以智慧型3D動畫角色為介面之互動數位電視系統 - 政大學術集成
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(2) 以智慧型 3D 動畫角色為介面之互動數位電視系統 Incorporating Intelligent 3D Character into the Interface for Interactive Digital TV System. 研 究 生：陳映似. Student：Ying-Szu Chen. 指導教授：李蔡彥. Advisor：Tsai-Yen Li111 治 政 大. 立. ‧. ‧ 國. 學. 國立政治大學 資訊科學系 碩士論文. io. sit. y. Nat. er. A Thesis v i n submitted toC Department of Computer Science hengchi U National Chengchi University in partial fulfillment of the Requirements for the degree of Master in Computer Science. n. al. 中華民國一百年一月 January 2011.
(3) 以智慧型 3D 動畫角色為介面之互動數位電視系統. 摘要. 近年來，智慧型互動電視的應用是不少數位生活空間研究的焦點之一。我 們認為，好的互動式數位電視系統必須有生動靈活的使用介面與使用者互. 政 治 大 動。在本研究中，我們提出以智慧型 3D 動畫角色為介面之互動數位電視系 立. ‧ 國. 學. 統，希望可以藉由智慧型 3D 動畫角色在介面上的呈現，加強使用者於互動. ‧. 數位電視系統的使用經驗。在我們過去所開發的互動數位電視系統 SITV 上，. sit. y. Nat. 有許多不同的互動情境可納入智慧型 3D 動畫角色設計的考量。我們提議讓. er. io. 智慧型 3D 動畫角色在肢體動作表現上具有行動力與表達力的概念，使得動. n. a. v. l C 畫角色在互動數位電視系統上，能夠依據不同的情境與角色本身之狀態， ni. hengchi U. 選擇適當的動作在螢幕上移動並且能呈現適當的情緒，讓互動數位電視系 統之服務更加友善。本研究以 JAVA 開發動畫系統，並設計實驗驗證不同介 面對使用者的影響，結果顯示，使用者認為智慧型 3D 動畫角色介面是最有 善的。. i.
(4) Incorporating Intelligent 3D Character into the Interface for Interactive Digital TV System. Abstract. In recent years, intelligent interactive digital TV is one of the most important. 政 治 大. applications in the research of digital living space. We think a good interactive. 立. TV system must have a vivid user interface to interact with users. In this. ‧ 國. 學. research, we propose to incorporate intelligent 3D character into the interface design for interactive digital TV system, to enhance the user experience of the. ‧. interactive digital TV system. In the smart interactive digital TV system we. y. Nat. sit. developed before, call SITV, many interactive scenarios can be considered in. a. er. io. the design of intelligent 3D character. We propose to develop our intelligent 3D. n. v l of mobility and expressiveness character with the concepts on body motion such ni Ch. U i e h n c g that appropriate emotions can be presented through motions depending on the scenario and character configuration. For example, an intelligent 3D character can act like a housekeeper living in the TV monitor. He can take different actions for different scenarios to make the service friendlier. We have developed our animation system in JAVA and designed experiments to evaluate different types of user interface design on different scenarios. The experimental results show that an interface with an intelligent 3D character will be friendlier than the others.. ii.
(5) 目錄 第一章 ................................................................................................................... 1 導論 ....................................................................................................................... 1 1.1 . 研究動機 ................................................................................................. 1 . 1.2 . 研究議題與目標 ..................................................................................... 2 . 1.3 . 論文貢獻 ................................................................................................. 4 . 1.4 . 本論文之章節結構 ................................................................................. 4 . 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. 第二章 ................................................................................................................... 6 . y. Nat. a l ................................................................................. 互動電視平台現況 6 iv n. 2.1 . er. io. sit. 相關背景與研究 ................................................................................................... 6 . 2.2 . n U engchi 動畫角色應用於人機介面現況 ............................................................. 7 . 2.3 . 智慧型動畫角色現況 ............................................................................. 8 . Ch. 第三章 ................................................................................................................... 9 具情緒表達力之 3D 肢體動畫與 SITV 系統設計 ............................................. 9 3.1 . 以參數化程序產生具情緒表達能力之 3D 肢體動畫 .......................... 9 . 3.2 . SITV 系統設計與功能說明 ................................................................. 10 . iii.
(6) 第四章 ................................................................................................................. 13 動畫問題定義 ..................................................................................................... 13 4.1 . 環境（environment） ........................................................................... 13 . 4.2 . 表達力（expressiveness） ................................................................... 14 . 4.3 . 行動力（mobility）.............................................................................. 16 . 4.4 . 運動（motion） .................................................................................... 17 . 4.5 . 情境（scenario） .................................................................................. 17 . 4.6 . 動畫角色（character） ........................................................................ 19 . 立. 政 治 大. ‧ 國. 學. ‧. 第五章 ................................................................................................................. 21 . y. Nat. er. 系統架構設計 ....................................................................................... 21 a v. n. 5.2 . io. 5.1 . sit. 系統實做與動畫產生 ......................................................................................... 21 . i l C n hengchi U 新增 SITV 功能 .................................................................................... 22 . 5.2.1 多人使用情境之應用功能 ................................................................... 22 5.2.2 二維的節目推薦選單 ........................................................................... 23 5.3 . 動畫角色動作之設計 ........................................................................... 24 . 5.4 . 動畫角色之動畫產生 ........................................................................... 26 . 5.4.1 Priority 限制 .......................................................................................... 27 5.4.2 硬性限制篩選 ....................................................................................... 27 iv.
(7) 5.4.3 軟性限制評分 ....................................................................................... 27 5.4.4 工作疲勞度影響 ................................................................................... 28 5.4.5 Perlin noise 影響 ................................................................................... 28 第六章 ................................................................................................................. 29 實驗設計與結果 ................................................................................................. 29 . 政 治 大. 6.1 . 三種介面模式介紹 ............................................................................... 29 . 6.2 . 實驗一：三種介面之初步評估實驗 ................................................... 31 . 立. ‧ 國. 學. 6.2.1 實驗設計與方法 ................................................................................... 31 . ‧. 6.2.2 實驗程序 ............................................................................................... 32 . Nat. sit. io. 實驗二：三種介面評之深入評估實驗 ............................................... 45 . er. 6.3 . y. 6.2.3 實驗結果與分析 ................................................................................... 33 . al. n. v i n Ch 6.3.1 實驗設計與方法 ................................................................................... 45 engchi U 6.3.2 實驗程序 ............................................................................................... 47 6.3.3 實驗結果與分析 ................................................................................... 48 第七章 ................................................................................................................. 69 結論與未來發展 ................................................................................................. 69 7.1 . 結論 ....................................................................................................... 69 . 7.2 . 未來發展 ............................................................................................... 69 v.
(8) 參考文獻 ............................................................................................................. 71 附錄 A：實驗一指導語 ..................................................................................... 75 附錄 B：實驗二指導語 ..................................................................................... 76 . 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. vi. i n U. v.
(9) 圖目錄 SITV 平台架構[12]....................................................................................................... 10 SITV 中的表單 ............................................................................................................. 11 動畫角色之所在空間與投影 ....................................................................................... 14 不同情緒的走路動作[11] ............................................................................................. 15 智慧型互動電視系統架構圖 ....................................................................................... 21 二維的節目推薦表單 ................................................................................................... 24 動畫產生流程圖 ........................................................................................................... 26 SITV 中的文字對話框 ................................................................................................. 29 SITV 中加入動畫角色……………………………………………………………….30 實驗一問卷 ................................................................................................................. 32 實驗一有趣度平均得分長條圖 ................................................................................. 33 實驗一新奇度平均得分長條圖 ................................................................................. 35 實驗一喜好度平均得分長條圖 ................................................................................. 38 實驗一易瞭解的程度平均得分長條圖 ..................................................................... 40 實驗一使用意願平均得分長條圖 ............................................................................. 42 政大心腦學中心 smart room 展示空間 ..................................................................... 45 實驗二問卷 ................................................................................................................. 46 SITV 之互動情境清單 ............................................................................................... 46 實驗二有趣度敘述性統計圖 ..................................................................................... 48 實驗二新奇度敘述性統計圖 ..................................................................................... 50 實驗二喜好度敘述性統計圖 ..................................................................................... 52 實驗二容易瞭解度敘述性統計圖 ............................................................................. 54 實驗二使用意願之敘述性統計圖 ............................................................................. 57 實驗二友善度敘述性統計圖 ..................................................................................... 59 實驗二好的設計之敘述性統計圖 ............................................................................. 61 實驗二想要擁有度之敘述性統計圖 ......................................................................... 63 實驗二使用總時間之敘述性統計圖 ......................................................................... 65 . 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. al. er. io. sit. y. Nat. 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6 圖7 圖8 圖 9 圖 10 圖 11 圖 12 圖 13 圖 14 圖 15 圖 16 圖 17 圖 18 圖 19 圖 20 圖 21 圖 22 圖 23 圖 24 圖 25 圖 26 圖 27. Ch. engchi. vii. i n U. v.
