3D虛擬環境中地標輔助與尋路策略傾向對空間知識之影響

全文

(1)交通大學傳播研究所碩士論文. 3D 虛擬環境中地標輔助與尋路策略傾向對空間知識之影響. 研究生：張天鳳指導教授：李峻德博士. 中華民國九十五年一月.

(2) 3D 虛擬環境中地標輔助與尋路策略傾向對空間知識之影響 Wayfindings and Spatial Knowledge Acquisitions in Virtual Environments: The Effects of Landmarks and Wayfinding Strategies. 研究生：張天鳳. Student : Tieng-Feng Chang. 指導教授：李峻德博士. Advisor : Jim-Jiunde Lee, Ph. D.. 交通大學傳播研究所碩士論文. A Thesis Submitted to Institution of Communication Studies National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Arts in Communication Studies January 2006 Hsinchu, Taiwan, Republic of China.. 中華民國九十五年一月.

(3) 3D 虛擬環境中地標輔助與尋路策略傾向對空間知識之影響學生：張天鳳. 指導教授：李峻德博士交通大學傳播研究所. 中文摘要本研究主要探討使用者在 3D 虛擬環境中的尋路行為，以環境因素中的地標輔助之有無與個人因素中的尋路策略傾向做為研究變項，希冀了解這兩項因素對於使用者在虛擬環境中進行導覽時，其空間知識的形成及尋路時間長短的影響。本研究採用 2 X 2 因子實驗設計(between-participant factorial design)，獨立變項為「地標輔助因素」與「尋路策略傾向」，依變項則為「空間知識」與「尋路時間」，共有 120 位受測者完成實驗。研究結果顯示，地標輔助可以幫助使用者在虛擬環境中建立較佳的路徑知識，同時在經過長時間的環境學習後，地標輔助能對尋路時間發揮效益，此種現象可明顯於地標策略傾向者身上看出；縱覽性策略傾向的尋路者，在有限的時間內比地標性策略傾向者較快獲取空間知識，但兩者的尋路時間長短則沒有顯著差異性。上述兩大因素分別對使用者的空間知識、尋路時間有影響，但兩者並無交互作用產生。此外也發現，地標策略傾向者對於地標輔助的依賴度較高，其在有地標輔助環境中所形成的空間知識、尋路所花費的時間優於無地標輔助環境；而縱覽策略傾向者較不受地標輔助因素的影響，不論是在有、無地標輔助環境中，縱覽策略傾向的空間知識與尋路所花費的時間均無顯著差異。同時本研究結果亦證實尋路理論之基礎假設，空間知識對尋路時間有正向影響，亦即空間知識的表現越佳，其尋路時間也就越短；反之，若空間知識表現越低落，那麼尋路所花費的時間則越長。. 關鍵字：尋路、空間知識、地標、尋路策略傾向.

(4) Wayfindings and Spatial Knowledge Acquisitions in Virtual Environments: The Effects of Landmarks and Wayfinding Strategies Student : Tien Feng Chang. Advisor : Jiunde Lee, Ph. D.. Institute of Communication Studies National Chiao Tung University. Abstract The goals of this study were to investigate users’ wayfinding behaviors and spatial knowledge in virtual environments. Between-participant factorial analyses were used to find the effects of two independent variables, landmarks and wayfinding strategies, on users’ wayfinding performances and spatial knowledge acquisitions. The total number of participants who completed this study experiment was 120. The results showed that landmark design aided users in establishing more optimal route knowledge as well as better wayfinding performances in virtual environments. This was most clearly evident in the case of landmark strategy adopters. Meanwhile, adopters of survey strategies gained better spatial knowledge than landmark strategy adopters when time was limited, however, no significant difference in wayfinding performance was observed. Generally speaking, landmarks and wayfinding strategies both influenced spatial knowledge acquisitions and wayfinding performances, yet they did not produce significant interaction effects. Furthermore, the results also indicated that landmark strategy adaptors appeared to have a higher rate of dependency on the landmark treatment. They displayed better performances on wayfinding tasks and more accurate spatial knowledge in environments with the landmark treatment as opposed to those without the treatment. In contrast, adopters of survey strategies were not greatly affected by their environments. They showed no significant difference in wayfinding performances or spatial knowledge acquisitions across the two environments. In addition, this study also verified some basic assumptions of wayfinding issues which claimed that spatial knowledge had a positive effect on wayfinding performances and furthered that the more accurate the spatial knowledge, the better wayfinding performances would be produced, and vice versa. Keyworkds: Wayfinding, Landmark, Spatial knowledge, Wayfinding strategy..

