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本研究主旨在探討影像型式、觀看角度和螢幕亮 度 ， 對 觀 看 裸 視 立 體 顯 示 器 （ Naked-Stereoscopic 3-Dimensional display, NS3D）之視覺疲勞與主觀偏好 的影響。實驗結果顯示，影像型式對主觀視覺身體不 舒適與主觀沈浸感影響顯著。觀看角度對 CFF 變化 與主觀視覺身體不舒適的影響顯著。當觀看角度隨著 愈偏離正面時（觀看角度為 00，即研究參與者正對 著螢幕），CFF 變化與主觀視覺身體不舒適似乎有愈 大的趨勢。就螢幕亮度而言，本研究發現螢幕亮度對 主觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感的影響顯著。當螢 幕亮度愈大，主觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感似乎 有愈大的趨勢。 ᙯᔣෟ：裸視立體顯示器、CFF 變化、主觀視覺身體 不舒適、沈浸感1. ݈֏
科技的發展和生活型式的改變，已經導致在每天 觀看電視環境的顯著變化。在技術方面上，有大尺寸 寬銀幕的 PDP 和 LCD 已經迅速地取代 CRT 電視。 顯示器是人與 TV 的主要介面形式。好的顯示器介面 及資訊顯示設計，可以增加更豐富訊息之傳遞和創造 一種更豐富的視覺文化，並減少視覺和認知的負荷。 立體三維（Stereoscopic 3-Dimensional, S3D）顯示器 是現在視覺顯示器之新類型的最熱門的話題。iSuppli 預估，2010 年 3D 立體電視出貨量可達 420 萬台，甚 至到了 2014 年將超過 5 千多萬台[1]。日本研究機構 富士總研預估在 2015 年 3D 立體電視出貨量可達 8,500 萬台，約佔整體數位電視比例達 47%，甚至到 2020 年可達 1.3 億台的水準，佔整體數位電視比例達 65%[2]。 在很多文獻探討中 [3-12]，Tam et al.（2011）[3] 指出當與標準的 2D 電視相比較時，3D 電視的最大 興趣來自於這種立體三維的技術大大提高多媒體節 目之娛樂價值。顯然地，S3D 顯示器和觀看內容的設 計之主要好處是增強深度知覺 [5, 6, 9]，以及觀眾臨 場的感覺 [13, 14] 和更沈浸於顯示內容（例如，電 視，電影院，移動設備，科學視覺化[15-17]）。許多 研究結果顯示當注視立體影像時，有些觀眾感覺視 覺、眼睛和身體不舒適 [3, 18-19]。Berezin（2010） [20] 發現在他的研究中看完立體 3D 影片之後，30％ 的觀眾報告眼睛疲勞。Yang et al.（2011）[19] 也發 現觀看同一主題之 2D 和 3D 影像經驗之間的比較， 對立體 3D 的觀看也呈現顯著較大的視力模糊的症 狀，複視，噁心，頭暈。當觀看立體影像時，影響視 覺不舒適和疲勞有數個潛在因素。Tam et al.（2011） [3] 將這些因素分為五類：（a）輻輳調節衝突 [21]， 1 亞東技術學院工業管理系 2 亞東技術學院體育室 * 通訊作者：李德松 E-mail：dersonglee@gmail.com（b）視差分佈[22, 23]，（c）雙眼不匹配 [23]，（d） 深度不一致[24]，以及（e）感知和認知不一致 [25]。 在顯示器上影響視覺績效和視覺疲勞有很多因 素，譬如：觀看角度、螢幕亮度等。觀看角度為視覺 顯示終端機（Visual Display Terminal, VDT）作業環 境設計的重要考慮因素之一，觀看角度對偏好視距的 影響顯著，視線偏離螢幕正面，影像的扭曲程度增加 （Meister, 1966）[26]，因此視距會變短。此外，一 群人在觀看電視時只能有少數人正對電視螢幕，其它 人多少會與螢幕形成一些偏角，實地調查關於家庭收 看電視節目的平均視角約為 20 度到 60 度之最大水平 （Nathan et al., 1985; Kubota et al., 2006） [27, 28]。 偏角對視覺疲勞與主觀偏好有什麼影響有待進一步 的分析。
螢幕亮度是影響視距的一個重要因素。螢幕亮度 低影像不清楚，觀看距離會縮短。太高的螢幕亮度除 了耗損能源外，也可能形成眩光，使眼睛敏銳度下降 而造成視覺不適。Lee & Huang （2012） [29]指出螢 幕亮度對偏好視距的影響顯著，偏好視距隨螢幕亮度 由刻度 10 增至刻度 60 而增加，但 60 至 90 有些微下 降的趨勢，螢幕亮度是否對視覺疲勞與主觀偏好有什 麼影響值得探討。
