動態想法地圖：探討輔助分散式想法連結之研究

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(1)國立交通大學土木工程學系博士論文. 動態想法地圖：探討輔助分散式想法連結之研究 Dynamic Idea Maps - A Study in Supporting Distributed Idea Linking. 博士生：賴怡成指導教授：張登文、劉育東. 中華民國九十五年六月.

(2) 動態想法地圖：探討輔助分散式想法連結之研究 Dynamic Idea Maps - A Study in Supporting Distributed Idea Linking. 研究生：賴怡成指導教授：張登文劉育東. Student : Ih-Cheng Lai Advisor : Teng-Wen Chang Yu-Tung Liu. 國立交通大學土木工程學系博士論文. A Thesis Submitted to Department of Civil Engineering College of Engineering National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor In. Architecture June 2006 Hsinchu, Taiwan, Republic of China. 中華民國九十五年六月.

(3) 動態想法地圖：探討輔助分散式想法連結之研究. 學生：賴怡成. 指導教授：張登文、劉育東. 國立交通大學土木工程學系博士班. 摘. 要. 設計本身是一種設計者與想法之間的互動性行為。在早期設計階段中，此互動性行為常透過二人以上的參與者共同討論而產生多樣性的設計想法，而想法聯想的連結（linking）與分散性（distribution）問題是了解互動性行為的關鍵。針對此分散性的想法連結問題，本研究建構一個名為「動態想法地圖」（Dynamic Idea Maps, 簡稱 DIM）的運算模型，試圖建構及了解上述問題的連結機制與連結有效性，進而在分散式的設計環境中，輔助多重參與者產生多樣性且關聯性的設計想法。本論文的研究步驟，經由三個階段進行：文獻回顧與模型建立，系統實作，及實驗檢驗。在第一階段，經由背景研究與文獻回顧，探索與建立分散式想法連結的主要機制：呈現、回憶與溝通，這些機制結合案例基礎推理與軟體代理人技術，提供本研究建構 DIM 的基礎。在第二階段，DIM 架構在一個多重代理人平台（DARIS），以具體發展成一個輔助分散性想法連結系統。在第三階段，本研究實際執行一個設計實驗，予以驗證 DIM 之運算的可行性與連結的有效性。經由上述的研究方法，最後的結果證明想法聯想的分散性連結問題，可以經由運算的方式了解並實踐，同時，其所發展的輔助系統有助於參與者在分散性的設計環境中，產生多樣性的想法與想法之間的有效性連結。此外，在研究過程中的發現，也幫助了解分散式想法連結所伴隨在設計運算上的複雜性問題，而這些問題將提供作者未來之後續研究。. 關鍵字：想法聯想、分散性連結、運算模型、案例基礎推理、軟體代理人. i.

(4) Dynamic Idea Maps - A Study in Supporting Distributed Idea Linking. Student: Ih-Cheng Lai. Advisor : Dr. Teng-Wen Chang Dr. Yu-Tung Liu .. Department of Civil Engineering National Chiao Tung University. ABSTRACT Design is an interactive behavior involving the evolution of ideas between two or more participants in discussion, especially during the early design stage. Idea association is an important behavior for generating diverse ideas through the dynamic exchange of varied knowledge possessed by the participants. Linking and distribution within idea association are the key issues for understanding the interactive behavior. To understand the mechanism and effectiveness of the distributed linking, this research proposes a computational model named Dynamic Idea Maps (DIM), which supports participants to generate correlated and diverse ideas in a distributed design environment. There are three research steps in this thesis. By applying the technology of case-based reasoning and software agent, the first step is to establish the mechanisms of the distributed idea linking, which includes representation, recalling and communication. Furthermore its computational model is proposed. In the second step, some computational components within DIM are computed for supporting distributed idea linking by using a multi-agent framework (DARIS). In the third step, the computational feasibility and effective linking of DIM are evaluated through a design experiment. Consequently, this research indicates that the distributed idea linking of idea association can be understood through DIM. Also, the DIM system can support participants to generate diverse ideas and effective linking in a distributed design environment. Following the development of DIM, future studies such as agent learning, case adaptation or supporting the creative problem solving can be pursued. Keywords: idea association, distributed linking, computational model, case-based reasoning, software agent. ii.

(5) 誌. 謝. 經過四年的煎熬，終於畢業了！首先，感謝上天，在您的照顧下讓我得到這些人的幫助，也讓我勇敢的堅持完成學業。接著，由衷的謝謝對我學術上付出的一群人：指導教授－張登文老師，謝謝您的耐心指導，讓一個沒有運算概念的我可以順利完成學位，也是我在這個專業領域的引導員。建築研究所前所長（口試委員之一）－劉育東老師，您大力支持我進入交大建築研究所，提供一個具有挑戰性的學術環境鞭策我，不僅開啟我研究的視野，也拓展我建築專業領域的經驗。感謝口試委員－邱上嘉老師、郭中人老師及葉李華老師，各位的寶貴意見除了啟發我另一層次的思考，也讓我的博士論文更加紮實。另外，感謝陳珍誠老師及簡聖芬老師對於論文的建議，足以讓論文內容更為周延。感謝政瑋及勝誠，由於二位在程式寫作上的協助與指導，論文才可以順利進行。還有感謝一群認真參與實驗的朝陽科技大學建築系學生，因為你們的加入，老師才可以快速畢業。最後，感謝一路相挺的家人－我的父母、孩子們及牽手，沒有他們的支持與容忍，很難熬過這四年，希望您們分享到這份喜悅。. iii.

(6) For my parents, my wife: Debbie, my children: Jesse and Pauline. iv.

(7) 目. 錄. 一、緒論 1.1 想法聯想與連結 1.2 數位技術與連結 1.3 研究方法 1.3.1 研究方法回顧 1.3.2 研究方法建立 1.4 論文概述 1.4.1 研究問題 1.4.2 研究假設 1.4.3 研究目標 1.5 論文內容架構. 2 3 5 5 5 7 7 8 8 8. 二、研究背景：從設計搜尋到分散式想法連結 2.1 設計搜尋 2.2 連結與呈現 2.2.1 連結知識呈現 2.2.2 概念地圖 2.2.3 設計案例呈現 2.2.4 媒材表現 2.3 連結與規則 2.3.1 想法聯想的三個原則 2.3.1.1 相似原則 2.3.1.2 對比原則 2.3.1.3 相鄰原則 2.3.2 語言行動 2.4 連結與記憶 2.4.1 記憶組織 2.4.2 案例回憶 2.4.2.1 索引 2.4.2.2 檢索 2.4.2.3 選擇 2.5 連結與決策 2.5.1 角色扮演 2.5.2 相互作用 2.5.3 代理人 v. 10 12 13 14 16 17 18 19 20 20 21 22 24 25 25 26 26 27 28 28 30 32.

(8) 2.5.3.1 代理人與分散式設計 2.5.3.2 代理人溝通語言 2.6 小結. 32 33 35. 三、文獻回顧：探索輔助分散式想法連結系統 3.1 輔助呈現. 37. 3.1.1 Archie-II 3.1.2 PRECEDENTS 3.1.3 FABEL 3.1.4 WEBPAD 3.2 輔助回憶. 38 39 42 43 44. 3.2.1 Archie-II 3.2.2 PRECEDENTS 3.3.3 FABEL 3.4.3 DIM（初期研究模型） 3.3 輔助溝通. 44 45 47 48 49. 3.3.1 ADLIB 3.3.2 MADS 3.3.3 CBR-TEAM 3.3.4 DARIS 3.4 邁向一個輔助分散式想法連結模型. 50 51 52 52 54. 四、DIM-動態想法地圖 4.1 元素 4.2 知識 4.2.1 想法元件 4.2.2 連結 4.2.2.1 屬性連結 4.2.2.2 元件連結 4.2.3 想法地圖 4.2.3.1 想法地圖定義 4.2.3.2 IE 地圖 4.2.3.3 ICF 地圖 4.2.3.4 ICF 詞典 4.3 原則 4.3.1 解譯 4.3.2 連結 4.3.2.1 相似性連結. 58 59 60 61 61 62 64 64 66 67 68 69 70 72 73. vi.

(9) 4.3.2.2 對比性連結 4.3.2.3 相鄰性連結 4.3.3 選擇 4.3.4 想法地圖轉化 4.3.4.1 IE 地圖轉化 4.3.4.2 ICF 地圖轉化 4.4 連結過程 4.4.1 外部相互作用 4.4.2 內部相互作用 4.4.3 連結溝通語言 4.4.3.1 發送者與接收者 4.4.3.2 訊息內容 4.4.3.3 語言行動 4.4.4 訊息傳遞過程 4.4.5 角色學習 4.5 小結. 75 77 79 80 80 81 81 82 83 84 84 85 86 87 90 92. 五、DIM 之系統執行與實例 5.1 系統架構 5.1.1 系統元素 5.1.2 系統技術 5.2 系統環境 5.2.1 代理人身分定義 5.2.2 代理人生命週期 5.2.3 代理人溝通 5.2.4 代理人 Yellow Pages 服務 5.3 代理人執行 5.3.1 角色代理人 5.3.1.1 工作記憶 5.3.1.2 規則基礎 5.3.1.3 規則組織與區劃 5.3.2 場記代理人 5.3.2.1 工作記憶 5.3.2.2 規則基礎 5.3.3 場景代理人 5.3.3.1 工作記憶 5.3.3.2 規則基礎 5.3.4 舞台代理人. 98 99 100 101 103 103 104 105 107 108 109 112 118 120 120 121 127 127 128 130. vii.

