想成大家都熟悉並且經常使用的日常生活用品；與其創造一個人造物 ( 如電腦 ) 來當成為實體世界和虛擬世界溝通的介面，不如讓實質世界的物件可以改變提升 到可以存取數位資訊及與人溝通的能力。於是許多融於一般日常生活用品的介面因此而相繼 被設計出來，如底下的兩個案例： - Smart Skin
Smart Skin 以桌面為介面，操控虛擬影像的方式跟使用者互動 ( Rekimoto , 2002 )。使用 者可直接使用雙手在桌面上操控虛擬的資訊，透過手勢的改變來操控所有的資訊呈現。利用 電容感測器的方式，使用者可以透過最自然的方式點選，描繪或瀏覽在桌面上的資訊，並且 透過此一方式，虛擬的資訊與實體的資訊緊密的連結，達到了無縫的接合，增加了工作空間 中使用者操控資訊的效率與便利性 ( 圖 4 )。
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2
10 - Pin & Play ( Van Laerhoven et al , 2003 )
Pin & Play ( Van Laerhoven et al , 2003 ) 透過表面 ( Surface )、連結元件 ( Connector )、物 件 ( Objects )及網路 ( Network ) 四種元素，將牆面或其他張貼的表面當做一個網路連線匯 流排 ( network bus ) 及電源供應源，讓貼在此表面之上的所有物件變成一網路連線的元件， 透過感測網路 ( sensor network ) 的方式，連結所有在此表面上的感測元件，構成一個整合 數位資訊 ( Digital information ) 與實體資訊 ( Physical information ) 的新型態操控介面 ( 圖 5 )。
透過此系統，數位資訊與實體資訊可以達到串連，圖釘可連結各使用者的客製化資訊， 將各使用者資訊串連，藉以提供更詳細的需求的資訊，達到更有效的客製化資訊提醒，其使 用情境如下 圖 6 所示。( Ljungblad et al , 2007 )
圖 4 Smart skin ( Rekimoto , 2002 )
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2 11 而對於互動式介面的互動的模式，Jeng ( 2002 ) 提出以認知空間，實體空間，與虛擬空 間做為區分互動發生的狀態。在認知空間中，使用者接受感知 ( Perception ) 後，開始發生 動作。在實質空間中，使用者透過控制介面操控物理性介面 ( Physical representation )，進而 搖控數位化介面 ( Digital representation )。而在虛擬空間中，透過物理性介面，使數位資訊 具體化呈現互動，藉由使用者操控物理性介面，而促動數位化資訊與其互動，產生實體與虛 擬的人本互動模式 ( 圖 7 )。
2004 年，在 Notes On Natural Interaction 一文中，認為新型態互動式介面的設計必須讓 人覺得驚奇，有趣和舒適。針對他們要解決的問題，在他們的控制之下，使用者會覺得經歷
圖 7 人本互動模式 ( Jeng , 2002 ) 圖 6 Pin & Play 使用情境 ( Ljungblad et al ,2007 )
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12 一個神奇的經驗。而這個介面的架構可以依照三個主要的功能元素 1. 感測 ( Sensing ) 2. 智能 ( Intelligence ) 3. 呈現 ( Presentation ) 和兩個方法元素 1. 作用 ( Influence ) 2. 認 知( Cognition ) 來建構。其功能元素和方法元素的作用為：硬體與軟體複雜交構出來的感測 元素用來處理使用者一般的行為感測，而接著透過智能化系統來處理這些感測元素所傳回的 資訊，並藉由效果呈現的工具 ( 如投影機，喇叭…等 ) 呈現出更優於一般傳統操作介面的 視覺效果與更適切的情境操控；這些元素會深深的影響各個其他元素，且不能單獨的被設計 與呈現，所有的元素必須靠著人行為的認知達到有效的串連 ( Valli, 2004 )。
2. 1. 2
互動式電腦輔助設計 對於電腦輔助的設計工具來說，Aliakseyeu 在 2003 年提出一設計此類工具的基本原則， 他認為要設計出好的工具，必須先考慮下列兩項的基本要件： 1. 自然的操作：電腦媒材介面必須讓設計者如同使用傳統工具一樣，可以直覺的將想法具 體的表現出來 。因此，直覺這樣的特性在輔助設計型態的互動介面中變成是很一個基 本的設計環節，它可以讓設計者專注於設計問題上而不是去思索如何使用電腦。 2. 足夠的表達工具: 一張影像可以激發設計師許多的靈感，而文字則用來對想法下註解、 解釋或是引發設計者聯想。所以工具本身要能夠同時提供與掌握多樣的媒材呈現方式， 做出足夠設計者理解的表達。 許多案例開始依循上述的原則做出電腦輔助設計工具，他們多針對設計創作或發想時的 需求而做出輔助介面，較少針對資訊搜集階段設計者需求的研究案例出現。而當觸碰式位元 被提出後，各種新型態的互動式輔助設計工具開始相繼被提出，底下的案例就是針對設計初 期的概念階段所提出的輔助工具。智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2
