台灣視障兒童與青少年對表現3-D物體之平面圖像之辨認發展

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告 影響視障青少年辨認表現 3D 物體之平面圖像之因素

The Influence of Vision, Viewpoint, and Representation Mode on

Visually Impaired Adolescents’ Recognition of Tactile 2-D Representation Transformed From 3-D Objects

計畫編號 NSC：90-2411-H-011-002.

執行期間：2001.8-2002.7

主持人︰伊彬 國立台灣科技大學工商設計系所 副教授 研究助理︰陳玟秀 國立台灣科技大學工商設計研究所 碩士研究生

一 中文摘要

本研究以實驗法探討物體再現角度與 表現模式對視障青少年觸讀空間再現圖像的 影響。研究對象為台北地區之先天盲、後天 盲、與弱視青少年共 45 人；年齡為 11-25 歲。

控制變因為視力程度，以及觸讀圖像之再現 視點角度與表現模式。前者含直角與斜角兩 種視角，後者含 4 種表現模式：依序為 1「簡 單外框」、2「輪廓線條」、3「輪廓面狀」、

與 4「豐富細節」。刺激物包含 14 組日常生 活物體與每組 8 張的圖卡。所有參與者皆分 兩次個別參與實物與圖卡配對與圖卡辨認兩 作業。兩作業間相隔為 1 個月。研究結果指 出在配對作業中，在直角視點下，視力程度 與表現模式的卡方檢定值達顯著水準；在斜 角視點下則無。輪廓面狀與直角視點的組合 方式被最多人選擇認為最能代表所觸摸的 3D 物體。其中以先天全盲者比例最高，後天 全盲者次之。辨認作業結果顯示視力程度、

角度、與表現模式皆對反應時間有單純顯著 效果；角度與視力程度以及角度與表現模式 各自間有顯著交互用。即模式 1、2、3 在直 角視點中較能縮短反應時間，其中以模式 3 為最；在斜角視點中三者效果近似。先天盲 無論在任何角度比其他視力組需要明顯較長 的反應時間；而弱視亦對斜角視點的圖像比 直角反應較慢。以正確率高低而言，依次為

弱視者、後天全盲、與先天全盲。直角視點 圖像較斜角視點圖像導致較高的正確率。

關鍵詞︰視障、辨認、立體圖像、再現角度、

表現模式 Abstract

. This empirical study investigated how the vision, viewpoint (VR), and representation mode (RM) influence visually impaired adolescents’ recognizing of tactile pictures that represent solid objects. The subjects are 45 congenitally blind, acquired blind, and amblyopia students, aging 11 to 12 years old, studying in Taipei city. There are two levels of VR, the front view and the corner view; and four levels of RM, 1) outer contour, 2) outer contour with simple detail, 3) contour plane, 4) and outer contour with rich details. Fourteen everyday objects and their tactile representations, 8 for each, were stimuli of the matching task. One month later, a recognition task was conducted. Only 7 objects and their representations were used. The results suggest that the combination of mode 1 and front view was selected by significant more subjects as the best representation of the target objects than other 7 combinations in the matching task.

The congenitally blinds favor such combination most in the three vision groups.

In the corner view condition, there is no significant main effect. The results of recognition task suggest that the congenitally blinds need more time in both view conditions than other subjects. The amblyopia takes more time in the front view condition than the

representations lead more correct answers than the corner view condition. The vision condition also significantly influences the subjects to recognize representations correctly.

Keywords: visually impaired, recognition, spatial representation, viewpoint, representation mode

二 緣起與文獻探討

盲人教育所遭遇的困難之一乃是平 面圖像的呈現辨認。圖書中的文字可以轉 化成點字或有聲媒體，代表 2D 形狀的輪 廓（如平面幾何或有機形狀）亦可轉化為 可觸讀的浮凸線畫。但是代表立體物體的 平面圖像則遭遇到難以理解的困境。這種 困境 來自 於 盲人沒 有 視 網膜影 像 的 對 照 ， 其 對 於 立 體 物 體 知 心 像 （ mental image )，建立於觸覺經驗的組合；而沒有 瞬間的整體平面影像。

