國立交通大學建築研究所
碩士論文
實體環境中活動行為與情境資訊間的互動介面研究
An interactive interface senses contextual information existing in the physical space
研 究 生 金啟平
指導教授 劉育東
中 華 民 國 九 十 八 年 七 月
實體環境中活動行為與情境資訊間的互動介面研究
An interactive interface senses contextual information existing in the physical space
研 究 生：金啟平 Student：Chi-Ping Chin
指導教授：劉育東 Advisor：Yu-Tung Liu
國 立 交 通 大 學
建 築 所
碩 士 論 文
A ThesisSubmitted to Graduate Institute of Architecture College of Humanities and Social Sciences
National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master
in
Science
July 2009
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
中華民國九十八年七月
中文摘要
中文摘要
中文摘要
中文摘要
科技的普遍化，讓資訊的提供與傳遞遍及整個世界，使我們在日常生活當中獲得便利與 舒適。在此需求之下，因為越來越多的可用資訊產生，因此，情境資訊的使用概念從以 使用者為導向之設計原則中被提出，透過心理學分析建立了情境與人類活動及行為間的 重要關係。同樣地，將情境發展概念延伸至人機互動研究上，情境感知運算不僅能根據 不同的使用者身分、環境屬性及行為變化特性，而提供不同的情境化資訊，進一步地亦 能藉由預知場景故事內的使用者行為，先行一步自動提供具輔助性的情境資訊。 由於人機互動強調了利用針對人類行為模式的探討，創造出更直覺式的互動形式，因此， 本研究藉由從過去各式不一樣的情境資訊使用案例進行收集與分析，企圖找出在資訊發 送與接收上的互動方向特性，但也發現了雖然過去不管在理論、技術、介面規劃…等研 究類型上，已有許多與情境感知相關的參考文獻，卻仍然缺少了一個能整合所有影響因 素的資訊應用介面，透過這個介面更深入的討論情境感知應用上的互動因子，也藉此解 決如何在資訊已飽和的限度內，適當的提供人們空間中無意圖性且自然而存在的情境情 訊？並藉由人機互動設計將新媒材與新科技無形化地融入日常生活運用當中。所以，本 研究的研究目的在於建立一個能融入現存實體空間設備之中的智慧裝置雛型-情境磚， 透過裝置實作與場景模擬，進行建構與可應用模式的討論。情境磚雛型在設計上利用六 角形蜂巢結構保留了磚塊應有的穩固性，並且各磚塊之間具有中介溝通介面進行訊號傳 遞，人們可透過磚塊輕易地獲得其他空間的情境資訊，彷彿自己正處在情境發生的空間 之內。在未來的研究中，將透過技術的改進與各種材料上的媒合實驗，增強磚塊的使用 效力及使用性。情境磚具有高度應用的可能性，它的概念與設計原則將能擴展於各種不 同領域之中。Abstract
The technology, nowadays, makes our life more convenient and more comfortable through providing every kind of information around the world. Because of more and more kinds of information we needed in our life, the notion of context with user-centre design framework was proposed based on psychology theory. Applied these concepts to assist Human-Computer Interaction (HCI) research, context-aware application is not only to give the contextualize information according to the users, environment, or human behavior but also to automatically provide auxiliary information fit in with scenarios by predicting user behaviors in advance.
Based on the importance of human behavior analysis in HCI research, this paper discusses the property of interaction in sending and receiving direction with diverse cases. Although there have been lots of related researches in recent decade, it was still lack of an integrated interface to discuss the interaction factors on context-aware application and concern about how to merge the novel media and technology into our living space invisibly with the appropriate information display. Therefore, the objective of this paper is to propose a unit of contextual bricks that was applied for fully discuss the context-aware construction and application in practice. Prototype of contextual bricks preserved the characteristic of stability with cellular hexagonal structure, and each was designed with communicable construction. The people could get the contextual information from other spaces as seeing through the walls. In the future study, the completed suit of bricks will tend to be used effectively and easily through technical improvement and material experiment. The contextual bricks have high applied possibility and multiple developments in each kind of areas.
致謝 致謝致謝 致謝 能順利的完成論文研究, 首先多虧了這四年在交通大學建築研究所的時光 不管是在程式、電子電路、互動設計、虛擬實境的學習, 與建築構築、設計的觀察, 甚至是到外系所選修心理學與機器人感測技術運用的課程, 都在不預期的情況下, 直接或間接幫助到研究的完成 當然， 仍不免俗的感謝所有老師、朋友的關心與親人的支持 指導老師 Aleppo 君昊老師 小毛 文禮 郁鈞 姿汝 聖軒 妍伶 珮倩 偉皓 玠佑 菁芳 書青 益霖 雅米 不小心插到花的 St. Pro、Suno 謝謝大家的陪伴, 這四年我過得既充實又快樂
目錄
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第一章 第一章 第一章 第一章 緒論緒論緒論緒論1
1.1 研究背景 1 1.2 研究問題 4 1.3 研究目的 5 1.4 研究方法與步驟 5 第二章 第二章 第二章 第二章 文獻回顧文獻回顧文獻回顧文獻回顧8