(5) 誌謝感謝所有曾經幫助過我的人，由衷的謝謝你們!. 天鳳謹致 2006.01.

(6) 目錄第一章諸論 .............................................. 1 第一節第二節第三節第四節. 研究動機.................................................1 研究目的.................................................3 究架構與與研究流程.......................................5 期研究貢獻...............................................6. 第二章文獻探討 .......................................... 7 第一節虛擬環境.................................................7 一、虛擬環境與尋路研究的關係................................9 二、虛擬環境的導覽問題.....................................11 第二節尋路....................................................14 一、定義...................................................14 二、尋路行為之過程........................................17 第三節空間知識與尋路的關係...................................21 一、認知地圖..............................................21 二、空間知識..............................................24 三、空間知識的獲取方式....................................28 第四節影響尋路的因素.........................................32 一、環境因素對尋路的影響..................................34 二、個人因素對尋路的影響..................................41 第五節小結...................................................46. 第三章研究方法 ......................................... 48 第一節研究問題與假設..........................................50 第二節研究變項...............................................53 一、自變項................................................53 二、依變項................................................53 第三節實驗設計...............................................55 一、實驗工具與環境設計....................................55 三、實驗對象..............................................63 四、實驗程序..............................................64. 第四章資料分析 ......................................... 71 第一節樣本敘述統計...........................................71 第二節各組描述統計分析.......................................72 一、空間知識分析...........................................73.

(7) 二、尋路時間分析..........................................73 第三節假設驗證...............................................74 一、假設 1 驗證...........................................74 二、假設 2 驗證............................................75 三、假設 3 驗證............................................75 四、假設 4 驗證............................................76 五、假設 5 驗證............................................77 六、假設 6 驗證............................................78 七、假設 7 驗證............................................79 八、假設 8 驗證...........................................85 九、假設 9 驗證...........................................86 十、假設 10 驗證..........................................86 十一、假設 11 驗證........................................87 十二、假設 12 驗證........................................88 十三、假設 13 驗證........................................88 十四、假設 14 驗證........................................89 十五、假設 15 驗證........................................90 十六、假設 16 驗證.........................................90 十七、假設 17 驗證.........................................92 十八、假設 18 驗證.........................................92 十九、假設 19 驗證.........................................93 二十、假設 20 驗證.........................................94 二十一、假設 21 驗證.......................................94 二十二、假設 22 驗證.......................................95 第四節假設驗證結果...........................................95. 第五章結論 ............................................. 98 第一節研究發現與討論.........................................98 第二節總結...................................................105 第三節研究限制...........................................106 第四節未來研究建議.......................................107. 參考文獻 ............................................... 109 中文部分：....................................................109 英文部分：....................................................109. 附件 1 ................................................. 115 附件 2 ................................................. 118.

(8) 附件 3 ................................................. 121 附件 4 ................................................. 122.

(9) 圖目錄圖 1 研究流程圖圖 2 導覽模式圖圖 3 影響尋路表現的內、外部因素圖 4 研究架構圖圖 5 有地墂設計環境所使用的地標物圖 6 實驗流程圖 7 練習場景圖. 05 20 34 49 60 64 65. 表目錄表 1 實驗組別表 2 實驗環境平面圖、透視圖表 3 有無地標輔助之環境對照表表 4 各組實驗人數表表 5 任務完成的畫面表 6 香蕉餐廳前往銀行之最短路徑圖表 7 樣本結構表表 8 各組之空間知識的平均數及標準差表 9 各組之空間知識的平均數及標準差表 10 地標輔助因素與「路徑知識」的獨立樣本 T 檢定表 11 地標輔助因素與「縱覽知識」的獨立樣本 T 檢定表 12 地標輔助因素與「任務 1 完成時間」獨立樣本 T 檢定表 13 地標輔助因素與「任務 2 完成時間」獨立樣本 T 檢定表 14 尋路策略傾向與「路徑知識」之獨立樣本 T 檢定表 15 尋路策略傾向與「縱覽知識」之獨立樣本 T 檢定表 16 尋路策略與「任務 1 完成時間」的獨立樣本 T 檢定表 17 尋路策略與「任務 2 完成時間」的獨立樣本 T 檢定表 18 二因子獨立樣本變異數分析摘要表表 19 二因子獨立樣本變異數分析摘要表表 20 二因子獨立樣本變異數分析摘要表表 21 二因子獨立樣本變異數分析摘要表表 23 有地標環境中尋路策略與「任務 1 完成時間」的獨立樣本 T 檢定表 24 有地標環境中，尋路策略與「任務 2 完成時間」的獨立樣本 T 檢定表 25 有地標環境中，尋路策略與「縱覽知識」的獨立樣本 T 檢定表 26 無地標環境中，尋路策略與路徑知識的獨立樣本 T 檢定表 27 無地標環境中，尋路策略與縱覽知識的獨立樣本 T 檢定表 28 無地標環境中尋路策略與「任務 1 完成時間」的獨立樣本 T 檢定. 54 57 59 63 67 69 71 72 73 73 74 75 75 76 76 77 77 78 79 81 82 84 84 86 86 87 88.

