Skyfie+:空中自拍 App 設計與研究 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學數位內容碩士學位學程. Master’s Program inDigital Contents and Technologies National Chengchi University. 碩士論文. Master’s Thesis. 立. 政治大. ‧ 國. 學 ‧. Skyfie+：空中自拍 App 設計與研究. er. io. sit. y. Nat. n. al. i n U. Ch en 研究生：陳暐傑 gchi. v. 指導教授：余能豪陶亞倫. 中華民國一百零七年七月 July 2018. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(2) 摘要. 多軸空拍機問世，空拍機的快速發展讓應用越來越多元，能夠預期未來空拍的應用會越來越普及，空拍機自拍的應用上，比起過往的自拍棒或是自身手臂，空拍機打破角度、距離的限制拍出更多豐富的照片，然而現今在自拍的情境下，空拍機常見的操作是複雜並附有門檻的，對. 政治大於空拍機要有一定的熟練程度，才能輕易拍出使用者所要的照片。立. ‧ 國. 學. 本研究針對過去對於空拍機操作方法之觀察，歸納傳統操作方式的. ‧. 問題，依照過去操作行為之研究討論優勢與限制。提出畫面調整模式. sit. y. Nat. （viewpoint adjustment），讓使用者能在使用空拍機畫面微調階段更快. er. io. 速直覺完成構圖。結合 Skyfie 系統的直接指向（direct pointing）提出新. n. a. v. l C 系統 Skyfie+，於戶外場域中進行使用者測試，評估系統互動操作之優 ni. hengchi U. 劣，測試結果顯示自拍任務中比起傳統操作方法更易於使用。最終更進一步將 Skyfie+帶至觀光景點邀請遊客自由自拍並觀察其使用，發現對於沒有使用空拍機經驗的遊客，也能快速達成自拍目的並符合使用者對於空間中的認知，本研究也提出了一些未來能夠改進的方向。. 關鍵字：多軸空拍機、自拍、互動模式、畫面視角操作. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(3) Abstract. As the launch of multirotor drone leads to the rapid development of diverse usages of drone, the popularization of personal flying bots in future is definitely expected. Comparing to selfie sticks and human arms, drones break the limit of angles and distance which allows us to take various pictures in various ways. Therefore, taking selfies with a drone is still complicated and. 政治大. skill-required due to the general operations of the device itself. The user will. 立. need to reach a skilled level to take the pictures they want.. 學. ‧ 國. This study is aimed to observe the operation method of drones in the past, summarize the problem of the traditional operation methods, and discuss the. ‧. advantages and limitations according to the past research of the operational. sit. y. Nat. behavior.. er. io. The “Viewpoint adjustment” function allows users to compose more. n. a l framing the picture with quickly and intuitively when i v a drone. Combined. n U h i evaluation of the interactional n g c the with the direct pointing system ofeSkyfie,. Ch. system from outdoor user testing proves that the new system “Skyfie+” is more handier than the traditional approach. In the last step, we bring Skyfie+ to tourist attractions and invite visitors to take a selfie and observe their usage of the device. We found out that even those without experience using drones can take selfie quickly and correspond to the perception of space.. This study also points out some directions of future improvements.. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(4) Keyword: drone; interaction techniques; selfie;. 立. 政治大. ‧ 國. 學. Nat. y. ‧. n. Ch. engchi. er. io. al. sit. i n U. v. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(5) . 目錄. 第1章. 緒論 ............................................................................................................................................... 1. 1.1 研究背景與動機 .............................................................................................................................................. 1 1.1.1 傳統操作方法與限制 .......................................................................................................................... 1. 政治大第 2 章文獻探討 ....................................................................................................................................... 4 立 1.2 研究目的 ........................................................................................................................................................... 3. 2.1 自拍行為心智模型 ........................................................................................................................................ 5. ‧ 國. 學. 2.1.1 空拍機中心操作（Drone-Centric Method） .......................................................................... 5 2.1.2 世界中心操作（World-Centric Method） ................................................................................ 7. ‧. 2.1.3 使用者中心操作（User-Centric Method） ............................................................................ 9 2.2 模板構圖(Template Composition) ................................................................................................... 11. sit. y. Nat. 2.3 小結 ................................................................................................................................................................. 14. 第三章系統設計 .................................................................................................................................... 16. io. al. er. 3.1 互動設計 ........................................................................................................................................................ 17. n. v i n Ch 3.3 前測 ................................................................................................................................................................. 