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本研究主旨在探討光源、觀看角度和螢幕亮度， 對 觀 看 裸 視 立 體 顯 示 器 （ Naked-Stereoscopic 3-Dimensional display, NS3D）之視覺疲勞與主觀偏好 的影響。實驗結果顯示，光源對視覺疲勞 CFF 與主 觀視覺身體不舒適影響顯著。觀看角度對 CFF 變化、 主觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感的影響顯著。當觀 看角度隨著愈偏離正面時（觀看角度為 00，即研究 參與者正對著螢幕），CFF 變化、主觀視覺身體不舒 適與主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。就螢幕亮度而 言，本研究發現螢幕亮度對主觀視覺身體不舒適與主 觀沈浸感的影響顯著。當螢幕亮度愈大，主觀視覺身 體不舒適與主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。 ᙯᔣෟ：裸視立體顯示器、CFF 變化、主觀視覺身體 不舒適、沈浸感1. ݈֏
隨著 3C（Computer, Communication, Consumer Electronics）產品的發展，使得現代人之生活習慣隨 之改變，尤其在 3C 顯示器上的接觸愈加頻繁，譬如 電腦、電腦周邊、數位相機、手機、電子錶、電話、 通訊器材、電視、…等產品之顯示器上，顯示器是人 與 3C 產品的主要介面形式。由於環保與節能減碳是 世界潮流之趨勢，不管在技術或材質上皆有明顯的進 步，琳琅滿目、各式各樣的顯示器充塞整個市場，PDP 和 LCD 已經迅速地取代 CRT 電視。好的顯示器介 面及資訊顯示設計，可以增加更豐富訊息之傳遞和創 造一種更豐富的視覺文化，並減少視覺和認知的負 荷。立體三維（Stereoscopic 3-Dimensional, S3D）顯 示器是現在視覺顯示器之新類型的最熱門的話題。日 本研究機構富士總研預估在 2015 年 3D 立體電視出 貨量可達 8,500 萬台，約佔整體數位電視比例達 47%，甚至到 2020 年可達 1.3 億台的水準，佔整體數 位電視比例達 65% [1]。Futuresource Consulting 研究 分析師 Sam Leech 指出在 2017 年，3DTVs 將佔全球 各地所有電視的 58％，比 2012 年增加 18％的銷售 量。[2] 在很多文獻探討中[3-12]，Tam et al. (2011) [3] 指出當與標準的 2D 電視相比較時，3D 電視的最大 興趣來自於這種立體三維的技術大大提高多媒體節 目之娛樂價值。顯然地，S3D 顯示器和觀看內容的設 計之主要好處是增強深度知覺 [5, 6, 9]，以及觀眾臨 場的感覺 [13, 14] 和更沈浸於顯示內容（例如，電 視，電影院，移動設備，科學視覺化 [15-17]）。許多 研究結果顯示當注視立體影像時，有些觀眾感覺視 覺、眼睛和身體不舒適[3, 18-19]。Berezin（2010）[20] 發現在他的研究中看完立體 3D 影片之後，30％的觀 眾報告眼睛疲勞。Yang et al. (2011) [19] 也發現觀看 同一主題之 2D 和 3D 影像經驗之間的比較，對立體 1 亞東技術學院工業管理系 * 通訊作者：李德松 E-mail：dslee@mail.oit.edu.tw
3D 的觀看也呈現顯著較大的視力模糊的症狀，複 視，噁心，頭暈。當觀看立體影像時，影響視覺不舒 適和疲勞有數個潛在因素。Tam et al. (2011) [3] 將這 些因素分為五類：（a）輻輳調節衝突 [21]，（b）視差 分佈[22, 23]，（c）雙眼不匹配 [23]，（d）深度不一 致[24]，以及（e）感知和認知不一致 [25]。 在顯示器上影響視覺績效和視覺疲勞有很多因 素，譬如：觀看角度、螢幕亮度等。觀看角度為視覺 顯示終端機（Visual Display Terminal, VDT）作業環 境設計的重要考慮因素之一，觀看角度對偏好視距的 影響顯著，視線偏離螢幕正面，影像的扭曲程度增加 (Meister, 1966) [26]，因此視距會變短。此外，一群人 在觀看電視時只能有少數人正對電視螢幕，其它人多 少會與螢幕形成一些偏角，實地調查關於家庭收看電 視節目的平均視角約為 20 度到 60 度之最大水平 (Nathan et al., 1985; Kubota et al., 2006) [27, 28]。偏角 對視覺疲勞與主觀偏好有什麼影響有待進一步的分 析。