(10) 5.3.4.1 工作記憶 5.3.4.2 規則基礎 5.4 系統實例 5.4.1 代理人的知識獲得與建立 5.4.2 角色如何扮演、想法如何連結？. 131 132 134 134 137. 六、DIM 系統之連結有效性評估 6.1 評估方式與內容 6.1.1 評估方式 6.1.1.1 連結指標 6.1.1.2 連結形式指標 6.1.1.3 連結路徑長度 6.1.2 評估內容 6.2 設計實驗：設計工作室的集體腦力激盪會議 6.2.1 設計工作 6.2.2 實驗受測者 6.2.3 實驗過程 6.2.3.1 工作環境 6.2.3.2 會議流程 6.2.3.3 腳本內容 6.3 評估與分析 6.3.1 連結有效性評估 6.3.2 想法組合與連結分析 6.4 發現與討論. 143 143 145 146 146 147 147 147 148 149 149 150 150 152 153 157 158. 七、結論與建議 7.1 研究貢獻 7.2 未來研究. 164 165. 參考文獻附錄附錄 A DIM 代理人主要程式碼附錄 B 角色代理人工作記憶案例. 181 203. 簡歷. viii.

(11) 圖目錄圖 1 從面對面的想法聯想到分散式的想法聯想 2 圖 2 搜尋過程與資訊狀態（來源自 Woodbury, 1991） 11 圖 3 以節點與連結呈現設計知識 (來源自 Coyne et al., 1990) 13 圖4 一個概念地圖（來源自 Novak, 1998） 15 圖5 貴族公寓 Hotel d’Orliance（左側）與 Villa Meyer（右側） 16 圖6 一個設計想法與其表現媒材 18 圖7 相似原則 20 圖8 對比原則 20 圖9 相鄰原則 21 圖 10 某行政大樓的想法草圖與使用的早期設計案例（KHL Architect Association 提供） 22 圖 11 某行政大樓的設計方案結果（KHL Architect Association 提供） 22 圖 12 單向傳遞與雙向傳遞 24 圖 13 一對多、一對一與多對一傳遞 24 圖 14 集體腦力激盪的相互作用（來源自 Chang 和 Lai, 2004） 31 圖 15 三種類型的互動關係（來源自 Chang, 2004） 32 圖 16 Archie-II 使用者介面（來源自 Domeshek 和 Kolodner, 1997） 39 圖 17 James Stirling 在 Stuttgart 設計的 Staatsgalerie 美術館（1977-1984）（左側）與柯比意在 Cambridge 設計的 Visual Arts Center（1961-1963）（右側）（來源自 Heylighen, 2000） 41 圖 18 使用 ICF 概要組織 Stuttgart 美術館案例（來源自 Oxman, 1994） 45 圖 19 PRECEDENTS 之動態連結案例的機制（來源自 Oxman, 1994） 46 圖 20 DIM 初期模型的案例基礎推理架構（來源自 Lai, 2005b） 49 圖 21 ADLIB 系統架構圖 (來源自 Anumba et al., 2002) 50 圖 22 DARIS 系統架構圖 (來源自 Chang and Lai, 2004) 53 圖 23 DIM 模型架構 57 圖 24 想法元件、屬性與屬性連結的知識網路結構圖 62 圖 25 元件相似連結、元件對比連結與元件相鄰連結（由上而下） 63 圖 26 一個 IE 地圖 65 圖 27 一個結合多媒體資訊的 IE 地圖 66 圖 28 想法元件中屬性值之置換 67 圖 29 ICF 地圖：議題地圖、概念地圖與形式地圖 68 圖 30 連結原則的三個機制：解譯、連結與選擇 70 圖 31 想法元件的解譯過程 71 圖 32 想法元件跳躍（相似性連結） 73 ix.

(12) 圖 33 圖 34 圖 35 圖 36 圖 37 圖 38 圖 39 圖 40 圖 41 圖 42 圖 43 圖 44 圖 45 圖 46 圖 47 圖 48 圖 49 圖 50 圖 51 圖 52 圖 53 圖 54 圖 55 圖 56 圖 57 圖 58 圖 59 圖 60 圖 61 圖 62 圖 63 圖 64 圖 65 圖 66 圖 67 圖 68 圖 69 圖 70. 相似性連結 74 想法元件跳躍（對比性連結） 75 對比性連結 76 想法元件跳躍（相鄰性連結） 77 相鄰性連結 78 連結過程與內外相互作用 82 外部相互作用 83 內部相互作用 84 DIM 角色的競爭學習 91 DIM 的系統架構 100 DIM 的系統環境 102 DIM 代理人的生命週期 104 DIM 系統代理人之溝通機制 105 DIM 的 Yellow Pages 服務 106 角色代理人的知識基礎元素 108 場記代理人的知識基礎元素 120 場景代理人的知識基礎元素 127 舞台代理人的知識基礎元素 131 屬性值之關鍵字的關聯性建立 135 議題、概念與形式地圖建立 137 載入代理人視窗 138 新增代理人平台視窗 139 代理人管理視窗 139 編輯 StA 腳本視窗 140 一個 IE 地圖（外部或內部）與想法元件的多媒體資訊 141 載入連結過程視窗 142 內部相互作用連結過程顯示介面 142 一個外部 IE 地圖 145 設計實驗的設計工作：單一家庭住宅設計 148 設計實驗的工作環境：Team 1（左側）和 Team 2（右側） 150 學生 E 的想法草圖（上圖）與想法組合的地圖範圍（下圖） 152/153 Team 1 在採光（daylight）場景產生的外部 IE 地圖 154 Team 1 在動線（circulation）場景產生的外部 IE 地圖 154 Team 2 在採光（daylight）場景產生的外部 IE 地圖 155 Team 2 在動線（circulation）場景產生的外部 IE 地圖 156 角色代理人（RA_1）在連結上的衝突性（相似元件連結） 161 角色代理人（RA_1）在連結上的衝突性（相鄰元件連結） 161 相互作用之網路拓樸關係：環狀、星狀、點對點與簇群狀 166. x.

(13) 表目錄表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. 輔助分散式想法連結之運算機制總表 56 一個設計想法：James Stirling 設計的 Stuttgart 美術館案例 59 想法元件的四個屬性與屬性值 61 不同想法地圖與 DIM 元素的關係 64 ICF 詞典中的詞典單元與其構成元素 69 外部相互作用中訊息傳遞過程與連結溝通語言的關係圖表 88 內部相互作用中訊息傳遞過程與連結溝通語言的關係圖表 90 DARIS 代理人與 DIM 元素匹配之關係圖表 98 DARIS 三個系統層級與 DIM 元素之關係圖表 99 一位參與者建立的想法元件 135 一位參與者建立的 ICF 詞典 136 集體腦力激盪會議的流程 150 設計實驗的腳本內容 151 Team 1 與 Team 2 產生外部 IE 地圖連結有效性比較圖表 157 Team 2 參與者產生替選方案之連結形式指標圖表 157 Team 2 參與者產生替選方案之連結路徑長度圖表 158. xi.

(14) xii.

(15) 一、緒論. 設計本身是一種設計者與設計想法之間的互動性行為。在早期設計階段（the early design stage），設計是須要經由多樣性的設計想法進行不斷的演化而形成。因此，許多設計問題的解決與想法的產生，常結合多重參與者，進行面對面（face-to-face）的腦力激盪式討論，而其中所產生的多樣性設計想法，可以提供設計者（為具有建築專業知識的設計者）發展未來可能替選方案的參考依據；另外，在此互動性行為中，設計者不僅與不同參與者相互激盪想法，同時，也會反應其自身的想法並進行想法之間的相互辯證。在此互動性行為中，想法聯想（idea association）為是透過聯想（association）的行為去連結（link）到人類的記憶與想像力，用以產生多樣性想法之行為（Webster Dictionary 2005）。設計者常運用想法聯想去啟動設計想法的產生，在過程中，設計者不僅連結本身的記憶去搜尋可能之想法外，同時也連結不同參與者的想法，以作為產生想法的依據。換言之，想法聯想可以被視為設計者剛開始產生互動性行為的關鍵，在想法聯想的過程中，如一個設計想法如何啟動另一個設計想法的發生，或一個設計想法和下一個設計想法的關係為何等，其關鍵皆在於連結. （linking），經由產生想法之間連結的有效性1，可以輔助設計者產生多樣性且關聯性的設計想法以解決設計問題。因此，為瞭解早期設計階段中之互動性行為，我們認為想法聯想的連結問題是本研究之主要議題。進而，在“設計為技術的反映”的看法之下[1]，在建築設計的歷史發展，不同的技術常創造出不同設計的呈現與影響，而這些影響通常會使設計演化成多樣且具創造性。例如：工業化的大量生產改變了建築營建的過程，進而形塑了現代建築的國際式樣等。因此，當數位技術進入了設計領域，其所伴隨的數位技術化的機制，將或多或少改變本文所述之設計互動性行為，包括設計的思考、合作與溝通等方式。此外，由於數位技術的大量使用（例如網際網路）與國際化的趨勢，建築設計走向分散式設計環境已為不可避免的趨勢。因此，在早期設計階段中，想法聯想的行為，也必將從早期單純面對面的腦力激盪式討論，而轉變為在不受時間與地理環境的限制下，在分散式的設計環境中進行想法聯想（圖 1）。上述的這些數位化 1. Goldschmidt（1995）認為設計為一種生產過程，稱之為設計生產（design productivity）。而. 效率（efficiency）關係於設計思考，並對於設計的創造性與專家知識產生影響，因此，有效性（effectiveness）為評估此設計生產過程的主要依據，其評估方式建立在想法與連結之相互共存關係（correlates）的數量比。 1.