(10) 表目錄 風格操弄與情緒評分相關[11] ..................................................................................... 25 實驗一有趣度變異數摘要表 ....................................................................................... 34 實驗一有趣度事後比較表 ........................................................................................... 34 實驗一新奇度變異數摘要表 ....................................................................................... 35 實驗一新奇度事後比較表 ........................................................................................... 36 實驗一新奇度單純主要效果檢定表 ........................................................................... 36 實驗一登入情境時新奇度事後比較表 ....................................................................... 37 實驗一太近情境時新奇度事後比較表 ....................................................................... 37 實驗一離返情境時新奇度事後比較表 ....................................................................... 37 實驗一喜好度變異數摘要表 ..................................................................................... 38 實驗一喜好度事後比較表 ......................................................................................... 39 實驗一喜好度單純主要效果檢定表 ......................................................................... 39 實驗一太近情境時喜好度事後比較表 ..................................................................... 39 實驗一離返情境時喜好度事後比較表 ..................................................................... 40 實驗一容易瞭解度變異數摘要表 ............................................................................. 41 實驗一容易瞭解度事後比較表 ................................................................................. 41 實驗一使用意願之變異數摘要表 ............................................................................. 43 實驗一使用意願之事後比較表 ................................................................................. 43 實驗一使用意願之單純主要效果檢定表 ................................................................. 44 實驗一太近情境時使用意願之事後比較表 ............................................................. 44 實驗一離返情境使用意願之事後比較表 ................................................................. 44 實驗二有趣度敘述性統計表 ..................................................................................... 48 實驗二有趣度變異數摘要表 ..................................................................................... 49 實驗二有趣度單純主要效果檢定表 ......................................................................... 49 實驗二實驗日二有趣度之事後比較表 ..................................................................... 50 實驗二新奇度敘述性統計表 ..................................................................................... 50 實驗二新奇度變異數摘要表 ..................................................................................... 51 實驗二喜好度敘述性統計表 ..................................................................................... 52 實驗二喜好度變異數摘要表 ..................................................................................... 52 實驗二喜好度單純主要效果檢定表 ......................................................................... 53 實驗二實驗日二喜好度之事後比較表 ..................................................................... 53 實驗二容易瞭解度敘述性統計表 ............................................................................. 54 實驗二容易瞭解度變異數摘要表 ............................................................................. 55 實驗二容易瞭解度介面事後比較表 ......................................................................... 55 實驗二容易瞭解度單純主要效果檢定表 ................................................................. 56 實驗二實驗日一容易瞭解度之事後比較表 ............................................................. 56 實驗二使用意願之敘述性統計表 ............................................................................. 57 實驗二使用意願變異數摘要表 ................................................................................. 58 . 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. al. er. io. sit. y. Nat. 表1 表2 表3 表4 表5 表6 表7 表8 表9 表 10 表 11 表 12 表 13 表 14 表 15 表 16 表 17 表 18 表 19 表 20 表 21 表 22 表 23 表 24 表 25 表 26 表 27 表 28 表 29 表 30 表 31 表 32 表 33 表 34 表 35 表 36 表 37 表 38. Ch. engchi. viii. i n U. v.
(11) 實驗二使用意願單純主要效果檢定表 ..................................................................... 58 實驗二友善度敘述性統計表 ..................................................................................... 59 實驗二友善度變異數摘要表 ..................................................................................... 60 實驗二好的設計之敘述性統計表 ............................................................................. 61 實驗二好的設計之變異數摘要表 ............................................................................. 62 實驗二想要擁有度敘述性統計表 ............................................................................. 63 實驗二想要擁有的程度變異數摘要表 ..................................................................... 64 實驗二想要擁有的程度單純主要效果檢定表 ......................................................... 64 實驗二實驗日二想要擁有的程度之事後比較表 ..................................................... 65 實驗二使用總時間之敘述性統計表 ......................................................................... 65 實驗二使用總時間變異數摘要表 ............................................................................. 66 . 立. 政 治 大. 學 ‧. ‧ 國 io. sit. y. Nat. n. al. er. 表 39 表 40 表 41 表 42 表 43 表 44 表 45 表 46 表 47 表 48 表 49. Ch. engchi. ix. i n U. v.
(12) 第一章 導論. 政 治 大 隨著科技的發展，數位家庭的概念已經廣遍全球，相關產品也正蓬勃開發。其中數 立. 1.1 研究動機. ‧ 國. 學. 位電視（Digital TV）的應用更是扮演著十分中要的角色。長久以來，電視一直在客廳 中扮演舉足輕重的角色，幾乎每個家庭都會配置一台電視機。近年來，數位電視也正蓬. ‧. 勃發展，如中華電信的 MOD、美國的 TiVo 以及英國的 BBC Red Button 等[32][28][6]；. sit. y. Nat. 數位電視將逐漸成為家中個人電腦以外的第二個媒體娛樂中心。. io. er. 隨著數位電視的誕生， 「互動電視」 （Interactive TV， iTV）的觀念在未來將逐漸取. al. 代傳統電視的瀏覽習慣[13][9][27]。在互動電視的概念裡，是希望未來使用者能夠從只. n. v i n Ch 能「被動」的觀賞電視節目方式，轉變成依照自己的需求透過遙控器來「主動」向電視 engchi U 索取資訊，決定出現在螢幕上的畫面，產生互動操作的效果。舉例來說，像是股票查詢、 即時路況、新聞、天氣、遊戲下載、數位教學等，都可以依照個人需求透過電視輕鬆取 得這些服務。更進一步，互動電視系統未來的發展如果需要更切乎實際，那麼電視業者 並不能只試著把網際網路功能等功能塞進電視螢幕，而是要將重點集中在使用者與電視 機本身。諸如讓使用者決定何時要重播精采畫面，並且根據使用者的習慣以及偏好來客 製化的個人服務，建立個人化的電視頻道列表或者節目推薦服務等。 對互動電視而言，一個良好的互動介面，除了尋求創新的功能設計外，對於使用者， 能夠友善且有效地給予資訊是相當重要的。在[8]中，Diederiks 認為虛擬動畫角色在消. 1.
(13) 費性電子產品中可以扮演輔助的角色，例如在操作過程中或者有些提示訊息的介面上， 配合動畫角色的呈現可以幫助使用者更容易理解。在我們的研究中，我們希望賦予動畫 角色更高的擬人化程度，來增強互動電視之介面設計。因此，我們將研究的焦點置於 3D 動畫角色動作與情緒的規劃上，期望該動畫角色能夠提供我們一個更完善之互動數位電 視系統介面。 SITV–An Experimental Platform for Smart Interactive TV[12]，是以 MCE 為基礎[16]， 我們所設計出之互動數位電視實驗平台，其中包含了新的電視功能及應用規則。我們在. 政 治 大. 過去的研究中，完成了四個電視相關研究的實驗，評估所設計的新功能與應用規則，並 探討使用者的行為指標。. 立. ‧ 國. 學. 為了瞭解智慧型動畫角色對於互動電視系統的影響，本研究使用 SITV 做為實驗平 台，以實驗法來驗證動畫角色的功效，以評估使用者對未來電視的反應。我們完成了針. ‧. 對 SITV 所有情境的定義，並且設計適合情緒效果的角色動畫。另外，針對所有動作，. Nat. sit. y. 以階層式的概念設計情緒參數與動作參數之間的對應。最後進行實驗，觀察互動數位電. n. al. er. io. 視在不以動畫角色為介面、以沒有情緒變化之動畫角色為介面與以具有情緒變化之動畫. i n U. v. 角色為介面這三種模式下，對使用者的使用觀感進行評估。. Ch. engchi. 1.2 研究議題與目標 透過智慧型動畫角色的輔助，我們認為互動電視平台能夠更加完善。而在設計智慧 型 3D 動畫角色時，下列三個議題是我們所關注的： （一） 行動力– 為了能夠有效引導使用者之視線，動畫角色需要在電視介面上移動，因此動畫角色 必須具有行動力。而針對不同功能在呈現資訊時的時效性，動畫角色將依據不同的緊急 程度選擇不同行動力之動作。舉例來說，可能緩慢的以走路的方式移動，或是快速的以. 2.