螢幕亮度是影響視距的一個重要因素。螢幕亮度 低影像不清楚，觀看距離會縮短。太高的螢幕亮度除 了耗損能源外，也可能形成眩光，使眼睛敏銳度下降 而造成視覺不適。Lee & Huang (2012) [29] 指出螢幕 亮度對偏好視距的影響顯著，偏好視距隨螢幕亮度由 刻度 10 增至刻度 60 而增加，但 60 至 90 有些微下降 的趨勢，螢幕亮度是否對視覺疲勞與主觀偏好有什麼 影響值得探討。
視覺疲勞和視覺身體不舒適的量測有許多方法 可用，Chi and Lin（1998）[30] 研究揭示閃光融合閾 值（Critical Fusion Frequency, CFF）適合作較長期作 業的視覺疲勞評估指標。Li et al.（2004）[31] 指出 CFF 閾值下降，顯示視覺疲勞的增加。相反地，CFF 閾值的增加表示視覺靈敏度的增加。 總之，裸視 S3D 顯示器之視覺疲勞與主觀偏好 有什麼影響的人因工程評估相當地缺乏。當觀看 S3D 影像時，有數個潛在因素(例如，輻輳調節衝突、視 差分佈、雙眼不匹配、深度不一致，以及感知和認知 不一致)影響視覺疲勞和視覺不舒適。除此之外，觀 看人員的特質及以觀看環境特性都必須考量。這些因 素中，光源、觀看角度、螢幕亮度將在本研究中予以 探討。因此，有必要進行更多的實證分析以瞭解觀看 裸視 S3D 顯示器的視覺疲勞和視覺身體不舒適，以 提供使用者、節目內容製作者、節目提供商、廣播電 視、以及研究人員及顯示器製造商指引與建議。
2. ࡁտ͞ڱ
2-1.၁រనࢍ 自變項有三個：（1）光源：有 2 個水準，日光（D65, 6500K）與螢光（TL84, 4000K）。；(2)觀看角度：有 3 個水準，0 度、左 60 度(+60 度)、右 60 度(-60 度)， 如圖 1 所示；（3）亮度：有 3 個水準，控制在 S3D 影像上的刻度 1、刻度 4 和刻度 7，刻度範圍從 1 到 7，數值愈大表示影像亮度愈大。三個因子均為受試 者間設計。 ဦ 1 ៍࠻֎ޘ 因變項有三個：視覺疲勞、主觀視覺身體不舒適 與主觀沈浸感。視覺疲勞：研究參與者實驗前及實驗 後，量測閃光融合閾值（CFF），以前後兩次差異， 作為視覺疲勞指標。主觀視覺身體不舒適評估:研究 參與者在每一期間完成影像觀看之後，以 Yang et al. (2011) [19] 的 15 個題目衡量主觀視覺身體不舒適（(1) 一般來說你有沒有感覺身體更不舒服？(2) 你覺得眼 睛有沒有感覺更累？(3)你覺得眼睛有沒有更疲勞或 抽拉的感覺？(4)你覺得頭很漲，或頭很痛嗎？(5)你 覺得愈加的神誌不清或暈眩嗎？(6)你覺得現在所觀 看的場景更加的模糊嗎？(7)你覺得在場景直觀聚焦上有很困難嗎？(8)你覺得頭暈更嚴重嗎？(9)你看到 的場景有更多的多重影像嗎？(10)你看到的字詞會移 動，跳躍，搖晃，或出現在頁面上的字詞更浮動嗎？ (11)你覺得頸部很酸痛嗎？(12)你有沒有覺得更加疲 倦或昏昏欲睡嗎？(13)你覺得在工作中集中精神很困 難嗎？(14)你覺得清晰地思考很困難嗎？(15)你覺得 記住你曾經看到的很困難嗎？），每題 1-10 分，分數 愈高表示愈疲勞。共有 18 個受試者間處理（2 個光 源Ű3 個觀看角度Ű3 個螢幕亮度），每一個不同的受 試者間處理安排 5 名研究參與者。 主觀沈浸感評估分數：研究參與者在每一期間完 成影像觀看之後，以 Kennedy et al. (1993）[32] 5 項沈浸感問卷，衡量參與者之沈浸感（(1)這部電影在 顯示物體穿越空間的移動是有說服力的。(2) 你有在 電影裡面移動的感覺。(3)在劇情中你涉入的程度？(4) 視覺顯示的品質是否讓你分心或干擾欣賞電影？