觀看裸視立體顯示器之主觀沈浸感的影響

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本研究以兩個實驗探討影像型式、觀看角度、觀看時間和亮度，對觀看裸視立體顯示器（Naked-Stereoscopic 3-Dimensional display, NS3D）之主觀沈浸感的影響。實驗結果顯示，影像型式、觀看角度、觀看時間和亮度皆對主觀沈浸感影響顯著。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），主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。隨著觀看時間愈長時，主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。當螢幕亮度愈大，主觀沈浸感似乎也有愈大的趨勢。 ᙯᔣෟ：裸視立體顯示器、主觀沈浸感、觀看角度、 觀看時間、亮度

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科技的發展和生活型式的改變，已經導致在每天觀看電視環境的顯著變化。在技術方面上，有大尺寸寬銀幕的PDP 和 LCD 已經迅速地取代 CRT 電視。顯示器是人與TV 的主要介面形式。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。iSuppli 預估，2010 年 3D 立體電視出貨量可達 420 萬台，甚至到了2014 年將超過 5 千多萬台[1]。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%[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[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]）。在顯示器上影響視覺績效和視覺疲勞有很多因素，譬如：環境照明、觀看角度、觀看時間、螢幕亮度等。環境照明為視覺顯示終端機（Visual Display Terminal, VDT）作業環境設計的重要考慮因素之一， Chen and Lin（2004）[19]指出 TFT-LCD 與 CRT 相比較，就視覺辨別和主觀偏好而言，更低的環境照明度（200 lx）比更高的環境照明度（700 lx）稍微好一點。 Shen et al.（2009）[20]指出對 E-paper 顯示器之環境照明建議大於 700 lx 或更高。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）[21]，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 1_{亞東技術學院工業管理系} *_{通訊作者：李德松} E-mail：dersonglee@gmail.com

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為 20 度到 60 度之最大水平（Nathan et al., 1985; Kubota et al., 2006）[22, 23]。偏角對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）[24]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，螢幕亮度是否對主觀偏好有什麼影響值得探討。總之，裸視 S3D 顯示器之主觀沈浸感的人因工程評估相當地缺乏。影響主觀沈浸感的因素很多，有裸視 S3D 顯示器本身的因素，如螢幕亮度，環境因素，如照明亮度，以及作業因子，如觀看角度和觀看時間。因此，有必要進行更多的實證分析以瞭解觀看裸視 S3D 顯示器的主觀沈浸感，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。主觀沈浸感的量測有許多方法可用，本研究採用 Kennedy et al.（1993）[13] 5 項沈浸問卷量表來測量研究參與者的主觀沈浸感。

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˘ă၁រనࢍ 實驗一：自變項有三個：(1)影像型式：有 2 個水準，2D 和 3D；(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。影像型式、觀看角度與亮度為受試者間變項。 ဦ1 ၁រ˘៍࠻֎ޘ ဦ 2 ၁រ˟៍࠻֎ޘ 實驗二：自變項有三個：(1)影像型式：有 2 個水準，2D 和 3D；(2)觀看角度：有 3 個水準，0 度、左 45 度（+45 度）、右45 度（-45 度），如圖2 所示；(3) 觀看時間：有3 個水準，10 分鐘、20 分鐘和 30 分鐘。影像型式、觀看角度與觀看時間為受試者間變項。因變項為主觀沈浸感評估分數：研究參與者在每一期間完成電影觀看之後，以Kennedy et al.（1993） [13]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1-5 分，分數愈高表示愈有沈浸感。 ˟ăצྏ۰ 實驗一受測者：共 90 位研究參與者參加本實驗，都是大學生。年齡在18 到 23 之間（M = 20.4, SD = 1.2）。實驗二受測者：共90 位研究參與者參加本實驗，都是大學生。年齡在18 到 24 之間（M = 20.5, SD = 1.1）。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。參與者被隨機分配到 2D （2-Dimensional）或 3D（3-Dimensional）組。 ˬă၁រጡՄ 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