(16) 技術的機制與趨勢的事實，也必將影響著想法聯想的連結問題。為了進一步了解想法聯想的連結問題，與數位技術化機制如何影響此連結問題，進而影響到設計之互動性行為，在開始進入本研究之前，想法聯想與連結必須先有一個合理的定義。因此，作者先試圖從想法聯想的歷史發展與應用，進行有關其連結上之意義與機制的了解，同時，有關數位技術在連結上的應用與影響也必須加以說明。. 圖 1. 從面對面的想法聯想到分散式的想法聯想. 1.1 想法聯想與連結整個想法聯想的研究歷史最早起源於古希臘哲學[2]。在古希臘時代，Plato 與 Aristotle 首先具體建立想法聯想之理論架構。他們認為想法聯想為人類心理學之基本原則，同時也定下三條想法聯想的主要連結原則，包括「相近」（Contiguity）、「相似」（Similarity）和「對比」（Contrast）原則去連結人類思考與外在生存環境。到了 18 世紀，從 Bacon 到 Kant，這些哲學家更強調想法聯想中的連結過程，是藉由探討一個狀態導致另一個狀態的過程，將上述抽象的連結概念予以具體化；例如： Leibniz[3]主張想法聯想尋求因果關係的了解，此因果關係乃透過單子（monads）系統之間的連結，或 Bacon[4]藉由歸納（induction）的概念談狀態的改變。另外，在連結狀態的過程中，Locke[5]認為想法聯想是一種直覺（intuition）與反射性的行為，透過不同連結的過程，將想法連結到不同思考者的知識[6, 7]。這些論述提供了想法聯想中“連結”的理論基礎與連結原則，同時也強調想法聯想連結過程的重要性，但是，上述的這些描述仍屬於抽象及形而上之觀念。在經過這個時代之後，想法聯想的問題才逐漸從哲學領域轉變為心理學的主要議題。在心理學研究範疇中，雖有不同的學者對於想法聯想提出不同的相關研究， 2.

(17) 然而這些研究都是探討人類意識如何“連結”到心理狀態為主要議題，主要強調一切心理狀態都是由單一、簡單和不可再簡化的基本知識元素（如印象、記憶、感覺能力），藉由與上述想法聯想原則的結合，將人類的心理狀態去反應外在實際的問題。例如：Lewin[8]藉由拓樸關係解釋人類體驗外在環境過程中，對於不同感覺狀態之間連結關係的探討，Kohler[9]經由嘗試與錯誤（trial-and-error）的決策過程去進行狀態之間的比較與選擇，或 Freud[10] 認為想法聯想是一系列問題解決（problem solving）的過程，經由人類潛意識的作用去找尋可能的解決方法等。因此，想法聯想不再只是抽象的連結概念，而是藉由人類思考的推理過程，將每一個狀態的連結關係，經由不同推理的機制如搜尋、決策、回想等，將不同狀態的想法一步一步的推進演化，並具體反應於不同的外在環境。這些在不同領域的研究都說明想法聯想的“連結”概念。在近代想法聯想之研究中，Osborn[11]則首次將想法聯想運用於創造力的問題解決，並將想法聯想的行為結合集體腦力激盪（brainstorming）會議。此時，想法聯想是一種產生解決問題想法的行為，此行為是經由“連結”個人的長期記憶，與“連結”其他參與者的知識而達成。在設計領域中，以連結的觀念解決設計問題，被許多研究學者[12-15]廣泛應用在早期設計階段的創造性問題解決會議（或稱為腦力激盪會議），經由設計空間的廣泛探索，而得到整個設計方向的概觀外，同時，也可以提供他們組合設計想法的依據，以作為發展解決相關設計問題的可行方案 [13, 16]。為了“連結”其他參與者的設計想法，Goldschmidt[14, 17]和 van der Lugt [13]認為這些產生想法之間的關係建立是重要的關鍵，起源於古希臘之想法聯想的三個原則，經常被設計者用來產生多樣性的設計想法，與建立設計想法之間的關聯性。因此，想法聯想的連結伴隨而來的是，個人知識的互動與多重知識（multi-knowledge）的互動，這種因連結而產生分散知識的動態性互動，Chang 和 Lai[18]稱之為分散式互動（distributed interaction）。. 1.2 數位技術與連結當數位科技進入了設計領域，數位技術改變了之前論述想法聯想的行為與其連結的機制，例如，強大的電腦硬體發明，數位技術能有效的提供大量的資訊，在想法聯想的連結過程中提供更多具啟發與想像力的設計想法；由於人工智慧的發明，電腦可以被視為知識實體（knowledge entities）2，能自動化的進行推理與搜尋相關的資訊，用以輔助設計者在想法聯想的過程中連結與產生多樣性的設計想 2. 人工智慧的領域（包括分散式人工智慧），許多研究學者（Simon, 1965；Minsky, 1985；. Russell 和 Norvig,1995；Wooldridge, 2000）認為電腦如同人類為具有知識或行為能力的個體單元。Chang 和 Lai（2004）稱此個體單元為知識實體。 3.

(18) 法；加上網路環境的發明，設計者能在不受限制於地理與時間的想法聯想過程中，連結分散性的設計知識。有許多學者進行上述數位技術特質與其相關機制上的研究，這些研究提供探討想法聯想連結機制的運算可能方向。例如：藉由探討人類的思考模式，提出對大量資訊的知識呈現與其組織方式的研究，以讓人類能夠有效且迅速地連結人類的記憶，進而獲取所需的知識以解決目前的問題，包括如 Simon[19]的搜尋（search）策略、Archea[20]的猜謎（puzzle-making）策略或 Schank[21, 22]的回想（reminding）機制等。在設計運算領域中，一些研究藉由對數位技術中有關運算與邏輯機制的探討，建立自動化的連結機制與智慧性的輔助設計系統，並實際應用在不同的建築設計領域上，如 Coyne 等人[23]的知識系統（Knowledge-based system）、Jackson[24] 的專家系統（Expert system）、Kolodner[25]的案例基礎推理（Case-based reasoning, 簡稱 CBR）、或 Woodbury[26]的設計空間探索者（Design space explorer）等。此外，Lai[27]在其初期研究所建構的動態想法地圖（Dynamic Idea Maps）模型，是強調單一設計者使用想法聯想行為的連結機制，以連結本身記憶與其它參與者的設計想法，並藉由 CBR 的運算機制將這些連結的設計想法，建構如地圖般的關聯性知識結構（詳見 3.2.4 章節）。上述這些數位技術的機制與輔助系統都強調如何藉由適當的知識呈現方式反應當前的問題，並透過有效的搜尋機制，找尋資料庫的相關資訊，予以提出可能解決問題的方法，然而，在上述輔助系統的搜尋機制由於單一知識實體集中式的限制，因而缺乏搜尋資料庫相關資訊的動態性與多元性。為了連結不同知識實體之間的分散式知識，在分散性數位技術的領域中，除了網際網路技術的應用外，許多研究學者也結合上述自動化的輔助系統，進行分散式知識的連結，例如：Oxman[28]建立的思考地圖（Think-Maps），為一個結合案例基礎推理與網際網路技術的輔助設計系統。此外，一些研究應用軟體代理人（以下簡稱代理人）的理論與系統，探討設計者（包括人類與電腦）之間的互動行為[29, 30]，並實際應用在不同設計領域的分散式設計系統[18, 31, 32]；為了支持多重知識實體之間的分散式互動，Chang 和 Lai[33]結合角色扮演的理論與多重代理人技術。這些研究皆為強調使用分散性的數位技術，建立多重知識實體在分散式環境中的連結，企圖經由分散性的搜尋機制以進行問題解決。. 綜合以上的論述，在整個想法聯想發展過程中，想法聯想建立了一種強調連結問題的基本概念。其連結機制主要藉由適當的知識呈現方式反應當前的問題，並透過有效的推理機制，進行搜尋人類內在的記憶，在分散知識的互動性過程中，人類經由溝通行為，建立了人類內在記憶與其外在環境動態的連結關係。另外，在數位技術特質與其相關機制的研究中，不同數位化技術的機制，包括如知識呈現、 4.