(5) 你深深涉入電影，使你忘了時間的流失？），每題 1-10 分，分數愈高表示愈有沈浸感。 2-2.ࡁտણᄃ۰ 共 90 位研究參與者參加本實驗，都是大學生。 年齡在 18 到 22 之間(M = 20.0, SD = 1.4)。均沒有色 盲或其他眼疾，其裸視與矯正後視力在 0.8 以上，男 女不拘。在學校的網際網站及佈告欄上張貼公告招募 研究參與者。在研究中所有的參與者簽下書面同意 書。 2-3.၁រጡՄ (1) 視 力 計 與 色 盲 檢 驗 圖 ： 用 Topcon 視 力 計 （Topcon SS-3）來檢查研究參與者的視力， 並以標準色盲檢驗圖檢查研究參與者是否有 色盲。 (2) 實 驗 時 之 光 源 照 度 以 照 明 度 計 （ TOPCON IM-2D）量測之。 (3) 視距以直尺量測。 (4) 資料分析以 SAS 軟體進行。 (5) 以 VeriVide CAC 120-5 照明箱控制光源及照
度 。 並 以 Lafayette Flicker Fusion System 12023A 量測 CFF。
2.4 VDT ̍ү৭
實驗在亞東技術學院工業管理系人因工程實驗 室進行。VDT 工作站的安排，立體 3D 顯示器（Toshiba Qosmio F750 3D notebook, 15.6 inches, 顯示器大 小：345 mm (W)Ű195 mm (H)，解析度：1920Ű1080 dots）置於照明箱，離桌緣 320 mm，以及離地面高 度為 730 mm 的桌面上，S3D 的螢幕角度垂直於桌面 上，座椅高度為 460 mm，研究參與者頭部緊靠著支 撐架控制。實驗室溫度控制在 26 度 C，電視機音量 的大小設定在 55~60 db（離 S3D 之 500 mm 處測量）。 觀看距離固定在離桌緣 1800 mm。環境照明度固定為 250 lx，環境照明在設計之水準±1%內，觀看時間固 定為 40 分鐘，這些尺寸皆固定不變。 2-5.၁រԔ
電影標題為“Pirates of the caribbean on stranger
tides”（刺激材料），影片的顯示格式是藍光 3D，螢 幕解析度設定為 1920Ű1080 點。電影由 Blu-ray Disc Player 軟件播放。 每一名研究參與者都需要進行以下步驟： (1) 檢查視力與色盲。 (2) 觀看電影之前進行測量 CFF。 (3) 坐在可移動的椅子，高 460 mm，並觀看 S3D 顯示器上的電影。 (4) 觀看 40 分鐘的電影。 (5) 完成觀看之後，再進行測量 CFF，每一位研究 參與者並立即回應視覺/身體症狀問卷。
3. ඕڍ̶ژ
表 1 中分別顯示自變數各水準下 CFF 變化 （Hz）、主觀視覺身體不舒適與沈浸感之平均數與標 準差。以下為 CFF 變化、主觀視覺身體不舒適與沈 浸感的變異數分析結果。ܑ 1 ҋតᇴЧͪ˭ CFF ត̼ĞHzğă៍ෛᛇ֗ វ̙නዋᄃՔওຏ̝πӮᇴᇾम 3.1 CFF ត̼ 表 1 中顯示 CFF 變化的平均評估值在光源 D65 與 TL84 上，分別為 -0.07 Hz 與 -1.9 Hz。表 2 CFF 變化變異數分析的結果，光源對 CFF 變化影響顯著 （F(1, 72) = 22.52， p < 0.01）。D65 日光燈的 CFF 變化 小於 TL84 螢光燈，也就是在 D65 日光燈下觀看 3D 影像比 TL84 螢光燈較不疲勞。 表 1 中顯示在觀看角度-60、0 與 60 上之平均 CFF 變化，分別為 -1.94 Hz、0.01 與 -1.03 Hz。表 2 CFF 變化變異數分析的結果，觀看角度對 CFF 變化影響 顯著（F(2, 72) = 8.56， p < 0.01）。 以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 0.94。表 3 LSD 多重檢定結果顯示，隨著觀看角度愈 偏離正面時(觀看角度為 00，即研究參與者正對著螢 幕)，CFF 變化似乎有愈大的趨勢，而觀看角度在正 面時，CFF 變化幾乎趨近於零。CFF 遞減量的增加表 示增加視覺疲勞，以及視覺靈敏度的下降。 