2.1 情境感知 8 2.1.1 環境資訊感測 11 2.1.2 位置感測 13 2.1.3 活動中的輔助資訊 15 2.1.4 情感設計 17 2.2 環境智能 19 2.2.1 無形化介面 19 2.2.2 遍佈式介面 21 2.2.3 智慧化介面 23 第三章 第三章 第三章 第三章 情境資訊情境資訊情境資訊情境資訊互動互動互動性互動性性分析性分析分析 分析25
3.1 空間中資訊變異與傳遞 25 3.2 資訊應用介面 37 3.3 資訊裝置的感知互動方向性 50 第四章 第四章 第四章 第四章 互動互動互動互動介面設計與介面設計與介面設計與介面設計與實作實作實作 實作54
4.1 設計架構與規範 55 4.2 裝置製作與設計 60 4.3 無形化介面結構 66 4.4 情境應用發展與討論 71第五章 第五章 第五章 第五章 結論與結論與結論與結論與後續研究後續研究後續研究 後續研究
76
5.1 結論 76 5.2 研究貢獻 76 5.3 研究限制 77 5.4後續研究 78 參考文獻 參考文獻 參考文獻 參考文獻81
附錄一、過去研究案例之互動性分析表 86第一章
第一章
第一章
第一章
緒論
緒論
緒論
緒論
1.1
研究背景
「資訊」(Information)出現於人類社會的組成、群體生活，及相關於歷史記載與文字發 明。早期人類文明依賴文字的書寫、圖像的繪製、雕刻，在傳統媒材，如：龜殼、岩壁、 竹簡、獸皮、絹帛…等，留下以記錄為目的且不易廣泛流傳的靜態資料(Data)，經過後 人整理後成為知識類資訊。之後，蔡倫造紙與畢昇活版印刷的發明，透過新媒材與新技 術的結合，使資訊具有大量複製與流通的條件，並造成資訊媒體的形成，加速資訊在溝 通交流中的使用頻率及效率。自 1980 年代開始，電腦通訊技術的急速發展，資訊革命 (Information Revolution)打破了傳統媒材在資訊傳輸上形體、空間、重量上的限制，資訊 科技也漸漸改變人們工作場所和工作方式、學習場所與學習方式，除此之外，也改變了 人們在購物、休閒、飲食、選舉、醫療服務、戰爭、交朋友…等生活型態(Rogerson and Bynum, 1996)。資訊革命使研究者對資訊研究的意識抬頭，資訊廣泛地存在於自然界與 人類社會活動中，不隨人的主觀意識而改變，但對人類社會行為擁有極大的潛在影響 力。 傳統的資訊定義所表達的資訊媒材與內容為實體化資訊(Physical Entity)，實體資訊的目 的在於傳達知識、呈現環境中的資料、傳播通訊、及當作學習資源與貨物(Madden, 2000)。 而現今的數位資訊，使資訊定義顯示出了資訊應有實體與抽象兩種相對的屬性同時存在 (Raber and Budd, 2003)。抽象式資訊(Abstract Entity)為存在實體空間中的動態資訊，其 內容、形式、容量都會隨時間而改變，資訊的動態特性，也導致資訊的價值會隨著時間 的流逝而衰減。藉由現今新技術、新媒材的開發，抽象式資訊有了顯示在實體空間及場 所的可能性，資訊的變異特性能夠即時的展現在數位資訊的交流當中，並反映了事物的 形成、差異、和關連性。第一章 緒論
動態資訊的利用衝擊以往人類對資訊的了解與掌控，也刺激人類在生活中對動態資訊的 需求，加強了「人類活動」與「環境中資訊元件」之間的互動，及顯示了其間的相關連 結。過去的科技發展在實體化資訊上已有相當程度的應用，如電腦系統、軟體設計，電 子月曆、天氣預報，特別是在網頁製作、電子書、搜尋引擎、和線上教學…等系統上。 然而，人機互動(Human-Computer Interaction, HCI) 因應新發展、新趨勢，更有效地利用 數位資訊的動態特性，結合已有的科技設備，設計出更多樣化的應用系統、介面、以及 個人化裝置。嘗試藉由資訊的提供彌補人類在生活上的不足與對周遭環境掌控上的需求， 使空間環境更活性化、智慧化，也藉此在人於人之間建立起溝通的橋梁。例如透過 HCI 技術規劃後，建構的數位廚房，能因應人類需求顯示菜單、物品擺放位置、冰箱內容物… 等資訊(Bonanni et al., 2005)。因此，居住在智慧環境中的使用者被賦予察覺與構築環境 狀態的能力，依據以往的生活經驗擷取、吸收資訊，並與周遭環境產生互動(Chiu, 2005)。 資訊的應用配合人類活動需求與特性，結合 HCI 技術進一步建構出的智能空間，能在實 體空間內藉由資訊的顯示、傳遞，參與環境創造，針對空間中的生物、物件進行不斷的 追蹤和感測，並且給予回饋及幫助(Guallart and Cantarella, 2004)。在 HCI 應用的研究上， 新技術創造出了嶄新的使用模式介面，例如可觸式介面(Tangible Media)，探索人類的空 間能力及在實體空間中活動的天性，讓使用者能直接觸碰實體目標物件進行操作，使操 作行為變得更簡單更直覺(Sharlin et al., 2004)。除此之外，研究者亦模擬了人類行為、活 動、知覺系統對照出在 HCI 領域上更活性化的電腦感測運算模式(Sharma et al., 1998)。 逐漸地，HCI 除了與資訊的使用、操作密不可分，不管是在研究或設計上，人類/使用者 亦成為設計上極大的影響因素之一。
運算裝置已與人們的日常生活密不可分(Norman, 1998)。為有效解決生活中的問題，滿 足人們需求，達到服務人群的目的，HCI 開始融合過去各領域上的設計理論與經驗，發 展出人機互動設計(HCI Design)。以 HCI 理論、技術為基礎背景，配合不同的設計環境 與使用者需求，針對 HCI 中的系統、介面、產品、裝置、設備…等，在其互動性的設計 規劃上，進行更深入的探討。從早期 70 年代起，為了讓人們更輕易的使用產品，使用 者導向設計(User-centered Design)概念的出現指出產品在學習上的困難及其功能過於複 雜(Norman and Draper, 1986; Norman, 1988)，於是產品在使用者接受度及使用性上有了 進一步的設計嘗試。當科技已然成為人類生活的一部分，HCI 的設計思考上有了重大改
變，開始強調不只是使用者，而是以人性為中心的設計(Human-centered Design)，讓科 技以服務人類需求為目的。此設計變革藉由快速學習上手及減少使用上的錯誤，實質增 進了人類對於科技產品的使用性(Norman, 2005)。 然而，以人為中心的設計雖然方便人類，卻也因過於注重使用者的意見而縮減了原本人 類應有的活動、行為。所以，為了真正了解人類行為及需求，應先了解人類的活動內涵 及活動在社會情境、人際網路連結上的意義。以活動為導向的設計概念(Activity-centered Design)在工作內容(Tasks)與工具操作(Operation)中的取得了中介平衡，使工具操作能完 美的滿足工作內容中的使用，雖然設計較繁雜，但因其產品的成果美好，讓人願意花力 氣去學習(Gay and Hembrooke, 2004)。除此之外，個人應用裝置及無線裝置的普遍性發 展與遍佈，亦使得使用者導向設計、分析不再能完全概括複雜的系統使用規畫(Gay and Hembrooke, 2004)，於是在 HCI 設計上，開始出現以資訊、情境為導向的輔助設計概念 (Context-based design)。情境設計從設計脈絡上著手，討論社會規範、歷史、文化…等， 透過連結不同空間中的資訊及不同裝置，形成人類溝通與互動。HCI 結合設計的成果整 合了不同的系統功能與空間構造元素，並透過設計行為的本質使結果具創意特色，不僅 提升生活品質，並能配合永續環境的發展應用(Chiu, 2005)。 從另一個角度來看，為了能滿足多數人的需求，通用設計(Universal Design)法則、哲理 亦從 70 年代開始探討人們對於非傳統科技上的使用管道的接受性，考慮每個人、每種 情況，進而產生適用於各式各樣環境、情勢、現象之下的產品，其成果可以是裝置、環 境規劃、系統、或設計思考過程(Vanderheiden, 1996)，在 HCI 應用上通用設計亦有效提 升科技產品的外觀及使用品質。近年來由於社會人口結構組成的變化，和合設計 (Inclusive Design)的概念開始從通用設計中獨立，讓設計者也注意到透過與環境中資訊 的互動結合，相對的特別有利於提供個人、家庭、甚至是社會中身心障礙人士的行動、 溝通與看護(Nicolle and Abascal, 2001)，資訊介面能輔助其在視覺、聽覺、行動、及認知 上的基本能力，同時也使產品擁有更大的使用彈性、更容易被使用。科技介面成為人類 活動與情境資訊間的中介媒材(Nardi, 1996)，並藉由探討資訊在其情境中的使用性，將 人類活動中的情境資訊需求涵括於設計之中。因此，人機互動設計根據人類活動的不同 而有了不同的設計目的，又因不同的設計目的而置入不同的情境資訊運算於其中。