19 engchi U 3.3.1 測試目的與環境設置 ........................................................................................................................ 20 3.2 畫面調整模式（Viewpoint Adjustment） ..................................................................................... 18. 3.3.2 測試流程 ............................................................................................................................................... 20 3.3.3 任務設置 ............................................................................................................................................... 21 3.3.4 受測者資訊 ................................................................................................................................................. 22 3.3.5 測試結果與討論 ................................................................................................................................. 23 3.4 畫面調整模式（Viewpoint Adjustment）實作 ........................................................................... 25 3.4.1 空拍機裝置與操作方式 .................................................................................................................. 25 3.4.2 App 介面 ................................................................................................................................................ 26 3.5 小結 ................................................................................................................................................................. 27. 第四章使用者測試................................................................................................................................ 28 4.1 戶外場域實機測試 ...................................................................................................................................... 28 4.1.1 實驗目的與設置 .................................................................................................................................. 28 4.1.2 測試流程 ................................................................................................................................................ 29. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(6) 4.1.3 任務設置 ................................................................................................................................................ 30 4.1.4 受測者資訊............................................................................................................................................ 30 4.1.5 測試結果與討論 .................................................................................................................................. 31 4.1.6 小結 .......................................................................................................................................................... 34 4.2 觀光景點實地測試 ..................................................................................................................................... 35 4.2.1 測試目的與設置 ................................................................................................................................. 35 4.2.2 測試流程 ................................................................................................................................................ 35 4.2.4 受測者資訊............................................................................................................................................ 36 4.2.5 測試結果與討論 .................................................................................................................................. 36 4.3 小結 ................................................................................................................................................................... 41. 第五章結論 .............................................................................................................................................. 42. 政治大 5.2 研究限制與展望 ........................................................................................................................................... 43 立. 5.1 研究貢獻 ......................................................................................................................................................... 42. 參考文獻 ..................................................................................................................................................... 45. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(7) 圖目錄. 圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖. 1 以美國手為例傳統遙控操作方法對應說明.............................................................. 2 2KinecDrone （Ikeuchi,2014） .................................................................................... 6 3Flying Buddy2............................................................................................................. 7 4 史丹佛大學開發出路線規劃工具（史丹佛大學官方網站）.................................. 8 5Xpose ............................................................................................................................ 