ܑ 2 CFF ត̼̝តளᇴ̶ژܑ ܑ 3 LSD кࢦᑭؠܑ 3.2 ៍ෛᛇ֗វ̙නዋ 表 1 中主觀視覺身體不舒適之平均評估值在在 光源 D65 與 TL84 上，分別為 66.93 與 90.29。表 4 主 觀視覺身體不舒適變異數分析結果顯示，光源對主觀 視覺身體不舒適影響顯著（F(1, 72) = 23.81， p < 0.01）。TL84 之主觀視覺身體不舒適平均評估值高於 D65 之主觀視覺身體不舒適平均評估值。 表 2 中顯示在觀看角度-60、0、60 上之主觀視覺 身體不舒適之平均評估值，分別為 84.47、67.03 和 84.33，觀看角度對主觀視覺身體不舒適影響顯著（F(2, 72) = 5.85, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間的 臨界差異值為 11.69。表 3 LSD 多重檢定結果顯示， 隨著觀看角度愈偏離正面時（觀看角度為 00，即研究 參與者正對著螢幕），主觀視覺身體不舒適似乎有愈 大的趨勢。 ܑ 4 ៍ෛᛇ֗វ̙නዋ̝តளᇴ̶ژܑ 表 1 中顯示在螢幕亮度 1、4、7 上之主觀視覺 身體不舒適之平均評估值，分別為 67.47、79.47 和 88.90。表 4 主觀視覺身體不舒適之變異數分析結果 顯示，螢幕亮度對主觀視覺身體不舒適影響顯著（F(2, 72) = 6.72, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間的 臨界差異值為 11.69。表 4 LSD 多重檢定結果顯示，
當螢幕亮度在刻度 4 與刻度 7 之間時，主觀視覺身體 不舒適似乎無顯著地差異。 3.3 ៍Քওຏ 表 1 中主觀沈浸感平均評估值在光源 D65 與 TL84 上，分別為 34.67 與 34.82。主觀沈浸感變異數 分析的結果，光源對主觀沈浸感影響不顯著。也就是 在這兩種光源下之統計上的主觀沈浸感沒有什麼差 異。 表 2 中顯示在觀看角度-60、0、60 上之主觀沈浸 感之平均評估值，分別為 37.63、31.53 和 35.07，觀 看角度對主觀沈浸感影響顯著（F(2, 72) = 5.06, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 3.84。表 3 LSD 多重檢定結果顯示，隨著觀看角度愈 向右偏離正面時（觀看角度為 00，即研究參與者正對 著螢幕），主觀視覺身體不舒適似乎有愈大的趨勢。 表 1 中顯示在螢幕亮度 1、4、7 上之主觀沈浸 感之平均評估值，分別為 30.77、35.70 和 37.77。表 5 主觀沈浸感之變異數分析結果顯示，螢幕亮度對主 觀沈浸感影響顯著（F(2, 72) = 6.98, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 3.84。表 3 LSD 多重檢定結果顯示，當螢幕亮度在刻度 4 與刻度 7 之 間時，主觀主觀沈浸感似乎無顯著地差異。 ܑ 5 ៍Քওຏ̝តளᇴ̶ژܑ
4. ኢᄃඕኢ
本研究的主要目的在探討光源、觀看角度和螢幕 亮度對觀看裸視立體 3D 顯示器之視覺疲勞與主觀偏 好的影響。 就光源而言，本研究發現在 D65 與 TL84 下觀看 3D 電影之視覺疲勞 CFF 與主觀視覺身體不舒適有顯 著地差異，似乎在一般 D65 日光燈下較 TL84 螢光燈 觀看 3D 電影為適宜。但是就主觀沈浸感而言，兩種 光源似乎沒有什麼差異。Lee et al. (2011) [33] 研究指 出在電子紙顯示器上（Electronic Paper Displays），光 源對 CFF 與主觀視覺疲勞沒有顯著地影響，可能是 因為顯示器的材質不一樣。 就觀看角度而言，本研究發現觀看角度對 CFF 變化、主觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感的影響顯 著。當觀看角度隨著愈偏離正面時，CFF 變化量、主 觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。 就螢幕亮度而言，本研究發現螢幕亮度對主觀視 覺身體不舒適與主觀沈浸感的影響顯著。當螢幕亮度 增加時，主觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感似乎有愈 大的趨勢。 當然已有許多文獻指出 S3D 顯示器和觀看內容 的設計之主要好處是增強深度知覺 [5, 6, 9]，以及觀 眾臨場的感覺 [14, 15] 和更沈浸於顯示內容(例如， 電視，電影院，移動設備，科學視覺化 [16-18])。 本研究的結果可以作為消費者在觀看 NS3D 時 之注意事項，以及製造廠商之設計指引。ᄫᔁ