(14) 跑步方式移動。 （二） 表達力– 為了能夠更生動的傳遞資訊，動畫角色需要具有情緒表達力，使得動畫角色在移動 時，能夠有不同程度的情緒展現能力。當呈現的資訊不同時，動畫角色可能是高興地進 行動作或是哀傷地進行動作。 （三） 真實性 – 目前已經有許多軟體附有動畫角色來輔助功能之呈現，例如 Microsoft Office 中的小. 政 治 大. 幫手。他們在提供使用者訊息時，會在多個罐裝動作中切換，組合出不同的動畫。但這. 立. 些罐裝動作是固定的，不會因為使用的時間及情境等因素而有所改變。因此，我們除了. ‧ 國. 學. 讓虛擬角色具有情緒表達力之外，能有生心理狀況的模型（如疲勞度的設定），希望虛 擬角色能夠像現實生活中的工作者一般，會因為工作時間長短而有不同的表現。. ‧. 綜合上面的觀點，我們的研究目標如下：. Nat. sit. y. 目前現有之互動數位電視系統已經開始提供許多不同的功能，例如中華電信 MOD. n. al. er. io. 提供家庭櫃員機、歡唱坊、數位相框等功能，而 SITV 則是透過對話框[12]，主動提供. i n U. v. 資訊給使用者。這些功能對於使用者來說，已有互動之效果，但是在使用經驗上，可能. Ch. engchi. 較於制式而不夠友善。因此，本研究提出以智慧型 3D 動畫角色為介面，輔助資訊之傳 遞，希望讓互動數位電視系統能夠更加有趣且友善。 目前現有之數位電視系統多是以機上盒（set-top box）做為程式的存取，但並非皆 能提供公開程式資源予程式設計師開發外掛功能應用程式。因此，本研究以劉炳億開發 之互動數位電視實驗平台 SITV 為基礎，利用林岳黌開發之動畫產生系統[11]，發展智 慧型 3D 動畫角色之介面 。 在動畫角色設計上，為了能兼具行動力、表達力以及真實性，我們將建立一個情緒 動作規劃系統，讓動畫角色在不同的電視使用情境下，依照本身的狀態，選擇具適合情 緒的動作類型及參數。例如在情境＂離電視太近＂發生時，動畫角色在螢幕上的位置距. 3.
(15) 離情境指定位置的遠近會影響選擇為＂跑步＂或＂走路＂等動作，而動畫角色工作疲勞 度的高低，則會影響情緒表達的強弱。. 1.3 論文貢獻 本論文的主要貢獻如下： (1) 開發新的互動數位電視功能。我們以互動數位電視平台 SITV 系統為基礎，在該 平台上開發新的互動電視功能：多人使用情境之應用功能與階層式二維節目推 薦選單。. 立. 政 治 大. (2) 發展具有行動力與表達力之智慧型動畫角色。定義動畫角色與使用電視情境的. ‧ 國. 學. 屬性，設計在不同情境下，動畫角色最適當的行動力與表達力為何，並利用參. ‧. 數化程序產生具情緒表達能力之 3D 角色動畫。. (3) 三種互動數位電視介面評估實驗。三種介面分別為：以對話框做為互動介面、. y. Nat. io. sit. 以對話框與無情緒之動畫角色為互動介面、以對話框與有情緒之動畫角色為互. n. al. er. 動介面。共有兩次實驗，第一次實驗受測者 30 人，觀看不同介面的影片後填寫. Ch. i n U. v. 問卷；第二次實驗受測者 10 人，實驗時間為兩天、間隔一週，實際操作三種介. engchi. 面後寫問卷並口頭訪談。藉此觀察使用者偏好與需求，也可提供給未來數位互 動電視廠商做為開發策略的參考。. 1.4 本論文之章節結構 在第二章，我們會介紹本研究相關的基礎背景知識與過去的研究成果，包括目前互 動數位電視現況、動畫角色於人機介面之應用以及智慧型動畫角色現況。第三章會敘述 本研究中使用的動畫設計與互動數位電視 SITV 系統設計。第四章將定義產生角色動畫 問題。第五章則是分別介紹「系統實做」和「動作設計」兩個部份。接下來第六章是實. 4.
(16) 驗設計與結果。最後，第七章會介紹本篇論文的研究結論與未來發展。. 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 5. i n U. v.
(17) 第二章 相關背景與研究 本章節將對相關背景與研究進行簡介，共分為三個部份，第一部份為互動電視平台現況， 第二部份為動畫角色應用於人機介面現況，第三部份為智慧型動畫角色現況。. 立. 2.1 互動電視平台現況. 政 治 大. ‧ 國. 學. 以傳統的電視觀看經驗而言，使用者只能被動的依照頻道商所提供的節目表來定時 收看，無法掌握時間上的主動權。因此在數位化後的互動電視上，不只把媒體內容傳播. ‧. 的過程數位化，而是更進一步希望使用者能夠擁有時間上的主動權，主動索取媒體內容。. Nat. sit. y. 例如中華電信的多媒體隨選系統（MOD）即是互動電視初期的應用之一。MOD 是利用. n. al. er. io. 網路串流技術將豐富的高畫質數位影音內容送進電視，拋棄一般傳統第四台需要「定時. i n U. v. 收看」的束縛，取而代之的則是「隨選即看」的新體驗。此外，MOD 中的影片也可以. Ch. engchi. 輕易的透過遙控器快轉或者暫停等，想看哪裡就看哪裡而不受限制；MOD 除了觀看影 片外，也可提供家庭金融或者氣象查詢等功能，方便取得生活資訊。 除了 MOD 之外，近年在美國相當風行的 TiVo 也已經在台灣上市，TiVo 有別以往 其他的錄放影機（DVR），能透過網路取得當地有線電視節目表，而使用者可以由簡單 直覺的方式錄製節目，不需要記得節目時間，往後即使節目時間更動，TiVo 也將會自動 更改錄製時間。在觀看現場節目（Live TV）的過程中，也可自動進行錄製的動作。並 在邊看邊錄中，隨時可以暫停倒轉。而這樣的操作方式也與互動電視的基礎觀念相當契 合，主動掌握看電視的媒體內容。在 Linux 平台上，也有類似的產品-MythTV[20]。MythTV 也支援許多功能特色，例如線上即時編輯影片，子母畫面的支援，查詢天氣狀況，或者. 6.
(18) 透過網路的 Web 介面，對家裡的電腦設定錄製節目的排程等。 另外，蘋果電腦（Apple Inc.）在 2006 年也發表一款 Apple TV[4]。主要力推結合 Apple 的 iTunes，透過無線網路播放來播放 iPod 或者其他硬體內的影片跟音樂更可以藉 由 iTunes Store 購買線上音樂以及影片，利用電視播放，不用出門租借。另外，Apple TV 也有內建硬碟可以儲存媒體檔案。 SITV 是一套互動電視的實驗平台系統，能夠用來找出使用者在觀看電視時的行為 特徵以及主觀上的需求反應。在 SITV 上，實驗設計者可以模擬一般有線電視節目的瀏. 政 治 大. 覽方式，安排頻道順序與節目流程，定義電視上的功能，收集使用者的操作資訊，以及. 立. 整合其他外部應用系統。SITV 中設計了一些電視新功能，包括新的音量控制方式，快. ‧ 國. 學. 速地檢視最近觀看過的頻道，個人化的節目推薦功能以及幾個具情境感知的應用規則 （以電腦視覺技術為主） 。SITV 是一個創新的實驗平台，可以使得智慧型互動電視的設. ‧. 計更為容易。. Nat. sit. y. 上述這些互動數位電視系統，都提供了使用者許多新的功能與互動項目，但是絕大. n. al. er. io. 部分都是以機上盒（set-top box）做為多媒體中心，內部的應用程式並沒有提供公開資. i n U. v. 源給外界開發，只有 SITV 不是以機上盒做為多媒體中心，而是以微軟的 MCE 做為開. Ch. engchi. 發平台，模擬出之互動數位電視系統，因此本研究將以 SITV 為基礎，發展新的互動介 面。. 2.2 動畫角色應用於人機介面現況 隨者動畫角色的發展，人機介面為了讓人更容易瞭解所要傳達之資訊，出現許多結 合動畫角色之應用，例如 Noma、Zhao 與 Badler 藉由輸入演講內容與相關姿勢命令[22]， 即時產生對應的動畫並有語音同步輸出，並利用 TCP/IP socket 實做出一個互動天氣播報 員。Thalmann 與 Kalra 則是製作出一個電視表演員[14]。André 則是提出一個虛擬角色. 7.