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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，圖形以 SPSS 軟體產生。 5.以 VeriVide CAC 120-5 照明箱控制光源及照度。 αăVDT ̍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）置於照明箱，離桌緣 320mm，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，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 620 mm，使用 D65（日光燈）光源，環境照明設定在 240 lx。螢幕亮度對比以Blu-ray 磁碟播放軟體固定控制在 S3D 影像的刻度0，數值愈大表示影像亮度對比愈大，這些尺寸皆固定不變。實驗一的螢幕亮度有三個自變項，實驗二的螢幕亮度固定控制在 S3D 影像上的刻度 4（約為 135 cd/m2_{），刻度範圍從}_{1 到 7，數值愈大表示影像亮度} 愈大。實驗一的觀看時間固定為20 分鐘，實驗二的觀看時間有三個自變項。

電影標題為“Pirates of the caribbean on stranger tides”（刺激材料），在實驗過程中可以使用 2D 或 3D 格式顯示，從藍光 DVD 播放。影片的顯示格式是藍光3D，螢幕解析度設定為 1920 × 1080 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：。每一名研究參與者都需要進行以下步驟： 1.坐在塑膠可移動的椅子，高 460 mm，在你的眼睛最舒適與看清楚的情境下，觀看S3D 顯示器上的電影。 2.實驗一，實驗人員由 18 個實驗處理（2 個影像型式 × 3 個觀看角度 × 3 個亮度）中隨機指定一個實驗處理進行實驗。實驗二，實驗人員由18 個實驗處理（2 個影像型式 × 3 個觀看角度 × 3 個觀看時間）中隨機指定一個實驗處理進行實驗。 3.完成觀看之後，每一位研究參與者立即回應主觀沈浸感問卷。實驗一，每一位研究參與者完成整個實驗約需 30 分鐘，研究參與者實驗報酬為 200 元。實驗二，每一位研究參與者實驗報酬分為100 元（10 分鐘）、150 元（20 分鐘）和 200 元（30 分鐘）。

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˘ă၁រ˘៍࠻֎ޘ׶ܪޘ၆៍࠻NS3D ̝Քওຏ 表 1 中分別顯示在自變數各水準下主觀沈浸感評估分數之平均數與標準差。以下為主觀沈浸感的變異數分析結果。 ܑ1 ҋតᇴЧͪ໤͹៍Քওຏ۞πӮᇴ׶ᇾ໤म 表1 中主觀沈浸感平均評估值在影像型式 2D 與 3D 上，分別為 29.29 與 34.67。主觀沈浸感變異數分析的結果，影像型式對主觀沈浸感影響顯著（F(1, 72) = 17.35， p < 0.01）。觀看 3D 電影之主觀沈浸感平均 評估分數高於觀看2D 電影之主觀沈浸感平均評估分數。表1 中顯示在觀看角度-60、0、60 上之主觀沈浸