本研究由國科會計畫 NSC 102 - 2221 - E - 161 - 009 補助，特此致謝。ણ҂͛ᚥ
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EFFECTS OF light source, viewing angle AND SCREEN LUMINANCE ON
visual fatigue and subjective preferences IN Naked-STEREOSCOPIC
3-DIMENSIONAL DISPLAY
Der-Song Lee
1,*Ya-Hsien Ko
1ABSTRACT
This study explored the effect of light source, viewing angle and screen luminance on visual fatigue and subjective preferences in naked-stereoscopic 3-dimensional display (NS3D). Light source had significant effects on change of critical flicker fusion (CFF), subjective visual and physical discomfort. Viewing angle had significant effects on CFF change, subjective visual and physical discomfort, and subjective sense of immersion. Viewing angle also correlated significantly with CFF change, subjective visual and physical discomfort, and subjective sense of immersion. The more deflected from direct frontal view, the higher the CFF change, subjective visual and physical discomfort, and subjective sense of immersion seemed to be. Screen luminance had significant effects on subjective sense of immersion, subjective visual and physical discomfort. As luminance increased, the greater the subjective sense of immersion, subjective visual and physical discomfort increment became.
Keywords: Naked-stereoscopic 3-dimensional (NS3D); CFF change; Subjective visual and physical discomfort;
Subjective sense of immersion.
1
Department of Industrial Management, Oriental Institute of Technology *
Correspondence author: Der-Song Lee E-mail：dslee@mail.oit.edu.tw