(19) 的開發架構[2]，並能夠被廣泛利用於各種應用，例如透過網際網路傳達個人資訊等，此 外，André 也提出多個虛擬角色共同表演的系統[3]，利用多個角色扮演不同角色，透過 角色之間的對話與互動，向使用者傳達各種資訊。Seron 則是開發一個動畫引擎[25]，可 以產生做簡報之動畫，動畫角色能夠以自己的聲音向觀眾講解投影片內容，且在最後的 問答時間，使用者能透過動畫角色與觀眾互動。在[24]的研究中，Prendinger 以眼動儀 探討語音、文字與動畫角色介面對使用者的影像，其結果顯示出動畫角色能夠有效的引 導使用者目光方向。此外，動畫角色在互動上更加自然且互動性佳。. 立. 政 治 大. 2.3 智慧型動畫角色現況. ‧ 國. 學. 近年來智慧型動畫角色除了發展動作控制外[10][15]，Bates 提出動畫角色若要是可. ‧. 信任的[5]，就必須能夠在適當地時間明確的表達情緒。舉例來說，道德情緒在人際互動 中所出現的合作行為上扮演著重要的角色[19]。道德情緒是與利益、福利或社會相關的。. y. Nat. io. sit. 例如：對某事持反對意見時（責備與生氣）、對自己的行為後悔時（羞愧和悔恨）與讚. n. al. er. 賞他人的行動時（欽佩與感謝）。要瞭解道德情緒對出現合作行為的影響，首先要考慮. Ch. i n U. v. 的是角色以自我利益為前提的決策模型。在這樣的模型下，虛擬角色只有在對自己有利. engchi. 時與他人合作，而不考慮他人的福利。. 而 Nijholt 將動畫角色在智慧環境中所扮演的角色重新定位[21]，指出動畫角色除了 能以語言（verbal）與使用者互動，更應該能夠透過非語言（nonverbal）的方式表達情 緒。而表現情緒的方式，透過臉部表情的變化來表示情緒是目前研究的焦點之一。Melo 提出利用四種表情特徵：皺眉頭、臉紅、冒冷汗以及流淚[18]，可以讓虛擬角色在情緒 表達上，更加自然而有效。而在利用肢體動作表達情緒的研究方面，已經有許多研究將 重點放在將帶有情緒或風格的動作與中性動作相比較，計算出代表特徵再套用在不同的 動作上[1][30]。. 8.
(20) 第三章 具情緒表達力之 3D 肢體動畫與 SITV 系統設計 在動畫角色的設計方面，為了使智慧型動畫角色能夠即時的產生具有情緒表達力之動作， 我們使用[11]中之情緒動畫產生系統。而在互動數位電視系統方面，由於現有之數位電. 政 治 大 外掛功能應用程式，因此本研究將以 SITV 為基礎，發展新的互動介面。本章將分別敘 立. 視系統多是以機上盒做為程式的存取，但並非都有提供公開程式資源給程式設計師開發. ‧. ‧ 國. 學. 述本研究所使用之情緒動畫設計與 SITV 系統設計。. 3.1 以參數化程序產生具情緒表達能力之 3D 肢體動畫. Nat. sit. y. 為了降低動畫製作所花費之成本，林岳黌曾提出人類肢體的參數化程序，實現程序. n. al. er. io. 式動畫的可重用性和泛用性[11]。他提出了一個階層化的參數模型，將參數由低階至高. i n U. v. 階分為程序參數、動作參數、風格參數和情緒參數四個階層，透過風格參數，找到動作. Ch. engchi. 參數和情緒參數間的對映。他並制定了描述動畫程序的 XML 文件格式，以達到了分離 程序資料與動畫引擎的目的。 該研究設計的動畫是以人體動作中的關鍵格為基礎，根據動作特徵由參數化程序產 生關鍵格。在關鍵格決定之後，透過適當的內插程序，內插兩兩關鍵格之間的畫格，即 可產生連續之動作。上半身的程序是以正向機構學和反向機構學構成，而下半身的肢體 動作較複雜，除了機構學外亦使用較複雜的程序。參數化程序的設計概念是希望能夠根 據動作的特性，以直覺的方式使用各種基礎程序的組合，進而達到泛用的目標。 在程序參數和動作參數的對映方面，該研究製作動畫的方式為先觀察動作以訂定關 鍵格和內插方式，接著替各關鍵格和內插 phase 選用適合的程序和參數，動畫便可產生。. 9.
(21) 在將程序參數及動作參數對映至風格參數方面，此研究使用了五種不同的風格維度： Smooth-jerky（平滑度） 、Stiff-loose（僵硬度） 、Slow-fast（速度） 、Soft-hard（力量強度） 、 Expanded-contracted（動作的擴張度） 。 該研究設計了四個實驗證明這些風格的表達方式大部分符合一般人的認知，並得到 風格和情緒間的對映，最後證明以這些對映可以加強人物動作的情緒表達能力。. 3.2 SITV 系統設計與功能說明. 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 1 SITV 平台架構[12]. 劉炳億以 MCE 做為互動電視的基礎平台，設計了 SITV 實驗系統，如圖 1。該研究 中開發了新的電視功能及應用規則，並完成了四個電視相關研究的實驗，並評估所設計 的新功能與應用規則、探討使用者的行為指標。 該研究中的新功能元件分為工具性服務元件與心理性服務元件。工具性服務元件包. 10.
(22) 含：新的音量調整元件與頻道切換元件 Prior-N，如圖 2 左圖。音量調整元件有五種模式： 線性模式、漸緩模式、頻率依賴模式、半自動模式與傳統調整模式。而 Prior-N 頻道切 換指的是電視會記錄下使用者前 N 個觀看過的頻道，而頻道的觀看時間必須超過特定的 時間門檻，才會加入到 Prior-N 的列表裡，讓使用者能夠快速的切換到過去曾瀏覽過的 數個頻道。而心理性服務元件包含：表達負面情緒的應用、使用者影像處理應用以及節 目推薦功能，如圖 2 右圖。. 政 治 大. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. al. sit. y. Nat. 圖 2 SITV 中的表單. i n U. v. 左圖為 prior-N 表單，右圖為節目推薦表單. Ch. engchi. 在使用者影像處理方面，此系統已能利用人臉偵測與辨識元件設計出四種使用者狀 態判斷規則： 1.. 使用者是否在電視前. 利用人臉偵測技術，當在一定秒數內偵測到 n 張人臉，便判定使用者在電視機前。 2.. 使用者是否離電視太近. 利用人臉偵測技術所回傳的臉部大小資訊，判定使用者是否離電視太近。 3.. 使用者頭部是否歪斜. 利用人臉偵測技術所回傳的臉部角度資訊，判定使用者頭部是否歪斜著觀看電視。. 11.
(23) 4.. 使用者的動作頻率是否頻繁. 利用動作偵測技術，當使用者在一段時間內累積的動量超過門檻時，便判定使用者 的動作頻繁，可能在做其他事情。 當此四種使用者狀態成立時，SITV 系統將會主動彈起對話框，提供相關服務。. 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 12. i n U. v.
(24) 第四章 動畫問題定義 為了整合動畫角色動畫與互動數位電視系統，本研究使用 SITV 做為平台，將具有行動 力與表達力之智慧型 3D 動畫角色應用於 SITV 之各個情境中，希望能夠透過客製化之. 政 治 大 章節將詳細定義產生角色動畫問題。 立. 擬人化動畫角色，更友善且有效的傳遞資訊，加強使用者與數位電視系統間之互動。本. ‧ 國. 學. 為了能夠在互動數位電視系統上呈現智慧型 3D 動畫角色，我們需要一個具有行動 力與表達力之動畫角色，並能依據不同的情境與動畫角色的狀態，產生帶有不同情緒的. ‧. 動作。本章節將詳細定義此類動畫產生時所需考慮之問題，依序為：環境（environment）、. sit. y. Nat. 表達力（expressiveness） 、行動力（mobility） 、運動（motion） 、情境（scenario）以及動. io. n. al. er. 畫角色（character）。. 4.1 環境（environment）. Ch. engchi. i n U. v. 我們假設智慧型 3D 動畫角色在一個 3D 空間中活動，而互動數位電視系統之呈現 螢幕則是該空間在 2D 平面上的投影。在互動數位電視系統 SITV 中，每個表單位置都 不一樣，例如 prior-N 表單在右手邊，節目推薦表單則是在正下方，如圖 2。為了能夠有 效引導使用者視線，我們希望能夠上下左右移動動畫角色，並且針對特定使用情境，在 深度方向移動。. 13.
(25) 我們以右手定則定義 3D 空間，如圖 3 所示，藍色平面為 2D 投影螢幕，綠色斜坡 為動畫角色移動之平面，原點在斜坡之右後方，當動畫角色面向藍色螢幕時，動畫角色 的左手邊為 X 軸正方向、向上為 Y 軸正方向、向前為 Z 軸正方向。以圖 3 為例，圖中 紅衣角色站在（0.8， 0.1， 0.8）斜坡低處、離螢幕較近，因此投影後比例變化不大； 反之，黃衣角色站在（0.1， 0.8， 0.1）斜坡高處、離螢幕較遠，所以投影後比例縮小。. 立. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch 圖3. i n U. v. e動畫角色之所在空間與投影 ngchi. 4.2 表達力（expressiveness） 為了能夠更生動的傳遞資訊，我們認為動畫角色應當具有情緒表達力，使得動畫角 色在表演或是移動時，能夠有不同程度的情緒展現。 但由於觀賞電視時，小範圍之畫面變化較不容易呈現資訊，且由 Meeren[17]的研究 可得知，人對於辨認情緒的順序上肢體語言比表情優先，因此我們不以動畫角色之臉部 表情做為表達力之呈現，取而代之的，本研究以動畫角色之肢體動作來演出各種情緒表. 14.