(10) 表 29 無地標環境中尋路策略與「任務 2 完成時間」的獨立樣本 T 檢定表 30 地標性策略者其「路徑知識」與環境組別的獨立樣本 T 檢定表 31 地標性策略者其「縱覽知識」與環境組別的獨立樣本 T 檢定表 32 地標性策略者其「任務 1 完成時間」與環境組別的獨立樣本 T 檢定表 33 地標性策略者其「任務 2 完成時間」與環境組別的獨立樣本 T 檢定表 34 縱覽性策略者其「縱覽知識」與環境組別的獨立樣本 T 檢定表 35 縱覽性策略者其「任務 1 完成時間」與環境組別的獨立樣本 T 檢定表 36 縱覽性策略者其「任務 2 完成時間」與環境組別的獨立樣本 T 檢定表 37 尋路策略傾向與地標參考數量之獨立樣本 T 檢定表 38 本研究驗證假設結果. 88 89 89 90 91 91 92 92 93 95.

(11) 第一章諸論. 第一節研究動機多數人在一個遼闊寬廣的環境中進行導覽(Navigation)時常是會產生困難，特別是當身處於陌生的環境時，更容易產生迷失的問題。這個問題在虛擬環境中更容易發生，而有關虛擬環境介面設計如何能協助使用者順利進行導覽，一直是個複雜且困難的議題，因為人的導覽行為是一個相當複雜的過程，如何能讓使用者了解目前所在的位置、並順利抵達目的地等，均是影響使用者是否願意繼續使用該虛擬環境的重要因素，一旦介面所提供的資訊不足，那麼人們極容易產生迷失、甚至是挫敗感、進而終止其介面的使用(Chittaro & Burigat, 2004; Elvins, 1997)。人們之所以容易在虛擬境中發生導覽問題，是因為在虛擬環境裡，通常沒有辦法提供如同真實世界所具備的線索供使用者在導覽時做為參考，例如透過環境結構的深度或傾斜程度的線索、或是讓人如同在真世界實般可以正常的行走、轉身或轉頭，以便隨時量測自己與環境空間的相對位置、以及缺乏透視線索、無法提供人可以隨時透過身體感知自己目前位置的改變等，由於種種環境資訊的缺乏，使得在虛擬環境中的導覽行為更形困難(Johns, 2003)。而當方向的迷失現象產生時，便會對我們的身體感知造成失衡，此種不平衡的狀態會讓人產生焦慮、不安的感覺，根據 Lynch(1960)的定義，「迷失」(lost)一詞並不儘指對地理環境的不確定性，更有具有讓人徹底無助感的弦外之音。故虛擬環境的介面設計如何幫助使用者解決此類的導覽迷失的問題，即為本研究的動機之一。此外，有關人們在虛擬環境中導覽行為的相關研究中，許多學者將研究焦點放在與空間認知有關的「尋路」(wayfinding)議題上，藉由尋路行為了解人們在 1.