13 美國麻省理工學院 ( Massachusetts Institute of Technology ) 媒體實驗室( Media Lab )的 光黏土計畫，是一個能夠提供設計者直接利用黏土的雕塑來操作地表坡度的新型態輔助設計 工具( Underkoffler, 1999 )。此系統經由及時的雷射掃描，將3D模型的影像將投影至黏土表面， 達到數位資訊與實體資訊的即時整合。設計者可利用實體環境的黏土操作數位資訊，而系統 即能及時感知地形上各項數據的變化，透過電腦的數據分析，將數位的資訊投影至黏土表層。 而此工具的提出，能夠使設計師在設計階段時更直接的獲得具體模型與設計規劃的參考依據 ( 圖 8 )。 - SARDE ( Chen, 2006 ) SARDE ( Chen, 2006 ) 透過將實際比例的材質投影至牆面讓設計者能夠直接體驗設計出 的材質在空間中給人的感受，並透過手部的直接操作讓設計者能夠直覺的操作系統將材質的 設計做出變化。透過此系統設計不再需要靠社記者自行想像也不需要再透過軟體輔助才能看 出空間完成後的樣貌，而是能夠在一比一的空間比例中直接的體驗設計完成後整體空間給人 的感覺 ( 圖 9 )。 圖 9 SARDE ( Chen, 2006 )
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14 - Augmented Sketching and Modeling ( Yang, 2005 )
此案例作者嘗試將設計者繪製草圖與製作模型的動作，藉由擴增實境 ( Augmented Reality， AR ) 的方式將兩者整合 ( Yang, 2005 )。透過此系統，設計者可經由手繪的方式， 將實體的模型整合於數位環境並加以修改。透過數位環境的顯示，設計者可以了解模型與實 際基地的確切關係，不必再透過設計者自行想像即能看見設計作品時記在基地上的樣貌，且 此系統可模擬各種時間的光源，讓設計者可以更加了解實際設計狀況的許多細節部分 ( 圖 10 )。 上述幾個例子皆是嘗試以虛擬與實體整合於同一介面中，達到更直覺方便的操作為目標， 讓使用者能夠更容易的以同一操作方式同時控制數位與實體的資訊所設計出來的輔助設計 工具。而除了這些設計輔助工具外，筆式系統的方式更是另一個被廣為運用於輔助設計工具 的方式。 在 1963 年，Sutherland 提出能夠讓設計者以更直接的模式與電腦溝通，透過圖像介面 與筆式系統的控制，突破過去只能以打字輸入和程式編寫的互動方式，筆式系統形式的使用 者介面因而產生。對於設計者而言，草圖是最為自然且符合設計者思考的設計方式，所以許 多的研究開始以草圖為主要的電腦輔助設計概念，透過筆式系統加以操作 ( Igarashi, 1999 & Masry, 2005 )。而傳統手繪草圖與電腦筆式系統的比較，設計者所習慣利用的圖形思考過程 會受不同媒材特性影響而有所改變; 筆式系統比傳統筆紙多了具體層次的圖形呈現，使設計 者得以在草圖階段繪製較完整檢視設計的具體圖形 ( Lim, 2003 )。而透過分析，所有的筆式 系統可分為三個主要的類別：
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2 15 1. 以互動電腦影像投影結合實體筆與紙的繪圖系統。 2. 以二度空間草圖轉畫三度空間草模型之系統。 3. 以草圖繪製，圖形辨識為主的系統 ( Lim, 2003 )。
2. 1. 3
桌面式互動Beryl 和 Apperley ( 2002 ) 指出在環境中的介面在操作上應該更注重在以模仿使用者習 慣的現有工具特性上，也就是設計者不需額外增加使用心志的負擔便能輕易上手的隱喻 ( Metaphor ) 設計手法。介面必須提供一個乾淨不受阻礙的空間讓設計者輕易的進行非正式 的、直接的和快速的的且不受任何負面條件或情境干擾的描繪環境。而 紙 與 筆為一種最 自然且設計者所能廣泛接受的設計草圖描繪方式，而一般筆式操作的介面中，能夠以比直接 接觸在顯示器上的方式是最適合於設計者的使用介面 ( Lim,2003 )。於是桌面式互動系統開 始出現，透過將實體桌面整合數位資訊，以模擬紙與筆的方式，將操作與顯示整合於同一介 面上，達到更直接的操作。底下為各個使用互動式桌面為研究的案例：
- Augmented Surface ( Rekimoto, et al., 1999 )
透過攝影機辨識系統，在擴增表皮的工作環境中，使用者可以在手提電腦、資訊牆面、 資訊工作平台上自由的轉換資訊，呈現在整個資訊空間中，透過電腦的操作，資訊可由螢幕 內拖曳至螢幕外或由空間中拖曳至螢幕內，並且透過數位標籤，使用者可以自由的在實體物 件上加入資訊，並可自由拖一此附加之資訊於此擴增實境 ( Augmented Reality ) 之空間中 ( 圖 11 )。 而此一空間中主要有兩大構成元素，分別為 1. 資訊牆面 ( InfoWall ) 2. 資訊桌面 ( InfoTable )，主要提供多人討論時候資訊的共享。使用者可以透過自然的手勢，旋轉或操控 虛擬資訊，或者透過攝影機將實體資訊擷取成虛擬資訊後在各個裝置間自由傳遞。 且此一系統提供多人的操控模式，所以當使用者在此一擴增表皮工作環境中，在靠近手 提電腦的範圍內，即可自由的拖曳資訊，不受其他使用者的影響 ( Rekimoto, et al., 1999 )。