(26) 達力。也就是說，我們假設動畫角色之動作具有表達力。例如，有兩個需要表達不同情 緒的情境都包涵走路這個動作時，動畫角色就應該以不同的情緒來進行動作，可能是高 興地走路或是哀傷地走路，如圖 4。. 圖4. 學. ‧ 國. 立. 政 治 大 不同情緒的走路動作[11]. ‧. 自左而右為：開心、生氣、悲傷、害怕的走路截圖. sit. y. Nat. n. al. er. io. 由於不同的運動對於每種情緒皆有不同程度的表達能力 E，例如向前彎腰對於悲傷. i n U. v. 的表達會比較顯著，拍手則是對於高興的表達會比較顯著。因此我們定義運動帶有之表. Ch. engchi. 達力 ei 具有兩種屬性：情緒名稱 Ne 與程度 De。. E = {ei | i אN， 1 ≦ i ≦ 4} ei = {Ne，De}. . 情緒名稱（Ne）：不同情緒之名稱。. . 情緒程度（De）：一組浮點數集合，第一個數字代表對該情緒之最低表達程度，而 第二個數字代表最高之程度，數值範圍為 0 到 1，越接近 0 代表情緒程度越低；反. 15.
(27) 之，越接近 1 代表該情緒程度越高。. 例如{高興，{0.3，0.7}}代表情緒類別為高興，能夠表達高興的最低程度為 0.3、最 高程度為 0.7。 每種運動針對四種情緒：高興、生氣、悲傷、害怕，將有不同的表達力，而每種情 緒數值都是獨立無相關的。以走路運動為例，Ewalk = {{高興，{0.2，0.7}}，{生氣，{0， 0.4}}，{悲傷，{0.5，0.8}}，{害怕，{0，0.2}}}，如圖 4 所示。. 立. 政 治 大. 4.3 行動力（mobility）. ‧ 國. 學. 為了能夠有效引導使用者之視線，我們認為動畫角色應當在介面上移動，因此動畫. ‧. 角色必須具有行動力。. 每種運動的移動速度都不盡相同，例如跑步是較快速的移動，而走路速度較慢，敬. y. Nat. io. sit. 禮則是不移動。而每種運動翻越障礙物的能力也不盡相同，例如走路只能跨越較低矮的. n. al. er. 障礙物，跳躍則能跨越較大的障礙物。我們將行動力 M 的屬性定義為速度範圍 Rs 與跨 越能力 O。. Ch. engchi. i n U. v. M = {Rs，O}. . 速度範圍（Rs）：一組浮點數集合，第一個數字代表該運動之最低速度，而第二個 數字代表最高速度。如{0.55，1.5}代表速度範圍在 0.55m/sec 到 1.5m/sec 之間。. . 跨越能力（O） ：一組浮點數集合，用以表示該運動在三軸方向之最大跨度。如{0.2， 0.4，1.2}代表在 X 方向能跨越 0.2m 的障礙物，在 Y 方向能跨越 0.4m 的障礙物， 在 Z 方向能跨越 1.2 公尺的障礙物。. 16.
(28) 4.4 運動（motion） 由於不同的運動花費力氣的程度不同、會累積不同程度之疲勞度 ΔTm，例如拳擊動 作較費力而側耳傾聽動作較省力。因此我們定義動畫角色的運動 MO 具有四種屬性：運 動名稱 Nm、疲勞度 ΔTm、行動力 M 以及表達力 E。. MO = {Nm，ΔTm， M， Em}. . m. m. 學. ‧ 國. . 治 政 運動名稱（N ）：不同運動之名稱。 大 立 疲勞度程度（ΔT ） ：範圍為 0 到 1，越接近 0 代表產生之疲勞度越低；反之，越接 近 1 代表產生之疲勞度越高。. ‧. 例如{跑步，0.3，{{0.55，1.5}，{0.2，0.4，1.2}}，{{高興，{0.4，0.7}}，{生氣，. y. Nat. io. sit. {0，0.4}}，{悲傷，{0，0.2}}，{害怕，{0，0.3}}}}代表走路這個動作所造成之疲勞程. n. al. er. 度為 0.3，速度範圍在 0.55m/sec 到 1.5m/sec 之間，在 X 方向能跨越 0.2m 的障礙物，在. Ch. i n U. v. Y 方向能跨越的距離為 0.4m，在 Z 方向能跨越的距離為 1.2m，能夠表現高興這個情緒. engchi. 的範圍是 0.4~0.7 之間，能夠表現生氣這個情緒的範圍是 0~0.4 之間，而能夠表現悲傷 這個情緒的範圍是 0~0.2 之間，能夠表現害怕這個情緒的範為是 0~0.3 之間。. 4.5 情境（scenario） 在互動數位電視系統 SITV 中，系統已經具有許多不同功能，針對使用者不同的需 求，提供不同的服務。我們定義系統所提供之不同服務為不同情境，例如使用者離電視 太近時，SITV 會主動提示使用者保持距離，這就是一種情境。而加入動畫角色到 SITV 上的同時，也應該設計對應產生之情境，例如使用者呼喚動畫角色等等。因此，在 SITV. 17.
(29) 的應用情境下，我們將情境分為三大類：動畫角色自身引發、SITV 功能以及使用者與 動畫角色互動。 而每種情境都具有各自的屬性資料，供給動畫角色做為選擇不同動作之憑據。我們 定義情境 S 具有以下屬性：情境名稱 Ns、情境優先度 Ps、時間限制 Tg、目標位置 Pg、 目標情緒 Eg、硬性限制 Ch、軟性限制 Cs 以及收尾動作 Ms。. S = {Ns，Ps，tg，Pg，Eg，Ch，Cs，Ms}. 政 治 大. 立. 情境名稱（Ns）：每種情境有不同之名稱。. . 情境優先度（Ps） ：範圍為 0 到 1，越接近 0 代表優先度越低；反之，越接近 1 代表. ‧ 國. 學. . 優先度越高。不同情境具有不同的優先度，例如情境離電視太近之優先度高於情境. ‧. 詢問頻道推薦之優先度。 . Nat. . 目標位置（Pg） ：依照不同情境需求，在虛擬之 3D 空間中移動，不同情境可能在螢. n. al. er. sit. y. 時間限制（tg）：不同情境的緊急程度不同，因此有不同的時間限制，單位為毫秒。. io. . i n U. v. 幕的不同位置顯示表單，因此動畫角色需要移動到適當的位置。. Ch. engchi. . 指定情緒（Eg）：不同情境下，動畫角色所應該表現出的情緒表達力。. . 硬性限制（Ch）： 該情境所指定的必要條件。指定 Tg、Pg 與 Eg 中，哪些是必要條 件。. . 軟性限制（Cs） ：該情境針對不同限制：Eg、Tg 與 Pg 三者給定之權重 We、Wt 與 Wp。 範圍為 0 到 1，越接近 0 代表相關程度越低；反之，越接近 1 代表相關程度越高。. . 收尾動作（Ms）：動畫角色在到達目標位置後要表演之動作。. 例如，當使用者開始觀賞電視時，情境名稱為『登入』，情境優先度為『1』，目標 位置為『（0.1，0.9，0.9）』，時間限制為『3000』，指定情緒為『{高興，0.7}』，硬性限. 18.
(30) 制為『時間限制』，軟性限制為『{0.9，0.5，0.1}』，收尾動做為『招手』。. 4.6 動畫角色（character） 我們定義動畫角色具有行動力與表達力，是為了使互動數位電視螢幕上的虛擬角色， 會因為情境的不同，而在螢幕內的環境移動與表演，藉此更有效的傳達各個情境的資訊。 而這個虛擬角色會自行依照每個情境的重要程度來決定要呈現哪些表演，並且會因為工 作量而累積疲勞度，影響表演的方式。. 治 政 我們設定當動畫角色經歷一次次的工作後，他會逐漸累積疲勞度，當累積到一定的 大 立 疲勞度後，動畫角色會主動離開休息。休息後能消除疲勞，繼續返回工作。而疲勞度也 ‧ 國. 學. 會影響動畫角色執行動作的風格，例如精神好時，速度和擴張度會增加。因此，我們定. ‧. 義動畫角色 C 具有五種狀態屬性：角色名稱 Nc、目前位置 Pc、疲勞度 T、角色動作優 先度 Pc 與動作清單 L。. io. sit. y. Nat. n. al. er. C = { Nc，Pc，Tc，Pc，L}. . Ch. engchi. i n U. v. 角色名稱（Nc）：不同動畫角色有不同之名稱。未來數位電視系統將為更加強個人 化之觀念[31][26][7]，因此針對不同使用者使用電視時，應當以不同特色與個性之 動畫角色進行表演。此設定未來希望能套用在具有多個動畫角色之數位電視系統 上。. . 目前位置（Pc）：動畫角色在 3D 環境中的座標位置，單位為公尺。. . 疲勞度（Tc） ：範圍為 0 到 1，越接近 0 代表疲勞度越低；反之，越接近 1 代表疲勞 度越高。. . 角色動作優先度（Pc）：範圍為 0 到 1，越接近 0 代表優先度越低；反之，越接近 1. 19.