第一章 緒論
1.2
研究問題
人類為了適應外部世界，而有控制環境中的資訊溝通與交換的期望與需求(Wiener, 1948)， 並冀望不同的活動能配以不同的情境資訊提供。在舉辦群體活動時，會希望能掌握會場 人數的位置及變化；在出外旅遊時，透過手機更能方便的獲得同伴及其周遭的相關資訊； 在公開的社交場合，一個適於空間應用的輔助溝通裝置介面，能激起人與人之間的良性 互動(Streitz and Prante, 2003)。因此，對人類活動及行為而言，情境(Context)是影響資訊 概念的重要因素，如果忽略了情境，即無法正確評估和了解資訊 (Madden, 2000)。 在科技發展前，人們透過感官組織系統進行空間感知、觀察、推理來獲得活動所需資訊； 在科技發展後，在人機互動裝置、系統的相對應下，找到替代人類感知運算的方法 (Sharma et al., 1998)，並能透過電子訊號傳輸跨越時間與空間限制，為人類生活帶來新 的溝通行為(Broms, 2005)，同時也彌補人類感知功能上的不足與增加生活上的便利。然 而，在資訊自由與電子化的現代，各式各樣的資訊與資訊設備充斥，複雜的使用介面及 多種裝置交互配合反而造成人們使用不便、吸收不良的混亂情況。在 HCI 設計上，為了 讓人們輕易的使用且有效的吸收、利用資訊，不僅針對資訊的種類、顯示方法、使用方 式，逐漸的開始有了各種不一樣的嘗試，因此也反應出了同一空間中或個人單體所能使 用的資訊含量是有所限度的。所以，本研究為了探討資訊中的情境資訊對於人類活動、 行為上的需求，及探索能有效掌控的適當方法與介面，先排除了知識類的文字資訊顯示 不討論，最重要的問題是如何在資訊已飽和的限度內，適當的讓空間中無意圖性且自然 而存在的情境情訊給予人們在行為、活動、生活上的幫助？並藉由人機互動設計使資訊 顯示裝置能輕易的融入日常生活當中。因此，在介面應用的靜態設定上，資訊的選擇、 分佈與分配，與動態的資訊傳遞方向性，及因人類的意志所產生的行為對介面的互動形 式而有的不同影響，在此研究將成為情境資訊利用的重要議題之一，將配合現今已有的 科技介面案例進行分析與討論。1.3
研究目的
空間情境資訊的應用擴大人類的感知範圍，輔助人們的感知能力，將周遭空間進一步提 升至能滿足人類需求而智慧化的模式。此研究在確立了情境資訊對人類活動的重要性之 下，企圖藉由人機互動設計與情境資訊研究，透過實作探討資訊在裝置介面互動上的方 向性，以此建立一個能融入現存實體空間設備之中的智慧裝置雛型-情境磚(Contextual Bricks)，成為人與情境資訊間的中介介面，並透過介面設計規劃出各式不同的人與人之 間、人與介面之間、介面與介面之間的互動交流與應用。此介面雛型同時具備環室空間 中的情境資訊輸入，及配合人類各種感知能力的輸出裝置，不僅能協助專家學者在不同 的情境下進行空間情境資訊相關應用研究，亦讓此裝置在人機互動設計應用下，能針對 特定使用者、活動來進行空間擺設、規劃，並能通用於社會結構下的所有族群。尤其小 孩、老人、與身心障礙者，空間情境資訊的擷取及供給，對其及週遭照護的使用者來說 特別重要。情境資訊在適當位置、適當時機下的顯示所形成的智慧環境，使處與相連環 境中的人們根據與環境互動而產生所得之資訊，能更易於互相溝通、照顧。1.4
研究方法與步驟
本研究將根據空間中的情境資訊需求與互動分析，實作資訊顯示互動介面之情境磚雛型， 為了建立直覺式使用介面，並使正確的資訊能有效地傳達，本研究第一步驟透過已完成 的製作案例找出適合情境資訊應用的設計原理，以「人」、「資訊」、「介面」三者，在互 動原則上進行交互分析。在掌握了設計原則之後，第二步驟即根據第一步驟的分析結果 整合出此互動裝置的設計規範，並依據此規範進行互動架構設計、系統架構規劃、硬體 設備應用、裝置外型及組合式結構設計。第三步驟將會透過故事劇本(Scenarios)之描述 方法，發展此介面在不同屬性之實體環境空間中應用的各種可能狀態，透過這些情境資 訊應用模式的建立探討情境資訊對於人類活動、行為上的輔助性、溝通性、及互動性， 同時亦針對設計完成的概念雛型進行情境應用上的可行性討論。最後，將在未來研究中第一章 緒論 提及可修正之設計方向，並提出有效改進之建議。除此之外，不管是在結構上還是介面 形式上，亦皆懷抱著能更進一步地提出各式設計實驗的未來規劃。 第一步驟 第一步驟 第一步驟 第一步驟：：：情境資訊：情境資訊情境資訊互動分析情境資訊互動分析互動分析 互動分析 1. 「Context：情境顯示型態與內容定義」：透過既有研究案例定義出本研究所引 用的情境資訊類別及內容，並從案例中的基本顯示型態歸納出適用於本研究問 題、目的、及應用環境之呈現方式。 2. 「Interface：介面分析」：透過現有資訊介面案例的整合，及針對其介面應用上 使用者行為之分析，歸納出資訊內容、資訊顯示型態、與介面設計間的關聯性， 藉此找出適宜於情境資訊應用之介面模式。 3. 「Interaction：感知互動方向性」：以佔據人類生活大部分的活動、行為之居家、 室內型空間為範例，從人本身的行為意圖到所接觸之資訊內容、用途…等，分 析時間、空間環境中互動訊號的輸入及輸出(Input / Output)，以此提出專屬於資 訊之互動方向性。藉此訂立出適用於所定義的情境資訊的互動型態應用，並最 能解決研究問題、達成研究目的之人機互動模式。 第二步驟 第二步驟 第二步驟 第二步驟：：：裝置：裝置裝置設計與實作裝置設計與實作設計與實作 設計與實作 1. 「設計架構與規範」：依據情境資訊定義、顯示圖像規則、介面應用、及感知 互動方向性之原則 ，建立情境磚之互動架構。包含電源供應、訊號的輸入與 輸出、資訊連結溝通傳遞模式、與介面空間使用設計等。 2. 「軟硬體技術」：利用感測元件結合電子電路應用，進行裝置介面的實際操作 控制實驗與製作。整體技術核心可分為空間中的情境資訊感測與顯示兩大類 別。
3. 「組合式結構」：情境資訊互動介面裝置的單元體及細部構件設計。使介面可 以互相組裝，除了兼顧結構穩固的設計外，並保有形體自由變化的特性。 第三步驟 第三步驟 第三步驟 第三步驟：：：情境應用發展與討論：情境應用發展與討論情境應用發展與討論 情境應用發展與討論 從基本模式至進階應用模式，提出不同空間屬性下的情境使用範例，討論組合排列方式 對功能應用上所造成的影響，並從範例中指出其對生活的輔助性與互動性。歸納為情境 磚之應用包含原本的「資訊顯示介面應用」、建立「人與人之間的溝通應用」、或移作空 間中的「互動燈具」、與達成「居家照護」之目的。
第二章 文獻回顧
第二章
第二章
第二章
第二章 文獻回顧
文獻回顧
文獻回顧
文獻回顧
本章節將導入兩個密切相關的 HCI 研究概念─情境感知(Context-Awareness)與環境智能 (Ambient Intelligence)。藉此延伸空間中的情境資訊是如何在過去案例中透過裝置、介面、 系統…等方式應用，這些案例不僅確立了情境資訊對人類活動的重要性，亦指出目前已 被應用之資訊內容及法則，也討論了過去的設計形式及資訊的存在本身在互動設計中所 扮演的角色。最後，將陳述透過文獻回顧整理出情境感知、環境智能、與遍佈式運算 (Ubiquitous Computing)在智慧生活研究中的共通與差異。2.1
情境感知
「情境感知」最早是隨著分散式行動計算(Mobile Distributed Computing)的興起而來。在 此運算下，使用者在任何時間、地點都可以藉由行動式運算系統查詢任何其他位置的相 關資訊(Schilit and Theimer, 1994)，因此，在此之後的研究議題上，感知情境成為了新的 挑戰。情境感知基本的系統架構(如圖 2-1)是提供相關資訊與服務給使用者在任務中所使 用，進而產生互動行為與反應，其中，資訊範圍廣泛包含人、事、地、物，甚至與使用 者及任務本身相關(Dey, 2001)。而情境感知所產生的作用讓人類能察覺到活動、事件的 進行(Abowd and Mynatt, 2005)，用來減低使用者的認知負荷。科技將透過感知設定範圍 內物件的變與不變，獲得其時間、地點、位置資訊，甚至詳細至實體或數位物件的身分、 狀態、內容，藉此產生回應。