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16 - IdeaSpaceSystem ( Heylighen et al, 2001 )
IdeaSpaceSystem ( Heylighen et al, 2001 ) 被設計成桌面式環境，用來輔助建築設計者在 設計早期發展階段的工具，它藉由桌面牆面上的顯示器及筆式系統的輔助縮減設計過程中可 能的思考阻礙並提高工作的流暢度。此系統會主動記錄所有的設計資料然後利用文字呈現的 方式，提供設計者一個新的處於兩個文字之間的聯想關係 ( Association ) 和關聯 ( Relations )， 透過這種方式來刺激設計者產生新想法或新的創意的可能 ( 圖 12 )。
圖 12 IdeaSpaceSystem ( Heylighen et al, 2001 )
- Visual Interaction Platform ( Aliakseyeu et.al, 2006 )
藉由擴增實境的方式，Visual Interaction Platform 以電子紙 ( Electronic Paper ) 與數位筆 的操控方式，輔助設計者在早期的設計階段能夠將數位的資訊與實體資訊同時操作。透過將 所有實體資訊以簡易的方式數位化後在桌面式的環境讓設計者能夠以同時具有數位與實體 工具優點的操控方式讓設計者能夠在早期的設計階段縮減設計過程中可能因操控介面的布 變而產生的多餘思考並提高設計工作的流暢度 ( Aliakseyeu et.al, 2006 ) (圖 13 )。
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2 17 這些案例都嘗試將數位資訊當成實體化的物件 ( 如紙與筆…等 ) 提供使用者操作並使用 數位資訊，且將資訊整合於傢俱元素中構成一智慧傢俱系統。
2. 2
智慧空間
當電腦不再是單一裝置，所有的運算裝置將遍佈於環境中，無所不在，而我們將此稱作 遍布式運算 ( Weiser, 1995 )。當遍布式運算的概念被提出後，智慧空間的議題也開始被受到 重視。Mitchell ( 1999 ) 在探討空間中真實的元素與數位資訊的整合共構設計時，提出了感測 科技、嵌入式智能及連線環境三個智慧空間內該具備的元素：1. 感測科技 ( Systems of Tags and Sensors ) : 此元素所扮演的角色，是透過感測訊息， 如各種標籤 ( Tag )，感應裝置 ( Sensor ) 將所接收的訊息整合嵌入式智能將數位 的 訊息隱喻帶回真實的空間中。
2. 嵌入式智能 ( Embedded Intelligence )：智慧型物件透過嵌入式的記憶空間
( Embedded memory ) 與 機器智能 ( Machine Intelligence )，進行訊息的處理與回應， 電腦不再是單一的個體，成為分散的電子裝置，而機械智能則成為一種與所有實體物 件相關聯的屬性。
3. 連線環境 ( Decentralized Instant Networking )：物件與物件間必須具備能互相聯結溝
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2 18 通的能力。透過聯鍵技術，如無線網路 ( Wireless ) ，及短距離的高頻率低耗能無線電 波傳輸接收器，如藍芽科技 ( Bluetooth )，來達成各個物體能互相聯結溝通並自行運作 相關機制的連線環境。 在電腦融入於環境中後，如何讓電腦不易干擾人的使用，使電腦的操作讓人更加不易查 覺 ( Weiser, 1995 )，人機互動變的相形重要。而在人與環境互動的部分，Ellis ( 1991 ) 提出了 當互動式空間被建構時，互動的行為可依據 1. 時間 2. 空間，做為分類而分出四種形式的 互動。其互動的分類為： 1. 面對面互動 ( face-to-face interaction )：同時同地。
2. 同步分散式互動 ( synchronous distributed interaction )：同時不同地。 3. 非同步互動 ( asynchronous interaction )：不同時同地。
4. 非同步分散式互動 ( asynchronous distributed interaction )：不同時不同地。
此四種互動依照各種情境的不同採取不同的環境互動模式。而在遍佈式運算的概念下， 前攝式運算 ( proactive computing ) 將此概念區分為兩個部份，定義出人本中心