(31) 代表優先度越高。 . 動作清單（L） ：不同情境會指定不同位置與結尾動作，這些動作將會排入動作清單 中，依序讓動畫角色表演。. 如動畫角色{Mary，{0.8，0.1，0.5}，0.2，0.7，{{走路，5000，{開心，0.3} }，{揮 手，15000，{開心，0.5}}}，即是代表 Mary 這個動畫角色目前在環境中的左上角、離 使用者距離中等的位置，他的疲勞度是 0.2，目前動作的優先度是 0.7，執行的動作是 0.3. 政 治 大. 程度的開心走路 5 秒，接著 0.5 程度的開心揮手 15 秒。. 立. 藉由以上定義，我們希望讓虛擬角色接收到情境資訊後，能夠根據每個情境 S 之屬. ‧ 國. 學. 性與角色 C 的屬性狀態做出判斷，更新動畫角 C 之各個屬性，即時的表演出適切的動 作 MO。因此，本研究主要之系統設計在於，動畫角色在接收到情資訊境後，如何判斷. ‧. 出適切之動作與情緒表達力，並將不同的情緒表達力反應在動畫角色的肢體動作上。我. Nat. n. al. er. io. sit. y. 們將在下個章節中詳細定義出動畫產生系統的設計。. Ch. engchi. 20. i n U. v.
(32) 第五章 系統實做與動畫產生 本章節分為四個部份，第一部份敘述系統架構設計，第二部份針對 SITV 設計新的應用 功能，第三部份是動畫角色動作之設計，第四部份為動畫角色動畫產生之實做。. 立. 5.1 系統架構設計. 政 治 大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch 圖5. engchi. i n U. v. 智慧型互動電視系統架構圖. 本系統之整體架構如圖 5 所示。如圖所示，SITV 之主機透過網路 socket 傳送情境 資訊給負責動畫角色動作規劃之主機，該主機計算後所得之動畫結果，透過疊合機與 SITV 之畫面作結合，呈現在使用者觀賞之螢幕上。 之所以需要使用影像疊合機，是因為本研究使用之互動數位電視系統 SITV 是建立 在微軟的 MCE 之上，而 MCE 在運作時，會有獨占系統資源的限制，因此無法同時在. 21.
(33) 該主機上計算動畫角色之動畫；也就是說，SITV 之系統以及動畫角色之動作計算需要 在不同的主機上進行。為了解決此問題，本研究使用影像疊合機來合成兩者影像。. 5.2 新增 SITV 功能 在瞭解 SITV 此互動數位電視平台後，本研究針對此平台設計了兩項新的應用功能： 多人使用情境與二維的節目推薦表單。. 治 政 5.2.1 多人使用情境之應用功能 大 立 SITV 目前只考慮單人使用時之設計應用，而現實生活中，觀賞電視的人常常會有 ‧ 國. 學. 一人以上，因此希望能夠針對多人使用情境設計新的應用功能，使 SITV 能更友善的與. ‧. 使用者互動。. 本研究為此設計了新的應用功能：利用原有的影像元件進行監測，當有新的使用者. y. Nat. n. al. er. io. WHILE isDetect. sit. 加入觀賞電視時，系統將主動以對話視窗提示目前的節目名稱。Pseudocode 如下：. Ch. i n U. v. IF faceCount≠preFaceCount THEN confidence++ END IF IF confidence>FACECONFIDENCE THEN IF faceCount > preFaceCount THEN DialogBox1() ELSE IF faceCount < preFaceCount THEN DialogBox2() END IF preFaceCount = faceCount END IF END WHILE. engchi. 22.
(34) 如 Pseudocode 所示，影像元件隨時都在進行人臉辨識，當辨識出的人臉數目不等於 先前所紀錄知人臉數目時，會累積一個信心值；當此信心值大於我們所設定之門檻時， 系統會認定使用者人數有變動，在確認是使用者人數增加後，呼叫提示目前節目名稱之 函數，在介面上彈出對話框，將節目資訊傳遞給新加入的使用者；當確認使用者人數減 少時，則在介面上彈起對話框，主動詢問使用者是否想要暫停目前節目。. 5.2.2. 二維的節目推薦選單. 政 治 大. 現有的節目推薦系統介面是一維選單，所能呈現的資訊有限。為了因應未來的數位. 立. 電視數以百計的頻道數，本研究發展出新的二維介面，將所有的頻道依照類別分類，使. ‧ 國. 學. 得資訊的呈現更加豐富且有條理。並利用心理學評估[33]中所指出之階層式二維選單之 設計原則，將節目類別固定位置，而讓使用者移動焦點框選擇不同節目，並將最推薦的. ‧. 節目集中在左下角，讓使用者能夠更輕鬆、快速的選出想看的節目。. Nat. sit. y. 本研究所設計之選單如圖 6 所示，左側紅色直列部份顯示節目類別，藍色橫排部份. n. al. er. io. 則為該類別下所推薦的節目序列，粉紅色焦點框部份為使用者所選擇之節目，而最下方. i n U. v. 則顯示使用者選到節目之詳細敘述。圖 6 中為選到「KIDS」類別下的第四個節目，頻. Ch. engchi. 道為「東森幼幼」 ，節目名稱為「海綿寶寶」 。而使用者以遙控器做為操作，操作的方法 為：按上下鍵切換節目類別，按左右鍵選擇不同節目，按輸入鍵進行頻道切換。 為了減少畫面遮蔽，讓使用者能繼續觀賞當前節目，我們只顯示焦點框所在類別下 之節目清單，如圖 6 中只顯示 KIDS 類別之節目序列，而不呈現其他類別之節目序列。 當使用者切換不同類別時，隨著焦點框所屬類別的改變，改呈現該類別之推薦節目序 列。. 23.
(35) 立. 政 治 大. 二維的節目推薦表單. Nat. sit. y. ‧. ‧ 國. 學. 圖6. io. er. 類別捲軸之內容依據使用者對不同節目類別的偏好，由下而上排序。而節目序列內. al. v i n Ch 們認為使用者是偏好該節目的，因此我們會把該節目移動到在節目序列中的第一位。因 engchi U n. 容則是由左而右依據使用者觀賞的次序排序，當使用者觀看某一節目達一定時間後，我. 此當使用者呼喚出此節目推薦選單時，使用者最常觀看的節目將會分佈在左下角，讓使 用者能更快速的選擇到他所偏好的節目。. 5.3 動畫角色動作之設計 為了能更生動有趣的產生動畫，並且即時的規劃不同的路徑與情緒表達，我們認為 程序式動畫以參數化的方式產生動畫，比較能夠達到我們的要求，因此本研究以程序式 動畫做為我們的產生動畫的方式。本研究利用[11]所開發出的程序式動畫產生系統，針. 24.
(36) 對所有情境，設計出所需動畫 xml 檔案，並在 real-time 時讀取 xml 檔案，針對不同情況 修改其中的參數，以表現出不同的情緒程度。本研究中實做的動作如下，移動動畫有： 走路、跑步與跳躍；情境完結動畫有：揮手、向外推、抱胸搖頭、手指向表單、側耳傾 聽以及拳擊動作。 在[11]的研究中定義了五個風格參數：平滑度、僵硬度、速度、力量、擴張度，而 最後的實驗的結果如表 1，平滑度與力量這兩個風格參數與情緒參數的對應較為薄弱， 僵硬度、速度與擴張度三者則與情緒的對應達到顯著。因此，本研究中採用僵硬度、速. 政 治 大. 度與擴張度此三種風格參數，並實做此三種風格參數對情緒參數之對應。快樂時，僵硬. 立. 度下降、速度與擴張度上升；生氣時，擴張度上升；害怕時，僵硬度上升、速度與擴張. ‧ 國. 學. 度下降；悲傷時，一樣也是僵硬度上升、速度與擴張度下降。 表1. 風格操弄與情緒評分相關[11]. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 由於每種動作對於不同風格有不同的表現能力，我們必須針對每一個動作設計風格 參數應該如何對應至動作參數與程序參數上。因此，我們針對每個動作進行判別，將風 格參數：僵硬度、速度、擴張度三者對應至運動參數與程序參數上。以跳躍動做為例， 我們定義跳躍的運動參數為：預備時膝蓋的彎曲程度、跳躍的高度、手擺動的高度以及 跳躍的距離。風格僵硬度對應至膝蓋的彎曲程度，當僵硬度越大時，膝蓋彎曲的幅度越. 25.