初期的情境感知系統以地點、場所作為應用上的區間架構(如圖 2-2)，情境資訊被認定也 有類似的從屬關聯性(Schilit and Theimer, 1994)，每個層級都有特殊的地域相關資訊。而 早期這些資訊著重於辦公情境下的企業管理應用，如：會議室的密度、公司內的社交行 為…等，並將其中應有的內容分類為「運算情境」：網路連線、溝通元件、印表機、影 印機；「使用者情境」：空間中人物的位置、話語、移動、社交行為；「實體情境」：空間 大小、名稱、邊界、亮度、噪音、溫度、交通資訊(Schilit et al., 1994)。隨著研究案例的 增加，情境內容涵括大多人們認知世界中的構成，最早的通用定義已不足，雖之而起的 定義將第四度空間元素─時間，結合位置、活動、實體的人、地、物資訊形成情境資訊 之索引(Dey and Abowd, 1999)，以廣義的通用名詞總括了當時主要情境內容於其中。
另一方面，為了加深對於情境資訊的掌控，研究者嘗試從訊號的產生源將情境資訊分析 成「人為因素」及「環境因素」兩大部分(Beigl et al., 2001)。人為因素包含使用者習慣、 情緒、生理狀態、工作、興趣、社會互動、特定行為、活動…等；環境因素包含各式地 理資訊、空間位置、區域建設、運算設備、自然變化、氣候及噪音、溫度、氣壓、光影 亮暗…等實體環境度量狀態。 同樣地，為了讓情境資訊的使用更透徹，研究者更進一步地從反向推演，探討情境資訊 在系統上被應用的動態特性，將其分化成主動式情境(Active Context)及被動式情境 (Passive Context)(Chen and Kotz, 2000)。主動式情境代表系統自動操作下所獲得的情境資 訊直接影響系統下一步驟的運作模式，即系統直接對情境產生反應；被動式情境只是單
第二章 文獻回顧 純影響系統的資訊量或呈現方式，反應產生在使用者接收資訊後，更改系統設定等行為 上。 綜合過去以來的所有分析，不管是從場所、環境、人為行為、或是系統介面進行研究探 討，情境資訊的重點議題不外乎仍環繞著「環境」、「物件」、「人及其他生物」，因 為情境資訊的重要性在於感測情境中的變化，如：環境自然變化、人的行為動作產生、 生物成長、移動，及物件雖是無生命的人工產物，卻又受環境、人及生物所操縱。而不 同定義、分類的出現，則是來自科技進步，使情境感知獲得逐步擴張其應用領域的能力。 隨著從行動裝置協助於辦公空間的使用，到利用產品設計進行生活空間的應用，研究者 逐步發展出以人為情境資訊應用中心的新定義(Bradley and Dunlop, 2004)，並進一步探 討使用者與資訊傳達介面間互動的認知與反應(Bradley and Dunlop, 2005)，情境感知逐 漸進入了人機互動的研究範圍內(如圖 2-3)，從「使用者」、「媒材」及原本的「情境」 資訊本身進行探討，嘗試創造出有效的中介介面。 情境感知運算為 HCI 中新開發的領域，只有少數實體應用被建立且測試。在人機互動下 系統開發最重要的部分已非侷限於資訊的收集、分析、與運算，進而環繞使用者建立外 在活動與內在心智模型。因此，以下案例依據互動設計的思考角度，引用以環境為本、 圖 2-3、人機互動設計下的情境感知系統架構
物件導向、活動導向及依據 為： - 「環境資訊感測」： 樣貌或空間的亮度 - 「位置感測」：過去的解釋 感測含跨環境、人 位置感測亦常伴隨在狀態偵測之中 的位置感測主要功用 - 「活動中的輔助資訊 是為了協助特定活動進行或完成人類行為任務所需 及早期定義的各種 - 「情感設計」：為近幾年 或藉由獲得情境資訊的裝置 2.1.1 環境資訊感測 單就環境情境深度分析，資訊的來源在於狀態 備(運算裝置、溝通設備…等 圖 依據使用者經驗而進行的設計模式，從資訊的使用性簡單的分 」：意旨其互動無行為意圖，資訊仍反應在環境本身的狀態 空間的亮度、密度，和物件受操控下的情境變化上。 過去的解釋，位置感測是環境資訊感測中的一環 人、物件三個情境感知中主要元素，不僅如此，為了居家照護 位置感測亦常伴隨在狀態偵測之中，並不適合歸於任一類型之下 功用在回顧物件、生物的靜態狀態與動態移動的互動操作 輔助資訊」：描述了情境中以活動為導向的互動設計 活動進行或完成人類行為任務所需之目的，資訊應用的種類 及早期定義的各種資訊類別之中。 為近幾年所出現的新設計理念，在此代表了在情境感知 或藉由獲得情境資訊的裝置，所引起人類情感共鳴之反應表現。 資訊的來源在於狀態(噪音、光線、壓力、溫度 等)、位置(絕對位置、相對位置…等)(Schmidt 圖 2-4、環境情境資訊深度特性區別之標示圖 從資訊的使用性簡單的分 資訊仍反應在環境本身的狀態、 位置感測是環境資訊感測中的一環，然而，位置 為了居家照護， 於任一類型之下。因此，此處 的互動操作。 情境中以活動為導向的互動設計。資訊的獲得 資訊應用的種類遍 情境感知的環境 。 溫度…等)、基礎設 et al., 1998)。而
每項又各自包含不同的感測 感測的特色特別反應在與自然 藉由攝影設備捕捉天空的情境變化 模擬，將結果與室內照明測量結果相比較 統運作上的品質與效能問題 除此之外，利用各式不同的狀態感測器 等)獲得情境並顯示於介面 多的可能性。例如結合無線射頻系統 的運作(如圖 2-6)(Helal et. al, 2005 輔助下顯示了情境對生活的 圖 2-5、以魚眼設備拍攝之天空圖像 圖 2-6、傳統的溫度計感測介面 第二章 感測特性，並以程度的顯現加以區別(如圖 2-4)。因此 的特色特別反應在與自然對應的應用上，維也納科技大學嘗試利用情境感知原理 藉由攝影設備捕捉天空的情境變化，從 170 張記錄下不同的天空圖像(如圖 將結果與室內照明測量結果相比較，並從獲得的資訊中探討提高室內環境照明系 統運作上的品質與效能問題(Mahdavi, 2006)。 利用各式不同的狀態感測器(光感測、壓力感測、加速度感測 獲得情境並顯示於介面，比起傳統的溫度計設備，科技數位化賦予了 例如結合無線射頻系統(Radio Frequency Identification, RFID)
Helal et. al, 2005)。人們因此透過資訊掌握居家環境，亦在環境感測 對生活的影響與重要性。
以魚眼設備拍攝之天空圖像(右) ； 校訂後天空發光率分佈圖(左) (Mahdavi, 2006)
傳統的溫度計感測介面(左) ； 數位化系統結合 RFID 感測技術(右) (Helal et. al, 2005 第二章 文獻回顧 因此，環境資訊 維也納科技大學嘗試利用情境感知原理， 如圖 2-5)進行日照 並從獲得的資訊中探討提高室內環境照明系 加速度感測、溫度感測… 科技數位化賦予了狀態偵測上更 , RFID)掌握電源插頭 亦在環境感測的 ) (Mahdavi, 2006)
2.1.2 位置感測
位置感測亦是環境感測中的一環，同時包含人與物件的偵測，其研究除了環境資訊的提 供(2.1.1 中討論)之外，主要發展在於人與物的尋找、辨認、感知、照護上。Georgia Tech 的 Smart Floor Project 設計(Kidd et al., 1999)，在居住空間自動化及智慧化的過程中，利 用感測器嘗試結合生活事件上的應用。設計者為了獲得屋內即時的情境資訊，收集資料 供中央系統分析判斷，利用智慧地板追蹤家中成員的腳步大小及力量的不同，來辨識其 身分、行為、及位置。同時，此系統介面結合 RF 標籤感測技術，讓使用者可以透過特 定的觸碰顯示介面尋找家中的物件目前擺放何處。
而技術上的成熟應用由 AT&T 實驗室的 The Sentient Computing Project(Addlesee et al., 2001)，利用無線攜帶式識別器(Want et al., 1992)完整建立複雜的室內位置感知系統 Active Bat System。此研究徹底部屬感測脈絡，讓使用者所攜帶的裝置不再只是個人裝 置，在大體環境中嚴然已成為遍佈式運算的一部分。除了因應室內感測而使用的無線紅 外線感測技術之外，另以更新圖面呈現最新的 3D 方位相互關係(如圖 2-7)，讓空間中的 工作者在需求時能透過更直覺的方式找到工作夥伴，此系統之實際位置與圖像誤差值已 不超過三公分。
隨著無線感測器網路(Sensor Network)
資訊能力的微小感測器，以矩陣排列的方式融入生活空間之中 House Project (Helal et. al, 2005)
與實體空間佈置互相對應(如圖
Smart Carpet (Glaser et al., 2005
測器(Touch Sensor)與非同步傳送接收方式 具有通路功能將訊號傳送到系統平台 與移動路徑。此系統的應用發展不僅著重於位置感測上 可分辨使用者在空間中的狀態是站立 生活中居家照護之功用。 圖 2-8、感測地墊 圖 2-9、感測地毯( 第二章 (Sensor Network)的發展，研究者嘗試將具有感應、無線通訊
以矩陣排列的方式融入生活空間之中。The Gator Tech Smart (Helal et. al, 2005)利用地墊下壓力感測器的串連，在主系統介面經過編號