( human-centered ) 與人本指揮 ( human-supervised ) 的運算環境。在前攝式環境中， Tennenhouse 認為介面的設計分為三個要素，其各為 1. 實體化 ( getting physical ) 2. 真實化 ( getting real ) 3. 自由化 ( getting out )。透過這樣的設計，環境將不只是朝著自動化的方向設 計，而是更能以人為中心，讓使用者扮演指揮者的角色，密切的輔助使用者進行活動 ( Tennenhouse, 2000 )。
運用這些概念，許多的研究開始探討各種智慧空間的可能性。例如美國的 House_n 計 畫，此計畫是由麻省理工學院媒體實驗室與建築系合作的計劃，以強調生活及工作場所的設 計必需以回應人的需求、價值及活動為出發，整合技術與應用，子計畫方向包含：1. 開放 建築 ( Open Source Building, OSB ) 的相關研究 2. 以 PlaceLab 為中心的生活實驗室 ( Larson et al., 2000 )。英國的 Equator 計畫 (Rodden et al, 2002 ) 由 Bristol、Glasgow、Lancaster、
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19 Nottingham、 RCA、Southampton、Sussex、UCL 等大學組成，以整合物質與數位間互動為主 的跨領域合作計畫，子計畫內容涵蓋都市經驗、遊戲與學習經驗、數位化照顧、家居經驗、 數位化環境科學等，以挑戰遍布式運算中的數位設備、系統基礎架構和互動的方式等新課題。 及韓國的 Ubiquitous Dream Hall 韓國政府與業者共同運用無所不在的資通訊技術，建置了一 個示範應用環境無所不在的夢想會館 ( Ubiquitous Dream Hall )。重點包含了 5A: 任何時間 ( Any time )、任何地點 ( Anywhere )、任何設備 ( Any device )、任何服務 ( Any service ) 以及 安全性 ( All Security )( 張玉霜，民 94 )。 而在上述幾個智慧空間概念的前提之下，情境感知 ( Context Awareness ) 的概念因而被 提出。 2. 2. 1 情境感知 1994年 Schilit 與 Theimer 提出情境感知的理論，他們認為環境應當將使用者所需的資 訊，依不同的地理位置或情境送達到使用者可以利用的地方。而為達成讓環境感知使用者所 需的資訊，必須考量各個情境的目前狀態，那些考量包含了地點、人員身份、活動狀態、實 質物件或資訊物件…等情境內的實質要素 ( entity )。進而，Schmidt 將情境所構成的元素定 義為 1. 環境 ( Environment ) 2. 人物本身 ( Self ) 3. 活動 ( Activity ) 三個像度( Schmidt, 1999 ) ( 圖 14 )。
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20 2000 年，Schmidt 進一步將情境感知的類型，分別歸類為 1. 人為因素感知 ( Human Factor ) 2. 物理環境感知 ( Physical Environment ) 兩種類別。人為因素的類別中包含三大感 知類型： 1. 使用者資訊 ( 如感知使用者習慣、情緒、生理狀況…等 )。 2. 使用者的社交狀態 ( 如感知目前使用者合作對象、社會互動、群體…等 )。 3. 使用者所要達成的任務。 而物理環境的感知因素也同樣包含三大感知類型： 1. 地理位置。 2. 周圍的基礎建設 ( 如感知無線訊號強弱, 基地台..等. )。 3. 實際環境因素 ( 如感知噪音, 溫度, 氣壓, 光亮...等)。 幾乎所有的情境感知系統皆包含於上述的分類中。如下列情境感知的案例。
- Augmented Reality Kitchen ( Bonanni, et al, 2005 )
在此案例中，作者透過擴增環境 ( augmented environment ) 的方式，增強廚房空間中使 用者對環境資訊的察覺，來輔助使用者在此空間中更容易且方便的察覺原本廚房空間中不易 察覺的資訊，例如將一般危險卻無形的訊息已視覺化的圖形加以顯示提醒使用者該注意的安 全資訊。此案例利用人對顏色光和影像增強環境的互動性，並透過一些暗示性的元素，如 顯 熱水槽 ( HeatSlik )，冷凍庫攝相機 ( FridgeCam )，和 擴增傢俱 ( Augmented Cabinetry ).... 等 ( 圖 15 )，來使廚房的使用更加人本及自然 ( Bonanni, et al, 2005 )。
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21 - Ambient Trigger ( Chen,2006 )
在此案例中，作者嘗試將數位資訊引入實體空間中，轉化為可被觸摸的環境介面，將數 位資訊變成實體環境的一個部分。透過將資訊隱藏於實際的設計環境中，當周圍物件發生變 動時，設計者可透過實體裝置來觸發並改變時體環境的使用狀態及功能 ( Chen,2006 )。作者 透過將資訊結合於空間中空曾空間原本應具備的功能，增加其元素的功能性，使傳統空間能 夠更加智慧 ( 圖 16 )。