先前的研究指出盲人能理解簡單的 2D 觸 覺 圖 形 （ Kennedy, 1983, 1984, 1993ab; Pring, 1987; Shimizu, Saida, &

Shimura, 1993; 徐春江, 1999; 伊彬, 徐春 江, 2001），並能將 3D 的物體以 2D 的方 式表現出來（Heller, 1989, 1991; Heller &

Kennedy, 1990; Kennedy, 1983, 1984, 1993; Pring & Rusted, 1985; 徐春江, 1999;

伊彬, 徐春江, 2001）。然而 2D 所呈現的 物體形式只限於簡單幾何物體或者是平 面性特徵強烈的物體，對於複雜的立體物 體則仍有探索之空間。對於明眼人的 3D 物體轉換成 2D 圖像的研究發現物體的呈 現角度是投射系統選擇的重要變因，而且 兒童與青少年所喜好的投射系統顯然比 他 們 所 能 畫 出 來 的 要 更 為 進 步 （ I , 1995）。以盲人為對象的類似研究（伊彬, 徐春江, 2001）亦指出全盲兒童與青少 年在描繪正立方體與圓柱體時最成熟的

投射系統僅為 I（1995）建議的明眼人空 間 表 現 的 第 一 階 段 直 角 投 射 系 統

（orthographic projection system），頂多 只達到 I 建議的直角投射與斜角投射系 統（oblique projection system）間的轉換 階段（Heller, Kennedy, & Joyner, 1995）；

而並非 8、9 歲以上明眼人最常使用或在 平面 插圖 中 大量被看 到的 斜角投 射系 統。研究亦指出在明眼人發展中產生的辨 圖能力高於繪圖能力的現象並未在盲人 中戲劇性產生；斜角投射系統對盲人而言 仍是一非常陌生與難解的表達方式（伊彬, 徐春江, 2001）。

而國內盲人教育使用的書籍常僅將 文字翻譯成點字而將圖片略去，或以熱印 方式將高反差的照片或圖片直接轉換成 浮凸圖片。其效果在理論與實際層面頗受 限制。如果盲人無法理解斜角投射，他們 如何能如明眼人般了解上述直接轉換而 成的圖像？這樣的問題在相關文獻中被 質疑著。在表現模式方面研究者 Shimizu 等人認為 2D 觸讀圖像缺乏立體感因而改 以觸覺探針板以提供較多樣的表現方式

（ Shimizu, Saida, & Shimura, 1993;

Shimizu, Shinohara, Nagaoka, 2000 ）。

Shimizu 等 （Shimizu et al., 2000）以觸覺 探針觸讀板讓視障者辨認 4 種表現模式 的日常生活的物體圖形。研究結果顯示有 較多的參與者認為浮雕模式會比凸出的 平面、凸出的輪廓、與凹陷的平面模式易 於辨認。然而探針浮雕模式製作成形快 速，但難以固定，並需要充裕空間以保 存。其尺寸必須與原物體等比例，因而無 法製作大於探針板的物體圖像。此外，對 於細小變化難以表達。在教學上有其限 制。

本研 究將 以實證 方 式探討 視 力程 度、物體呈現角度與圖像表現模式對盲人 辨認日程生活物體觸讀圖像的影響。

三 研究方法

參與者為台北地區的視障學生包括 先天全盲無視覺經驗者 9 人（年齡 M

=15，SD = 2.24）、後天全盲具視覺經驗 者 12 人（年齡 M =14，SD = 3.08）、與 弱視者 24 人（年齡 M =16，SD = 3.71）。

全盲者為優眼視力全盲。後天盲包含早盲 與晚盲，本研究中參與者多於學齡前失 明，僅兩名參與者於學齡後失明。各組皆 排除多重障礙者以減少干擾。

實驗刺激物包括 14 組生活中可接觸 到的立體物體（見表 1）與其平面觸讀圖 卡，每組包含 8 種變化組合。圖卡的繪製 包含 呈現 之 視點角 度 與 表現模 式 兩 變 因；呈現角度包括直角視點與斜角視點；