如圖 2-8)，直覺且準確的擷取使用者在空間中的絕對位置 Glaser et al., 2005)縮小的感測矩陣範圍，配合布織品的排列 與非同步傳送接收方式，以銅線編入布料形成連結網路 將訊號傳送到系統平台，透過編碼過後的資料分析，可以感知使用者位置 此系統的應用發展不僅著重於位置感測上，經過不同的資料採集結果 可分辨使用者在空間中的狀態是站立、蹲坐、或躺臥，在動態觀察之下，
感測地墊(左)，Smart Floor 配對系統(右) (Helal et. al, 2005)
(左)，Smart Carpet 感測分析架構(右) (Glaser et al., 2005)
第二章 文獻回顧
無線通訊或處理 Gator Tech Smart 在主系統介面經過編號 直覺且準確的擷取使用者在空間中的絕對位置。 配合布織品的排列，利用觸碰感 入布料形成連結網路，讓每一單元 可以感知使用者位置 經過不同的資料採集結果，亦 ，能進一步提供 (Helal et. al, 2005)
2.1.3 活動中的輔助資訊
活動中的情境需求是從互動設計中的使用者經驗發展而來，Microsoft 的 Easy Living 計 劃 (Brumitt et al., 2000)，透過感測器將裝置與人之間的互動關係清楚的表示，當使用者 走到任何一個裝置之前，之前工作的桌面與需求都會立刻在裝置介面上出現，形成客製 化的聰慧環境。這個計劃主要研究的技術範圍包括 XML 當作資料交換；多種感測器資 料在電腦上進一步融合(Sensory Fusion)，判斷出使用者的情境狀況；建置使用者週遭空 間的配置圖與電腦視覺的結合，用來幫助物體追蹤與室內定位；與前兩項不同的是活動 中的輔助情境感測通常還會隨之配置顯示介面於實體空間之中。
智慧廚房 (Bonanni et al., 2005; Lee et al., 2006; Bonanni, 2006) 的設計反過來利用人類 在空間中行為進行感測，呈現活動過程中應有的資訊於人們注意的到且能方便閱讀的地 方。其中資訊的顯示分為三類，一種顯示了冰箱內已存在的物件於冰箱外層上，讓使用 者能即時得知冰箱內的資訊(如圖 2-11)；一種顯示物件特性，如水溫、火爐的開或關(如 圖 2-12)；另一種則是當人們需要找尋特定物件時，環境會根據記憶自動告知顯示物件 的所在地(如圖 2-13)。
第二章 文獻回顧
同樣的概念，亦由建築師 OMA/Rem Koolhaas 應用於紐約市的 Prada 服飾旗艦店的設計 上(Giammalvo, 2003)。在試裝室採用 Privalite 玻璃牆，當房間被使用時能夠從透明切換 到不透明，顧客也可以自由切換透明度來控制試裝室的隱私性，也能即時掃描衣服標籤 上的條碼，進一步獲得產品詳細的額外資訊。由攝影機及電漿螢幕構成的魔術鏡(如圖 2-14)，讓顧客不僅能看到自己個角度試穿的模樣，並能瀏覽自己所有是穿過的衣服的歷 史紀錄。 圖 2-12(左)、 水溫顯示裝置 圖 2-13(右)、 特定物件擺放 指示燈號 圖 2-11、智慧廚房 左邊冰箱門面顯示 冰箱門內的資訊。 圖 2-14、試裝室及魔術鏡(左)；展示區的標籤掃描裝置(右) (Giammalvo, 2003)
2.1.4 情感設計 過去的設計、研究行為從認知談起 上。隨著人類在人機互動設計中扮演越來越重要的角色 討情感上的反思互動(Norman, 2005) 同意義。情緒的產生來自外界刺激 美味)與負面(厭倦、陰冷、 求，進而產生安全感、歸屬感 計的發生，在情境感知研究上 得到的滿足感，研究中的互動設計有時不一定要有其出現的目的 使用者感受後所賦予的。 為了讓人與人的交流跨越距離的障礙 材的運用，藉由科技增加人們之間的親密性 Sense(如圖 2-15)各式表現式設計 的訊息，傳遞至遠方對應連結的卡片上 起遠端的親朋好友，碰觸相對應的樹狀點 配合裝置在遠端環境中的感測器而使用 情感傳達的情境狀態。 另外，為了得到效果驗證， 有人位於裝置附近，另一端的燈光就會亮起 圖 2-15、LumiCard(左 認知談起，著重於裝置本體的技術研究或行為層次的功能應用 隨著人類在人機互動設計中扮演越來越重要的角色，現今的研究、設計議題開始探 (Norman, 2005)，包含文化意涵、情緒、感受性及對個人產生的不 情緒的產生來自外界刺激、想像、經驗、回憶，同樣地分為正面 、噁心)特性，生活交流所產生的情境資訊滿足了人類的心理需 歸屬感、與感到對未來的渴望。回頭檢視過去案例 在情境感知研究上，主流可分為遠端的存在感(Remote Present) 研究中的互動設計有時不一定要有其出現的目的，意義反而可以是經由 為了讓人與人的交流跨越距離的障礙，藉由彼此的存在感到安定、產生情緒 增加人們之間的親密性。於是，產生了 LumiCard、TreeLam
現式設計(Tollmar and Persson, 2002)。LumiCard 會將寫在卡片上 傳遞至遠方對應連結的卡片上；TreeLamp 顯示了人與人的連結關係
碰觸相對應的樹狀點，另一端的燈就會亮起，傳達思念 配合裝置在遠端環境中的感測器而使用，燈光亮起表示環境天氣、氣溫、
，研究者把裝置雛型實際實驗於三個家庭之中 另一端的燈光就會亮起，藉由存在感的傳達減少孤單
左)；TreeLamp(中)；6th Sense(右) (Tollmar and Persson, 2002
著重於裝置本體的技術研究或行為層次的功能應用 設計議題開始探 感受性及對個人產生的不 同樣地分為正面(愉悅、溫馨、 生活交流所產生的情境資訊滿足了人類的心理需 回頭檢視過去案例，目前情感設 (Remote Present)與藉由行為而 意義反而可以是經由 情緒，透過新媒 TreeLamp 與 6th 會將寫在卡片上 結關係，當你想 傳達思念；6th Sense 、氣氛…等達到 實際實驗於三個家庭之中(如圖 2-16)，當 藉由存在感的傳達減少孤單。從得到的資
料中可以知道，情感設計的確可應用於人類的情感層面 話上的溝通連絡，感覺彼此彷彿緊鄰而居
的頻率，無形的情感傳遞反應了
從 Lover’s Cup (Chung et al., 2006)
別位於不同地的杯子，藉由無線傳輸及感測器連接網路讓 遠的情人從對飲的行為中， 當一方嘴唇接觸杯子，另一方的杯子將會發出光芒並在杯身顯示對方杯中的液體容量 當搖晃杯子時，另一方的杯子也會搖晃 雙配對(如圖 2-17)。 情感設計的特色在於透過無意識的行為或生活中的小動作產生情緒觸發的效果 感知在此的功能則是負責紀錄 圖 2-16、 圖 2-17、 第二章 情感設計的確可應用於人類的情感層面，使用者藉由不同於傳統形式電 感覺彼此彷彿緊鄰而居。此裝置亦增加了日常生活中互相接觸 反應了互動上、感受上的直覺性。 (Chung et al., 2006)可以發現另一類從行為上所獲得的情緒感知 藉由無線傳輸及感測器連接網路讓杯子間產生聯繫 ，透過情境感測、分析而瞭解彼此當下的心情。 另一方的杯子將會發出光芒並在杯身顯示對方杯中的液體容量 另一方的杯子也會搖晃；在社交的場合，還可以透過乾杯的情境進行雙 情感設計的特色在於透過無意識的行為或生活中的小動作產生情緒觸發的效果 紀錄、傳遞情感的發生。
、實體環境測試 (Tollmar and Persson, 2002)
、Lover’s Cup 使用情境 (Chung et al., 2006)
第二章 文獻回顧 使用者藉由不同於傳統形式電 此裝置亦增加了日常生活中互相接觸、注意 可以發現另一類從行為上所獲得的情緒感知。兩個分 聯繫，亦讓相隔甚 。其主要機制為 另一方的杯子將會發出光芒並在杯身顯示對方杯中的液體容量； 還可以透過乾杯的情境進行雙 情感設計的特色在於透過無意識的行為或生活中的小動作產生情緒觸發的效果，而情境
2.2
環境智能