(12) 導覽虛擬環境時可能產生的問題。尋路研究已經發展為認知科學的核心取向之一 (Klippel,2003)，它之所以受到重視乃是因為此項行為結合了人類的各項空間認知元素，更重要的是，尋路行為根植於空間，而空間則被認為是個人認知的基本要素，同時也是介面導覽中經常被探究的議題，例如就虛擬環境的介面設計而言，為了避免在虛擬環境產生方向感迷失的問題，就必須協助人們能對自己所身處的整體空間有所瞭解，並隨時保有對該空間相關位置的認知，因此空間與尋路行為是介面導覽研究中不可忽略的重要因素。關於空間與尋路的相關研究，過去多半以真實環境做為研究場域(Lynch, 1960; Thorndyke & Hayes-Roth, 1982; O’Neil, 1992; Montello, 1991)，直到近幾年才逐漸轉換至虛擬環境上的研究，例如 Satalich(1995)的研究，比較使用者在一棟虛擬建築內進行導覽後，其尋路能力是否會因為虛擬環境、或真實環境的不同而有所差異；Darken 與 Sibert(1996)運用 Lynch(1960)的城市設計理論於遼闊、寬廣的虛擬環境中，並比較人類的尋路表現是否會因為不同的環境設計而受影響。以上學者均著重於環境因素對人的尋路行為影響之研究；另一方面有關個人因素如何影響對外在空間資訊的感知與認知處理之差異，也是虛擬環境研究的主軸之一，不少學者(Witmer, Bailey, and Knerr, 1996; Parush & Derbman, 2004;Chen, Czerwinski, and Marcredie, 2000;Moffat, Hampson, and Hatzipantelis, 1998; Lawton, 1996; Pazzaglia & De Beni, 2001)均著眼於探討個人差異如何影響對外在環境資訊的接收與處理，進而影響尋路之表現。由上述的研究可發現，環境因素與個人因素似乎是影響人類尋路表現的重要議題，因此本研究將從環境因素與個人因素這兩大議題著手，希望能夠深入了解這兩項因素對於使用者在虛擬環境中的導覽行為之影響為何，以便提供未來虛擬環境介面設計之參考。. 2.

(13) 第二節研究目的從上一節的研究動機可知，在許多的虛擬環境中總是需要使用者進行導覽，但是在虛擬環境中的導覽卻相當困難，再加上因為導覽困難而產生的方向迷失感很容易讓人感到沮喪，最終選擇放棄(Vinson, 1999)，因此如何克服在虛擬環境導覽過程中所發生的問題，便成為許多研究者關注的目標，其中環境設計如何協助使用者進行導覽的議題更是這塊領域的研究重心。除此之外，個人因素也一直是介面設計領域經常被探討的核心議題之一，因為個人差異會影響使用者對於介面資訊之接收與應用，以致形成不同的使用表現，所以有關個人因素與導覽之關係研究也是值得重視的議題。有關虛擬環境導覽的研究可被區分為兩大方向：第一類方向是著重於環境設計因素，了解環境結構設計(例如地標輔助)如何能有效幫助使用者進行導覽。其中，地標已被許多環境心理學者証實，它是人們在尋路過程中很重要的參考指標 (Vinson, 1999)，尤其是對虛擬環境而言，可供使用者參考的環境線索相當缺乏的情況下，地標輔助更是不可獲缺的環境設計要素之一，因此本研究將以地標輔助做為主要的研究變項之一，探討地標輔助因素在虛擬環境中的導覽作用。，然而，在探討地標輔助對於協助導覽的效用之前，又必須先深入了解尋路過程本身 (Passini, 1992)，才能找出使用者在導覽過程中的需求及可能發生的問題，因此本研究將以尋路行為做為主要的研究議題，深入了解環境因素中地標輔助的有無與尋路行為之間的關係。此外，第二類方向則是針對個人因素對於導覽行為的影響進行研究，例如過去研究發現個人的認知能力會影響尋路表現(Chen, Czerwinski, and Marcredie, 2000; Kato & Takeuchi, 2003)，關於此研究面向是屬於個人認知能力差異之探討，例如空間能力、方向感等對尋路之影響；另外也有學者針對個人的尋路策略傾向這類較偏向個人認知風格差異對尋路行為進行相關研究(Lawton, 1996;2002; 3.

(14) Pazzaglia & De Beni, 2001; Parush & Derbman, 2004)，探討個人的尋路策略差異如何影響使用者對於環境資訊的接收及處理，進而產生不同的尋路表現，因此本研究以個人尋路策略傾向做為研究變項之二，探討個人因素與尋路行為之影響。綜而觀之，除了探討環境設計因素對於個人尋路行為的影響，也不能忽略個人因素的影響性，特別是關於個人對於環境資訊的接收、處理程度，均會影響最終的尋路表現，因此本研究將針對環境因素中的地標輔助之有無、與個人因素中的尋路策略傾向如何影響使用者的尋路行為進行探討，並深入了解這兩大因素彼此間是否有交互作用產生，希冀更深入了解使用者在虛擬環境中的導覽行為，以提供未來有關虛擬環境導覽方面的基礎研究。. 4.