2004 年，MIT 多媒體實驗室 ( Media Lab ) 提出常識運算系統 ( computing
commonsense )，並認為每個人都有自己獨特的思考記巧，且這些思考可透過多代理人系統 ( Multi-agents ) 來假設並進行個人化的常識推論。系統透過情境感測了解環境的狀況，如發 生的人、事件與目標…等，建構出個人化的常識運算控制結構。此系統透過人工智慧情境 ( Artifical life scenario ) 的方式模擬並學習人的思考聯結並借由廣泛的知識基礎產生不同的 推論程序，藉以判斷多樣的情境狀況。此系統並定義出六個推論機制並使其互相聯結，其六 個機制分別為： 1. 自我知覺思考 ( Self-conscious thinking )：比較使用者習慣的差別，做出想法間的聯結。 2. 自我反射思考 ( Self-reflective thinking )：建構出使用者實體與認知的知識範圍模型。 3. 反射思考 ( Reflective thinking )：設定可信的推論並選擇適當的呈現。 4. 審慎思考 ( Deliberative thinking )：推斷外部的事件狀況，如預測、計劃、診斷及說明… 等。
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22 5. 回饋式學習 ( Learned reactions )：發生在想法間例外的動作推斷學習。
6. 直覺反應 ( Innate reaction )：對於外部事件或內部想法的常識直覺反應( Singh, et al , 2004 )。 為了讓使用者能夠更直覺的獲得並吸收系統所提供的資訊，架構遍佈式運算及情境感知 的概念知下，環室智能 ( Ambient Intelligence ) 的理論開始被提出。 2. 2. 2 環室環境 在環室智能的定義中，環室( Ambient ) 代表的事將電子儀器及資訊往背景( background ) 移動，而智能 ( Intelligence ) 則是將使用者移往前景 ( Foreground )。他是將資訊嵌入使用者 的周遭環境，並且經由轉化，藉使用者的視覺、聽覺、觸覺等感官知覺，傳達給使用者，並 透過抽象的表現方式來傳達察覺。抽象表現方式的好處包括： 1. 抽象的呈現方式，能夠給予空間中的人一層隱私權的保護。 2. 藉由融入環境、不需要使用者貫注太多注意力的抽象呈現方式，也許較富含媒體 (media-rich)的呈現方式更適合。 3. 不需要太多的頻寬。 4. 讓使用者能夠個人化，便於選擇適合的顯示媒介及不同的配對 ( re-mapping ) 方式 ( Elin RØnby, 1997 )。 而環室智能包含五個重要元素，其各為 1. 嵌入式裝置( Embedded ) 2. 情境感知 ( Context-aware ) 3. 個人化 ( Personalized ) 4. 適應性 ( Adaptive ) 5. 和預期性
( Anticipatory )。前兩項元素是資訊系統融入環境中，建構環室智能環境 ( Ambient
environment ) 的要素，而其他的則是調整此系統適應並回應使用者使其具有”智慧”的要素 ( Aarts, et al. 2003 )。
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2 23 幾點： 1. 應給人印象深刻的 。 2. 應是有效率的 。 3. 應是安全的 。 4. 需要有好的效用。 5. 必須是好學及並好記的。 6. 介面的回應是可見的。 7. 應給予使用者適當的回饋。 8. 應提供簡約 ( constraints ) 的回應。 9. 應提供適當的資訊搭配 ( adequate mapping )。 10. 應提供符合的功能性 ( consistent functionality )。 11. 應是目的導向的 ( target domain )。 12. 設計環室介面應讓使用者能夠融入與參與的 ( participatory ) ( Gross, 2003 )。 而當環室智慧的理論被提出後，許多的案例也開始將此理論應用於其研究中，例如底下 這些智慧空間的研究：
- i-land ( Streitz, et al,1999 )
i-land 在遍佈式運算的理念下，提出一個未來工作空間的遠景。在此空間中，資訊與空 間傢俱密切整合，透過其所設計的嵌入式的資訊傢俱，互動牆面( DynaWall )、互動桌面 ( InteracTable )、和 資訊座椅 ( CommChair ) ( 圖 17 )，資訊可以相互同步傳遞，而讓使用者 能夠更自然的在此空間中以簡易的操作進行資訊的互相傳遞，。 透過此環境，研究者期望達到四個目標：1. 整合虛擬資訊與實質建築空間 2. 提供一個 創新的團隊溝通空間 3. 整合應用擴增實境與遍佈運算的概念 4. 提出目前工作團隊的經驗， 達到對未來的期望。透過這四點想法，所有工作環境的週遭都是通往資訊的介面，藉由互動 式電子牆，互動桌面等形式呈現 ( Streitz, et al,1999 )。