視覺疲勞和視覺身體不舒適的量測有許多方法 可用，Chi and Lin（1998）[30] 研究揭示閃光融合閾 值（Critical Fusion Frequency，CFF）適合作較長期 作業的視覺疲勞評估指標。Li et al. （2004） [31]指 出 CFF 閾值下降，顯示視覺疲勞的增加。相反地， CFF 閾值的增加表示視覺靈敏度的增加。 總之，裸視 S3D 顯示器之視覺疲勞與主觀偏好 有什麼影響的人因工程評估相當地缺乏。當觀看 S3D 影像時，有數個潛在因素（例如，輻輳調節衝突、視 差分佈、雙眼不匹配、深度不一致，以及感知和認知 不一致）影響視覺疲勞和視覺不舒適。除此之外，觀 看人員的特質及以觀看環境特性都必須考量。這些因 素中，觀看角度、螢幕亮度將在本研究中予以探討。 因此，有必要進行更多的實證分析以瞭解觀看裸視 S3D 顯示器的視覺疲勞和視覺身體不舒適，以提供使 用者、節目內容製作者、節目提供商、廣播電視、以 及研究人員及顯示器製造商指引與建議。
2. ࡁտ͞ڱ
1.1 ၁រనࢍ 自變項有三個：（1）影像型式：有 2 個水準，2D 和 3D；（2）觀看角度：有 3 個水準，0 度、左 60 度 （+60 度）、右 60 度（-60 度），如圖 1 所示；（3）螢 幕亮度：有 3 個水準，控制在 S3D 影像上的刻度 1、 刻度 4 和刻度 7，刻度範圍從 1 到 7，數值愈大表示 影像亮度愈大。三個因子均為受試者間設計。 ဦ 1 ៍࠻֎ޘ 因變項有三個：視覺疲勞、主觀視覺身體不舒適 與主觀沈浸感。視覺疲勞：研究參與者實驗前及實驗 後，量測閃光融合閾值（CFF），以前後兩次差異， 作為視覺疲勞指標。主觀視覺身體不舒適評估:研究 參與者在每一期間完成影像觀看之後，以 Yang et al. （2011）[19] 的 15 個題目衡量主觀視覺身體不舒適 （(1)一般來說你有沒有感覺身體更不舒服？(2)你覺 得眼睛有沒有感覺更累？(3)你覺得眼睛有沒有更疲 勞或抽拉的感覺？(4)你覺得頭很漲，或頭很痛嗎？(5) 你覺得愈加的神誌不清或暈眩嗎？(6)你覺得現在所 觀看的場景更加的模糊嗎？(7)你覺得在場景直觀聚 焦上有很困難嗎？(8)你覺得頭暈更嚴重嗎？(9)你看 到的場景有更多的多重影像嗎？(10)你看到的字詞會 移動，跳躍，搖晃，或出現在頁面上的字詞更浮動嗎？ (11)你覺得頸部很酸痛嗎？(12)你有沒有覺得更加疲倦或昏昏欲睡嗎？(13)你覺得在工作中集中精神很困 難嗎？(14)你覺得清晰地思考很困難嗎？(15)你覺得 記住你曾經看到的很困難嗎？），每題 1-10 分，分數 愈高表示愈疲勞。共有 18 個受試者間處理（2 個影 像型式Ű3 個觀看角度Ű3 個亮度），每一個不同的受 試者間處理安排 5 名研究參與者。 主觀沈浸感評估分數：研究參與者在每一期間完 成影像觀看之後，以 Kennedy et al.（1993）[42] 5 項沈浸感問卷，衡量參與者之沈浸感（(1)這部電影在 顯示物體穿越空間的移動是有說服力的。(2)你有在電 影裡面移動的感覺。(3)在劇情中你涉入的程度？(4) 視覺顯示的品質是否讓你分心或干擾欣賞電影？(5) 你深深涉入電影，使你忘了時間的流失？），每題 1-10 分，分數愈高表示愈有沈浸感。 1.1 ࡁտણᄃ۰ 共 90 位研究參與者參加本實驗，都是大學生。 年齡在 18 到 23 之間（M = 21.2, SD = 1.1）。均沒有 色盲或其他眼疾，其裸視與矯正後視力在 0.8 以上， 男女不拘。在學校的網際網站及佈告欄上張貼公告招 募研究參與者。在研究中所有的參與者簽下書面同意 書。 1.3 ၁រጡՄ (1) 視 力 計 與 色 盲 檢 驗 圖 ： 用 Topcon 視 力 計 （Topcon SS-3）來檢查研究參與者的視力， 並以標準色盲檢驗圖檢查研究參與者是否有 色盲。 (2) 實 驗 時 之 光 源 照 度 以 照 明 度 計 （ TOPCON IM-2D）量測之。 (3) 視距以直尺量測。 (4) 資料分析以 SAS 軟體進行。 (5) 以 VeriVide CAC 120-5 照明箱控制光源及照 度 。 並 以 Lafayette Flicker Fusion System 12023A 量測 CFF。
1.4 VDT ̍ү৭
實驗在亞東技術學院工業管理系人因工程實驗
室進行。VDT 工作站的安排，立體 3D 顯示器（Toshiba Qosmio F750 3D notebook, 15.6 inches，顯示器大小： 345 mm (W)Ű195 mm (H)，解析度：1920Ű1080 dots） 置於照明箱，離桌緣 320 mm，以及離地面高度為 730 mm 的桌面上，S3D 的螢幕角度垂直於桌面上，座椅 高度為 460 mm，研究參與者頭部緊靠著支撐架控 制。實驗室溫度控制在 26 度 C，電視機音量的大小 設定在 55~60 db（離 S3D 之 500 mm 處測量）。觀看 距離固定在離桌緣 1800 mm。使用 TL84 螢光燈光 源，照明度固定為 250 lx，環境照明在設計之水準 ±1%內，觀看時間固定為 25 分鐘，這些尺寸皆固定 不變。 1.5 ၁រԔ