9 6DJI Spark 手勢辨識操作（大疆官方網站） ........................................................ 10 7Obaid 提出十二種操作無人機手勢 ......................................................................... 11 8 Pfeil 提出的 Throne Mode 由左至右為滯空靜止、前後移動、左右移動、左右轉動、上下高度移動（Pfiel, 2013） ....................................................................... 11 9Chyi-Yeu Lin 人體影像辨識模板構圖 ..................................................................... 12 10 即時模板構圖指令左：Javier（2017）右：Fleureau（2016） ...................... 12 11Hexo+ 鏡位設定介面 .............................................................................................. 13 12 Flying Sports Assistant（Higuchi , 2011） ............................................................. 14 13 Skyfie 操作方法（劉康平, 2017） ........................................................................ 17 14 調整畫面對照空拍機移動（本研究整理）......................................................... 19 15 前測實驗流程（本研究整理）.............................................................................. 20 16 實驗介面（本研究整理）................................................................................... 23 17 任務完成時間（本研究整理）.............................................................................. 24 18 問卷結果（本研究整理）...................................................................................... 25. 圖圖圖圖圖圖圖. 19 系統 UI（本研究整理）......................................................................................... 27 20 前測實驗流程（本研究整理）.............................................................................. 29 21 左：任務題目右：受測者模仿構圖的照片（本研究整理）............................ 31 22 自由空拍階段作品（本研究整理）...................................................................... 34 23 觀光景點測試流程（本研究整理）...................................................................... 36 24 心智負荷結果（本研究整理）.............................................................................. 38 25 使用者自拍作品（本研究整理）......................................................................... 40. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. io. sit. y. Nat. n. al. er. 圖圖圖圖圖圖圖圖. Ch. engchi. i n U. v. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(8) 第1章. 緒論. 1.1 研究背景與動機. 近年來，空拍機迅速發展，普及率慢慢提升，空拍機應用除了遠景的拍攝，也被運用於人物自拍，比起過往使用手臂或自拍棒的自拍方法，空拍機的的自拍，打. 政治大. 破自拍時的距離限制、角度、地形等拍攝限制，提升了自拍構圖的豐富性，從過去. 立. 的 Lily Camera、AirSelfie 募資計畫，到去年 DJI 推出 Spark 與今年推出 Marvic. ‧ 國. 學. Air，許多空拍機廠牌也開始發展自拍用的小型空拍機，可以預見未來的世界中，自拍型的空拍機會越來越多且攜帶方便的情況下，成為大眾都能擁有的隨身攝影工. ‧. 具。不過在現今既有的空拍機操作，對於不熟練的使用者有一定的門檻需要學習與. y. Nat. sit. 練習，才能有效率且有效的為自己拍照。本節將分別對現今常見的空拍機操作與人. n. al. er. io. 們自拍時直觀的行為做觀察與探討。. Ch. 1.1.1 傳統操作方法與限制e n g c h i. i n U. v. 觀察現今最常見的操作方法為RemoteControl，通常這種操作方法都會搭載實體的遙控器，或者是將它虛擬化變成APP放置於手機上做操作，兩支搖桿控制的方法可以分為控制空拍機的前後飛行（Pitch）、左右飛行（Roll）、上下飛行（Throttle）與空拍機的左右旋轉（Yaw），空拍機鏡頭上的畫面回傳至手機上的 APP提供使用者隨時監控，使用者也可以以空拍機的視角進行操作。. 1. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(9) 圖 1 以美國手為例傳統遙控操作方法對應說明（來源：左 DJI官方操作手冊右le Blog studio SPORT）. 政治大. RemoteControl的操作方法，使用者在使用時，必須時時刻刻記憶空拍機移動. 立. 與遙控器上相對應的搖桿，在移動空拍機時容易搞混兩邊搖桿對應空拍機移動的功. ‧ 國. 學. 能，加上有日本手與美國手的差異，對使用者造成認知負擔，必須在多次練習與操. ‧. 作中克服。當空拍機機頭與自身面向並非相同方向時，操作容易造成空間方向混亂，以自拍情境來說，空拍機鏡頭與機頭都是面對著使用者，這時使用者看著空拍. y. Nat. io. sit. 機操作時很有可能將左右與前後方向的操作搞混。除了空拍機的操控，構圖調整也. n. al. er. 佔自拍很重要的比例，使用者在看著空拍機與畫面之間來回切換操作時，也容易造. Ch. i n U. v. 成空間方向混亂。DJI在2017年推出的Spark搭載了一項新科技，利用空拍機鏡頭辨. engchi. 識手勢，以鏡頭辨識手部位置後跟隨移動，用不同手勢可以做到拍照與控制空拍機與自身的距離，但是在自拍時，手應該是畫面中Pose的一部份，而非遙控器控制飛機。在這個模式中，因為辨識畫面的距離有限，使得空拍機限制於一定的距離與高度，犧牲了空拍機能夠更豐富構圖的優勢，加上戶外影像辨識也容易受環境影響，手勢辨識並非最理想的操作方法。基於目前市面上有的操作方法與過去的空拍機操作研究，本研究重新思考如何控制空拍機，才能有效且直覺的操控空拍機完成自拍，減輕使用者的認知負擔與空間方向的認知錯亂，簡化現有RemoteControl的配置，讓使用者可以更快速簡單的完成自拍，達到空拍機自拍在構圖上更豐富的優勢。. 2. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(10) 1.2 研究目的. 總結本章，現今社會下，多軸空拍機越來越流行且普遍，加上網路平台的發達，網路上的影像創作者越來越多，帶起許多消費者為了讓自身影像作品能夠更豐富，開始投入多軸空拍機的市場，在這股熱潮中，各家廠商也瞄準此商機，推陳出新不同款式功能與主打不同客群的機種，近年主打自拍型的機種開始變多，從募資到大廠都有。本研究發現，一般常見的操作方法，仍舊是使用雙類比的操作方法，. 政治大飛行競賽時非常適合，但在注重操作及拍攝畫面的自拍任務情境中，並無法讓任務立加上它能夠利用不同的推量使得多軸空拍機有不同的速度，此種方法在特技飛行與. ‧ 國. 學. 達成快速簡單。自拍者的需求透由過去研究的心智模型，本研究瞭解需以使用者自身為中心擺放相機位置與利用畫面更快速微調構圖，但這些需求在傳統雙類比的操. ‧. 作方法中，因為需要同時切換看空拍機與回傳的畫面，還有當空拍機機頭方向並非. sit. y. Nat. 與自拍者的面向一致時，容易造成自拍者在操作時方向錯亂，這些因素都會增加自. io. er. 拍者完成自拍任務的困難度。. al. 本研究將以目前既有的商品與過去所做過的研究，探討能否更有效幫助自拍. n. v i n Ch 者完成需求，並且更加簡化限縮既有的方法，使得操作更佳的簡單直覺，欲達到的 engchi U 研究目的： 1.簡化現有的操作方法，當自拍者需要思考構圖時，減輕自拍者同時需要記憶遙控器操作方法與空間中空拍機飛行位置的認知，讓自拍者能夠將心力都花在如何自拍出自己最想要的構圖。 2.提出新操作方法，使得對於多軸空拍機不同經驗的自拍者，能夠在有限的電池容量內，快速有效使用空拍機完成自拍需求，拍出更多豐富構圖的照片。. 3. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(11) 第 2 章文獻探討. 由第一章了解現今最常見的空拍機操作方法是使用虛擬或是實體的搖桿，而此方法在自拍情境中會遇到最常見的困難有三種：. 立. 空拍機的類比搖桿複雜，使用者開始思考空拍機要如何拍出更豐富的構. 學. 圖. ‧ 國. 1.. 政治大. 時，容易出現遺忘並且混淆的情況發生，增加自拍者的記憶負擔。. ‧. 2.. 在操作空拍機時，空拍機機頭方向與自身方向不同時，造成空間方向混. Nat. sit. y. 亂。 . al. n. 不易。. er. io. 3. 同時需要切換螢幕畫面與空拍機的視角下，易發生空間混淆，導致操作上. Ch. engchi. i n U. v. 本章將依據陳建方（2016）提出的自拍行為心智模型，歸納與整理過往不同於現今常見類比操作的研究與商品，分為兩類：定位階段（Positioning）操作、畫面調整階段（Framing）操作，並將定位階段再分為三大類型操作：空拍機中心操作（Drone-Centric Method）、世界中心操作（World-Centric Method）、使用者中心操作（User-Centric Method），畫面調整階段提出一大類型操作：模板構圖，分析並討論，之後作為第三章互動設計的重要參考。. . 4. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(12) 2.1 自拍行為心智模型. 過去有對多軸空拍機於自拍情境中操作之研究，陳建方在其研究中深度訪談與經驗觀察，瞭解大多數自拍者於自拍情境中的行為模式（陳建方，2016），做出歸納與整理後，發現自拍者在自拍行為中，有兩階段的策略： 1.定位階段 ( Positioning ) 自拍者會先環顧四周環境，確認想要的拍攝物與自身關係後，以自己為出發. 政治大. 點，. 立. 將相機擺放至相對應的距離位置（Positioning），這時的拍攝的畫面都只是呈. ‧ 國. 學. 現自拍者心中大致的構圖。 2.畫面調整階段 ( Framing ). ‧. 有了大致上的構圖是不夠的，在確認拍照前，自拍者會透由相機即時呈現的畫. y. Nat. al. n. er. io. 小，在整個過程之中，鏡頭會永遠面向自己。. sit. 面作出發，透由移動相機畫面細微的調整，將大致上的構圖做出移動與放大縮. i n U. Ch. v. e n g c h i Method） 2.1.1 空拍機中心操作（Drone-Centric. 本研究將空拍機中心操作（Drone-Centric Method）定義為以空拍機為中心出發，即時自然的操控空拍機，這種方法讓使用者就好像坐在空拍機之中，駕駛著空拍機做移動飛機。過去的研究之中，Sanna 提出了一種透過手勢與身體代替實體遙控器操作空拍機的方法，利用 Kinect 偵測身體的變化判斷手勢達到空拍機不同的動作，左右手的舉起放下平舉與身體的傾斜對應於不同操作（Sanna,2013）。Pfeil 也利用 Kinect 偵測身體的擺動，使用者需要張開雙手就像模仿一隻鳥飛行一樣，無人機會順著. 5. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(13) Kinect 偵測到使用者身體擺動執行動作，就像使用者坐進駕駛艙操作一樣（Pfeil , 2013）。過去也有使用頭戴式顯示器加上 Kinect 來操控無人機的方法，無人機即時回傳畫面至頭戴顯示器，讓使用就像在無人機中一樣（Ikeuchi , 2014）。這些方法讓使用者自身想像自己為一台無人機，以身體部位操控無人機非常富有趣味，但是當情境是自拍時，使用者無法快速觀察周遭環境思考思考照片的構圖，當到戶外時 Kinect 也容易受到戶外環境影響偵測。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. i n U. v. 圖 2KinecDrone （Ikeuchi,2014）. Ch. engchi. 右上：整體外觀右下：VR 回傳畫面左：飛行指令與動作. 除了利用身體姿勢與手勢操作無人機外，也有利用追蹤使用者眼球凝視來操控無人機，使用者透由螢幕觀看無人機回傳的畫面，當眼睛凝視螢幕不同位置時，無人機將接受到凝視位置訊號移動（Hansen, 2014）。Flying Buddy2 系統使用大腦思考指令的腦電波，透過 WIFI 與藍芽傳遞操控訊號操控空拍機飛行，再透過眨眼進行拍照（Yipeng Yu , 2012）。本研究認為這些操作方法，使得大腦在自拍情境時，增加許多負擔，當使用者需要同時思考構圖時，又必須同時專注於如何下指令於無. 6. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(14) 人機，容易在思考構圖與下指令間迷失方向，無法達成本研究的研究目的：簡化操作並減輕認知負擔。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. Nat. er. io. sit. y. 圖 3Flying Buddy2 左上：使用者戴上腦波儀右上：無人機回傳畫面下：腦波指令與配對. al. n. v i n Ch U ） 2.1.2 世界中心操作（World-Centric e n g c h iMethod 本研究將世界中心操作（Worid-Centic Method）定義為從第三方角度，像是以世界視角同時能看到飛機與使用者主體之間關係的操作。空拍機大廠牌大疆（DJI），就在目前操作無人機的方法中，提供使用者利用 2D 的衛星地圖，在上方點擊設置位置點，讓無人機能夠循著位置點所繪畫出的軌跡飛行。史丹佛大學的研究團隊開發出規劃拍攝工具，使用者可以先透過 Google Earth (J 搭配 Google map 先做路徑的規劃與預先瀏覽模擬拍攝出的結果，確認規劃後，系統會自動計算無人機如何實際於真實場域中飛行拍攝，在實際飛行同時，Google. 7. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(15) earth 一樣能即時同步預覽。（Joubert , 2015）。Gebhardt 提供虛擬環境中繪畫空拍機飛行路徑，透過電腦計算後將虛擬飛行路徑流暢化，發出指令使空拍機能夠在真實場域中按照虛擬飛行路徑飛行（Gebhardt, 2016）。來自新加坡大學的 Ziquan 開發出自拍情境空拍機系統 Xpose，利用影像辨識想要自拍的景物，由螢幕選取後空拍機自動環繞拍攝物拍下五種構圖提供使用者選擇，使用者選擇其中一種構圖後空拍機自動飛行至指定位置，最後人再進入構圖與景物拍照（Ziquan , 2017），此種方法雖然能使得使用者不需要思考空拍機如何飛行，但也相對限制了空拍機自拍豐富構圖. 政治大圍容易失敗，造成辨識度上的困難。立. 的優勢，影像辨識的功能帶到戶外時，辨識物的顏色、數量都有限制，超出鏡頭範. 以世界中心的操作，需要在拍攝前規劃出拍攝的角度位置，無法在執行拍攝期. ‧ 國. 學. 間，隨時改變空拍機於空間中的位置，但在自拍的情境之中應該更注重自由度，當. ‧. 看到想一起自拍的物，能馬上將空拍機擺放至相對位置對於自拍者來說很重要，因. y. Nat. 此世界中心的操作，並不適合即時自拍的情境，即時能夠快速變化的操作會更適合. n. al. er. io. 情境。. sit. 幫助自拍者自拍，世界中心操作更適合放在事先規劃的情境，像是製造錄像類型的. Ch. engchi. i n U. v. 圖 4 史丹佛大學開發出路線規劃工具（史丹佛大學官方網站）. 8. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(16) 圖 5Xpose 左至右分別為：選取拍攝物、選擇環繞模式、空拍機自動拍攝構圖、選擇構圖. 立. 政治大. 2.1.3 使用者中心操作（User-Centric Method）. ‧. ‧ 國. 學. 本研究定義使用者中心操作，是以使用者作為出發操作無人機，而並非像空拍. Nat. sit. y. 機中心操作（Drone-Centric Method）以空拍機作為出發操作，無需時時思考空拍機. n. al. er. io. 的面向，導致方向錯亂。. i n U. v. 大疆（DJI）在推出 Spark 的產品時，就在其操作中增加影像手勢辨識，使用. Ch. engchi. 者可以利用不同的手勢，使得空拍機進行以使用者為中心點飛進、飛遠，使用者也可以讓無人機以影像辨識手的位置做追蹤，但是目前的操作中，空拍機能夠飛行的距離有限，現有的手勢也不夠多元，且在手勢辨識在現實場域中，容易因為環境影響辨識效率，並無法有效操作，在構圖上豐富度也有限制。. 9. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(17) 圖 6DJI Spark 手勢辨識操作（大疆官方網站）. 政治大. 除了大疆以外，過去也有其他研究關於以自然手勢辨識操作空拍機， Cauchard. 立. 提出的 Drone & Me，這項研究在初期先用 Wizard-of-Oz 的研究方法，找到不同受. ‧ 國. 學. 測者，提供不同的任務，尋找出使用者如何用最自然的互動且舒服的方式與無人機互動，歸納出幾種常見的互動指令並提出設計策略（Cauchard , 2015）。在歸納自然. ‧. 手勢的研究之中，Obaid 更進一步探討加入身體姿勢控制無人機的細節，並提出十. y. Nat. sit. 二種手勢操作無人機。（Obaid , 2016）。以上兩種研究雖然歸納整理出使用者如何以. n. al. er. io. 自然的手勢操作無人機，但並未於無人機中實作並實驗，還無法了解評估其成效於真實情境之中。. Ch. engchi. i n U. v. 10. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(18) 圖 7Obaid 提出十二種操作無人機手勢（Obaid , 2016） Pfeil 提出五種控制無人機的互動方法，利用 Kinect 的深度攝影機偵測上肢動作（Pfeil, 2013）。其中 Throne Mode 最符合此使用者中心操作（User-Centric Method），使用者伸出手指，指向使用者希望無人機飛行的方向命令無人機移動，這種方法非常直觀便利，但是 Kinect 擅長於偵測人體的支幹與關節，Kinect 對於手指的偵測是不擅長的，精準度無法高效判斷的情況下，容易造成誤判而觸發錯誤的. 政治大用者中心操作，讓使用者在操控空拍機時面向能夠更自然不受空拍機面向影響，解立指令，致使這種方法執行效率不佳，當要自拍擺出的姿勢可能影響空拍機飛行。使. 決第一章所提到傳統操作方法，遇到當空拍機與自身面向不同時造成空間方向的混. ‧. ‧ 國. 學. 亂。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 8 Pfeil 提出的 Throne Mode 由左至右為滯空靜止、前後移動、左右移動、左右轉動、上下高度移動（Pfiel, 2013）. 2.2 模板構圖(Template Composition). 本研究定義模板構圖（Template Composition），為使用者預先選定預設的畫面構圖空拍機將自動飛行完成選定的畫面構圖。. 11. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(19) Chyi-Yeu Lin 利用影像辨識人在畫面中的位置與大小，預先選定預設構圖模板，空拍機依照模板中人在的位置與大小，自動判斷空拍機飛行的位置模仿夠構圖模板（Chyi-Yeu Lin , 2017）。. 政治大圖 9Chyi-Yeu Lin 人體影像辨識模板構圖立左：構圖模板中：起始畫面右：完成構圖（Chyi-Yeu Lin , 2017）. ‧ 國. 學. 模板構圖的操作包含即時給予構圖指令空拍機即時達成，Javier 與 Fleureau 分. ‧. 別利用影像辨識與定位追蹤，設計出能夠使用電腦直接下指令於空拍機，拍攝出常. n. al. er. io. sit. y. Nat. 見的構圖（Javier , 2017）（Fleureau , 2016）。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 10 即時模板構圖指令左：Javier（2017）右：Fleureau（2016）. 市售的產品 Hexo+ 提供先行規劃構圖的功能，將常見的拍攝鏡位提供使用者透過 App 中選擇，除此之外還能選擇從不同方向拍向使用者，選擇完畢預設的構圖，空拍機將自動飛行完成構圖。Higuchi 則是提出 Flying Sports Assistant，此方法是利用影像辨識人穿著的顏色，進行追蹤移動，使用者可以透過 APP 操控無人機相. 12. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(20) 對於人拍攝的位置，使得使用者可以在邊運動時邊使無人機自動跟隨拍攝（Higuchi , 2011）。史丹佛大學 2016 年開發出利用衛星定位與 IMU 感測器在戶外環境，根據預先設定好的構圖腳本，讓空拍機自行移動拍攝（Joubert , 2016）。不管是即時指令或是預先規劃的模板構圖的優勢在於能夠選好構圖，不需要操作空拍機飛行，就能自動化拍攝出不同的構圖，但是缺點在於自拍的情境中自由度相對降低許多，侷限了使用者的創意，構圖的調整應該要能針對構圖的細節。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 11Hexo+ 鏡位設定介面左：預設構圖右：拍攝方向. 13. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(21) 治政圖 12 Flying Sports Assistant（Higuchi 大 , 2011）立右：手機介面設定不同角度的構圖拍攝左：電腦視覺辨識使用者 ‧. ‧ 國. 學. 2.3 小結. sit. y. Nat. n. al. er. io. 本章節依據自拍心智模型，分別定義了定位階段（Positioning）三種操作方法，. i n U. v. 無人機中心操作（Drone-Centric Method）、世界中心操作（World-Centric Method）、. Ch. engchi. 使用者中心操作（User-Centric Method），與畫面微調階段（Framing）的構圖模板（Template Composition），分析與研究各種操作方法與商品的優勢與劣勢，找尋適合應用於自拍之情境的空拍機操作，成為第三章無人機操作系統設計的參考。以空拍機中心操作來說，肢體偵測彷彿自己就是一台無人機在飛行，此種方法需要維持自身肢體的姿勢才能讓無人機保持懸浮，使得在自拍情境中肢體無法成為構圖之一，眼球凝視追蹤容易使得眼球疲憊也無暇調整自拍的構圖，腦波操作在現階段有的技術中並尚未成熟無法精準操作。空拍機中心操作適合當使用者無法在視線範圍內看到空拍機時，以即時串流畫面進行操作。世界中心操作因為需要提早規劃無人機飛行路徑，對於需要高頻率微調的自拍情境，少了許多拍攝的自由度，並無法提. 14. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(22) 供即時微調構圖的方法，在照片的構圖豐富度上會顯得不足。世界中心操作適合預先規劃路徑做飛行，在使用上更適合影片類型創作使用，當路徑規劃完成空拍機即幫助使用者運鏡拍攝。使用者中心操作利用手勢操作的方式，容易使得身體或是手的疲勞，就像上述提到的，身體都是自拍構圖的一部份，不應該成為持續操作空拍機的媒介，而且在戶外的環境中，辨識的精準度變得相當困難，容易被環境因素影響導致失敗，而自拍情境除有一大部分會在室外操作。但是使用者操作能夠讓使用者控制方向自然，解決當空拍機使用者面向不同時的空間混亂，因此，本研究認為. 政治大法還不夠簡化與直覺，本研究認為能以此方法持續研究並探討更直覺的操作方法。立在使用者中心操作中使用實體遙控器操作的方式更適合自拍情境使用，但是操作方. 畫面微調階段模板構圖雖然能簡化使用者思考構圖的畫面，但也相對失去了自. ‧ 國. 學. 由度，侷限了構圖的創意，畫面微調階段應該找出直覺簡單又不失去自由度的方. ‧. 法，本研究認為在畫面微調階段使用者皆是以看著螢幕畫面調整，應該將操作方法. y. Nat. 放在畫面上做操作，如何以畫面出發，使得使用者在這個階段只需要思考構圖如何. n. al. er. io. sit. 移動變化，才能夠達成心中所想，並且簡化操作減少空間方向錯亂。. Ch. engchi. i n U. v. 15. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(23) 第三章系統設計. 陳建方針對空拍機自拍情境提出自拍心智模型外，於 VR 模擬器測試提出三種空拍機移動座標系：球型座標系（Spherical Coordinate System）、柱狀座標系. 政治大 System）（陳建方,2016）。劉康平依據陳建方提出的自拍心智模型與三種空拍機移動立（Cylindrical Coordinate System）、修正三維座標系（Modified Trditional Coordinate. ‧ 國. 學. 座標系，實作於空拍機測試並提出以使用者為中心自拍新系統 Skyfie 附有三種創新的操作方法，符合定位階段（Positioning）的操作方法直接指向（direct pointing）：. ‧. 以使用者為圓心，透過指向動作將空拍機飛行至相對位置，符合畫面微調階段. sit. y. Nat. （Framing）的操作移動微調（Fine tuning）：以使用者為圓心，透過指向動作將空. io. al. er. 拍機飛行至相對位置與構圖調整（Framing Tuning）：構圖調整：利用螢幕觸控轉動. n. 鏡頭的空拍指令（劉康平,2017）。. Ch. engchi. 本研究發現 Skyfie 的問題有二：. i n U. v. 1. 在畫面微調階段（Framing）同時需要操作實體遙控器與手機，會增加操作負擔。 2.. 移動微調笛卡兒座標系的飛行操作，無法有效幫助構圖微調更直覺快速。. 本研究以 Skyfie 作為系統原型，保留直接指向在定位階段符合快速直覺擺放空拍機的功能，針對畫面微調階段，認為應以更簡化且直覺的操作方法調整構圖，在解決上述 Skyfie 的兩種畫面調整階段問題後，方能達到第一章所期望，簡化現有的. 16. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(24) 方法，使得使用者能夠將心力都花在如何自拍出自己最想要的構圖，提出新操作方法快速上手且迅速的使用空拍機完成自拍需求。本章節將會介紹系統設計、系統前測與結果分析，依據系統前測，瞭解系統設計是否符合需求。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. io. n. al. er. 圖 13 Skyfie 操作方法（劉康平, 2017）. 3.1 互動設計. Ch. engchi. i n U. v. 在過去的研究中，本研究發現如果使用笛卡兒座標系移動空拍機做構圖微調時，使用者盯著畫面做微調，並無法直接以畫面改變構圖，空拍機在鏡頭不同角度時，空拍機的移動帶給構圖的影響不相同。當空拍機上的鏡頭角度並非 0 度與 90 度，空拍機上升飛行時，空拍機回傳的畫面中除了使得構圖縮小外以外也同時影響了構圖向上，0 度角的鏡頭回傳的構圖是往正上方移動，但是 90 度角的鏡頭回傳的構圖會是將畫面中的構圖逐漸縮小，因此笛卡爾坐標系並不適用於構圖微調階段使用。球狀坐標系能夠使得無人機以使用者為中心做球狀繞行，此種方法的優點能夠. 17. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(25) 將使用者永遠擺在構圖的中央並讓鏡頭皆面對使用者，但是此種方法限縮的構圖的豐富性，使用者的位置不該永遠只在構圖的中央。本研究認為當使用者在畫面調整階段（Framing），不需要思考空拍機如何在空間中作移動，而只思考如何讓使用者在看著畫面微調構圖時能夠更直觀，當使用者看著畫面時，應該以畫面做為基準調整畫面的移動，空拍機的移動根據構圖的需要，自動計算如何移動才能達到構圖所需要的效果。接下來將繼續詳述互動操作、前測與結果。. 學. ‧ 國. 3.2. 治政大）畫面調整模式（Viewpoint Adjustment 立此模式以構圖為出發調整畫面，不思考空拍機如何於空間中飛行，因此此設計. ‧. 將操作介面皆實作於回傳畫面周圍，使得使用者能夠同時觀看即時畫面，也能同步調整畫面構圖，以空拍機回傳的影像上下左右加上富有箭頭按鈕，也在手機系統上. y. Nat. io. sit. 增加加減的按鈕，為了讓使用在觀看回傳畫面做微調時，可以以畫面做為基準直覺. n. al. er. 的調整畫面上下左右與放大縮小，而不考慮飛機在空間中的飛行。為了讓沒有搭載. Ch. i n U. v. 三軸穩定雲台的空拍機也能夠使用，在所有轉動畫面的時候都是直接轉動空拍機而. engchi. 不是轉動雲台，因此 gimbal 前方面向永遠與空拍機保持一致，畫面左移直接對應空拍機水平左移；畫面右移對應空拍機水平右移；畫面上移與下移對應空拍機沿著鏡頭面對方向的法向量上下移動。三角形斜邊的上的法向量代表目前鏡頭面對的方向，因此欲將畫面上移時飛機要往前、往上飛，Roll 值為 𝑣cos(𝛉)，Throttle 值為 𝑣sin(𝛉)；將畫面下移時機要往後、往下飛，Roll 值為 Roll 值為 -𝑣cos(𝛉)，Throttle 值為 -𝑣sin(𝛉)。放大及縮小畫面所對應飛機移動與目前 gimbal 的 pitch 角度的關係如圖 14，欲讓畫面放大時飛機要往前、往下飛，Roll 值為𝑣cos(𝛉)，Throttle 值為 𝑣sin(𝛉)；欲讓畫面縮小時飛機要往後、往上飛，Roll 值為 -𝑣cos(𝛉)，Throttle 值為 𝑣sin(𝛉)。由於在此構圖階段中飛機的位置會改變，因此在 viewpoint adjustment 結束. 18. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(26) 靜止後會更新球狀系統的半徑。為了瞭解我們的假設是否成立，在將此設計實作前做了一個使用者前測，將此操作互動設計與傳統操作方法做了比較。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. n. al. er. io 3.3 前測. y. Nat. 圖 14 調整畫面對照空拍機移動（本研究整理） A 畫面上移 B 畫面右移 C 畫面放大縮小. Ch. engchi. i n U. v. 為了了解本研究所提出的設計是否符合假設，先做了一次前測，將傳統的類比方法與畫面微調模式做了比較，兩種操作使用 Unity 以虛擬的方式，實作於手機上，透過相同的任務，觀察其花費時間與受測者的回饋分析比較兩種操作方法是否有差異，實驗並未模擬鏡頭的旋轉，因為鏡頭旋轉在傳統操作之方式與本研究提出之畫面微調旋轉並無差異，且在任務中加入鏡頭旋轉，會使得任務完成困難度增加許多。. 19. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(27) 3.3.1 測試目的與環境設置. 本次前測測試目的：（1）畫面調整模式比起使用笛卡爾座標系的傳統類比操作還要直觀快速達成構圖微調（2）使用笛卡爾座標系傳統類比搖桿的使用，在不同鏡頭角度中，同樣操作會使得構圖效果不同。測試的設備使用 SamsungS7，於室內做測試，並同時在使用者身旁架設一支錄影設備，以紀錄受測者的操作。. 立. ‧. ‧ 國. 學. 3.3.2 測試流程. 政治大. 本次前測是讓受測者使用 SamsungS7，使用兩種虛擬操作方法進行相同任務，. y. Nat. n. al. er. io. sit. 兩種操作分別為：（1）傳統類比操作（2）畫面調整模式（Viewpoint Adjustment）。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 15 前測實驗流程（本研究整理）. 