環境智能概念的產生與演進，其實是從普遍式運算(Ubiquitous Computing)的發展而來 (Weiser, 1991)，強調電腦運算是看不見的、不具任何形式的存在，但又無所不在的無聲 無息地運作於人們生活環境當中。此外，由於未來電子運算設備將會存在於生活中的任 何物件，智慧牆、智慧桌、智慧地板…等智慧化設計使場所具有連結、互動、感知的條 件，人們可以透過電子資訊裝置，隨時隨地與周遭、甚至遠方的人、事、物、環境產生 連結，而環境也能藉由感測網路的建立及運算，產生近似具有人類智能般的行為，進行 資訊收集與分析。所以，一個智慧環境(Smart Environment)將存在許多智慧裝置，因擁 有自主性獲取與應用知識的功能(Cook and Das, 2005)，其中的居住者具備情境感知的能 力，因為資訊的獲得與周遭環境產生互動，而持續讓生活更舒適。智慧環境從構想到執 行，被視為以人為本的設計模式，未來設計的智慧生活空間將能擁有主動機制去參與環 境的改善與創造，在其空間智能運算下，追蹤和感測人群以及物件，給予回饋及幫助 (IAAC, Media House Project, 2004)。「環境智能」的正式應用與建立，由 Royal Philips Research 將研發重心放在人的生活 起居設計之中 (Philips Research, 2003)，及 MIT Media Lab 的 Ambient Intelligence Group 提出了關於環境智能應有的特質，其中包含無形(Invisibility)、遍佈(Ubiquity)、聰慧 (Intelligence)。在 EUSAI(European Symposium on Ambient Intelligence)會議上，對環境智 能的實行時應有的特徵，也整合了現存的現象來進行描繪，其中包含各式已存在 HCI 議題中的研究概念─遍佈運算、情境感知、智能辦識，代表人在裝置介面上不需學習反 應的自然互動。在此概念下的未來智能產品設計原則發展，則以「資訊無所不在，裝置 存於無形」為中心。 2.2.1 無形化介面 環境智能中的無形化介面常與現有實體空間作結合，如牆面、地面、桌面，亦或利用周 遭接觸物體表面，在不改變物體本身功能及形態下，將顯示介面覆蓋上去，如同皮層一
般。在 Royal Philips Research 居家生活中的實體空間─天花板
圖像(如圖 2-18)，並營造使人們能容易放鬆 在睡覺、醒來…等活動時的經驗感受
將如同無形使用介面，透過介面的嵌附而達到環境智能
Activity Wallpaper (Skog, 2004) 透過環境中聲音資料的收集與感測 此探討在公開場合顯示情境資訊的影響與必要性 同樣為牆面介面的發展，隨著科技進步 放設備，讓無形化介面不再只是研究 OLED 及 e-link 技術，設計出 圖 2-18、 圖 2-19 第二章
Royal Philips Research 的專案 Nebula 中(Marzano and Aarts, 2003)，
天花板，根據人們在空間中的移動與手勢，投影出不同的虛擬 使人們能容易放鬆的氣氛，增加其對空間的想像力 等活動時的經驗感受。人們亦可在天花板上留下個人留言 透過介面的嵌附而達到環境智能化之目的。 (Skog, 2004)則為投影在牆壁上之環境資訊視覺化顯示介面 透過環境中聲音資料的收集與感測，分析其頻率組成藉此判斷空間活動的活躍性 此探討在公開場合顯示情境資訊的影響與必要性。 隨著科技進步，擴大了空間中的顯示介面，減少了空間中的擺 讓無形化介面不再只是研究。Light Emitting Wallpaper (Samson, 2007)
設計出省能源又低成本的可發光的電子壁紙(如圖 、Nebula 使用情境 (Marzano and Aarts, 2003)
9、Activity Wallpaper 顯示介面 (Skog, 2004)
第二章 文獻回顧
(Marzano and Aarts, 2003)，設計者利用的 投影出不同的虛擬 增加其對空間的想像力，豐富人們 人們亦可在天花板上留下個人留言、塗鴉，空間 在牆壁上之環境資訊視覺化顯示介面(如圖 2-19)， 判斷空間活動的活躍性，並藉 減少了空間中的擺 (Samson, 2007)利用最新 如圖 2-20)，使用者
可以藉由改變燈源來顯示整片或一部分圖案，也可以透過電腦與無線網路改變壁紙圖樣， 這類型 LED 顯示技術亦可用來取代燈泡支援基本室內照明需求。
2.2.2 遍佈式介面
環境智能也能經由空間中遍佈各式不同的互動感應裝置，將實體空間中的資訊依賴裝置 感測而有不同的資訊顯示、反應、及控制，形成智慧化環境(如圖 2-21)。在 Smart House Project (Park et al., 2003)中，設計者規劃了各型態的智慧居家裝置，以直覺化的介面提 供使用者活動上應用的需求。如：智慧墊(如圖 2-22)透過體重偵測及腳印辨識，能在屋 子內外空間的中界處─玄關─留下個人留言訊息及進出紀錄；智慧化妝台能根據使用者 化妝時的行為改變鏡內影像大小(如圖 2-23)；智慧桌則同時提供了在工作與休閒上的應 用，桌面的觸碰式螢幕讓人可以隨意在桌上連結至網際網路空間、塗鴉、或在緊急時以 文字留下溝通訊息(如圖 2-24)。各式智慧化傢俱滿足了使用者在情境使用上的需求，環 境智能的營造，主要依賴數位化輔助設備的遍佈影響之下，因此，各裝置互相影響而形 成的遍佈式介面為達到聰慧目標的重要方法之一。
圖 2-20、Light Emitting Wallpaper (Samson, 2007)
第二章 文獻回顧
除了與傢具的結合外，The Gator Tech Smart House (Helal et al., 2005)以遍佈式運算介面 的方式連結家中設備，並實際走訪一般家庭生活空間的配置，全面性思考不同的場域下 因進行不一樣的活動而產生的不同需求，從室內到室外配合空間性質與動線設計，在環 境中實際裝設了資訊顯示介面(Smart Display)、環境狀態偵測(Smart Plug)、及諸多智慧 化傢俱(如圖 2-25)等進行居住性測試。 圖 2-22、智慧墊 圖 2-23、智慧化妝台 圖 2-24、智慧桌 Existing Devices: - Smart Wave - Smart Floor - Smart Display - Smart Blinds - Smart Plug - Smart Mailbox - Ultrasonic Location Tracking
- Smart Front Door - Smart Mirror - Smart Bathroom
Ongoing Devices: - Smart Projector - Social Distance Dining - Home Security Monitor - Smart Bed
Future Devices: - Smart Laundry - Smart Closet 圖 2-25、The Gator Tech Smart House 空間配置圖 (Helal et al., 2005)
2.2.3 智慧化介面
在環境智能下的智慧化介面發展，最早是從互動工作空間(Workspaces)開始，探討高解 析度的大螢幕顯示與人類之間的互動性。The Interactive Room (IRoom) (Johanson et al., 2002)結合了牆面上三個顯示螢幕與個人運算裝置(PDA, 筆記型電腦)，嘗試讓工作中所 需求的資料(表格、圖像、文字)能跨越螢幕的隔閡，自由的來回不同介面上拖拉移動(如 圖 2-26)。在工作進行的同時，每個人也可透過隨身裝置操作環境中的設備運作。最特 別的是，後端在資料搜尋與軟體應用上的串連，當一個特定的計畫案在螢幕上進行討論， 系統會隨著討論進度，同時叫出需使用軟體及相關檔案，甚至此檔案能同步在另一個工 作空間中被討論。
Hello.Wall (Prante et al., 2003; Streitz and Prante, 2003; Prante et al., 2004; Streitz et al., 2005; Streitz et al., 2007)的設計利用訊息當做溝通的媒介，在特定的範圍內轉換周遭的資 訊與團體中的氣氛於牆面的顯示之中。此應用配合了個人隨身裝置的使用，透過資訊感 測的判別與互動，給予人們在實體空間中額外抽象的資訊應用。當 Hello.Wall 在近距離 接收到由個人隨身裝置傳遞出的的資訊時，牆上接收到的單一光點就會產生反應(如圖 2-27)；當有人經過 Hello.Wall 時，則會隨著距離的不同與人數的多寡，而透過個人裝置 接收到不同的資訊。
最後，The SwissHouse Project ( 動上。此研究介面打破了空間限制 過系統連線，可以即時查詢位於全球各地親朋好友的絕對位置與相對位置 並能進一步經由網路攝影機連結兩端影像 直接或間接的溝通(如圖 2-中產生即時的動態變化，不僅在視覺上延伸了 動行為，更讓兩地的人們產生 圖 2-27、Hello.Wall 圖 2-28、全球連線介面 第二章
Project (Wang and Waldvogel, 2004) 則是發展到了居家生活空間互 此研究介面打破了空間限制，在環境中設計了一面適於居住應用的 可以即時查詢位於全球各地親朋好友的絕對位置與相對位置 網路攝影機連結兩端影像，讓遠端的人們跨越距離的障礙透過介面進行 -29)。甚至透過彼此居住空間影像的顯示，隨著行為而在環境 不僅在視覺上延伸了此地的空間感至彼地，不用透過刻意的互 更讓兩地的人們產生彷彿生活在同一空間中之錯覺。