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感之平均評估值，分別為 34.23、28.93 和 32.77，觀看角度對主觀沈浸感影響顯著（F(2, 72) = 5.99, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 3.15。表 4 LSD 多重檢定結果顯示，除了-60 度與 60 度兩者之間在主觀沈浸感上無顯著地差異之外，其他觀看角度之間在主觀沈浸感上有顯著地差異。同時地，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)，主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。表2 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27.77、32.50 和 35.67。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) = 12.65, p < 0.01）。以LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為3.15。表 4 LSD 多重檢定結果顯示，當螢幕亮度增加時，主觀主觀沈浸感似乎隨著有愈大的趨勢。 ܑ2 ͹៍Քওຏ̝តளᇴ̶ژܑ 變異來源自由度 SS MS F 影像型式 1 650.71 650.71 17.35 ** 觀看角度 2 449.36 224.68 5.99 ** 影像型式*觀看角度 2 233.49 116.74 3.11 亮度 2 948.42 474.21 12.65 ** 影像型式*亮度 2 227.76 113.88 3.04 觀看角度*亮度 4 309.58 77.39 2.06 影像型式*觀看角度*亮度 4 99.04 24.76 0.66 誤差 72 2699.60 37.49 * Significant at α = 0.05 level. * *_{Significant at α = 0.01 level.} ܑ3 LSD кࢦᑭؠܑ 自變數水準 _{主觀沈浸感}a _自變數 _水準主觀沈浸感a -60 34.23 A -45 34.30 A 0 28.93 B 0 27.40 B 60 32.77 A 45 31.83 A 1 27.77 A 10 24.50 A 4 32.50 B 20 32.17 B 7 35.67 C 30 36.87 C 觀看角度亮度觀看角度觀看時間 a 在同一欄位中，緊跟著平均數之相同字母，代表沒有顯著差異。 ˟ă၁រ˘៍࠻֎ޘ׶៍࠻ॡม၆៍࠻NS3D ̝ Քওຏ 表4 中主觀沈浸感之平均評估值在影像型式 2D 變異數分析結果顯示，影像型式對主觀沈浸感影響顯著（F(1, 72) = 8.19， p < 0.01）。觀看3D 電影之主觀沈浸感平均評估值高於觀看2D 電影之主觀沈浸感平均評估值。表2 中顯示在觀看角度-45、0、45 上之主觀沈浸感之平均評估值，分別為 34.30、27.40 和 31.83，表 5 觀看角度對主觀沈浸感影響顯著（F(2, 72) = 6.49, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 3.87。表 3 LSD 多重檢定結果顯示，除了-45 度與 45 度兩者之間在主觀沈浸感上無顯著地差異之外，其他觀看角度之間在主觀沈浸感上有顯著地差異。同時地，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)，主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。 ܑ4 ҋតᇴЧͪ໤͹៍Քওຏ۞πӮᇴ׶ᇾ໤म ܑ5 ͹៍Քওຏ̝តளᇴ̶ژܑ 變異來源自由度 SS MS F 影像型式 1 462.40 462.40 8.19 ** 觀看角度 2 733.49 366.74 6.49 ** 影像型式*觀看角度 2 14.47 7.23 0.13 觀看時間 2 2338.02 1169.01 20.70 ** 影像型式*觀看時間 2 18.87 9.43 0.17 觀看角度*觀看時間 4 189.84 47.46 0.84 影像型式*觀看角度*觀看時間 4 209.27 52.32 0.93 誤差 72 4066.80 56.48 * Significant at α = 0.05 level. * *_{Significant at α = 0.01 level.} 表2 中顯示在觀看時間 10、20、30 上之主觀沈浸感之平均評估值，分別為 24.50、32.17 和 36.87。

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對主觀沈浸感影響顯著(F(2, 72) = 20.70, p < 0.01)。以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 3.87。表 3 LSD 多重檢定結果顯示，隨著觀看時間愈長，主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。。

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實驗一研究的主要目的在探討觀看角度和亮度對觀看NS3D 之主觀沈浸感的影響；實驗二研究的主要目的在探討觀看角度和觀看時間對觀看 NS3D 之主觀沈浸感的影響。就影像型式而言，本研究發現2D 電影對主觀沈浸感的影響較3D 電影的影響小一些，似乎立體三維的技術大大提高了觀眾的主觀沈浸感[3-12]。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]）。就觀看角度而言，本研究發現觀看角度對主觀沈浸感的影響顯著。當觀看角度隨著愈偏離正面時，主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。就觀看時間而言，本研究發現觀看時間對主觀沈浸感的影響顯著，隨著觀看時間愈長時，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沈浸感的影響顯著。當螢幕亮度增加時，主觀沈浸感似乎也有愈大的趨勢。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

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本研究由國科會計畫NSC 102 - 2221 - E - 161 - 009 補助，特此致謝。

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Effects of Subjective sense of immersion for viewing on naked-stereoscopic

3-dimensional display

Der-Song Lee

1,*

Abstract

Two experiments were conducted to investigate the effect of display type, viewing angle, viewing time, and luminance on subjective sense of immersion in naked-stereoscopic 3-dimensional display (NS3D). Display type viewing angle, viewing time, and luminance had significant effect on subjective sense of immersion; i.e., the more deflected from direct frontal view, the higher the subjective sense of immersion seemed to be. As viewing time increased, the greater the subjective sense of immersion increment became. As luminance increased, the greater the subjective sense of immersion increment also became.

Keywords: Naked-stereoscopic 3-dimensional (NS3D); Subjective sense of immersion; Viewing angle; Viewing time, Luminance.

1_{Department of Industrial Management, Oriental Institute of Technology} *_{Correspondence author: Der-Song Lee}

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