(37) 小；風格速度則對應至程序參數中的內插畫格數量，速度越快時，畫格數量越少；風格 擴張度則對應至跳躍的高度、手擺動的高度以及跳躍的距離，當擴張度越大時，此三種 運動參數皆跟著提高。. 5.4 動畫角色之動畫產生 本研究之核心部份就在於動畫角色之動作產生，主要的流程圖如圖 7 所示。根據情 境與角色之狀態，經過 Priority 限制以及硬性限制篩選與軟性限制之評分，逐一篩選，. 治 政 選出較為適切之情緒 EMO 與動作 MOT，決定動畫角色動作之情緒參數，然後經過疲勞 大 立 度影響風格參數與 Perlin noise[23]影響動作參數，產生對應動畫。以下為各個環節之定. Nat. 動畫角色資訊. n. sit er. io. Perlin noise影 響. 硬性限制篩選. Priority限制. 情境資訊. al. y. ‧. ‧ 國. 學. 義：. Ch. engchi. i n U. v. 工作疲勞度影 響. 軟性限制評分. 參數對應. 產生動畫. 更新動畫角色 之動作清單 圖7. 動畫產生流程圖. 26.
(38) 5.4.1. Priority 限制. 將動畫角色當前之動作優先度 Pc 與情境優先度 Ps 作比較，當 Pc 高於 Ps 時，則繼續 執行動畫角色當前之動作序列，不執行情境動作；反之，當 Ps 高於 Pc 時，則需要立刻 重新規劃動作，進行硬性限制篩選等，產生新的動畫序列，以滿足新的情境。. 5.4.2. 硬性限制篩選. 每種情境皆有定義不同的硬性限制 Ch，對於位置、時間與情緒的要求不同，此步驟. 政 治 大. 即是以此 Ch 來做篩選動作 MOT。例如指定的是時間，則計算所需最低速率，將最高速. 立. 率低於此數值之動作濾掉。又如指定的是情緒，則查看動作的情緒表達力，將無法有效. ‧ 國. 學. 表達指定情緒之動作濾掉。若無任何動作符合硬性限制，則不執行指定之情境動作、繼 續動畫角色當前之運動。. ‧. Nat. y. 軟性限制評分. sit. 5.4.3. n. al. er. io. 為了得到最佳的情緒表達力，在滿足硬性限制後，計算對應之角色速度與將花費時. i n U. v. 間，以及將到達之位置，獲得所有可能之情緒表達力 ei、時間 ti 與位置 pi，並帶入差異. Ch. engchi. 度方程式 DIF，所得之差異度值 d 其數值越低，則差異度越小。. d = DIF (ei，ti，pi) = We*| ei -Eg| + Wt*| ti -Tg| + Wp *| pi -Pg|. 差異度方程式 DIF 依照情境之軟性限制 Cs 之順序分配不同權重 We、Wt 與 Wp，在 計算 ei、ti 與 pi 與情境指定之參數 Ge、Tg 與 Pg 之差後，再作加權。計算所有可能之參數 後，差異度 d 值最低者即對應至我們所要得到的動作與其表達力。. 27.
(39) 5.4.4. 工作疲勞度影響. 我們設定當動畫角色經歷一次次的情境後，會依據每個動作不同的疲勞程度 Tm 值， 逐漸累積動畫角色疲勞度 Tc。當 Tc 大於一定的門檻值後，動畫角色會主動休息，不因 為互動功能被喚起而有所動作；休息後能初始疲勞度數值，繼續正常工作。而疲勞度也 會影響動畫角色執行動作的風格，我們將疲勞度反應在相對應之風格參數上：疲勞度越 高，則速度降低、擴張度也降低。. 5.4.5. Perlin noise 影響. 立. 政 治 大. 為了使動作生動而不僵硬死板，我們將 Perlin noise 參數 p 反應在動作參數 m 上，. ‧ 國. 學. 使得動作參數在不影響情緒表達之下，能夠帶有細微的變化，讓動畫角色的整體動作看 起來更加的靈活有趣。. ‧. Nat. sit. y. m = {m1,m2,m3…mn}. n. al. er. io. m’={p*mi| i = 1~n}. Ch. engchi. i n U. v. 以動作走路為例，動作參數 m 有：手擺動的幅度 m1、腳抬高的高度 m2 以及步伐大 小 m3。以 Perlin 參數 p 後乘上每個動作參數，得到新的動作參數 m’。. 28.
(40) 第六章 實驗設計與結果 為了瞭解 3D 智慧型角色在互動數位電視系統上對使用者感受之影響，我們利用第五章 之動畫角色系統，以不同參數設計出兩種動畫角色：一般型角色與智慧型角色，加入. 政 治 大 對純文字介面、一般型角色介面以及智慧型角色介面這三種介面進行實驗與分析，以探 立 SITV 原本之純文字互動介面做為輔助，即一般型角色介面及智慧型角色介面。我們針. ‧. ‧ 國. 學. 討關於不同介面之互動性議題。以下將介紹三種介面模式、實驗結果、分析及討論。. 6.1 三種介面模式介紹. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 8 SITV 中的文字對話框. 智慧互動電視 SITV 以對話框為介面與使用者進行互動，當使用者引發特定情境時， SITV 系統會主動透過文字對話框提示使用者相關訊息，如圖 8 為使用者離電視太近之. 29.
(41) 情境，SITV 系統提供文字訊息告知使用者保持距離。 為了瞭解智慧型 3D 動畫角色對於數位互動電視平台的影響，本實驗設計了兩種動 畫角色輔助介面：一般型角色與智慧型角色，加上原有的對話框模式，共計有三種互動 介面模式。以下簡單的介紹這三個介面： (1) 純文字介面：僅透過對話框，以文字傳遞訊息。 (2) 一般型角色介面：以動畫角色輔助對話框傳遞訊息，但動畫角色在肢體語言中 不帶有情緒，如圖 9 中左圖所示。. 政 治 大. (3) 智慧型角色介面：以動畫角色輔助對話框傳遞訊息，且動畫角色在肢體語言中. 立. 帶有情緒，如圖 9 中右圖所示。. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. i n U. v. C h圖 9 SITV 中加入動畫角色 engchi. 左圖為一般型動畫角色，右圖為智慧型動畫角色. 在接下來的兩個章節裡，我們將這三種互動介面模式應用至智慧互動電視 SITV 上， 設計了兩個實驗：三種介面之初步評估實驗與三種介面之深入實驗。前者主要探討使用 者對三種不同介面之主觀觀察印象，者則是深入探訪使用者對三種不同介面之主觀使用 感受。. 30.
(42) 6.2 實驗一：三種介面之初步評估實驗 6.2.1. 實驗設計與方法. 本實驗的目的是為了初步瞭解使用者對於三種不同互動介面之主觀觀察印象。我們 讓受測者被動觀察三種不同介面之影片後，填寫相關問卷。 我們錄製了三段情境影片與九段介面影片，介面影片內容為三種電視介面所呈現之 三種情境引發的互動結果。情境的順序依序為登入、離電視太近與離返，共三種情境， 以下簡介此三種情境。. 立. 政 治 大. 登入情境：當 SITV 偵測到使用者出現在電視前時，主動詢問是否要開始使用電視。. . 太近情境：當 SITV 偵測到使用者未保持健康距離觀賞電視時，主動提出健康提示。. . 離返情境：當 SITV 偵測到使用者離開電視機前時，會主動暫停目前節目，而偵測. ‧. ‧ 國. 學. . Nat. n. al. er. io. sit. y. 到使用者返回後，則主動繼續節目播放。. i n U. v. 在實驗中，有九份需要受測者填答的主觀評量問卷，如圖 10。當受測者看完一段介. Ch. engchi. 面影片後需要做一份問卷，每次問卷題目皆相同。問卷題目共有五題，分別為：有趣度、 新奇度、喜好度、容易瞭解的程度以及使用意願，以電腦螢幕呈現，受測者利用拖曳滑 鼠來對各量尺評分。我們將評分量尺設為-100 分至 100 分之間，0 分代表表現與傳統電 視介面相同。實驗人數方面，共有 30 位受測者參與實驗，每位受測者都會看過這九段 影片。三種介面影片播放的順序共六種，平均隨機分配給受測者，因此每種有五位受測 者。. 31.
(43) 政 治 大. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. 6.2.2. Ch. 圖 10. i n U. v. 實驗一問卷. engchi. 實驗程序. 實驗一開始時，我們會先告訴受測者指導語(附錄 A)以及實驗內容接著進入正式實 驗。實驗共分三個區段，分別為三種不同之情境，各情境區段首先播放情境影片，接著 播出三種不同電視介面之影片，之後分別播出情境影片與三種介面之影片，並在觀看介 面影片後針對該介面填寫問卷。 實驗長度為 20 分鐘，受測者依序觀看影片並填寫問卷。實驗影片都在 SITV 實驗平 台上錄製。. 32.