Hello.Wall 智慧化牆面裝置 (Prante et al., 2003)
全球連線介面 圖 2-29、遠距溝通介面 第二章 文獻回顧 則是發展到了居家生活空間互 在環境中設計了一面適於居住應用的顯示介面。透 可以即時查詢位於全球各地親朋好友的絕對位置與相對位置(如圖 2-28)， 讓遠端的人們跨越距離的障礙透過介面進行 隨著行為而在環境 不用透過刻意的互 遠距溝通介面
第三章
第三章
第三章
第三章 情境資訊
情境資訊
情境資訊互動性分析
情境資訊
互動性分析
互動性分析
互動性分析
人機互動研究著重於人類的使用性(Usability)、接受度(Accessibility)、機器裝置在使用上 的效率，並嘗試結合互動設計以減少使用隔閡。本研究的目的為探討適於生活環境中的 情境感知介面及互動方式，因此，在進行設計規劃前，必須從基礎的情境資訊定義、介 面、互動關係中，釐清隨著科技發展而演化的各層轉變，掌握研究脈絡中的未來趨勢。 此章節將從過去案例的設計與經驗，分別針對情境感知設計所需的三要素─資訊內容與 顯示方式(Context)、應用介面(Interface)、互動方向性(Interaction)─進行詳細分析與探討 (可參考附錄一)，再進一步發展成情境磚(Contextual Bricks)之設計原則(如圖 3-1)。圖 3-1 The Constituents of Design Principles
3.1
空間中資訊變異與傳遞
從人類擁有語言、文字開始，資訊藉由各種方式散播於空間之中，經過文明、知識、科 技的發展，資訊的定義也逐漸擴充、改變。至目前為止，在人類已建立長遠的知識背景 之下，大部分的資訊在空間中的變異與傳遞已有固定的模式。例如：時間資訊介面的演
第三章 情境資訊互動性分析 變(如圖 3-2)。最早人們利用日影的方位從圖像式理解時間的變化，到鐘錶的發明將刻度 標上數字指示，有效輔助大眾閱讀資訊的能力，受到科技進步的影響，數字式電子鐘錶 相繼問世，文字式的資訊呈現方式不僅縮短了人們閱讀時間的速度，也讓資訊的傳達更 精確。至 20 世紀開始，因由生活模式的改變，隨著需求的不同，介面設計開始出現不 以準確、方便閱讀為準則的圖像式或加以文字輔助圖像式的時間資訊呈現。配合人機互 動 (HCI) 設 計 產 生 人 類 與 資 訊 直 接 互 動 的 可 能 性 ， 研 究 者 更 嘗 試 將 資 訊 視 覺 化 (Information Visualization)應用在圖形化介面(Graphical Interfaces)的開發上，尋求方法以 提高使用者對抽象、複雜資訊的認知能力。從以上現象，我們可以清楚知道不僅資訊會 隨著時間產生變異，資訊的呈現方式也會隨著場地、介面、使用者資訊、影響、作用… 等而不同。 整合目前應用於生活中的情境資訊類型，可從資訊間的連結與使用資訊的意圖重新定義 情境資訊之特性為三個層級。 - 第一層定義(Level 1)：情境資訊的基本模式。由人類使用資訊的意圖而產生，將資 訊命名、量化，用以得出狀態、結果，標示出情境資訊的存在意義。此層級展現了 情境資訊的深度，具有彼此間相互交疊、連貫的特性。 - 第二層定義(Level 2)：情境資訊的應用模式。將第一層級已被定義的情境資訊結合 資訊的擷取模式，專注於以人為主的應用上，進行資訊間連結性的討論，展現了情 境資訊的廣度。情境的提供方式與連結，造成使用者在資訊的使用上很大的影響。 圖 3-2、時間資訊介面的演變
- 第三層定義(Level 3)：情境資訊的偶發性，由空間差異與時間變化而產生的情境資 訊。在使用者不預期之下發生或對於未注意之物件給予關注時，才與資訊進行連結， 賦予資訊意義。 第一層與第二層定義的情境資訊在生活中不斷的累積與無時無刻地進行，因此，為了建 立空間中的資訊介面，並在不增加使用者負擔的情況下，達到提供具有輔助性的情境資 訊之目的，本論文將藉由第三層定義探討生活間的連結、溝通與互動關係，並指出適切 且相對應之視覺認知介面。 第一層 第一層 第一層 第一層定義定義定義定義 ──── 情境資訊情境資訊情境資訊情境資訊的階層性的階層性的階層性的階層性 (Meaningful Context) 情境是生活環境當下靜態及動態存在，情境資訊則是將使用者需求的情境資訊化，為了 讓使用者能透過情境資訊察覺活動、事件的進行，透過轉化產生的文字、圖像，將人們 與環境、周遭的人、事物進行連結，簡單的說，情境資訊就是「有關…的資訊」。第一 層定義整合過去研究對於情境資訊的描述，客觀的將生活中的實體與情勢分類成各式情 境資訊的定義(如表 3-1)。 來源 Source 結果 Result 主要類別 子項目 內含資訊 量化值 狀態值 人 人 人 人 People (A) 健康 脈搏、血壓、體溫 次數/分、攝氏/華式 過低→正常→過高 社會關係 親屬、朋友、工作同仁、 客戶、周遭人員 (A) 數量 群組型態、 陌生→熟識 姿勢 X X 站、坐、臥、擁抱 行為 話語、手勢、動作 X 交談、用餐、睡覺 身分 稱呼、性別、職業、 相互關係、連絡方式 X 陌生→熟識； 無關聯性→關聯性高 位置 位置 位置 位置 Location (F) 絕對位置、相對位置、 空間屬性(C) 有效距離 遠→近；在→不在 地址、座標、上下左右 事件 事件 事件 事件 (B) Assignment/Task 工作 會議、企劃、設計、製作、 跑業務、出差 時間長度、人數 人(A)、地(C)、 時間(E) 、內容
第三章 情境資訊互動性分析 事件 事件 事件 事件 (B) Assignment/Task 購物 店家、商品資訊、同行人 員(A)、預算、購物清單、 歷史紀錄 品項數目、金額、 帳目 路線規劃、購物計畫 便宜→昂貴 經驗感度差→感度佳 烹飪 水溫、火爐使用、食譜、 食材、調味料、器具、 工作分配 使用單位量、溫度 位置指示、狀態顯示 危險→安全 味道淡→味道佳 運動 同好(A)、場地(C)、路線、 節奏 時間長度、卡路里 休息中→運動中 慢→快、時間(E) 尋找失物 錢包、手機、鑰匙、人(A) 相距距離 位置(F)、不在→在 健康照護 人員狀態(A)、吃藥狀態 X 緊急狀態→平安無事 地 地 地 地 Place (C) 設施 販賣機、公廁、物件(D) 數量、距離 位置(F)、販賣品項 地域資訊 範圍、位置、附近建築、 停放車輛、自然景觀 面積、地址、座標 綠化、都市化 偏僻→熱鬧 環境 燈光、噪音、空氣品質、 交通情況、溫度、天氣 周遭人員(A) 亮度、音量、 攝氏/華氏 暗→亮、安靜→吵鬧、 汙濁→新鮮、冷→熱、 晴、陰、雨、雪、風暴 空間配置 會議室、廚房、起居室 數量、面積、尺寸 所有人(A)、、、、活動(B)、 物件(D)、時間(E) 物件 物件 物件 物件 Object (D) 設備 列表機、電腦、網路、 咖啡機、影印機、傳真機 數量、硬體數值 網路速度 人員使用(A)、電源狀 態、時間(E)、位置(F) 電器 冰箱、電話、電燈、電視、 電鍋、電暖爐、電風扇 冷度、熱度、亮度、 時間長度 人員使用、電源狀態、 冰箱內容及期限(E)、 位置(F) 交通工具 汽車、機車、腳踏車 車速、油量、 行駛時間長度 人員使用狀態(A)、 時間(E)、位置(F) 時間 時間 時間 時間 Time (E) 靜態顯示 日期、時間 時間長度 行程、議程 緩慢→快速、短→長 動態變化 移動方向、速度、加速度 速度值、加速度值 上、下、左、右、東、 南、西、北、慢→快 表 3-1、各式情境資訊 (註：僅列出具代表性描述)
表 3-1 包含了最早從情境感知應用產生的情境資訊內容定義(Schilit et al., 1994)、時間資 訊(Dey and Abowd, 1999)、針對人為產生與環境產生的情境資訊差異(Beigl e al., 2001)、 以使用者為中心的活動任務資訊(Dey, 2001)、與使用者周遭實體現象及社會現象相關情 境資訊(Bradley and Dunlop, 2004)。依人類在活動表面所接觸的實用資訊範疇分類為屬 性(A)-人、屬性(B)-事件、屬性(C)-地、屬性(D)-物件、屬性(E)-時間。當其中任一屬性 為情境主體，也就是設計應用上的主要資訊時，其他屬性則為次要資訊隨情境演變進行 資訊連結，情境資訊的階層特性在此狀態下因資訊的使用角度而有深、淺狀態的變換差 異產生。從情境資訊的階層特性中可以發現各屬性雖然看似不同系統，但彼此之間又是 互相牽連。如同想要了解周遭人物的社會關係資訊時，資訊的細部將會回到屬性(A)尋 求周遭人員的相關資料，人與人之間的關聯系統運用在情境資訊的形成上，將形成無限 迴圈(如圖 3-3)，永遠有更深一層的資訊讓使用者可以進行搜尋、連結。 雖然各屬性彼此相連結而產生資訊階層，但此特性下的情境資訊在提供資訊給使用者操 作的同時，亦解釋了資訊對使用者而言將代表的意義，因此，此層級為非變動的情境資 訊，配合情境的產生因素而有固定的名稱、使用性。此階層特性非雙向性，而是上與下 的單向關係，不能反向相疊合。此外，各屬性各有其不同的特徵與特性，由情境的階層 關係可以看出屬性內情境資訊的運用模式。 圖 3-3、情境資訊階層示意圖