電影標題為“Pirates of the caribbean on stranger
tides”（刺激材料），在實驗過程中可以使用 2D 或
3D 格式顯示，從藍光 DVD 播放。影片的顯示格式是 藍光 3D，螢幕解析度設定為 1920Ű1080 點。電影由 Blu-ray Disc Player 軟件播放。
觀看角度和亮度對裸視立體 3D 顯示器之主觀偏 好的量測，每一名研究參與者都需要進行以下步驟： (1) 檢查視力與色盲。 (2) 觀看電影之前進行測量 CFF。 (3) 坐在可移動的椅子，高 460 mm，並觀看 S3D 顯示器上的電影。 (4) 觀看 25 分鐘的電影。 (5) 完成觀看之後，再進行測量 CFF，每一位研究 參與者並立即回應視覺/身體症狀問卷。
2. ඕڍ̶ژ
表 1 中分別顯示自變數各水準下 CFF 變化 （Hz）、主觀視覺身體不舒適與沈浸感之平均數與標 準差。以下為 CFF 變化、主觀視覺身體不舒適與沈 浸感的變異數分析結果。ܑ 1 ҋតᇴЧͪ˭ CFF ត̼ĞHzğă៍ෛᛇ֗ វ̙නዋᄃՔওຏ̝πӮᇴᇾम 2.1 CFF ត̼ 表 1 中顯示在觀看角度-60、0 與 60 上之平均 CFF 變化，分別為 -2.63 Hz、-1.06 與 -1.74 Hz。表 2 CFF 變化變異數分析的結果，觀看角度對 CFF 變化影響 顯著（F（2, 72） = 3.45， p < 0.05）。 以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 1.19 。表 3 LSD 多重檢定結果顯示，除了-60 度與 0 度兩者之間在 CFF 變化上有顯著地差異之外，其他 觀看角度之間在 CFF 變化上無顯著地差異。同時地， 隨著觀看角度愈偏離正面右邊時（觀看角度為 00，即 研究參與者正對著螢幕），CFF 變化似乎有愈大的趨 勢。CFF 遞減量的增加表示增加視覺疲勞，以及視覺 靈敏度的下降。 ܑ 2 CFF ត̼̝តளᇴ̶ژܑ ܑ 3 LSD кࢦᑭؠܑ 2.2 ៍ෛᛇ֗វ̙නዋ 表 1 中主觀視覺身體不舒適之平均評估值在影 像型式 2D 與 3D 上，分別為 54.49 與 90.29。表 4 主 觀視覺身體不舒適變異數分析結果顯示，影像型式對 主觀視覺身體不舒適影響顯著（F（1, 72） = 53.04， p < 0.01）。觀看 3D 電影之主觀視覺身體不舒適平均評估 值高於觀看 2D 電影之主觀視覺身體不舒適平均評估 值。 表 2 中顯示在觀看角度-60、0、60 上之主觀視覺 身體不舒適之平均評估值，分別為 77.70、60.27 和 79.20，觀看角度對主觀視覺身體不舒適影響顯著（F （2, 72） = 6.11, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間 的臨界差異值為 12.00。表 3 LSD 多重檢定結果顯 示，隨著觀看角度愈偏離正面時（觀看角度為 00，即 研究參與者正對著螢幕），主觀視覺身體不舒適似乎 有愈大的趨勢。 ܑ 4 ៍ෛᛇ֗វ̙නዋ̝តளᇴ̶ژܑ 表 1 中顯示在螢幕亮度 1、4、7 上之主觀視覺 身體不舒適之平均評估值，分別為 59.03、70.17 和 87.97。表 4 主觀視覺身體不舒適之變異數分析結果 顯示，螢幕亮度對主觀視覺身體不舒適影響顯著（F （2, 72） = 11.75, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組 間的臨界差異值為 12.00。表 4 LSD 多重檢定結果顯
示，當螢幕亮度刻度大於 4 時，主觀視覺身體不舒適 似乎隨著有愈大的趨勢。 2.3 ៍Քওຏ 表 1 中主觀沈浸感平均評估值在影像型式 2D 與 3D 上，分別為 27.38 與 35.82。主觀沈浸感變異數分 析的結果，影像型式對主觀沈浸感影響顯著（F（1, 72） = 29.75， p < 0.01）。觀看 3D 電影之主觀沈浸感平均 評估分數高於觀看 2D 電影之主觀沈浸感平均評估分 數。 表 1 中顯示在螢幕亮度 1、4、7 上之主觀沈浸 感之平均評估值，分別為 30.70、29.07 和 35.03。表 5 主觀沈浸感之變異數分析結果顯示，螢幕亮度對主 觀沈浸感影響顯著（F（2, 72） = 5.29, p < 0.01）。以 LSD 多重檢定求得二組間的臨界差異值為 3.78。表 3 LSD 多重檢定結果顯示，當螢幕亮度刻度大於 4 時，主觀 主觀沈浸感似乎隨著有愈大的趨勢。 ܑ 5 ៍Քওຏ̝តளᇴ̶ژܑ
4.ኢᄃඕኢ