前者造成最接近直角投射系統的一點透 視，後者為一般常見的兩點透視。表現模 式包括簡單外框、輪廓線條、輪廓面狀、

與豐富細節等 4 種模式（見表 2）。刺激 圖卡之製作乃先以數位相機以兩種角度 拍攝選定的物體。在經由 Illustrator 9 置 入並使用繪圖工具修改成所需之模式圖 樣。黑白圖樣被印製在 12x12 公分之熱印 紙上，最後經由熱印過程轉換成可觸讀之 浮凸圖卡。

經由前導實驗之結果修正後，正式 實驗包含一配對作業與一辨認作業；並依 照參與者的耐受度適度刪減辨認作業的 題數。所有參與者皆個別至一單獨安靜的 教室參與實驗。在作業一中參與者

表 1. 14 組觸讀卡題組.物體名稱

分類 物體

A 蔬菜水果 青椒、楊桃

B 教室上課用品 椅子、滑鼠、釘書機、書本、剪 刀

C 日常生活用品 牙刷、杯子、電話、茶壺、雨傘、

帽子 D 身體的部分 左手

表2. 刺激物圖卡示意圖，以左手為例（包含2種視點角 度與4種表現模式）

表現模式 視

點 角 度

1 簡單外框 2 輪廓線條 3 輪廓面狀 4 豐富線索

直 角

斜 角

註：黑色部分經熱印後稍為高出紙面，使盲人可 以觸讀。

被要求先觸摸圖卡所代表之立體模型或 實物，然後在從同一圖組之 8 張圖卡中挑 出一張最為相像的圖卡。待完成後再進行 下一題組，如此共 14 次。題組的順序與 圖卡發給之順序為隨機以平衡因學習效 果或因疲倦所造成的影響。作業二安排於 一個月後進行，以淡化學習效果。該作業 中參與者被要求逐張辨認 7 個被選題組 中隨機出現的 56 張圖卡。參與者之答案 與反應時間皆被記錄。在兩作業中，光覺 與弱視之參與者皆蒙眼參與，以避免當時 視覺之干擾。

四 研究結果

配對作業：在直角視點中，視力程度 與 表 現 模 式 的 卡 方 檢 定 值 為

χ

知在直角視點的條件下先天盲者與後天 盲者明顯有較多人選擇模式 3，認為最能 代表 3D 物體。對於明眼人習慣的模式 4 僅有 9.5%左右的選擇率（見表 3）。先 天盲者選擇的百分比頻率依次為模式 3

（43.7%）、模式 2（11.2%）、模式 4

（9.5%）、與模式 1（4.8%）。後天盲的 選擇頻率依次為模式 3（36.9%）、模式 2（14.9%）、模式 4（9.5%）、與模式 1

（5.3%）。弱視者對模式 3 的選擇頻率較 無強烈突出，次序亦稍有不同；選擇頻率 依次為模式 3（21.1%）、模式 4（18.5%）、

模式 2（14.0%）、與模式 1（3.9%）。

弱視者顯然較兩組全盲者能理解模式 4 的複雜線索。在斜角視點上，視力條件與 表現模式的卡方檢定質未達顯著效果（χ

2(6) = 1.081, p = .982）。

表3. 在配對作業中三種視力程度參與者選擇圖卡條件 之百分比頻率表

表現模式 視 點 1

簡單外框 2 輪廓線條

3 輪廓面狀

4 豐富線索

加 總

直角總 先天盲 後天盲 弱 視

4.7 4.8 (6) 5.3 (9) 3.9 (28)

13.3 11.1 (14) 14.9 (25) 14.0 (86)

33.9 43.7 (55) 36.9 (62) 21.1 (188)

12.5 9.5 (12) 9.5 (16) 18.5 (62)

64.4 69.0 (87) 66.7 (112) 57.4 (193) 斜角總

先天盲 後天盲 弱 視

3.4 4.0 (5) 2.4 (4) 3.9 (13)

8.4 7.1 (9) 8.3 (14) 9.8 (33)

14.5 12.0 (15) 14.3 (24) 17.3 (58)

9.3 7.9 (10) 8.3 (14) 11.6 (39)

35.6 31.0 (39) 33.3 (56) 42.6 (143)