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2
24 - Ambient Agoras ( Prante et al., 2003 )
Ambient Agoras 將環室運算介面透過 InfoRiver、SIAM、HelloWall三樣傢俱元素創造出 新型態資訊傳遞的可能性 ( Prante et al., 2003 )。他們嘗試將實體元素與建築空間成為一組織 內資訊交流、合作與社交的介面，而在 HelloWall 的操控上，透過環室感知的裝置 ( Ambient Device )，使用者可以透過個人隨身的裝置，和 Hello Wall 互動，並給予其個人化的資訊及 留言機制，且所呈現的資訊會隨這使用者與其距離的不同而呈現出不同的資訊，如下 圖 18 ( Prante,, et al, 2003 )。
- Interactive Public Ambient Display ( Vogel et al, 2004 )
Interactive Public Ambient Display 藉由手勢操作介面並依循使用者距離的不同，使用者的 互動模式也有所不同，藉由分析環視顯示裝置的設計原則，依照距離將互動方式分成 ambient display、implicit interaction、subtle interaction、personal interaction 四種不同的模式 ( Vogel et al, 2004 ) ( 圖 19 )。
圖 17 i-land ( Streitz, et al,1999 )
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 2 25 總結上述案例及理論基礎，我們可以得知智慧空間、電腦輔助設計及人機介面領域的發 展，透過上述智慧空間及電腦輔助設計的案例，我們可以發現現今的研究中，大部分的案例 皆以輔助設計者設計流程中設計發想，早期設計或設計繪圖的階段為主，鮮少出現以輔助設 計者資訊搜集階段為重點的研究出現。因此，本研究將藉由上述各領域的理論為原則，參考 上述案例中常用的資訊顯示方式及介面操控模式來發展出一輔助設計者資訊搜集階段的智 慧空間系統原型。
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 26
分析與設計
3
3. 1
資料搜集行為
本研究經由拍攝設計者完整設計流程影片的觀察及訪談，分析設計者在設計期間資料檢 索與彙整的行為，透過接下來章節中的整理和先前研究中所描述的基本理論，作為實作出系 統原形的依據。3. 1. 1
觀察樣本 我們將觀察受測者的背景限定為設計背景的使用者，並取了兩個樣本範例做為觀察的依 據。此兩個使用者的學習背景資料為： 1. 使用者 A 背景：建築碩士研究生，專長建築設計，平常的設計工作主要以建築設 計類為主，熟習電腦操作，以使用書籍為主，電腦為輔的方式搜尋設計所需資料， 且以傳統設計工具 ( 如描圖紙、筆…等 ) 做為設計時使用的工具。 使用空間：如 圖 20 (1)，為使用者慣用的設計工作環境，其空間內工作所需工具 包含電腦，書櫃，工作桌，工作椅，貼圖牆面 和 印表機。 2. 使用者 B 背景：建築碩士研究生，專長視覺設計，平常的設計工作以平面設計類 為主，熟習電腦操作，以使用電腦為主，印刷物為輔的方式搜尋設計所需資料， 且以電腦做為設計時使用的工具。 使用空間：如 圖 20 (2)，為使用者慣用的設計工作環境，其空間內工作所需工具
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 27 包含電腦，書櫃，貼圖版，工作桌，工作椅，文件置放櫃，掃描機 和 印表機。 我們將觀察所得到的論點分為 空間、資訊與行為，探討三者之間的關聯性，並將此關 聯性透過以下 1. 資訊與行為分析 2. 空間與行為的關係 兩個章節做出說明，期待能做出一 個更貼近設計者在資訊檢索與處理階段時所需的智慧型設計工作環境原型。
3. 1. 2
資訊與行為分析1989 年，Marcia J.Bates 提出一名為採草莓 ( Berrypicking ) 的資訊搜集行為模型。此 模型提出，資料搜索的過程是反覆與互動的；在資訊搜尋的過程中，隨著使用者與資訊、搜 尋系統的互動，查詢的方式和資訊需求本身也會隨之變化，而適切的文件就像草莓園中的草 莓，散布在資訊蒐集場所 ( 如搜尋引擎、資料庫…等 ) 中，使用者必須依照其變化的搜尋 策略，不斷的在搜尋的模式及瀏覽的模式中切換，靠此方式尋找才能出最適切的資料幫助其 做進一步的思考。而其依循的策略包括 : 追尋註腳提供的參考資源、範圍掃描、搜尋引用 文章、搜尋主題和作者…等。其模型如下圖 21 所示 : 圖 20 1. 受測者 A 及其工作環境 2. 受測者 B 及其工作環境