測試流程如下：受測開始會向受測者講解操作方法，並解說任務流程，為了讓受測者能夠熟悉操作方法與任務流程，受測者在任務開始前有 5 題練習題，讓受測者. 20. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(28) 能夠更快進入狀況，確認受測者瞭解任務與操作後，正式執行任務受測，每種操作方法操作 20 題任務，每個任務之間計時，提供我們做比較與分析，受測結束進行短暫訪談，了解受測者對於操作方法的感受與偏好。. 3.3.3 任務設置. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 任務設置讓兩種操作方法各做一組一樣的任務，每組任務中包含了 25 個任務，. ‧. 每 5 個任務為一個 Round 做 5 次，假設畫面調整模式在自拍畫中任何一種角度，皆. Nat. sit. y. 能比傳統的操作方法更為快速且直觀，每一個 Round 中的 5 個任務分別模擬空拍機. n. al. er. io. 在空拍中鏡頭的五種角度，分別為 0 度 22.5 度 45 度 67.5 度與 90 度，為了避免有學. i n U. v. 習記憶的效應，每一 Round 的五個角度都是隨機配置，每一 Round 的最後一題與下. Ch. engchi. 一 Round 的第一題，刻意避免有同樣角度的任務，前 5 個任務是為了讓受測者熟悉操作方法與任務流程設置的，所以在角度配置上並未隨機，而是依序增加角度。任務的環境是在 Unity 的場景中建置了一個自由女神島，為了模擬就像在真實場景中做拍攝，每個任務起始畫面都是一個 Start 的按鈕，當按下 Start 的按鈕後，會出現場景中的一個熱氣球與一個有紅色正方形框，這時也會傳訊號給電腦中的 Unity 進行計時，紅色方框是建置在場景中的 Camera 上，每次任務在場景中起始的位置都不一樣，任務的目標都是一致的，就是將畫面中的紅色方框對準場景中的熱氣球（圖 16），方框為一個正方形的方框熱氣球是一個球體，畫面中的熱氣球需要被紅色方框包圍住，方框的邊需要盡量貼齊熱氣球四周的邊，畫面中熱氣球的邊不能超出紅色方框的邊，. 21. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(29) 如果超出方框任務不算合格，當貼齊邊框後，任務合格紅色方框會轉為綠色，畫面中的左下角會出現拍照的按鈕，告訴受測者這次任務合格，點擊拍照的按鈕後，本次任務就算是結束，計時也會結束。場景中正確答案的位置，鏡頭與熱氣球都是在距離 25m 的位置，在 Unity 當中場景的位置標示單位是以公尺為計算，任務起始的題目位置則是以鏡頭答案位置隨機增加減少 5 公尺，5 公尺的偏移量是來自 2.6、3、3 三個值分別於 X、Y、Z 軸上用不同的正負值做隨機排列組合得出，這使得偏移量雖然都是 5，但在操作題目時，需要移動的方式會不同。如何判斷任務是否合格，使用了. 政治大測物，我們在方框上打出 1600 個 RayCast，其中有 1130 以上的 Ray 打中熱氣球，且立 Unity 中的 RayCast，以紅色方框的大小當作範圍打出 Raycast，並且指定熱氣球為偵. 符合設置熱氣球不能超出方框的規則就算是任務合格，1130 為容許值 10%的誤差，. ‧ 國. 學. 正方體打出的 Ray 為 1600，1256 為熱氣球百分百貼齊方框打中 Ray 的數量，因此. ‧. 1130 為百分之 90 的數量，10％的容許值。. n. al. er. io. sit. y. Nat. 3.3.4 受測者資訊. Ch. engchi. i n U. v. 招募十六位無使用空拍機的經驗的受測者（11 位男性 5 位女性），各自進行四十分鐘的測試任務，受測者的年齡介在 19 到 26 歲之間。本次實驗測試提供每位 150 元受測費用。. 22. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(30) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 圖 16 實驗介面（本研究整理） A：虛擬搖桿對照傳統操作方法 B：虛擬按鍵對照畫面平行移動與放大縮小左上傳統類比搖桿任務開始右上傳統類比搖桿任務完成左下畫面微調任務開始右下畫面微調任務完成. al. er. io. sit. y. Nat. 3.3.5 測試結果與討論. v. n. 受測結束後，使用 Two-way ANOVA Repeated measures 比較分析，將 5 種任務. Ch. engchi. i n U. 角度與 2 種操作方法當作變數做 2x5 的分析，分析其不同方法與角度之間做比較，以觀察出更多可能，除此之外也做了問卷分析，瞭解受測者對於兩種方法的想法。. 23. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(31) 政治大. 學. 圖 17 任務完成時間（本研究整理）. ‧. ‧ 國. 立. 受測結果所有受測者皆選擇 Skyfie 為任務操作偏好，在實驗中 Skyfie 達成快. Nat. sit. y. 速學習、好使用時覺得目標。本研究將 0 度與 90 度的題目視為同種類型的正視題. n. al. er. io. 目，因為兩種角度的操作相對其他三種斜視角度的題目相對於容易，因此也想看看. i n U. v. 正式與斜視的題目中，是否也有顯著的差異。結果顯示兩者間的完成時間有顯著差. Ch. engchi. 異（F1,28.15 = 29.54，p = 0.00），再看到加入題目比較，會發現在傳統的操作中，斜視與正視的題目中操作時間也有很大的差異，而在畫面構圖模式中，斜視與正視並沒有很大的差距，因此可以說斜視角度的題目會比起正視題目操作困難，但畫面構圖模式可以克服兩種題目之間操作的差異，這也成立了本研究之前所提出的假設，當在不同題目時，傳統操作的方式，在移動飛機的一軸時，其實會同時影響畫面的兩個軸向，造成操作上的困難，因此證實畫面微調模式，更適合使用者在 Framing 階段時，可以在只看畫面操作飛機時，更快速方便直覺。問卷的部分，本問卷以 Neilsen（1993）績效指標進行評量。問卷選項以 7 分喜好度進行評量，畫面調整模式皆優於傳統類比操作。. 24. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(32) 前測結果 8 7 6 5 4 3 2 1 0. 立. 學習. 政治大. 簡單. 快速. Skyfie. 滿意度. 傳統. ‧ 國. 學. 圖 18 問卷結果（本研究整理）. ‧. er. io. sit. y. Nat. 3.4 畫面調整模式（Viewpoint Adjustment）實作. 由前測結果可以發現，證實了本研究的兩項假設：（1）畫面微調模式比起使用. al. n. v i n Ch 笛卡爾座標系的傳統類比操作還要直觀快速達成構圖微調（2）使用笛卡爾座標系傳 engchi U. 統類比搖桿的使用，在不同鏡頭角度中，同樣操作會使得構圖效果不同。在虛擬環境中的驗證外，本研究也將此操作方法實作，帶到實際場域中進行實測，以了解在真實自拍情境中，是否也能如同本研究之假設。本研究採用 Skyfie 系統原型的直接指向（direct pointing）結合畫面調整模式（viewpoint Adjustment）作為實體場域使用之系統。. 3.4.1 空拍機裝置與操作方式. 25. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(33) 本研究採用 Skyfie 系統原型，因此與其做相同的方式，選用 DJI 公司出產的空拍機 Phantom 4 Pro 作為實作裝置，其操作需使用實體遙控器，如需使用 App 開發於手機操作，手機必須連線於遙控器中，才能將指令傳送於空拍機。Phantom 4 Pro 擁有 GPS 衛星定位模組提供定點自動懸停的穩定性以及多種自動飛行輔助功能，且擁有 5 向環境識別與 4 向避障能力;電池續航時間 30 分鐘;最高水平移動速度可達 72 m/s。另配備有 FOV 84°鏡頭、1 英吋 2000 萬畫素相機及三軸穩定輔助雲. 政治大時回傳 720P @ 30fps 圖傳影像。立. 台，雲台可支援俯仰角度-90° 至+30°。搭配其官方手機操作應用程式 DJI GO 可時. ‧ 國. 學. 系統實作使用 DJI 公司開放的 Mobile SDK，將 App 實作在 Iphone6 中，由 Iphone 傳送指令於實體遙控器，再由實體遙控器對空拍機下指令。. ‧ er. io. sit. y. Nat. 3.4.2 App 介面. al. 承襲 Skyfie 單手操作的設計概念，直接指向與畫面微調模式皆做在同一個介面. n. v i n Ch 之中，介面的上半部是空拍機即時回傳畫面，使用者可以用拖曳（Drag）畫面的方 engchi U 式，讓構圖經由空拍機的左右旋轉與鏡頭的上下旋轉，達到構圖旋轉，回傳的畫面四周皆有箭頭的按鈕，這些對應的是以畫面為出發，畫面直觀呈現方向移動。中央的 GO 按鈕，讓使用者可以執行直接指向的功能，加減的按鈕是以畫面出發，達到構圖 zoom in-out 的效果。最後當使用者想要拍照就能按下 Snap 的按鍵進行拍照。. 26. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(34) 立. 圖 19 系統 UI（本研究整理）. ‧. ‧ 國. 學. 3.5 小結. 政治大. sit. y. Nat. n. al. er. io. 空拍機在自拍情境中，能夠創造出更豐富的構圖，然而依照過往的傳統類比操. i n U. v. 作，在操作上會遇到不同的困難，因此本研究為解決其困難，設計出新的操作方法. Ch. engchi. 畫面微調模式（Viewpoint Adjustment），以畫面為基準直接調整畫面的構圖，經過前測證實此方法能有效在構圖微調階段幫助使用者更快速直覺的使用，前測結束後將此操作方法結合 Skyfie 原型的直接指向功能實作 App 於手機並搭配空拍機做使用，接下來將於第四章做自拍情境之操作使用者測試，並與傳統類比操作方法做對照，了解其操作方法於真實自拍情境中使用的狀況。. 27. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(35) 第四章使用者測試. 本研究於第三章的前測結果，證實畫面微調模式（Viewpoint Adjustment）能夠直觀快速幫助使用者構圖，並將畫面微調模式結合 Skyfie 之系統原型中的直接指向（direct pointing）進行實作，搭配智慧型手機 APP 與實體空拍機。本章節將使用新系統與傳統操作方法於真實戶外進行使用者測試，比較新系統是否能夠更有效且直覺，並觀察使用者使用兩種操作方法的自拍過程，訪談與觀察進行分析。使用者測. 政治大. 試後，也將新系統帶至觀光景點，邀請觀光的旅客實際使用新系統於觀光景點進行. 立. 自拍，觀察旅客操作空拍機自拍的過程，並由遊客回饋與觀察進行分析。. ‧ 國. 學. 4.1 戶外場域實機測試. ‧ y. Nat. er. io. sit. 