第三章 情境資訊互動性分析 - 屬性(A)-人、(C)-地：為通用情境。資訊主體內容完整且獨立，普遍含跨在其他屬性 的子項目或資訊狀態連結中，導致在情境資訊的應用階層上，次要連結性強於主要 連結性。 - 屬性(B)-事件、(D)-物件：為特殊情境。屬性(B)代表個人化情境，而屬性(D)則顯示 特殊存在物件。兩者的資訊主體皆主導了情境資訊的發生，因此在應用階層上，屬 於主動連結的一方，擔任其他屬性的次要連結甚少。 - 屬性(E)-時間：為情境資訊的變化因子，主控情境狀態的產生與變化。在階層應用上， 無主要連結性，但與各屬性間都有階層關係存在。 - 屬性(F)-位置：為情境資訊階層的底層單元架構，無主要連結特性。雖不是情境資訊 的主要類別，但卻能代表各式情境的狀態結果顯示，因此，亦列為階層化情境的重 要屬性之一。 表 3-1 亦指出階層化情境資訊在結果上，分別有量化數值或狀態標示兩種顯示型態差異。 量化數值大多直接用數字、百分比、或者是由數字統計、轉化而成的分析圖表傳達情境
狀態，如溫度計、車速計、油箱狀態顯示，或是人每週的健康狀態、營養攝取量(Schmidt et al., 1998; Li and Landay, 2008)。而對於部分無量化基準的情境資訊，則多用文字(如圖 3-4)、圖像或以文字輔助圖像呈現的形式共同描述其狀態(Addlesee et al., 2001)。除此之 外，狀態值亦是量化值進一步運算後的結果呈現，將量化值與事前設定的基準值相對應 而得出的狀態描述或顯示(Bonanni et al., 2005)。 量化值以最小的誤差呈現資訊，而狀態值的顯示方式則提高人類理解資訊的能力。然而， 情境資訊中並非所有結果都能轉化成狀態顯示介面，從生活中需要運用到的知識系統到 對於環境中人類的活動狀態的察知，大部分的資訊仍以文字輔助圖像提醒、傳達、呈現， 但對於人類而言卻不一定是最佳的資訊吸收、理解模式。情境資訊類型與顯示之間有著 可推演的關聯性 (如圖 3-5)，文字為情境資訊的實體呈現(Physical Entity)具有精確的描 述情境的能力，適於較複雜的情境資訊顯示，大多偏向用以與人有關的靜態情境資料上； 而圖像或圖像式介面為情境資訊的抽象呈現(Abstract Entity)，反映情境的原始狀況，適 於表現動態的資訊變化，因此，大多偏向於用在環境中活動狀態的顯示上。 圖 3-5、階層化情境資訊顯示型態示意圖
第三章 情境資訊互動性分析 第二層定義 第二層定義 第二層定義 第二層定義 ──── 情境之情境之情境之情境之連結性連結性連結性 (Networked Context) 連結性 由第一層定義可以清楚瞭解情境資訊因人的活動、行為而產生不同的解釋及顯示型態， 而資訊在使用選擇則由深至淺有不同的階層排列。從應用面來看，情境資訊的連結特性 來自於使用者透過介面與資訊的連結情況，也就是關於使用者「如何得知有關…的資訊」。 此種連結特性與第一層定義的階層特性，最大不同處在於連結特性所建立的連接管道是 相互間可雙向流通的。另外，第一層定義下的情境資訊是使用者在具有使用動機的前提 下，經由介面、裝置所提供的，而第二層定義接著探討使用者為了察覺情境資訊的動態 行為反應及靜態狀況變化，在經過不同的介面形式獲取資訊的過程中，所接收的資訊以 使用者為中心而產生相互連結的狀況。 此層級定義講求情境資訊及介面的使用性(Usability)，為了達到特定的目的、效果，正 確選擇情境資訊的使用定義，能有效提升使用者的活動效率。根據以人為主的使用介面 進行分析，產生的網路連結形式可分為三種(如圖 3-6)，三者模式是可共存、不互相排斥 之關係，在現今資訊介面繁雜的情況下，同時從多於一種的介面形式獲得資訊，更是普 遍化之行為。
Immediate Context Ecological Context Systemic Context
- 即時情境(Immediate Context)：代表在使用者作用下非透過第三關係，即時產生或即 時獲得的情境資訊。通常發生在單一環境，或單一使用者在已瞭解情境資訊來源的 情況下，與單一人、物、介面進行與情境有關之連結，企圖在第一時間獲得情境資
訊，為使用性極高的情境應用模式。例如：操作電腦、撥接電話、閱讀說明、視訊 會議、面對面一對一對談…等，情人杯(Lover’s Cup)的使用情境就是以杯子作為中 介介面，即時連結杯子兩端持有者的活動與行為狀態(Chung et al., 2006)。 - 生態情境(Ecological Context)：為介面、系統間情境資訊的內部連結，或產品間相對 於情境變化而互相指示、操控之關係。此類型連結模式並不包含運算思考、分析， 著重於裝置不同的運算行為與連結。利用第一層定義的階層關係，在資訊介面間形 成資料供需生態鏈，能從不同系統同時獲得大量具有相關性的情境資訊。其連結下 所產生的資訊架構從追求單一答案、結果，到產生複雜、紛亂的資訊多重片段，是 沒有標準化程序，會自我產生且不可預期的，因而通常應用於不確定情境資訊來源 的情況下。例如：同時操縱空間中多個機器開關、偵測家中電源插頭使用狀態(Helal et al., 2005)、搜尋環境中的無線網路、網路搜尋引擎…等。 - 系統情境(Systemic Context )：由多重使用者與裝置介面連結而成具規模性的資訊網 路模式，其連結網路除了融合以上兩類的資訊連結特性之外，與以上兩類最大的不 同之處在於中央系統針對資訊運算與整合，並擴增與不熟識的人員交流、參與不相 關事務的可能性。在此模式的應用下，使用者主動選擇適合的介面系統，在各裝置 的連結下，甚至經由具有資訊統籌、分類、管理、分配的主機系統，利用其系統內 複雜的互動行為察知情境。此系統連結亦提供在多人模式下同時獲得同一情境主軸 下的情境資訊，為目前大多情境資訊應用的資訊連結形式。 在實際運用上，透過遍佈式感測器及使用者手中的資訊顯示介面，能捕捉空間範圍 內工作同仁之所在位置(Addlesee et al., 2001)，或者由多數使用者輸入想要傳達之訊 息，儲存於同一介面中，同時也可藉由手中的裝置獲得屬於自己的訊息(Prante et al., 2003)，此類型連結情境亦為目前最有效益之情境應用模式。 透過情境資訊連結性的運用可以發現，連結的差異導致不是所有物件都能成為情境資訊 供使用者使用，也不是每種已被定義的情境資訊都是使用者所需求的，可能只是符合特 定活動的個人行為需求下而產生。連結選擇的原因可能來自於資訊來源、資訊本身準確 度、資訊詳細程度的需求、因應不同任務、使用者本身的使用習慣…等而有個人化差異，
因此，情境資訊的連結性的階段性任務就在於協助 系統與介面設計。 第三層定義 第三層定義 第三層定義 第三層定義 ──── 情境資訊情境資訊情境資訊情境資訊之偶發性之偶發性之偶發性之偶發性 人類在生活中會不自覺得在意 與掌控，如：找尋人、地、 性、連結性的情境資訊。然而 人們接收、理解後才賦予資訊存在的意義 有不可分割之隱性連結性， 證實對人類生活確實具有輔助性之情境資訊 圖 3-7、偶發性情境資訊示意圖 第三章 情境資訊互動性分析 情境資訊的連結性的階段性任務就在於協助設計師瞭解各式情境資訊感知應用的 之偶發性 之偶發性 之偶發性 之偶發性 (Incidental Context) 人類在生活中會不自覺得在意周遭變化，如：周遭的環境、活動，進而尋求環境的認識 、物。第一層及第二層定義都是在人類的意圖下 然而，亦有些情境不在人的預期下於空間中產生 理解後才賦予資訊存在的意義，此類型情境資訊的需求程度因人而異 ，稱作偶發的情境資訊(如圖 3-7)，亦為本研究所企圖透過實作 證實對人類生活確實具有輔助性之情境資訊。 偶發性情境資訊示意圖 (情境磚之情境應用連結模式概念 場域 情境資訊互動性分析 各式情境資訊感知應用的 進而尋求環境的認識 下產生具有層級 亦有些情境不在人的預期下於空間中產生或變化，透過 的需求程度因人而異，但卻 本研究所企圖透過實作 概念圖)