本研究的主要目的在探討觀看角度和螢幕亮度 對觀看裸視立體 3D 顯示器之視覺疲勞與主觀偏好的 影響。 就影像型式而言，本研究發現在觀看 2D 或 3D 電影之視覺疲勞 CFF 似乎沒有什麼差異，可能是因 為觀看的時間不夠長（只有 25 分鐘）。另外，在主觀 視覺身體不舒適的影響上，觀看 3D 影像較觀看 2D 影像的影響大許多。本研究與許多研究觀看立體影像 的結果相互一致 [3, 18-19, 23]。對主觀沈浸感的影 響，本研究發現 3D 影像較 2D 影像的影響大一些， 似乎立體三維的技術大大提高了觀眾的主觀沈浸感 [3-12]。當然已有許多文獻指出 S3D 顯示器和觀看內 容的設計之主要好處是增強深度知覺 [5, 6, 9]，以及 觀眾臨場的感覺 [14, 15] 和更沈浸於顯示內容（例 如，電視，電影院，移動設備，科學視覺化 [16-18]）。 就觀看角度而言，本研究發現觀看角度對 CFF 變化、主觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感的影響顯 著。當觀看角度隨著愈偏離正面時，CFF 變化量與主 觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感似乎有愈大的趨勢。 就螢幕亮度而言，本研究發現螢幕亮度對主觀視 覺身體不舒適與主觀沈浸感的影響顯著。當螢幕亮度 增加時，主觀視覺身體不舒適與主觀沈浸感似乎有愈 大的趨勢。本研究的結果可以作為消費者在觀看 NS3D 時之注意事項，以及製造廠商之設計指引。ᄫᔁ
本研究由國科會計畫 NSC 102 - 2221 - E - 161 - 009 補助，特此致謝。ણ҂͛ᚥ
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EFFECTS OF viewing angle AND SCREEN LUMINANCE ON visual
fatigue and subjective preferences IN Naked-STEREOSCOPIC
3-DIMENSIONAL DISPLAY-TL84 LIGHT SOURCE
Der-Song Lee
1,*Ya-Hsien Ko
1Din-Lin Wang
2ABSTRACT
This study explored the effect of display type, viewing angle and screen luminance on visual fatigue and subjective preferences in naked-stereoscopic 3-dimensional display (NS3D). Display type had significant effects on subjective sense of immersion, subjective visual and physical discomfort. Viewing angle had significant effects on CFF change, subjective visual and physical discomfort. Viewing angle also correlated significantly with CFF change, subjective visual and physical discomfort. The more deflected from direct frontal view, the higher the CFF change, subjective visual and physical discomfort seemed to be. Screen luminance had significant effects on subjective sense of immersion, subjective visual and physical discomfort. As luminance increased, the greater the subjective sense of immersion, subjective visual and physical discomfort increment became.
Keywords: Naked-stereoscopic 3-dimensional (NS3D); CFF change; Subjective visual and physical discomfort;
Subjective sense of immersion.
1
Department of Industrial Management, Oriental Institute of Technology
2
Physical Education Office, Oriental Institute of Technology
*
Correspondence author: Der-Song Lee E-mail：dslee@mail.oit.edu.tw