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本研究透過觀察設計者在實體資訊 ( 例如書集，文件…等 ) 和數位資訊 ( 例如如網路、 檔案…等 ) 的檢索及彙整行為 ( Information Retrieval and Organization ， 以下簡稱 IRO )， 基於上述的搜集行為模型，將 IRO 的過程歸納為 搜尋 ( Search )、分析 ( Analysis )、記錄 ( Record ) 及 使用 ( Use ) 四種 IRO 的操作行為。設計者透過分析資料，思考產生的資訊搜 尋策略變化，做為查詢的依據，在實體資訊蒐集場所及數位資訊蒐集場所中搜尋所需的資料 開始分析，並透過各種的記錄方式，將搜尋後分析所需及適切的資料加以記錄，以便幫助設 計者作為日後激發設計想法的資訊，當搜尋完畢，設計者使用其記錄的資訊做為設計階段輔 助或參考的工具。我們將觀察設計者 A、B 的 IRO 流程整理如下 圖 22 所示。 搜尋 ( Search ) : 透過此動作，將散布於資訊蒐集場所的相關資料彙整，做初步的篩選。 分析 ( Analysis ) : 將查詢後搜尋出的資訊透過設計者本身的思考及篩選，選取出所需的資 訊。 記錄 ( Record ) : 透過各種工具 ( 如貼紙、布告欄、資料夾…等 )，將資料以設計者容易取 得及閱讀的方式做出標記或儲存。 使用 ( Use )：以各種可能的方式將記錄過的資訊當作輔助或刺激設計發想的媒材，做為設計 階段的工具使用。 = 資訊 Q = 查詢 T = 思考 E = 離開 圖 21 Berrypicking 資訊搜尋行為模型
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 29 本研究將設計者在 IRO 過程中各種出現的行為所使用的操作方式、空間中設計者所使 用的工具及資訊呈現的媒介，和先前提出的四種 IRO 的行為做出整理，將結果整理如 表 1 所示： 行 為 分 類 操作方式 使用工具 資訊 呈現 媒材 書 櫃 文 件 櫃 工 作 桌 螢 幕 鍵 盤 滑 鼠 牆 面 貼 圖 版 印 表 機 掃 描 器 筆 便 利 貼 圖 釘 膠 帶 搜 尋 觀看書櫃 書本 觀看文件櫃 紙張 將書籍取出置 於桌面 書本 將文件取出置 於桌面 紙張 在搜尋引擎及 電腦中輸入關 鍵字 網頁 檔案 分 析 閱讀書籍、文件 書籍 紙張 將書籍、文件置 於桌面一旁 書籍 紙張 圖 22 設計者 IRO 流程與採草莓模型關聯性觀察 S = 搜尋 A = 分析 R = 記錄 U = 使用
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 30 分 析 將書籍收回書 櫃 書籍 將文件放回文 件櫃 紙張 閱讀網頁、檔案 網頁 檔案 將網頁、檔案最 小化 網頁 檔案 將網頁、檔案關 閉 網頁 檔案 記 錄 將書籍，文件做 出標記 書本 紙張 將書籍、文件寫 出標記 書本 紙張 將書籍、文件列 印張貼於牆上 紙張 將書籍、文件列 印張貼於貼圖 版 紙張 將網頁、檔案列 印張貼於牆上 紙張 將網頁、檔案列 印張貼於貼圖 版 紙張 將書籍，文件掃 描 檔案 將網頁、檔案存 檔 檔案 使 用 觀看牆面 紙張 觀看貼圖版 紙張 將貼圖板文件 拆下置於桌面 翻閱 紙張
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 31 透過上表可以發現雖然 IRO 的過程雖然相同，但卻需要設計者自行在不同的操作工具 中做出相同目的的搜尋行為，才能找出存在相關的數位和實體資訊，例如設計者在做資料查 詢時，需要從書櫃及文件櫃內搜尋書籍及文件等實體資料，但卻必須再從網路搜尋引擎以相 同的策略才得以尋求到網頁、檔案…等數位資訊，並不能夠使用相同的操作就能夠搜尋到兩 種類型的資訊；在處理及彙整資訊時也必須透過各種的呈現媒材將數位及實體資訊當作不同 類型的個體，透過不同的操作行為來做處理比較，如設計者必須在桌面上翻閱書籍但卻必藉 由電腦螢幕才能閱讀網頁，對設計者來說並不是直接且有效率的操作方式；且在記錄資訊方 式的差異會使設計者必須將想要參考的資訊分散記錄於不同的位置，如記錄於書籍、文件內 ( 做出標記或是貼上便利貼…等 )，將網頁記錄於網頁瀏覽器 ( 如Internet Explorer、firefox… 等 ) 的我的最愛資料夾欄位中，或是以檔案形式記錄於設計者指定的檔案資料夾內，此種 記錄方式設計者必須自行將數位資訊的存檔位置或實體資訊擺放位置記牢，以方便日後對此 資訊的使用。此種需增加設計者額外的負擔去記憶儲存資訊位置的方式，對於設計者來說， 並不是一個好的資訊記錄方法；而若設計者欲將資訊記錄於同一位置，例如將各種資訊記錄 於貼圖版或牆面上時，則須將資訊列印後，才能將此資訊張貼，或是將書籍內容掃描記錄於 個人電腦中，對於使用者來說卻是多了一個不必要的步驟，造成使用者的不方便。且因為數 位資訊記錄位置分散的原因，造成使用者在使用資訊時，會因為忘了記錄的位置而無法有效 的利用搜尋出的結果，例如將檔案存取後，但卻忘了檔案的存檔位置與檔名，而發生找不到 想使用的資訊的困境。整個在設計者對資訊搜尋、分析記錄及使用時所採用的操作流程，對 使 用 將牆面文件拆 下置於桌面翻 閱 紙張 開啟檔案將其 置於設計圖面 檔案中 檔案 開啟記錄網 頁、檔案 網頁 檔案 表 1 IRO 操作行為分析表