經過虛擬環境的前測，證實畫面微調模式（Viewpoint Adjustment）能直覺且快速的幫助使用者，為了能證實於戶外實際場域中也有同樣的效果與觀察使用者自拍. al. n. v i n 時的行為，本研究將系統實作於智慧型手機 APP 搭配空拍機，進行一場戶外場域使 Ch engchi U. 用者測試。. 4.1.1 實驗目的與設置. 本次實驗目為：（1）觀察受測者如何使用本實驗提供的系統（2）瞭解受測者在使用新系統時的策略與感受（3）受限於現今 GPS 不夠精準的情況下受測者的感受為何（4）空拍機操作的預期為何（5）使用新系統時觀看手機與空拍機的比例為何。. 28. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(36) 實驗測試設備為 Apple iPhone7 與 DJI 大疆 Phantom 4 Pro。受測場地為河濱公園空地。實驗進行同時，兩台攝影機紀錄受測過程，一台為 Gopro 安裝於受測者穿戴的安全帽上，一台為數位相機於第三方角度固定拍攝。. 4.1.2 測試流程. 本次實驗要求受測者使用本研究開發的新系統 Skyfie+與傳統類比遙控器搭配. 政治大. DJI 官方 AppDJIGo，執行相同的自拍任務。. 立. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. n. v i n Ch 圖 20 前測實驗流程（本研究整理） engchi U. 戶外場域測試流程如下：初始時向受測者解說測試流程、任務、操作方法 5 分鐘，正式任務前讓受測者隨意在空間中隨意使用 5 分鐘，確認受測者是否練習過每種功能並熟悉。任務開始依序以指定操作方法在場域中移動空拍機模仿指定構圖自拍，過程中要求受測者放聲思考（think-aloud）。完成拍攝兩種操作方法各 6 張照片後，受測者填寫分別兩種操作方法的測試問卷。測試過程依據平衡次序排列（Counterbalanced）分配受測者操作方法依序，完成所有任務拍攝與問卷後，進行偏好度調查與訪談，最後讓受測者選擇一種操作方法操控空拍機，於戶外場域中自由拍攝任何想要的照片。. 29. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(37) 4.1.3 任務設置. 任務內容為受測者依照實驗提供的自拍構圖，模仿相同的構圖於戶外場域中，實驗提供的構圖是由 DJI 官方網站天空之城中，挑選最常見的 6 種構圖當作實驗任務，6 種構圖包含：90 度自拍、中距離自拍、長距離自拍、0 度自拍、團體自拍於構圖中央、團體自拍於構圖角落（參見圖 21）。. 4.1.4 受測者資訊. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 招募 6 位無使用空拍機的經驗的受測者（4 位男性 2 位女性），各自進行九十分. ‧. 鐘的測試任務，受測者的年齡介在 19 到 26 歲之間。本次實驗測試提供每位 300 元. n. al. er. io. sit. y. Nat. 受測費用。. Ch. engchi. i n U. v. 30. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(38) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. n. v i n 圖 21 左：任務題目 C 右：受測者模仿構圖的照片（本研究整理） hengchi U 4.1.5 測試結果與討論. 總體來說，受測者給新系統許多正面回饋，皆是第一次使用空拍機，認同本研究的新系統方法非常直覺且能輕鬆將空拍機移動至受測者心中拍攝的位置，本研究發現受測使用 Skyfie+皆使用相同策略：（1）檢查任務構圖觀察周圍景色（2）確認空拍機應於哪個位置後，使用按下“GO”使用直接指向（direct pointing）自動飛行至位置（3）確認空拍機飛行至預期的位置後，盯著螢幕使用構圖微調模式微調構. 31. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(39) 圖。比較特別的情況像是：（1）p5 會先空拍機放大或縮小至心中所想的半徑（2） p2 認為在 0 度的題目時，看著空拍機操作比起盯著螢幕操作容易。以下會再針對定位階段（Positioning）與構圖調整階段（Framing）繼續做更深入的探討。. 定位階段（Positioning）： 5 位受測者表示直接指向能幫助他們迅速移動至心中期待的位置。「除了移動到目標位置外，空拍機的鏡頭能自動對著他們，在自拍情境中很有. 政治大由於現階段 GPS 的限制會使得使用直接指向（direct pointing）有些誤差，對於立幫助」（p1、p3）. 準確度的感受，5 位受測者認為直接指向能夠大致飛到他們所指的位置，雖然有時. ‧ 國. 學. 會有一些偏差，但受測者認為可以再使用畫面微調模式（Viewpoint adjustment）輕. ‧. 鬆解決這個問題，對於受測者來說，空拍機只停者於指向位置的附近是可以接受。. y. Nat. 唯有 P6 認為空拍機應飛行至他所指向的位置，且畫面中人的位置應於正中央，但. er. io. sit. P6 也表示仍然可以用畫面微調模式完成任務。. 大部分受測者在位置階段會盯著空拍機飛行直到停止，有時會盯著螢幕檢查。. al. n. v i n Ch 「螢幕顯示如果已經到達想要的構圖會按停止按鈕」（P3） engchi U. 受測者在使用傳統的自拍行為與 Skyfie+相同，先在定位階段（Positioning）觀看空拍機飛行至受測者認為大致上的答案位置，接下來盯著螢幕調整構圖，與本研究所提出的自拍行為一致。不同受測者傳統操作的策略不同。「先將空拍機的頭旋轉對準飛行方向後飛行」（P1）「空間中慢慢以線性移動控制空拍機」（P3）「同時推動兩個搖桿讓飛機繞行移動」（P4）「先將空拍機的頭與自身面對方向一致再開始移動」（P5）「無特殊策略，不斷嘗試搖桿推動時空拍機的移動」（P2、P4）傳統操作最常遇到的問題是當空拍機機頭與受測者方向不一致時，導致所有受. 32. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(40) 測者移動空拍機時方向混亂，當受測者想要將空拍機向左移動時卻移動至右方，或是想要將空拍機向後移動時卻向前飛行。另一項常見的問題是無法記憶搖桿對應的功能。「有時會混淆“向上移動”與“向前移動”的搖桿」（P1）「因為搖桿看起來一樣，所以混淆了功能」（P6）「第一次使用空拍機，因此看著空拍機操作時，無法記憶搖桿的功能」（P4）因為需要交替飛機與畫面之間操作，容易造成方向感混亂。. 構圖階段（Framing）：. 立. 政治大. 所有受測者皆認同以鏡頭面向為基礎操作是直覺的，其中 Zoom in-out 的功能. 「Zoom in-out 的功能迅速拉近拉遠構圖很實用」（P5）. ‧. ‧ 國. 學. 被受測者提出特別好用。. y. Nat. 構圖階段受測者幾乎是盯著螢幕操作，當空拍機聲音接近受測者時會看向空拍. er. io. sit. 機。特別觀察到 P2 會確認飛機有移動再移動空拍機，P2 也表示害怕空拍機遇到障礙物。所有受測者皆是兩手操作手機進行構圖微調。P3 提到因為畫面上未提示會遺. al. n. v i n Ch 忘鏡頭轉向的功能。使用傳統操作時，五位受測者皆是盯著螢幕做調整，構圖階段 engchi U 的結果與前測的實驗結果是一致的。. 從 7 分喜好量表中與觀察訪談，雖然兩種方法皆能快速學會，但在要馬上應用於有目的的自拍情境中，傳統操作的使用還是有一定的困難，Skyfie+在自拍情境中幫助使用者減緩在定位階段與構圖階段的心智負擔，並且能以較簡單且快速的方式幫助受測者完成任務，在滿意度的部分，受測者有提到雖然傳統操作較困難，但是能夠快速嘗試並即時改正，對受測來說滿意度只低於 Skyfie+一點點，但在受測的自拍任務中，有五位受測者皆是偏好使用 Skyfie+完成任務，P2 提到因為初學時會選擇使用 Skyfie+，但 Remote control 具操作飛機的手感，且實體搖控器具能夠較調整飛行快慢，未來仍想嘗試 Remote control。在任務操作中，我們觀察到在 90 度的. 33. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(41) 題目中，部分受測者想用 2 finger rorate gesture 旋轉鏡頭，但目前系統尚未支援，未來也許可以考慮以此操作方法。最後的自由空拍階段，受測者除了自拍以外也會嘗試不同構圖，Skyfie+皆能幫助受測者輕鬆達成任務。 P5 會利用 direct pointing 將空拍機指定至某處，再以 viewpoint adjustment 微調構圖，拍出風景照，P4 利用 zoom out 功能將畫面不斷拉高拍出俯視的角度，他認為 viewpoint adjustment 很容易使用，因為當飛機一直向上飛離開視線時，他仍能夠直覺的以畫面操作。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. n. al. er. io. sit. y. Nat. 4.1.6 小結. ‧. 圖 22 自由空拍階段作品（本研究整理）. Ch. engchi. i n U. v. 分析七分喜好量表與訪談，可以發現兩種操作方法皆能快速學習，但在自拍情境中傳統操作方法操作較 Skyfie+困難，Skyfie+能在自拍情境中幫助使用者減緩定位階段（Positioning）與構圖階段（Framing）心智負擔，簡單且快速幫助受測者完成任務。偏好的調查中有五位受測者偏好使用 Skyfie+完成任務。在 90 度的題目中，能夠觀察到部分受測者嘗試使用兩手指旋轉手勢旋轉鏡頭，目前系統尚未支援，未來可以考慮以此操作方法取代。最後自由空拍階段，受測者除了自拍也嘗試拍攝風景，Skyfie+皆能幫助受測者輕鬆達成目的。. 34. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(42) 4.2 觀光景點實地測試. 經過戶外場域實機測試，證實傳統操作方法的問題如同本研究之假設：（1）不熟實體搖桿造成功能對應的記憶負擔（2）當機頭與自身並非相同方向時，操作容易造成空間混亂（3）切換看著空拍機與構圖畫面操作時，造成空間混亂。 Skyfie+能夠更快速直覺幫助使用者於自拍情境中完成自拍。為了更進一步評估 Skyfie+於觀光區域中遊客實際操作空拍機進行自拍的過程，經過前測與戶外場域實. 政治大. 機測試後，本研究於觀光景點邀請遊客實際情境中使用。. 立. ‧. ‧ 國. 學. 4.2.1 測試目的與設置. y. Nat. 本次實驗目為：（1）觀察於真實使用情境中的遊客如何使用本實驗提供的系統. er. io. sit. （2）瞭解受測者在使用新系統時的策略與感受（3）受限於現今 GPS 不夠精準的情況下受測者的感受為何（4）空拍機操作的預期為何（5）使用新系統時觀看手機與. al. n. v i n 空拍機的比例為何（6）探索實際在風景區使用的時候使用者會拍出什麼構圖。 Ch engchi U. 實驗測試設備為 Apple iPhone6 plus 與 DJI 大疆 Spark。受測場地為淡水河邊空. 地。. 4.2.2 測試流程. 本次實驗要求受測者使用本研究開發的新系統 Skyfie+，於淡水河邊廣場執行自拍任務。. 35. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(43) 圖 23 觀光景點測試流程（本研究整理）. 