(15) 第三節究架構與與研究流程研究主要欲探討，在虛擬環境中影響尋路過程與空間知識建立的因素。研究共分為五章，首先在第一章說明研究動機與目的、以及本研究希冀探討的問題方向；第二章回顧過去尋路相關論述及研究文獻，並推導出研究問題；第三章依續研究問題，推論出研究假設，並擬定研究方法、進行實驗設計，其中包括實驗場景、實驗任務的設計等；第四章為實驗資料收集之後的統計分析，並驗証研究假設；第五章為本論文之研究發現及討論、以及對後續的研究建議等。以下為本研究的詳細流程圖，請見圖1。. 進行實驗與. 研究方向確定. 蒐集數據. 統計分析與. 回顧相關的. 解釋數據. 研究文獻. 擬定研究問題. 研究結論與未來研究建議. 及研究假設. 確定研究方法及實驗設計. 圖 1、研究流程圖. 5.

(16) 第四節期研究貢獻研究以虛擬環境做為主要研究場域，探討人們的尋路行為與環境設計、以及個人因素之間的互動關係，目的在於希望更進一步了解環境設計因素如何影響人們在虛擬環境中的導覽、以及環境設計因素與個人差異之間又有何關聯性等，有關人們在虛擬環境中的尋路行為，以供虛擬介面設計者參考。本研究期望提供下列三點貢獻： 1.. 地標一直被認為是人們在尋路過程中一個重要的參考線索，然而在過去有關虛擬環境的研究結果中，地標的作用卻有正、反兩面不同的論點，有研究發現透過地標輔助可以幫助使用者較快完成尋路任務；但也有研究發現地輔助對尋路表現無顯著影響性 (Ruddle, Payne, and Jones , 1997; Parush & Derbman, 2004; Jansen-Osmann, 2002; Darken & Sibert, 1999)。故本研究希望延續前人的研究，釐清地標輔助對於使用者在虛擬環境中尋路表現之影響。. 2.. 如何避免使用者在虛擬環境中發生導覽問題，特別是方向的迷失問題，一直是虛擬環境設計者面臨的最大考驗。然而尋路行為相當複雜，其中牽涉到兩大層面，包括人的認知層面、能力差異、尋路策略差異等個人因素；以及環境結構設計、導覽輔助設計等外在因素。本研究期望更進一步了解個人因素與環境設計因素之間，是否存在著交互作用，進而影響使用者在尋路表現，希望能做為未來的介面設計者一個參考基礎。. 3.. 過去有關虛擬環境上的導覽輔助研究，多半著重於尋路時間上的輔助，例如提供電子地圖、3D 地圖等(Chittaro & Burigat, 2004)，然而這類的輔助方式雖然能夠提升使用成效，但是卻可能有阻礙使用者發展正確的空間知識，兩者間確實存在取捨(trade-off)的問題，本研究希望了解地標輔助因素是否能提升尋路時間、同時又能協助使用者建立正確的空間知識。. 6.

(17) 第二章文獻探討. 第一節虛擬環境有關虛擬環境(virtual environment)的定義，大多數學者均是由技術層面的觀點談起，其中特別強調透過電腦這類的電子技術所模擬的環境，以及應用光學資料手套、頭盔、眼球追蹤器、搖桿等設備，讓使用者在該環境中進行探索、互動 (Steuer, 1995)。3D 虛擬環境將電腦互動從原本純粹的視覺性互動延伸至多元性的互動，使用者得以應用如同在真實世界中的感知經驗與認知處理能力，與虛擬環境中的物件進行互動，且瀏覽其中的感覺相近於自然世界的變化(Stanney, 2003)。例如當我們在虛擬環境中進行導覽時，仍可延續在真實世界中對於眼睛、手、耳朵等感覺器官的運用，隨著頭部的轉動可以改變其視野、甚至可以用手直接對虛擬物件進行操作，再搭配音效傳遞，讓使用者產生一種身歷其境的感覺。因此，3D 虛擬環境可說提供了人機介面 (human computer interaction)一個絕佳的互動媒介，其能讓使用者採取沉浸式觀點，亦即本我中心(egocentric perspective) 的觀點於 3D 環境中進行探索(Parush & Berman, 2004)。上述這些使用者與虛擬環境的互動過程，其背後均涉牽龐大的電腦運算技術應用，也說明虛擬環境的發展可說是由技術層面所主導，而其中這些互動技術的種類相當龐雜，大致可分為三種形式(Mine, 1995)，其敘述分別如下： 1. 直接式互動(direct user interaction)：使用者可以透過手部、眼球追蹤器、手勢辨視系統等輔助，與電腦達成即時互動，此種依靠最直接的對應方式，透過虛擬介面展現使用者動作之後的結果。但是這種互動類型，通常須要帶頭盔顯示器、資料手套(data gloves)之類比較昂貴的系統，才能藉著這些設備與虛擬環境產生互動，但是其互動方式對於人類的感官刺激而言，可以說最為真 7.