加 總 8.1 21.7 48.4 21.8 100.0

註. 括弧外數字為各視力組內之百分比頻率。括弧內數字 為各該組之原始頻率次數。粗體數字為該視力組內不 分角度最高的百分比頻率

較之其他 7 種組合方式，直角視點配 合輪廓面狀的表現方式明顯被較多參與 者（33.9%）認為較能符合所觸摸的 3D

物體的特徵。次之的表現方式為斜角視點 配合輪廓面狀（14.5%）。而最少參與者 認為斜角視點配合簡單外框是理想的選 擇（3.4%）。而明眼人所熟悉慣用的斜 角投射配合豐富線索的表現方式僅受到 9.5%的參與者青睞，排名第五；與高達 43.7%先天全盲對直角視點配合輪廓面 狀的青睞狀況差之甚遠。

辨認作業：以此作業結果的反應時間 與正確率做為依變項，以視力程度、角 度、與表現模式作為自變項進行 3 way ANOVA 分析。結果顯示視力程度（F (2, 1991) = 13.9, p = .000***）、角度（F (1, 1991) = 7.1, p = .008**）、與表現模式（F (3, 1991) = 3.373, p = .018*）皆對反應時 間有單純顯著效果；角度與視力程度（F (2, 1991) = 4.273, p = .014***）以及角度 與表現模式各自間有顯著雙向交互用（F (3, 1991) = 6.7, p = .000***）；而其他則 無。即模式 1、2、3 在直角視點中較能縮 短反應時間，其中以模式 3 為最，模式 2 次之；在斜角視點中三者效果近似。但在 模式 4 時直角視點導致最慢的反應時 間，在斜角視點中反而稍快（見圖 1）。

先天盲無論在任何角度皆比其他二者需 要明顯較長的反應時間（見圖 2）；先天 盲與弱視對斜角視點的圖像反應較慢。但 視點角度對後天盲的反應時間較無明顯 的影響（見圖 2）。以正確率而言，視力 程度（F (2, 2496) = 186.8, p = .000***）

與角度（F (1, 1991) = 34.0, p = .000***）

分別達顯著效果；其他則無。弱視者的讀 圖正確率達 90.3%高於後天盲的 79.6%，

兩者皆高於先天盲的 52.8%。整體而言，

直角視點（84.4%）較斜角視點圖像

（75.6%）導致較高的正確率。

0 2 4 6 8 10 12 14

模式1 模式2 模式3 模式4

表現模式

直角視點 斜角視點 平

均 反 應 時 間 (秒)

圖 1 在反應時間中，角度與表現模式之交互作用。

0 2 4 6 8 10 12 14

直角視點 斜角視點

先天盲 後天盲 弱視

角度 平

均 反 應 時 間 (秒)

圖 2 在反應時間中，視力程度與角度」之交互作用。

四 結論

研究結果建議殘餘視力與視覺經驗 對觸讀卡的讀圖正確率與反應時間皆有 顯著的影響力。即使蒙眼作答，其視覺造 成物體既有的心像仍有助於答題。物體呈 現角度與圖像表現模式對圖像的辨認亦 有直接與相關的關連。研究結果建議以數 位技術配合熱印是為盲人製作圖像在時 間、經濟、與技術上可行之方式。此外，

在物體呈現的方式上需要排除以明眼人 為本位的慣用方式：如透視而扭曲的輪廓 或過多的細節。直角視點配合輪廓面狀模 式是盲人認為較易於表達物體特徵的方 式，也能在辨認時明顯縮短反應時間。直 角視點本身的使用亦能提高視障者辨認 的正確率。

研究結果認為盲人可藉由學習與模 仿至少可以了解部份明眼人的平面繪畫 與空間表現策略。由研究過程之觀察得

知，擴大其生活經驗對於其辨認圖形應有 正面之影響。並會因而繼續擴大其經由圖 像認識而增廣其視野的機會。相對於日、

美、歐多國，我國對於視障者圖形的辨認 教育顯得較為稀少。一方面由於經費不 足，一方面由缺乏基礎研究的建立。日益 龐大的資訊圖像如何傳遞給視障者需應 要有更多的人力與物力投入以逐漸改善 現有之窘境。

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