(19) 搜尋機制、分散性知識的連結等，都似乎反應了此連結問題在設計運算領域上的意義，上述描述的這些機制將提供本研究探討想法聯想有關連結的相關問題。. 1.3 研究方法當我們視想法聯想的連結問題為了解設計分散式互動的關鍵，同時，設計需反映時代的技術性時，因此，如何結合想法聯想的連結問題與數位化技術，以建構分散式設計環境中之有效性連結，將為了解數位時代之設計互動性的重要問題。為了進行此重要問題的探討，作者必須建立一個適當的研究方法予以進行本研究，因此，作者先就數位技術在設計領域之相關研究方法進行說明，並透過想法聯想之連結問題的特質論述，找尋這些特質與這些研究方法之間的關係，以建立本研究之研究方法。 1.3.1 研究方法回顧在早期設計階段中，數位技術在設計領域的研究，主要以電腦的角度來看待設計上的問題，並進行電腦輔助設計的相關研究。基本上，這些相關研究認為設計為一個強調搜尋的問題解決過程，並經由設計認知與設計運算的兩個研究領域之研究方法，進行對相關設計之研究問題的探討[34]。在設計認知的研究中，主要將人類在設計「黑箱作業」的心智活動[35]，透過人的認知觀點，探討設計者如何思考以及如何進行設計過程，以尋找設計者的行為結構（structure）或心智過程（mental process），進而指出電腦應用目前的不足[36, 37]。口語分析（protocol analysis）為主要的研究方法，在探討設計過程與設計師認知活動的研究[38-43]；其技術為經由「放聲思考」與「影音回溯」，進行口語分析實驗的資料收集，並透過轉譯、編碼與資料分析等過程，與認知模型的建立以進行此相關研究。在設計運算的研究中，由於電腦本身具有強大的運算能力、記憶容量、互動性介面與視覺回饋功能等特性，這些特性促使此類型的研究，在於發展適用於從事設計構想的電腦輔助系統[44, 45]。其研究方法強調經由電腦實際計算分析過後的運算化模型，並使用電腦模擬予以具體化（reification）。因此，其技術為架構在設計運算的相關機制（例如呈現、推理、搜尋、邏輯等機制），找尋研究問題可以被運算化的因子，經由一個運算化模型的建立，與此模型系統的執行與模擬，進行此研究問題的了解與檢驗[23, 25, 26, 28]。 1.3.2 研究方法建立研究方法的建立必須反應研究問題的特質，根據 Osborn[11]對於想法聯想的看法，. 5.

(20) 想法聯想的連結問題具有下列特質：立即性：想法聯想為「量產生質」（quantity breeds quality）的問題解決行為。因此，在有限的時間內，參與者（包括人類或電腦）必須經由設計想法的立即呈現，進行連結並產生設計想法的行動。反射性：強調「量產生質」的問題解決方式，促使參與者必須透過反射性的動作，去反應外在不同的設計情境，以提供參與者採取適當的聯想行為，連結其內在的記憶以產生大量的設計想法。關聯性：除了強調產生設計想法的多樣性外，想法聯想強調「建立在其他想法的基礎上」（build on other ideas）的關聯性建立，經由這些關聯性的設計想法，提供參與者尋求想法組合（seeking combination）的依據。衝突性：多重參與者在連結想法的過程中，由於參與者個人的主觀意見，導致不同參與者在想法聯想過程中，對於不同設計想法之看法上的差異，而產生參與者之間的衝突。進而，參與者經常會經由設計知識的改變，予以反應此衝突性。此外，想法聯想行為是一種強調藉由生產大量的想法，進而提高解決問題方法的品質，在設計領域中，這種強調生產數量的設計思考活動，Goldschmidt[14, 46]稱之為設計生產（design productive）。在設計生產的過程中，效率（efficiency）有關於此種設計思考活動，並反映在設計的創造性與專家知識，而有效性（effectiveness）為評估設計生產過程的主要方式。根據上述研究方法之回顧，雖然，認知研究的口語分析提供我們了解設計者在設計過程的思考方式，但對於連結問題之立即性與反射性的特質，此方法在連結過程的資料收集，由於人類設計者之短期記憶不足、或口語速度不及思考速度等問題，對於這些特質的了解有其限制性。在設計運算研究中，由於，電腦強大的運算能力與記憶容量，提供設計運算中如呈現、推理、反射等自動化機制與視覺回饋的介面技術，進行了解此連結問題之反射性與立即性特質。有關衝突性與關聯性的特質，是強調參與者（多重或個人）之多重知識間的連結關係，尤其在分散式的設計環境中。在設計認知的研究中，有相關的研究使用口語分析方法進行多重參與者之連結問題研究[13, 14]，但由於分散性的知識與其連結關係的資訊不容易收集，因此，只限於人類設計者面對面的連結關係研究，對於分散式設計環境中之多重知識之連結關係仍有其限制性。在設計運算研究中，由於，電腦的分散性的數位技術（如網際網路）與運算機制（如多重代理人），可. 6.

(21) 以經由設計運算中如搜尋、溝通等自動化機制與超連結技術，進行了解此連結問題之衝突性與關聯性特質。綜合以上的論述，設計運算的研究方法有利於本研究對於此連結問題的探討，同時，相關此問題之認知領域上的知識，可以輔助此連結問題之運算機制的建立。因此，本研究之研究方法，主要以設計運算的角度看待此連結問題，並結合相關的設計認知領域知識，找尋此連結問題可以被運算化的因子，經由一個運算化模型的建立與其系統的執行與模擬，進行本研究有關連結問題的了解與評估。由於，立即性強調此連結問題在視覺回饋的介面需求，反射性與關聯性強調連結問題在想法與其關係的連結建立，衝突性則強調多重知識實體在知識改變的機制，因此，根據之前論述的研究動機（強調利用數位化技術建構分散式設計環境中之有效性連結），本研究的評估的重點是連結問題在反射性與關聯性的特質，如何經由數位機制建立連結之有效性。評估方式除了透過系統實作以驗證此連結問題運算化的可行性外，本研究也將執行一個多重參與者進行分散式想法連結的設計實驗，並藉由實驗中受測者所產生的設計結果，進行這些設計結果在連結有效性的比較分析，其比較分析方式則使用 Goldschmidt 的連結圖像理論（linkography）[46]（詳見 6.1 章節），量化分析想法與想法之間的連結，以檢驗本研究建立的分散式想法連結機制。至於，有關連結問題的立即性特質，本研究會在系統模擬與設計實驗中特別注意使用者的使用狀況，以提供未來介面設計的需求依據，同時，此設計實驗中的發現也將提供本研究進一步精練衝突性之相關機制。. 1.4 論文概述架構在之前的研究方法，本研究經由研究問題的界定與假設的提出，進行研究目標的說明，並提供建立研究步驟的依據。有關未來研究的延伸與可能的研究方向，將被討論在本論文的相關章節中。 1.4.1 研究問題如前所述，分散式環境中的多重知識連結為一個重要的研究領域範圍，然而，如何在分散式的設計環境，結合想法聯想的連結問題與設計運算的機制，仍然是一個不清楚的研究領域。基於上述的原因，本研究產生兩個主要的研究問題：想法聯想中有關連結問題與其分散性的抽象行為，該如何被建構並加以運算化？而設計運算的理論與技術，又該如何建立一個數位工具，用以輔助本研究了解分散性的想法連結問題？. 7.

(22) 1.4.2 研究假設當數位技術提供分散式知識在資訊、記憶與不同知識實體之間新的連結機制時，這些數位技術與運算理論的結合，將改變分散式知識之間的連結，並提供了解想法聯想之分散化連結機制的可能性。基於這些事實，本研究的假設為 1) 想法聯想的分散式連結問題，可以經由運算化的機制進行了解並建構；2) 而其發展的數位工具，在分散式的設計環境中，可以輔助多重參與者產生有效性的連結。 1.4.3 研究目標上述的假設必須透過一個輔助分散式想法連結系統的建立而予以驗證。此輔助系統需能具體反應分散式想法連結機制，如何被實踐在設計運算相關理論和技術，而經由此輔助系統的建立，我們可以獲得多重參與者進行分散式想法連結的經驗，同時，了解此連結機制所伴隨之設計運算上的複雜性問題。. 1.5 論文內容架構架構在上述的研究方法與論文概述，本研究的論文內容架構具體反應了研究之步驟與其內容，其詳細說明如下：在第二章中，作者首先架構在「設計搜尋」的概念下，找尋構成搜尋的運算機制（包括呈現、記憶、規則與決策），然後，經由這四個搜尋機制的面向，進行想法聯想之連結問題在設計運算與認知領域的背景回顧，以提出一個分散式想法連結的機制。在第三章中，根據背景研究所獲得的分散式想法連結的機制（包括呈現、回憶與溝通），進行輔助呈現、回憶與溝通之輔助設計系統（包括案例基礎推理系統與多重代理人系統）的文獻回顧，並進行這些系統的比較與分析，以提供本研究建立一個輔助分散式想法連結模型的基礎。在第四章中，本論文延續初期研究所建立的動態想法地圖（DIM 初期模型），更進一步的結合第三章所獲得在輔助分散式想法連結的運算機制，以精練並強化 DIM 初期模型在分散性的特質，進而建構一個輔助分散式想法連結的運算模型，而此模型的構成元素與其運算機制在本章有詳細說明。在第五章中，DIM 經由架構在一個多重代理人架構（DARIS）的平台基礎上，予以具體化 DIM 模型的運算機制，並發展成一個輔助分散式想法連結系統，而此系統的使用方式藉由一個實際案例予以說明。有關 DIM 的系統實作與使. 8.