(18) 實(李碩晏，2003)。 2. 物理式控制(physical controls)：使用者須透過按鍵、搖桿、滑鼠、鍵盤等操控工具，和虛擬環境進行互動，且虛擬介面的呈現方式須藉由類似觀景窗的視野(例如電腦螢幕)呈現，目前常見的桌上型電腦就是最普遍被應用的媒介之一，其應用領域相當多元，而且此種物理式控制方式也是最經濟實惠、最方便的方式。 3. 虛擬式控制(virtual controls)：任何我們想像得到的東西都可被應用於虛擬式控制中(例如虛擬式的操控桿)，此種操控方式相當具有彈性，使用者可以看見自己的影像融入於三維空間的環境中並進行互動，如做一些簡單的運動，或是以身體直接操作螢幕上的影像與物體(李碩晏，2003)。此種方式可以營造很高的身歷其境感覺，但其缺點在於欠缺感官性的回饋。以上這三種虛擬環境的呈現類型各有其優缺點，例如直接式互動的操作方式最靈活且直接，但是成本卻相當高昂；物理式控制儘管可以透過操控工具獲得精準的操控及獲得感官性回饋，以提升臨場感，但是其操作卻較缺乏彈性，不過就經濟成本的考量，此種類型卻是現階段較為普及的一種；最後虛擬式控制雖然能造成效果極佳的臨場感，但是缺乏感官回饋，使用者在操作虛擬物件上可能會產生困難。然而，上述有關虛擬環境的概念，均著重眼於技術方面的發展形式，卻忽略了使用者端，Steuer(1995)便提出與其它學者不同的想法，他認為有關虛擬環境的定義應該從技術層面轉移至個人層面，關注個人與媒介的互動體驗，其沿用過去有關臨場感(telepresence)的概念，認為虛擬環境除了技術層面的觀點之外，還可被廣泛的定義為「使用者在一種真實或虛擬式的環境中所產生的臨場感」。 A virtual reality is defined as a real or simulated environment in which a perceiver experiences telepresence. (Steuer, 1995. p37) 8.

(19) 由 Steuer 對虛擬環境所下的定義可以了解到，虛擬環境所指涉的不儘是技術層面，同時也是一種使用者本身的生理上體驗(physical experience)，當中包括了與所有媒介互動後的體驗，同時他認為使用者除了是資訊的接收者也是發送者，而介面本身則是他(她)用來與環境互動的中介。由此概念看來，虛擬環境不單單儘指需要仰賴頭盔、資料手套這類的裝置才能讓使用者置身於虛擬環境當中，單純透過簡易的媒體形式如桌上型電腦、電影、或甚至是書本即有可能讓使用者在和虛擬環境進行互動後，達到如同身歷其境的臨場感，目前相當受歡迎的電腦 3D 遊戲便是最佳範例。因此，本研究採用 Steuer 的觀點，認為應關注於使用者和如何與介面進行互動，及其互動後所產生的體驗，以 3D 虛擬環境的介面設計因素與使用者之間的互動關係作為研究方向，其中又以使用者在虛擬環境中的尋路行為做為主要探討的議題。此外，有關研究場域的選用則是以桌上型(desktop)電腦虛擬環境做為研究媒介，這是因為這種形式是目前最被應用最廣泛也是最普及的一種虛擬環境，使用者透過為傳統 2D 形式資訊所設計的視窗及操作介面與此類 3D 虛擬環境進行互動，相關之介面設計研究於電腦人機互動領域甚少，亟待進一步的探索。. 一、虛擬環境與尋路研究的關係. 隨著電腦科技的發展，虛擬環境的互動技術研發日益成熟，讓許多領域的學科得以運用此項技術做為其研究場域，例如工程、建築、設計、教育等領域(Stanney, 2003 ; Stanney, Mourant, and Kennedy, 1998)。且由於虛擬環境的互動技術可以在電腦環境中用 3D 方式模擬，人們能夠藉由主動探索來體驗這些環境，再加上虛擬環境可以模擬各種環境設定，因此它也經常被應用於飛行員或航海員的訓練上 (Jansen-Osmann, 2002)。於是，許多有關空間認知(spatial cognition)方面的研究，例如人類尋路行為的探討，就經常利用虛擬環境做為了解人類導覽行為的媒介 (Darken & Silbert, 1996)。 9.