實際情境測試流程如下：初始時向受測者解說測試流程、任務、操作方法 5 分鐘，正式任務前讓受測者隨意在空間中隨意使用 5 分鐘，確認受測者是否練習過每. 政治大心起飛空拍機，隨意自拍至少十張照片，空拍機每次起飛時，由受測者的手掌上起立種功能並熟悉。任務開始給予 20 分鐘於淡水河邊廣場，選擇兩個地點分別當作圓. ‧ 國. 學. 飛至 6 公尺的高度後開始執行任務，過程中要求受測者放聲思考（think-aloud）。完成拍攝至少十張自拍照後，受測者填寫 NASA-TLX 心智負荷量表，並在填寫完成. ‧. 後進行訪談。. n. al. er. io. sit. y. Nat 4.2.4 受測者資訊. Ch. engchi. i n U. v. 招募 6 組於淡水河邊觀光的遊客，6 組皆無使用空拍機的經驗（3 男 3 女），各自進行三十五分鐘的測試任務，受測者的年齡介在 16 到 32 歲之間。. 4.2.5 測試結果與討論. 本研究透由 NASA-TLX 觀察受測者在使用 Skyfie+執行自拍任務時的心智負荷. 36. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(44) 值，從數據發現挫折感與努力平均值分別為 0 與 5，因此可以說在使用 Skyfie+時學習與使用是簡單的，並不需要很大的努力就能夠使用並不會讓受測者於使用時感到挫折，透過訪談六位受測者也一致認同 Skyfie+的操作是容易學習且簡單的。心智與時間是相對於其他指標較高的，訪談與觀察中了解到當受測者對於構圖很要求時，會在構圖階段（Framing）花上比較多的時間使用構圖微調模式（viewpoint adjustment）調整構圖，並在構圖上花較多的心思，而有些受測者則表示，當直接指向（direct pointing）結束時，會利用構圖微調模式探索構圖，因此會花比較多的. 政治大. 時間，但是受測者皆能於 20 分鐘內拍出 10 張自拍照，平均一張自拍照於 2 分鐘完成。. 立. ‧ 國. 學. 「在看著螢幕調整構圖時，對於構圖比較要求，所以會花比較多時間在微調構. ‧. 圖」（P1）. y. Nat. 「會想用構圖微調模式探索構圖，來看看有沒有更棒的構圖，因為沒有使用過. er. io. sit. 空拍機，對於空拍的構圖比較沒有經驗」（P2）. 使用 Skyfie+於自拍任務中，自我績效的滿意度是高的，受測者一致認同使. n. al. i n Ch 用 Skyfie+能夠幫助自拍時拍出自我滿意的成果。 engchi U. v. 「Skyfie+用起來很方便，可以讓我拍出很棒的照片」（P6）. 37. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(45) 45 40 35 30 25 20. 19.17 15.83. 15. 11.67. 10. 5.83. 5 0 -5. 心智. 生理. 立. 5. 政治大時間. 自我績效. 0 努力. 挫折. 圖 24 心智負荷結果（本研究整理）. ‧ 國. 學. 本研究中則透過 NASA-TLX 指標權重分析自拍任務的特性，透過指標權重的. ‧. 計算，評估對於使用 Skyfie+於自拍任務中的三項重要指標，平均值分別為心智. y. Nat. sit. （0.23）、時間需求(0.22) 、自我績效(0.32)，就任務特性而言，整體的自拍任務為. n. al. er. io. 心智需求、時間需求、自我績效較受重視的任務型態。. i n U. v. 測試中發現受測者在使用直接指向時都是盯著空拍機飛行，直到飛行至預期位. Ch. engchi. 置，在空拍機快接近預期位置時，才會利用餘光盯著螢幕，當餘光有不錯的畫面時會按下 STOP 鍵。「害怕空拍機在飛行時會有危險，所以看著空拍機」（P3）「空拍機移動時有不錯的畫面就會按 STOP」（P6）使用者在自拍的策略上皆符合本研究所提出的兩個階段，位置階段與構圖調整階段，受測者在使用 Skyfie+時，會先確認周遭想要拍攝的景物，像是淡水河口、老街、觀音山，再利用直接指向將空拍機飛行至自拍對應的相對位置，通常在一到兩次完成直接指向的操作，接下來受測者會看著螢幕上的畫面使用畫面調整模式直到拍下照片。其中比較有趣的是 P2 會使用構圖微調將鏡頭轉向至 Skyfie 原本設置. 38. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(46) 的圓心位置，人走過去自拍，結束後再回到圓心繼續使用，P2 認為除了原本選擇的地點自拍外，探索到其他位置的構圖也很美，所以會跑出原本的中心。直接指向的精準度，在旁觀察可以發現，當空拍機與使用者距離較近時，空拍機繞行所造成的誤差感會比起距離較遠時更明顯，P1、P2、P5 認為雖然會有誤差，但是在可以接受的範圍內，直接指向到大致的方向就在預期內，構圖的細節交給構圖微調模式就可以，P6 認為非常精準。從受測者的照片與訪談中，能夠發現受測者的構圖以景為主體，會以附近的景. 政治大「使用空拍機就是想要空拍機能夠飛離自己遠點拍出不同的美景，畫面中有人立. 構圖為主，人在構圖中的位置不一定為主要調整的對象。. 即可」（P2）. ‧ 國. 學. 有受測者將人視為構圖的一部份，希望空拍機能夠更靠近自己，並且對於構圖. ‧. 中人的位置會有所要求，希望畫面中的臉能夠更清晰，人能夠在構圖的中央，受限. y. Nat. 於 Skyfie+安全範圍的限制 P5 提到希望能夠將安全範圍縮小讓畫面中人的臉能夠更. n. al. er. io. sit. 清晰。在自拍的過程中受測者會在自拍時擺出不同有趣的姿勢。. Ch. engchi. i n U. v. 39. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(47) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. i n U. v. 圖 25 使用者自拍作品（本研究整理）. Ch. engchi. 除了對於 Skyfie 使用上的回饋外，使用者提出其他對系統的其他想像，P2 希望直接指向的功能能像真的拿個自拍棒一樣，空拍機能夠時時跟著手機移動，就像使用自拍棒一樣，P6 認為如果 viewpoint adjustment 可以用在錄影的功能上會讓錄影更方便，因為錄影時可以以畫面調整，不需要同時思考畫面與空拍機如何及時飛行。. 40. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(48) 4.3 小結. 本章節將本研究之新系統 Skyfie+實作於 APP，帶入真實場域執行自拍任務與傳統操作方法做比較，確認符合本研究之假設後，將 Skyfie+帶到實際情境的觀光景點，邀請於景點遊玩的遊客，使用本研究之系統於觀光景點中隨意自拍，確認本研究系統 Skyfie+符合使用者的操作認知。測試結果顯示，戶外實際場域測試的受測者認同Skyfie+直觀且容易學習，當要. 政治大速直覺幫助使用者完成構圖微調，受測者使用Skyfie+符合本研究之假設，有兩階段立擺放空拍機至心中期望的位置時，能夠輕易達成，面對螢幕構圖時，Skyfie+能夠快. ‧ 國. 學. 策略定位階段（Positioning）與畫面調整階段（Framing），直接指向（direct pointing）遇到誤差時使用者皆能夠接受空拍機飛行至大致上的位置。使用傳統操作. ‧. 方法執行自拍任務時會遇上的問題與第一章分析相同，受測者也偏好使用Skyfie+完. sit. y. Nat. 成自拍任務。本研究之系統Skyfie+相較於傳統操作方法，能夠減輕心智負擔並讓使. io. al. n. 得六位遊客的肯定。. er. 用者只需專注於畫面的構圖，更適合於自拍任務中使用，在觀光景點實地測試中獲. Ch. engchi. i n U. v. 41. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(49) 第五章結論. 5.1 研究貢獻. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 空拍機技術日益成熟應用也越來越廣泛，小型便於攜帶的空拍機搭配高畫質鏡. ‧. 頭，儼然成為自拍的好幫手，比起過往的方法能有更豐富的構圖，可以預見未來肯. sit. y. Nat. 定會成為大眾普及的自拍工具。然而現今常見傳統的空拍機操作方式複雜，對於想. io. er. 要使用空拍機快速自拍的使用者並不容易，需要透過練習熟悉操作後才有辦法輕易. al. v i n Ch 出能夠簡化操作幫助使用者更快速完成自拍的操作方法，並實作於空拍機上。 engchi U n. 達成自拍。本研究分析傳統操作方法遇到的困難並搭配過往的自拍心智模型，開發. 本研究於第一章分析傳統常見的操作方法在空拍機自拍情境中會遇上的問題，並於第二章進行更進一步的討論，由過往的商品與研究根據使用者自拍心智模型，分類成兩階段操作策略定位階段（Positioning）與畫面調整階段（Framing），定位階段的操作方法分類為空拍機中心操作、世界中心操作、使用者中心，畫面調整階段的操作方法分類為預先規劃構圖、模板構圖、即時指令構圖。經由過往的經驗與研究，探討符合自拍心智模型與自拍情境的操作方式，於第三章提出構圖操作方法畫面調整模式（viewpoint adjustment），並做於虛擬環境的前測，測試結果顯示畫面調整模式在構圖階段比起傳統方法更能快速直覺的幫助使用者調整構圖，最後結合. 42. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.

(50) 直接指向（direct pointing）提出新系統 Skyfie+。第四章將 Skyfie+實作於實機帶到戶外場域實測，測試結果顯示 Skyfie+比起傳統操作方法在自拍任務中能夠更快速、直覺、容易學習，為了更進一步觀察 Skyfie+在真實情境中符合戶外場域實測的結果，本研究於真實觀光場景中，邀請遊客使用 Skyfie+在觀光景點隨意自拍，觀察結果顯示真實情境中的使用者操作感受與行為與戶外場域實測一致。總結本研究之研究貢獻如下：. 政治大 adjustment），讓使用者於構圖時能夠更快速直覺。立. 1.. 本研究承襲自拍心智模型與過往研究經驗，提出畫面微調模式（viewpoint. 2.. 本研究承襲自拍心智模型與過往研究經驗，結合直接指向與畫面調整模式. 出符合使用者認知並減輕操作負擔新系 Skyfie+。. 本研究於戶外場景建構一次使用者測試，透過量化問卷與使用者訪談，證. y. Nat. 3.. ‧. ‧ 國. 學. 提. er. io. 本研究於真實情境中建構一次使用者測試，透過量化問卷與使用者訪談，. al. v i n Ch 證實 Skyfie+於真實自拍情境中符合本研究之研究假設。 engchi U n. 4. sit. 實 Skyfie+比起傳統操作方法再自拍情境中更直覺且容易操作. 5.2 研究限制與展望. 本研究實作自拍新系統 Skyfie+，經過一連串的實驗測試，證實 Skyfie+在自拍情境中能夠直覺且有效的幫助使用者完成自拍，即使是毫無空拍經驗的使用者。即使如此，本研究於開發上硬體與互動設計上還是有不足的地方，本研究將其彙整如下，並討論可能解決的方法： l. GPS 模組精準度誤差影響互動設計：. 43. DOI:10.6814/THE.NCCU.DCT.002.2019.B02.