(23) 用方式在本章節有詳細說明。在第六章中，為了驗證本研究之假設，作者執行一個設計實驗，並架構在 Goldschmidt [46]所建立連結圖像理論與其評估方式，進行 DIM 系統在輔助連結有效性之評估，同時，透過此設計實驗，了解多重參與者在分散式的設計環境中，如何藉由本研究建構的分散式想法連結機制，反應上述連結問題的特質，又如何輔助他們在早期設計階段的想法連結。在第七章中，作者首先對本論文的研究提出結論與建議，並藉由此研究的發現，更進一步的說明本論文的研究貢獻，與作者未來後續的研究方向。. 9.

(24) 二、研究背景：從設計搜尋到分散式想法連結. 想法聯想建立了一種強調連結問題的基本概念。連結問題的機制（以下稱連結機制）主要藉由立即性的呈現方式反應解決問題的想法，並透過反射性的搜尋策略連結參與者內在的記憶，同時，在分散性知識的互動過程中，經由多重參與者在內在記憶與外在設計情境的衝突，建立了設計想法之間關聯性的連結。由於，本研究目標是藉由一個輔助系統的建構，以了解分散式想法連結的相關問題，因此，為了能更進一步了解連結機制之相關背景在設計運算上的意義，作者架構在相關的設計運算觀點，予以進行此連結機制的背景回顧。在設計運算的領域中，於「設計搜尋」（Design as search）的概念下，發展出不同的搜尋模型，進而衍生為大部分的電腦輔助設計系統[23]。基本上，「設計搜尋」強調設計過程中的搜尋機制，因此，搜尋機制將提供本研究了解連結機制在設計運算領域中的意義。架構在搜尋機制的觀點下，首先須了解「設計搜尋」的相關背景，經由了解搜尋機制在設計運算中的意義，再以搜尋機制所包含的不同面向，進行連結機制的背景回顧，以提出一個分散式想法連結的機制。. 2.1 設計搜尋從 Simon 和 Newell[47]開始，在相關分析設計過程的研究中，設計被認為是一種解決問題（problem solving）的行為。為了提供設計者可以透過一個特定模式的設計過程，以提升設計問題解決的結果，有許多學者提出不同的設計過程模型[23]，例如：Alexander[48]的「分析與綜合」（analysis 和 synthesis）模型、Pena 等人[49]的「計劃與設計」（programming 和 design）模型、Asimow[50]的「分析、綜合與評估」（analysis、synthesis 和 evaluation）模型，亦有學者架構在已提出的模型基礎上發展出另一組模型，例如：架構在 Asimow 提出的模型基礎上，Jones[35]提出「分歧、轉化與集中」（divergence、transformation 和 convergence）模型，此模型的分歧係指將設計問題予以分解成若干片段，並透過搜尋大量相關的解決方法以界定設計空間的範圍，轉化則為將這些分解的片段以一種新的方式組織在一起，而集中為發現此新組織方式的可能結果並予以實踐。. 為了解決設計問題，設計被視為設計者在設計問題的空間中，搜尋解決此設計問題方法的過程[19]。此搜尋過程為經由不同的狀態（設計的解決方法），找尋解決目前設計問題的方法，這些狀態主要包括起始狀態（initial state）、中間狀態（intermediate state）及目標狀態（goal state）[19]。在進行搜尋的設計空間中，設計者應用自己本身知識庫中程序知識（procedural knowledge）或規則的區塊 10.

(25) （chunk），將設計從一個狀態移動到另一個狀態。因此，許多自動化的問題解決系統都來自於 Newell 和 Simon[47]的理論，這些自動化的系統稱為 General Problem Solver（簡稱 GPS）。然而，設計者在問題解決的搜尋行為上，相似於上述 GPS 系統應用在人工智慧的搜尋策略，例如嘗試與錯誤搜尋（trial-and-error）、深度優先搜尋（depth-first search）、廣度優先搜尋（breadth-first search）和經驗法則搜尋（heuristic search），這些搜尋策略已經被運算化的應用在電腦輔助設計系統[38, 51]。此外，Anderson[52, 53]根據搜尋在推理的方向性，將設計搜尋的推理機制歸納成向前鏈接（forward chaining）與向後鏈接（backward chaining），而 Anderson 等人[54]更進一步指出，有經驗的設計師通常使用向前鏈接的推理機制進行搜尋，而沒有經驗的設計師通常使用向後鏈接的推理機制。在設計運算領域中，Woodbury[26]認為上述之設計搜尋過程，在可能的設計空間中找尋解決問題的路徑，此設計空間是一群資訊集合（information set），包括起始狀態、中間狀態（intermediate state）和目標狀態，與在狀態之間的運算元（operators）。每一個狀態代表可能完成或未完成的設計，因此，設計可視為在起始狀態與目標狀態之間，去發現適當運算元的序列或路徑[26]（圖 2）。在搜索過程中，Norman[55] 認為設計者藉由特有的限制（constraints）因素，執行設計相關目標與決策之間的配對（mapping）關係以決定方式，以得到最佳化的解答。. 圖 2. 搜尋過程與資訊狀態（來源自 Woodbury, 1991）. 除此之外，在以設計支援系統為主的設計研究領域中，一個提供設計支援系統的架構，被稱之為設計空間探索者（Design Space Explorer），其引用一種最能被廣泛接受的設計行為：「搜尋」或稱為「探測」。設計空間探測者將設計比喻是一種在 11.

(26) 有選擇性且可能無盡的設計空間裡的智慧型行為，在這個無止盡的設計空間裡，設計者“尋找”或“探測”所有可能的設計、發現新設計、記錄或沿用已完成的設計 [56-59]。在此無盡的設計空間中，運用適當的設計規則反應主要設計需求，然後以此類推到後來不同的設計狀況，進而產生設計空間中的元素（nodes, 設計狀態）和邊緣結構（edges, 狀態關係）。所以，這樣的思考系統刻意的被打開，設計者能在任何時間修改或改變設計說明、狀況設定、或隨後衍生的方法或限制，進而，此「探測」機制包括呈現（representation）、規則（rule）、記憶（memory）與決策（policy） [26]，且架構在此「探測」機制，有許多相關研究之發展，例如：設計空間探測者的運算模式及再現模型之研究[26, 60]，或設計空間探測者的系統建構之研究[61, 62]等。總而言之，設計被視為解決設計問題的行為。為了解決設計問題，設計者必須在設計空間中，搜尋設計問題的解決方法。基本上，設計空間的組成分為 1)設計結構性的敘述，例如：圖形/節點（graph/nodes）；2)原始的設計問題（initial design problem）；3)設計轉化(design transition)的狀態，和 4)詳細解說的解決問題方法（solution）。而 Woodbury[26]提出的「探測」理論，具體的建立了在設計空間的搜尋機制，主要包括呈現、記憶、規則與決策，簡言之，呈現敘述設計所內涵的資料結構，規則反應設計狀態之間的轉變條件，記憶則負責儲存搜尋過程及其設計空間的資料，決策擔任設計過程的流程控制。根據這四個搜尋機制的面向（呈現、記憶、規則與決策），本研究將進行連結機制在設計運算與認知領域的背景研究。. 2.2 連結與呈現所謂呈現係指表現一個特定領域概念的符號（symbol），提供設計知識基本的表達與組織方式[23]。當我們視想法聯想的連結機制為強調想法本身與想法之間的關聯性建立時，那想法的呈現是什麼？而關聯性的呈現又是什麼？在古希臘時代，“想法”這個字的意義為“一個事物的出現”（appearance of a thing）。人類擁有一種獨特的能力去使用符號進而表達想法，並透過建構符號與符號間的連結關係解釋外在的事物[63]。在建築設計的領域，設計者常將一個設計予以分解成數個建築元素，然後藉由元素的符號與元素之間的關係建構建築設計的知識[23, 64, 65]，且經由強調元素本身與元素之間的關係，予以呈現有關聯性設計知識的資訊。在設計領域中，van der Lugt [13]認為設計想法具有下列二個特性：1) 設計想法必須相關於正在進行的設計工作，並能提供某一特定設計問題的解決方法，所以，. 12.