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 32 於設計者而言多了許多增加使用者操作負荷且繁瑣的步驟，並不是一個有效率的 IRO 操作 行為。
3. 1. 3
空間與行為的關係 在一般的辦公環境中常被使用的傢俱有辦公桌、辦公椅、沙發、檔案櫃、儲物櫃、書櫃… 等，而在設計工作空間中，常被使用的傢俱則有繪圖桌、繪圖椅、繪圖櫃、側桌、圖紙盒、 圖紙存放櫃…等 ( 圖 23 )。 而透過觀察設計者在 IRO 的過程，可以發現空間中的傢俱元素與實體資訊的搜尋、分 析、記錄與使用行為之間的關連。使用者通常會在特定功能的傢俱元素中出現特定的 IRO 操 作行為 ( 圖 24 )。本研究透過觀察 IRO 過程後分析的結果，將實體的空間傢俱元素存在的 功能類型分為資訊的儲存空間 ( Storage Space )、處理空間 ( Working Space ) 及展示空間 ( Presentation Space )。設計者在儲存空間中搜尋所需的資訊，並在處理空間中做出分析與判 斷後，將能夠刺激設計發想或使用的資訊張貼於展示空間中，當需要使用資訊時，則選擇在 處理空間或展示空間中使用其所需的資訊。整個 IRO 的過程就是由重複這樣的流程所構成。智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 33 以下就針對此三樣空間元素做出細部的說明及分析 : 儲存空間 ( Storage Space )： 在此元素中，大量的實體資訊被存放於此。存在此空間元素中 的實體資訊大量但零散，需要設計者藉由本身的需求去尋找出所需要的可能相關之資訊。當 設計者需要尋求任何實體資訊時，皆會由此類型的空間元素中搜尋。 處理空間 ( Working Space )： 設計者透過此空間元素去分析與處理設計者的決策判斷所搜 尋出的大量資訊。使用者會將儲存空間中初步挑選出的資訊先暫時存放於此空間中，藉由透 過設計者的篩選選出需要的實體資訊。此空間的功能就是扮演資訊處理平台角色的空間元 素。 展示空間 ( Presentation Space )： 設計者會將能夠刺激在此設計中發想的必要資訊透過存放 於此空間做為記錄之用。而當設計者欲使用其所記錄資訊時，也會透過觀看此空間的資訊來 達到激發設計靈感的目的。 表 3-2 為設計空間中常見的傢俱與 IRO 行為對照的分析表。此表將這些傢俱透過上述 的功能類型做出分類，並將其與 IRO 流程做出簡單的分析 ： 圖 24 設計者 IRO 流程與使用空間的關聯 S = 儲存空間 W = 處理空間 P = 展示空間
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 34 而數位資訊則透過電腦螢幕的顯示與鍵盤、滑鼠的操控提供設計者分析與操作。設計者 分析資訊需求後，使用鍵盤、滑鼠等操作介面在網路搜尋引擎中輸入分析後所決定的關鍵字， 透過螢幕判斷選取適當的數位資訊並存取此資訊於適當的位置，例如將網頁存檔於電腦中的 文件夾 ( Document ) 內部或是我的最愛連結中，方便日後能夠快速的找出此網頁的資料。 整個數位資訊 IRO 的過程透過數位資訊操作介面 ( 鍵盤，滑鼠 ) 及 顯示介面 ( 螢幕 ) 兩 種數位資訊的控制元素 ( Control Element ) 完成。而當設計者欲將資料轉換型式時，例如將 網頁、檔案資訊列印出來張貼在貼布告欄中，或將書籍資訊掃描變成數位檔案，則透過印表 機及掃描器等資訊的轉化介面 ( Transform Interface ) 做出轉換。 控制元素 ( Control Element )：包含可使使用者能控制並與數位資訊做出互動的操作介面， 如滑鼠、鍵盤、數位筆、數位手套…等，及將數位資訊顯示出來提供使用者閱讀判斷的顯示 工具，如螢幕，投影機等。 轉化介面 ( Transform Interface )：將實體資訊與數位資訊互相轉換的介面工具，設計者能透 過此工具將數位與實體的資訊隨意轉換，此介面常見的工具有印表機、掃描器…等。 傢俱名稱 功能類型 IRO流程 搜尋 分析 記錄 使用 書櫃 儲存 展示 文件櫃 儲存 側桌 儲存 處理 辦公桌 處理 展示 繪圖桌 處理 貼圖版 展示 布告欄 展示 牆 展示 表 2 空間與操作行為分析表
智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 35 由上述的三種實體空間中的功能元素、數位資訊兩種控制元素及資訊轉化介面可構成一 完整的設計工作空間 ( 圖 25 )。
3. 2
情境分析
經過上述的分析，我們得之目前的設計工作環境並不能滿足設計者在 IRO 時的便利性 與有效性。為改善目前的設計工作環境，我們將傳統的使用流程做出分析，並以整合兩種資 訊媒材 IRO 的操作為目標，期待使設計者能夠在此環境系統內有效且便利的找尋出所需要的 資訊內容。 圖 25 各式設計工作空間智慧化設計工作平台 - 輔助設計者進行資訊擷取與彙整 | 3 36