(44) 6.2.3. 實驗結果與分析. 本實驗採用二因子受試者內設計（within-subjects design），獨變項為三種互動介面 以及三種情境。依變項為受試者填答問題的分數（-100 分～100 分）。我們先概略觀察 比較各依變項之平均得分。接著，分別依五個問卷題目進行二因子變異數分析（two-way ANOVA） ，比較在不同介面與情境之下，受測者對於各問題的評分是否有差異。在主要 效果達顯著時（* p < 0.05），以杜凱氏 HSD 法[29]作事後比較，在交互作用達顯著時做. 政 治 大. 單純主要效果檢定；且在單純主要效果達顯著水準後，同樣以杜凱氏 HSD 法作事後比. 立. 較。以下是各問卷問題之變異數分析摘要表結果。. ‧. ‧ 國. y. Nat. io. n. al. 39.23. 對話框. 無情緒. sit. 有趣度. er. 有趣度：. 學. . 有情緒. i 52.33 n Ch engchi U. v. 41.7. 31.37. 30.07. 22.2 24.67 16.43. 16.1. 登入. 太近. 離返. 圖 11 實驗一有趣度平均得分長條圖. 如圖 11 所示。九個數值代表不同介面於不同情境下有趣度之平均得分。概觀而言，. 33.
(45) 有趣度得分是智慧型角色介面>一般型角色介面>純文字介面。且在太近與離返情境時， 受測者會覺得智慧型角色介面特別有趣。 表2 變數來源. 實驗一有趣度變異數摘要表. 平方和. 自由度. 平均平方和. SS. df. MS. 情境. 1106.96. 2. 553.48. 誤差(情境). 62014.6. 58. 1069.22. 介面. 31253.49 2. 顯著性. F值. 15626.74. 治1236.53 政 交互作用項 3263.82 4 815.96 大 誤差(交互作用項) 立 56281.29 116 485.18. Sig.. 0.52. 0.6. 12.64. 0*. 1.68. 0.16. 71718.73 58. 誤差(介面). ‧ 國. 學 ‧. 表 2 為情境及介面之主要效果及交互作用效果項之顯著性檢定。由表 2 可知，情境 並未達顯著水準，表示受測者對於有趣度的評分，不受不同情境影響。介面則已達顯著. y. Nat. io. sit. 水準，表示受測者對於介面在有趣度上的表現，會因介面的不同而有顯著差異，故進一. n. al. er. 步作事後比較如表 3。而交互作用項未達顯著水準，表示兩自變項並無交互作用存在。. v i n C 3h 實驗一有趣度事後比較表 表 engchi U dif. Sd. Sig. 文字 - 一般. -10.46. 5.23. 0.055. 文字 - 智慧. -26.18. 5.14. 0*. 一般 - 智慧. -15.72. 5.36. 0.006*. 如表 3 所示，在有趣度的表現上，智慧型角色介面顯著地比純文字介面與一般型角 色介面高分，即受測者認為智慧型角色介面是最有趣的。 我們認為這是因為智慧型動畫角色具有情緒表達力，動作較為生動、靈活、有變化， 因此以智慧型動畫角色做為介面提供資訊時，使用者會覺得比較有趣。. 34.
(46) 新奇度：. 新奇度 對話框. 無情緒. 有情緒. 50.3 41.77. 44.4. 45.67. 40.1. 35.4 27. 25.13. 政 治 大. 14.37. 立 登入. 學. 太近. 圖 12. 離返. 實驗一新奇度平均得分長條圖. ‧. ‧ 國. sit. y. Nat. 如圖 12 所示。九個數值代表不同介面於不同情境下新奇度之平均得分。概觀. io. al. er. . n. 而言，新奇度得分是智慧型角色介面>一般型角色介面>純文字介面。且在登入情境. Ch. engchi. 時，受測者會覺得角色介面特別新奇， 表4. i n U. v. 實驗一新奇度變異數摘要表. 平方和. 自由度. 平均平方和. 情境. SS 1125.01. df 2. MS 562.5. 誤差(情境). 37569.88 58. 647.76. 介面. 28557.16 2. 14278.58. 誤差(介面). 37471.06 58. 646.05. 交互作用項. 2897.9. 724.48. 變數來源. 4. 誤差(交互作用項) 29013.21 116. 250.111. 35. F值. 顯著性. 0.87. Sig. 0.43. 22.1. 0*. 2.896585 0.03*.
(47) 如表 4 所示，情境未達顯著水準，表示受測者對於新奇度的評分，不受不同情境影 響。介面則已達顯著水準，表示受測者對於介面在新奇度上的表現，會因介面的不同而 有顯著差異，事後比較結果如表 5。而交互作用項有達顯著水準，表示兩自變項有交互 作用存在，將進一步進行主要效果檢定如表 6 所示。 表5 文字 -一般 文字- 智慧 一般 -智慧. 立. 實驗一新奇度事後比較表 dif. Sd. Sig. -16.92. 3.72. 0*. 治4.55 政-24.62 -7.7 2.92 大. 0* 0.013*. ‧ 國. 學. 接著，我們對介面作杜凱氏 HSD 法事後比較，如表 5 所示，在新奇度上，智慧型. ‧. 角色介面顯著優於一般型角色介面與純文字介面，且一般型角色介面顯著優於純文字介. 實驗一新奇度單純主要效果檢定表. a lSS v DF MS i n Ch U 16596.96 e n g2 c h i8298.48. n 介面於情境登入. y. sit. io. 表6. er. Nat. 面，即受測者認為智慧型角色介面是新奇的。. F. Sig. 18.50. 0.000*. 介面於情境太近. 9614.02. 2. 4807.01. 12.27. 0.000*. 介面於情境離返. 5244.09. 2. 2622.04. 8.57. 0.001*. 單純主要效果檢定結果如表 6 所示，均達顯著，因此我們對每種情境作事後比較如 下表所示。. 36.
(48) 表7. 實驗一登入情境時新奇度事後比較表. Dif. t. sig. 文字-一般. -27.40. -4.398. 0.000*. 文字-智慧. -30.03. -4.976. 0.000*. 一般-智慧. -2.63. -0.693. 0.494. 表8. 實驗一太近情境時新奇度事後比較表. Dif. t. 文字-一般. -14.96. 文字-智慧. -25.17. 一般-智慧. -10.20. 0.053. 實驗一離返情境時新奇度事後比較表. Dif. t. -8.40. -1.803. sig. -4.143. y. -10.27. -2.343. io. -18.67. sit. 0.082. n. al. 0.000* 0.026. er. 一般-智慧. 0.000*. -2.018. Nat. 文字-智慧. 0.002*. ‧. 文字-一般. 表9. -3.445 政 治 -4.321 大. 學. ‧ 國. 立. sig. Ch. engchi. i n U. v. 如表 7、表 8 及表 9 所示，在登入與太近的情境下，一般型角色介面與智慧型角色 介面皆顯著地比純文字介面讓使用者覺得新奇。在離返的情境下，智慧型角色介面顯著 地比純文字介面新奇。 我們認為這是因為文字介面較為單調，若以動畫角色做為輔助，則能有效增加互動 平台之新奇度。. . 喜好度： 如圖 13 所示。九個數值代表不同介面於不同情境下喜好度之平均得分。概觀而言，. 喜好度得分是純文字介面>智慧型角色介面>一般型角色介面。且在太近與離返情境時，. 37.
(49) 受測者會特別不喜好一般型角色介面。. 喜好度 對話框. 無情緒. 有情緒. 53.47 47.6 32.33. 30.07 22.6 14.77. 立. 太近 ‐9.9. 離返 ‐9.3. 實驗一喜好度平均得分長條圖. io. y. sit. 實驗一喜好度變異數摘要表. 平方和. 自由度. 平均平方和. aSSl. df 2. MS 884.91. er. Nat. 表 10. ‧. 圖 13. 學. ‧ 國. 登入. 變數來源. 17.43. 政 治 大. F值. 顯著性. 介面. 95200.45 2. 47600.23. 17.97. 0*. 誤差(介面). 153622.7 58. 2648.67. 交互作用項. 19671.79 4. 4917.95. 5.72. 0*. n. 0.49. 誤差(情境). i U 104746.6 e58n g c h1805.98. Sig. 0.62. 情境. Ch. 1769.83. 誤差(交互作用項) 99685.76 116. v ni. 859.36. 如表 10 所示，情境未達顯著水準，表示受測者對於喜好度的評分，不受不同情境 影響。介面則已達顯著水準，表示受測者對於介面在喜好度上的表現，會因介面的不同 而有顯著差異，事後比較結果如表 11 所示。而交互作用項有達顯著水準，表示兩自變 項有交互作用存在，故進一步作單純主要效果檢定。. 38.
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