(27) 設計想法可以被視為設計問題與其解決方法的組成；2) 設計想法也必須提供參與者在解決設計問題討論中的溝通。Oxman[66]認為使用早期設計案例（precedents），可以有效產生解決設計問題之想法，同時，在產生想法的過程中，有助於參與者之間的溝通。另外，想法是一種思想（thought），而思想也須透過文字、繪畫、圖像等媒材表現，提供人與人之間的溝通[67]。因此，除了呈現知識本身內在的符號與符號之間關係的建立外，使用適當的媒材表現設計想法有助於設計者對於想法的了解，進而提升參與者之間的溝通。基於上述的論述，本研究經由連結知識呈現、設計案例呈現與媒材表現了解連結與呈現的關係。 2.2.1 連結知識呈現在設計過程中尤其是早期設計階段，設計者常藉由泡泡圖（bubble-diagram）的方式去呈現設計知識（包括物件與關係），此種圖像化的類比（diagrammatic analogy）方式類似於 Quillian[68]所主張之語意網路（semantic network）。語意網路對應之設計知識呈現方式乃以符號（或稱物件），與符號間關係為主要的構成元素；其強調圖像連接性的資訊(connectivity information)，主要以節點（nodes）和連結（arcs）為構成具有連結性知識結構的主要元素（圖 3）。. 圖 3. 以節點與連結呈現設計知識 (來源自 Coyne et al., 1990). 在設計運算領域中，Coyne 等人[23]認為上述這些符號與關係必須根據不同的設計工作，賦予這些符號與關係的相關設計內容（包括如概念、實例、等級或屬性等），提供設計者瞭解及組織關聯性設計知識的方式。有一些學者提出不同的知識呈現方式詮釋具有關聯性的設計知識，例如： Coyne 等人 [23] 提出的事實基礎（fact-based）為呈現設計知識的物件與物件之間的關係，並藉由文字基礎為其象徵的事實（facts）強調連接性的知識；而 Minsky[69]提出的架構基礎(frame-based) 為透過框架式的連結機制，將設計知識中物件的相關屬性以框架（frame）、空格（slot）與值（value）來呈現。這些強調連結關係的知識呈現，提供設計者瞭解並組織設計知識的方式，同時，在固定的設計知識結構下，符號與之間的關係可以 13.

(28) 被增加。. 另外，使用連結呈現語意為連結知識建構另一個重要的議題。Sowa[70]提出的概念圖像（Conceptual Graphs）除強調知識呈現的語意問題外，同時也強調符號之間的連結知識。由於連結知識可以表達複雜語意上的知識，因此，概念圖像被廣泛應用到處理自然語言（natural language）的運算領域，類似於 Sowa 的概念圖像，而 Novak[63, 71]與 Novak 和 Gowin[72]提出的概念地圖（Conceptual Maps），則經由概念（符號）、具語意的連結（關係）與地圖般的結構，允許使用者能動態性的組織知識結構。有別於之前論述之固定性的設計知識呈現方式，概念地圖提供動態性的知識建構機制，而且，廣泛的應用在有關連結知識建構的意義學習3（meaningful learning） [28, 73]，包括如個人之概念知識的建構，和以團體基礎（team-based）之集體概念知識的建構[71]，經由這些概念知識的建構，幫助他們了解概念的意義並進行學習。為了更進一步了解概念地圖中，相關於連結與知識呈現的關係，本研究將繼續對概念地圖進行探討與了解。 2.2.2 概念地圖概念地圖是 Novak 和 Gowin[72]在進行有關人類學習和知識建構研究的結果，他們提議知識的基本元件是概念（concept）與概念之間的關係敘述（proposition），同時，Novak[71]把概念定義為“在事件或物件，或者事件或物件的記錄中，被理解的一個規律（regularity），此規律可以使用一個標籤予以指定”（p 22）。而概念地圖是經由一個具語意單位的連結關係，連結兩個或更多概念的標籤所組成，因此，概念地圖是以二維向度的圖像方式呈現所有關聯性的概念（圖 4）。基本上，一張概念地圖是透過不同節點和連結所建立之圖像似（graph-like）的知識架構[63, 71]（圖 4）。節點是描述概念的要素，而連結則描述在兩個節點之間的關係，也就是概念之間的關聯性，同時，為了描述概念之間的關聯性，連結可以根據不同的需要決定是否貼上標籤（label）。所以，概念地圖的圖像形式反應了關聯性知識的建構方式與欲描述的知識，可以應用在不同領域有關連結知識的建構，並有助學習者進行意義學習[73]。. 3. Ausubel（1962）認為意義學習是強調描述性學習（descriptive learning）方法的學習理論。. 在此理論中，學習的基本想法為將吸收的新概念和建議放置在學習者原有的概念架構，同時，進來的概念因為與長期現有的知識相互作用而被組織且處理。因此，學習被認為是根據存在命題的網路或概念地圖延伸人類知識的過程。 14.

(29) 圖 4. 一個概念地圖（來源自 Novak, 1998）. 概念地圖的連結知識結合了內部領域連結(in-domain linkages) 和跨領域連結 (cross-domain linkages)的特質。內部領域連結強調知識在一個相同領域的網路架構邏輯中，例如：在呈現一種建築物類型，內部領域連結的知識侷限在此種類型相關的概念。然而，對於一個跨領域連結，知識則在二種以上的不同領域具有多重的呈現，例如：中庭在傳統街屋與購物中心二種不同建築類型中，各自對於中庭有不同的概念，經由跨領域連結可以將這些不同中庭概念連結在一起。在設計運算領域中，Oxman[28, 66]認為內部領域連結與跨領域連結都是設計思考中重要的特性，並結合概念地圖連結知識的建構方式，將個人或團隊基礎集體討論的設計想法予以組織與呈現，進而發展輔助連結知識建構的 CBR 系統（稱為 Think-Map）。總之，概念地圖是一種強調連結知識的圖像（diagram），其用以探索人類在知識建構過程中，對於知識分享與知識集結的連結資訊，有助於設計者動態性的建構個人與其他參與者之間，產生設計想法的連結知識。一些研究學者使用概念地圖發展輔助建構連結知識的工具，這些工具經由將知識如地圖般的圖像方式呈現，提供使用者理解所有關聯性知識的主體架構，例如：CampTools[74]和 KMap[75] 使用網際網路技術，連結分散式環境中的想法。除此之外，有些研究學者[71, 76, 77] 透過不同的評估方式了解概念地圖與意義學習之間的關係。此概念地圖強調關聯性知識的建構機制，可以反映在處理資料結構的圖像理論（Graph Theory）。基本上，圖像理論[78, 79]是一種類似概念地圖之圖像般的網路資料結構，其基本的元素包括節點（vertices）與邊（edges），與邊的方向性（direction）、路徑（path）、等級（degree）等定理，有助於作者了解設計知識有關呈現、連結與資料結構的關係。 15.

(30) 2.2.3 案例知識呈現 Schank[21, 22]認為利用過去的經驗可以有效的解決當下的問題，同時，他提出案例知識在設計中具有三種的基本意義與功能，包括 1) 案例是種知識的表達，即是經驗法則；2) 案例本身是種資訊結構，提供經過組織過的相關資訊，並有助於作設計決策時之評估；3) 案例是一種萃取的資源，亦即案例在尚未形成特定之事實前，為一種已被認定可望獲取有效知識的資源。在建築設計的領域，早期設計案例為設計者主要的經驗[66, 80]，Akin[81]指出，從早期設計案例所獲得的概念想法是提供設計的抽象性概念與真實實踐之橋樑，且有助於建築設計的意義學習。基本上，早期設計案例是一種被讚賞（recognized）的過去設計作品[82]，透過嵌入在這些知名設計作品裡之獨特知識的特性，提供設計者參考的便利性[66]。因此，建築理論學者 Rowe 和 Kotter[83]在 Collage City 書中提倡建築歷史的重要性，他們認為建築與城市設計的想法主要來至於早期的設計案例，而建築師 Dennis[84]則引用 Le Corbusier 所設計的 Villa Meyer 的住宅設計為例，說明此設計案例有關自由平面的設計想法，主要來自於十八世紀在巴黎市中心的貴族公寓 Poche 的平面技法並轉化而成（圖 5）。總之，在連結想法的過程中，早期設計案例是提供設計者連結與產生設計想法的主要來源。. 圖 5. 貴族公寓 Hotel d’Orliance（左側）與 Villa Meyer（右側）. 在設計運算領域，Gero[85]認為設計案例本身除了是一具體的個案外，其基本上是設計知識的濃縮或解決之方案，其不但縮短設計解答的途徑，而且可以提高設計的效率，因此，設計案例被認為是早期設計經驗透過壓縮（condensed）的知識，此知識為提供解決設計的方法[86, 87]。因為設計案例的重要，所以，有許多學者透過不同的方式在描述案例，包括如 Domeshek 和 Kolodner[88]的 story、Schank[21] 16.

(31) 的 script、Minsky[69]的 frame 等。此外，Kolodner[25]認為“案例通常代表實際的狀態，在此種狀態中，案例整合了許多複雜的資訊”，而 Maher 等人[80]則認為設計案例呈現必須考慮三個課題：1) 設計案例的內容、2) 設計案例記憶組織方式、與 3) 設計案例對於使用者的表現媒介。根據 Maher 等人[80]認為設計案例的內容可以由設計繪圖、需求與方法、或機能、行為與結構（Function-Behavior-Structure，簡稱 FBS）所構成，而案例知識的呈現則可以由文字呈現、物件導向呈現（Object-Oriented representation）、圖像基礎呈現（Graph-Base representation）、多媒體呈現或案例階層呈現而達成。這些案例知識的記憶組織方式包括平面結構（Flat structure）、案例特徵基礎結構（Feature-Based structure of cases）和階層結構（Hierarchical structure），而平面結構是最為普遍的記憶組織方式，此記憶結構主要強調案例之間沒有階層與其他組織的關係[89]。除此之外，設計案例知識的表現也可以藉由文字、影像、或多媒體等表現方式，提供使用者與電腦進行設計溝通與互動[27, 80, 90]。上述 Maher 等人[80]所提出的三個課題會根據設計目的（如設計生成、設計決策等）的差異而有所不同，並應用在許多不同的建築設計問題，例如：Domeshek 和 Kolodner[88]提出一個以故事型態的案例呈現方式去輔助設計學習；Oxman[66]提出的議題、概念與形式的知識呈現方式（簡稱 ICF），提供設計案例本身與不同設計案例之間的連結關係；另外，結合多媒體的資料視覺呈現，除了為案例內容的一部份，同時藉由此案例的視覺化呈現幫助設計者解決設計問題[80]。而這些知識呈現已被實際的應用在案例基礎推理之輔助設計系統。根據 Maher 和 Pu[91] 的分類，包括 Archie-II[92] 、 FABEL[93] 、 CASECAD[80] 、 SEED[94] 、 PRECEDENTS[66]等案例基礎推理系統，這些系統在設計案例呈現與組織的相關機制在第三章有詳細的說明與分析。 2.2.4 表現媒材設計想法藉由不同的媒材（如文字、草圖、影像照片）表現，其目的是提供不同參與者可以進行溝通[27, 67]。有些學者[13, 95]認為使用文字表達設計想法較其他媒材能立即性的產生設計想法，進而助於產生大量的設計想法，另一方面，van der Lugt [13]和 Lai [27]認為影像照片等視覺呈現相較於文字，更能增加參與者之間的溝通。根據設計行為的相關研究[23, 48, 65]，設計者習慣將建築設計予以分解成許多建築的元素與屬性，並使用這些元素的屬性，作為尋找解決設計問題相關設計想法的依據。為求設計溝通的有效性，設計者經常使用領域概念語彙（domain conceptual vocabulary），予以表達設計想法中建築元素與其屬性的意義，並建構它們之間的 17.

(32) 關係[66, 96]。設計也是一種視覺的反射行為[40]，所以，設計者經常使用草圖或影像圖片等視覺表現敘述設計想法。根據作者之前的研究[27]，視覺表現是提供設計者解決問題方法的實際案例之具體化表現。例如，設計者為解決水岸與廟城之間「動線」的設計問題時，一位設計者使用「漂浮建築」（floating building）等領域概念語彙去表達設計想法中的設計問題與解決方法，同時使用草圖與柯比意設計的 Villa Savoye 的影像照片為實際案例，予以具體化此解決方法（圖 6）。不同的設計者之間雖然具有相同的設計想法內容，但他們會使用不同的領域概念語彙描述這些相同的想法內容，此問題被稱之為「解譯」（interpretation）上問題 [93, 97]。在上述圖 6 的例子中，二位設計者（A 與 B）欲解決上述的設計問題時，當兩位設計者都以 Le Corbusier 設計的 Villa Savoye 為解決「動線」問題的解決方法時，設計者 A 使用「漂浮建築」描述其解決方法，而設計者 B 則使用「底層挑高」描述之。解譯問題提供每一位設計者根據各自的知識，對相同的設計想法有不同面向的看法與解釋[98]。. 圖 6. 一個設計想法與其表現媒材. 2.3 連結與規則所謂規則乃藉由正規化語言（ formal language ）所描述之設計轉變（transformation）。基本上，規則分為兩個部分︰先期條件及轉換方式。先期條件提供對規則的限制條件(constraints)，轉換方式是設計轉換之執行方式及結果描述，因此，規則提供兩個設計狀態之間轉變的機制。另外，規則具有改變性的性質，此性質提供設計搜尋的開放性，換言之，一個規則的使用，經由不同的方法執行一個設計狀態，可能引發無數設計狀態的轉變。想法聯想強調想法之間的連結機制，此種連結機制為一個設計想法的產生必須仰賴其它產生的設計想法，進而引發一個想法轉變到另外一個想法[11]，在設計領域中，Goldschmidt[46] 稱上述想法之間的轉變過程為設計移動（design move）。此種設計移動的論點可以解釋個人或群體在設計想法之間的動態性連結關係[14]，同 18.

(33) 時，也反應 Schon 和 Wiggins[40]二人強調設計有反射性行動（reflective action）的特質，而了解反射性行動的兩個主要概念是行動（act）與反應（re-act）[40]。在連結想法的過程中，當設計者接收到其他參與者的設計想法時，設計者常把一個設計想法當成起始狀態，除了即時對它採取“行動”以產生新的設計想法外，並經由改變設計者的狀態，“反應”的將設計想法輸出，以連結其他的參與者的設計知識。由此可知，行動與反應是連結機制的重要關鍵，提供參與者之間的狀態改變的規則建立。綜合上述，連結機制提供兩種層級在設計狀態之間的轉變規則：設計想法間的層級，與其設計者間的層級。在設計想法的層級，想法聯想有三個原則（principles）（包括相似原則、對比原則與相鄰原則）提供設計想法之間的轉變機制；在設計者的層級，語言行動（speech acts）支持參與者之間經由行動與反應的轉變機制，改變參與者之間在溝通過程中的互動關係。 2.3.1 想法聯想的三個原則想法聯想即是想像力連結到記憶的部分，使一個想法導致另一個想法之現象[11]， Plato 與 Aristotle 認為此種連結想法的力量為人類心理學的基本原則，而且， Dewey[99]指出將這些想法相互地連結起來，即可增加人類創造性的思考。所以，在連結想法時，人類須分析並運用存在於不同想法之間的關聯性，例如：想法之間的「相似之處」、「不同之點」、「因果關係」或「前後次序」等關係，而古希臘人將這些關係歸納成三種主要的原則：相似原則、對比原則和相鄰原則。雖然，有其他學者提出許多聯想作用的原則[9, 10, 100]，但古希臘人所建立的三大原則，至今仍被視為最基本與普遍應用的想法聯想原則[11]。在建築設計的領域，設計者經常會對於設計想法看法上的差異而作不同的解譯，並使用這三個原則為策略，以便連結與產生多樣性的設計想法，與設計想法之間的關聯性[101]。例如：相似原則為連結並產生具有相似性的設計想法與關係，而對比原則是連結並產生具有對比性的設計想法與對比關係，另外，相鄰原則為透過設計想法之間的因果關係，而連結並產生相鄰性的設計想法與相鄰關係。因此，這三個原則可以被視為設計想法轉變的規則，經由在設計空間進行設計想法之間的比較，進行連結與產生設計想法與其關係。另外，有關想法聯想的三個原則（相似原則、對比原則和相鄰原則），因表現設計想法的媒介內容與資訊之不同而有所差異[11]。架構在之前論述（詳見 2.2.3），設計想法的內容包括設計問題與解決方法，而表現想法的媒介主要為領域概念語彙。對於想法聯想三原則在建築設計上連結想法的應用，則經由下列小節作進一步說明。 19.

(34) 2.3.1.1 相似原則相似性係指物件本身與其他物件具有相類似的屬性。設計者對於一個相同設計問題，通常會有不同但相似的解決方法，因此，設計者可以利用相似原則連結產生相似性的設計想法。例如：Peter Eisenmen 設計的 Frank House 和 Gerrit Rietveld 設計 Schröder House 在解決「牆面組構」的設計問題具有相似的解決方法。從上面的兩個設計案例，設計者透過相似原則可以產生兩個相似性的設計想法，此想法是使用「多層次牆」的方法解決「牆面組構」的設計問題，進而，這兩個解決方法所對應的設計想法建立相似性的關係（圖 7）。. 圖 7. 相似原則. 2.3.1.2 對比原則對比性係指物件之間的比較，且比較後的物件具有明顯差異的屬性。設計者藉由對比性的領域概念語言（例如，室內和室外、隱私和公共、實體和虛體關係等），經由連結具對比性領域概念語言的解決方法，進而產生對比性的設計想法。比較於 Le Corbusier 設計的 Villa Savoie 案例中，十八世紀巴黎傳統的貴族式住宅，在地面層採用「實體空間」的方法去解決「建築量體」上的問題。因此，設計者使用對比原則去連結 Villa Savoie 的設計案例，而產生設計想法為使用「虛體空間」的方法解決「建築量體」的設計問題，進而，這兩個解決方法所對應的設計想法建立對比性的關係（圖 8）。. 圖 8. 對比原則 20.

(35) 2.3.1.3 相鄰原則相鄰性係指物件之間具有因果性的關係。由於設計問題與解決方法之間存在著因果關係[19]，因此，當不同設計想法對於不同的設計問題有相同的解決方法時，設計者可以利用相鄰原則連結到這些相同的解決方法，進而產生相鄰性的設計想法（具有不同的設計問題）。例如，Adalberto 在坐落於玄崖邊基地所設計的 Villa Malaparte 設計案例，一個設計想法以使用「屋頂平台」的方法用來解決業主對於「動線」的設計問題，這個設計想法可以藉由相鄰原則而連結到另一個設計想法，此設計想法是使用「屋頂平台」的方法解決「景觀」的設計問題，進而，這兩個設計問題所對應的設計想法建立了相鄰性關係（圖 9）。. 圖 9. 相鄰原則. 此外，設計者通常會根據個人的喜好（preference），選擇符合目前情境所需要的設計想法[102]，在想法聯想的過程中，當不同參與者產生的設計想法經由三種想法聯想原則而建立不同關聯性的連結後，參與者會在產生的設計想法中，選擇多數設計者同意的設計想法為主要的共同想法，並以此共同想法為尋求想法組合的依據[11, 103]，Lai 和 Chang[104]稱此現象為設計的共鳴現象。例如：在下列的設計案例中，為某建築師事務所的三位設計專家為解決某大學行政大樓有關採光的設計問題，在早期設計階段的集體腦力激盪會議，經由想法聯想三個原則所產生的設計想法（包括想法草圖與設計案例）（圖 10）。在這些設計想法中，三位設計專家選擇羅馬萬神殿的採光方式與空間關係為共同想法，在設計發展過程中，與此共同想法相關聯的設計想法提供他們尋求想法組合的依據，並產生最後的設計結果（圖 11）。在圖 11 中，此設計作品顯現了此尋求想法組合的線索，例如：在解決採光的設計問題，此設計者組合了古希臘的迴廊（stoas）、羅馬萬神殿的圓頂、Renzo Piano 在辦公大樓設計案的遮陽板等手法，進行建築形式上的創造。. 21.

(36) 圖 10. 某行政大樓的想法草圖與使用的早期設計案例（KHL Architect Association 提供）. 圖 11. 某行政大樓的設計方案結果（KHL Architect Association 提供）. 2.3.2 語言行動為了產生多樣性的想法，參與者會傳遞有關想法的訊息而進行彼此之間的溝通。在溝通的過程中，發送訊息的人（以下稱為發送者）與接收訊息的人（以下稱為接收者）因為彼此的互動而改變身分[105]，這種現象可以被視為參與者之間的身分狀態改變。由於，身分狀態改變會因為語言行動的差異，影響人類採取適當的 22.

(37) 行動與反應，以回應不同的外在情境[106]，因此，語言行動提供本研究了解設計者身分狀態轉變的機制。基本上，語言行動理論視溝通為一種行動（action），此行動被認為人類透過語言行動表現其意圖的行為機制[107]。換言之，語言行動為發送者與接收者在溝通時，使兩方對訊息產生的行動與反應。而藉由不同的語言行動，發送者與接收者才會進行傳遞訊息的相關動作。語言行動理論開始於哲學家 John Austin[108] 。 Austin 認為自然語言語調（utterances-hereafter）的特定種類歸因於語言行動，而語言行動可以改變外在的狀態。為了類比於人類的實際行動，Austin 定義一些不同語言行動的動詞（又稱 performative），包括如要求（request）、告知（inform）和允諾（promise）等。架構在 Austin 的研究[108]，Searle[106]認為語言行動被執行在接收者（receiver）與發送者（sender）之間的溝通，進而將語言行動歸納成五種類型：斷然性(assertive)：發送者對於傳遞的訊息，表現其自身立場的真實性，如通知。命令性（directive）：有方向性的企圖讓接收者去執行發送者委任的事情，如要求。宣告性（declarative）：帶入一些事件而導致一些狀態的改變，如宣告遊戲開始或結束，此語言行動類型反應行為在訊息傳遞過程的時間因素。承諾性（committing）：接收者對於發送者委任的事情所做的承諾行為，如答應、拒絕。表現性（expressive）：表現發送者或接收者對於傳遞的訊息，所反應的心理狀態，如感謝。這五種類型的語言行動，其行動與反應的規則建立，除了支持參與者之間身分的改變，同時，也提供參與者在相互作用中的溝通機制[109]（有關相互作用與溝通機制在 2.5.2 和 2.5.3 小節有詳細說明）。由於語言行動為強調人類在溝通過程中，對於接收訊息所產生的行動與反應[106]，所以，行動與反應也會因為參與者之間傳遞訊息的方向與數量，而影響參與者之間的身分狀態轉變[110]。所謂訊息傳遞方向係指發送者與接收者間之訊息傳遞的方向關係，此方向關係主要包括單向傳遞方式與雙向傳遞方式。單向傳遞方式為發送者傳遞訊息給接收. 23.

(38) 者，但接收者不會立即回傳給此發送者，而採取相關行動與反應，將新的訊息傳給下一個接收者，相對而言，雙向傳遞方式為發送者傳遞訊息給接收者，接收者會經由相關的行動與反應，產生新的訊息並立即回傳給此發送者（圖 12）。. 圖 12.單向傳遞與雙向傳遞. 所謂訊息傳遞數量係指發送者與接收者之間的數量關係，此數量關係主要包括一對多、一對一與多對一的關係（圖 13）。所謂一對多關係為一個發送者同時傳遞訊息給多個接收者；一對一關係為一個發送者傳遞訊息給一個接收者；所謂多對一關係為多個發送者同時傳遞訊息給一個接收者。. 圖 13.一對多、一對一與多對一傳遞. 在設計運算領域中，語言行動對於知識實體之行動與反應的機制，經常被應用在多重代理人之間的設計合作，且藉由代理人溝通語言（Agent Communication Language，簡稱 ACL）中的 performatives 元素而執行。有關代理人與 ACL 的相關機制在 2.5 章節（連結與決策）有詳細說明。. 2.4 連結與記憶記憶支配儲存在設計空間中的設計知識，此設計空間必須藉由規則的執行而發現，同時，設計空間內的設計知識也被規則所定義，因此，記憶提供搜尋設計知識的場所，其關係著儲存中的設計知識如何被組織，以及如何連結到已存在於記憶中的設計知識。想法聯想即是想像力連結到記憶的部分，使一個想法導致另一個想法之現象 [11] 。此種連結記憶的力量，Plato 與 Aristotle 強調其為人類心理學的基本原則。基本上，記憶為儲存人類知識的容器，且記憶必須經由適當的組織，提供人類使 24.

(39) 用記憶中的知識以解決問題[19]，為了連結記憶並有效解決問題，Schank[21]強調回想（reminding）行為與早期經驗的重要性，而在設計領域中，回想行為經常被設計者用來解決當下面臨的設計問題，同時早期經驗主要來自於設計者記憶中的早期設計案例[66, 80, 81]，因此，本章節試圖經由記憶的組織與回憶，進行了解連結與記憶在設計運算中的意義。 2.4.1 記憶組織 Simon[19]將人類記憶分為長期記憶（long-term memory）與短期記憶（short-term memory），並將記憶的基本單元定義為區塊（chunk）。長期記憶的主要功能為提供人類經由回憶而搜尋到久遠的知識，而為了有效回憶長期記憶的知識，許多研究學者提出不同的記憶組織方式組織知識，包括如 Simon[19]的命題式（propositional）結構、Quillian [68]的語意網路（semantic networks）結構或 Minsky[69]的框架（frame）結構等。短期記憶提供人類處理解決當下問題的相關知識，因此也稱之為工作記憶（working memory），此外，短期記憶在處理知識區塊的數量有它的限制性[111]。為了更進一步了解人類記憶的相關機制，Schank [21, 22]提出動態記憶（Dynamic Memory）的理論。在動態記憶理論中，Schank 認為記憶為“人類建構對於發生事件與行為解釋的過程”，同時，他提出不同的方式組織記憶的結構，讓外界發生的問題能有效的連結到動態記憶中，而且立即的產生解決此問題的方法。Schank 提出的記憶組織包括 1) 記憶組織包裹(Memory Organization Packets)：場景基礎 (scene-based)的記憶結構方式；2) 主題組織包裹(Thematic Organization Packets)：抽象且獨特領域(domain-independent)的記憶結構方式；3) 腳本基礎(script-based)：在一特定的文本（context）或一預先決定的行動系列（stereotypes sequence of actions）描述一適當系列事件(events) 的記憶結構方式。上述動態記憶理論的記憶組織方式被實踐在相關的運算領域中，並發展成不同記憶組織的結構，例如：平坦結構（flat structure）、特徵基礎結構（feature-based structure）或階層結構（hierarchy structure）[25]。 2.4.2 案例回憶 Schank[21, 22]認為使用早期經驗可以有效解決目前的問題，而回想行為提供人類有效的連結長期記憶，搜尋出早期經驗以解決當前問題的方法。因此，他提出不同回想機制去組織早期經驗的記憶，包括故事基礎（story-based）回想、交叉文本 (cross-contextual)回想和目標基礎腳本（goal-based scenarios）回想。在回想過程中，人類透過回想而解決問題的主要方式是類比推理[21, 22]，另外，Carbonell[112, 113] 使用類比推理建立了解決問題的運算機制，此運算機制提供案例基礎推理的基礎 [25]。. 25.