(20) 虛擬環境之所以適合做為空間認知的研究媒介，是因為操作者得以擁有自主的操控，而且不論是真實亦或假想式的環境均能夠模擬呈現(Jansen-Osmann, 2002)。由於虛擬環境是一個 3D 的電腦模擬環境，它能根據使用者的行為即時進行運算，並模擬出適當的回應以符合使用者所應該看到的環境景象(Grammenos, Filou, Papadakos, and Stephanidis, 2002)，對於想要研究人類在某些特殊、寬廣遼闊環境中的尋路行為，虛擬環境無疑提供一個絕佳且安全的研究場域。虛擬環境的好處在於，它可任由研究者增添不同的環境變數，控制可能影響尋路行為的變項，而這是在真實世界較難以做到的一點(Booth, Fisher, Page, Ware, and Widen, 2000)，所以便成為許多環境心理學等研究者喜愛運用的研究媒介。根據過去一些研究證實，在虛擬環境的導覽過程中，能夠如同真實世界一般，建立關於該環境的空間知識，並獲得所謂的路徑知識與縱覽知識等空間概念 (Jansen-Osmann, 2002；Witmer, Bailey, Knerre and Parsons, 1996)。例如，Witmer, Bailey, Knerre and Parsons (1996)的研究顯示，受測者透過高逼真度的虛擬環境中所習得的路徑知識可以成功的將這些路徑知識轉移到真實世界中。然而，也有研究者認為透過虛擬世界中人類的尋路行為模式，與真實世界有所不同(Booth, Fisher, Page, Ware, and Widen, 2000)，有關這類的研究，目前尚未有明確的答案。而這也是為何有許多關於尋路行為的研究，紛紛以虛擬環境做為其研究場域，其目的是想更深入了解人類在真實環境與虛擬環境的尋路行為差異。虛擬環境提供許多空間、尋路行為研究上的便利性，相對的也具負面特性，就是容易讓使用者產生所謂的 cybersickness(意指長時間使用電腦後產生不舒服的症狀)等後遺症(Stanney, 2003)，關於這類虛擬環境對人體所造成的影響之相關研究，可以參照(Harm, 2002; Viirre & Bush, 2002)等人研究。除此之外，虛擬環境也因為種種條件的侷限，讓人們在虛擬環境容易產生許多導覽問題，影響其使用成效甚至使用意願，特別當使用者產生方向迷失現象時，便很容易放棄並離開其介面的操作，因此如何避免方向迷失問題產生、讓使 10.

(21) 用者容易辨認目前所在方位、記憶曾走過的路徑都是值得探究的議題。儘管電腦技術一直是目前主導虛擬環境發展的主要關鍵，許多電腦科學領域相關的學者，紛紛投注許多心力致力於創新技術層面時，有關虛擬環境適用於哪些不同的訓練、最佳應用方式為何、以及使用者本身在虛擬環境的表現差異，卻較少獲得關注。因此有學者(Stanney, Mourant, & Kennedy, 1998)建議，我們也應當著重於人因議題(human factor)對於虛擬環境互動上的影響，此將有助於深入了解使用者在虛擬環境中的使用行為。因此，本研究欲從人因因素著手，探討使用者在虛擬環境中的導覽情形，期望能更清楚了解個人在虛擬世界中的尋路樣貌。在這之前，我們必須先了解目前使用者在虛擬環境中可能遭遇的導覽問題。. 二、虛擬環境的導覽問題. 根據 Witmer, Bailey, Knerre & Parsons (1996)的研究顯示，受測者在虛擬環境中所習得的路徑知識，比起在真實環境中習得的路徑知識而言，其發生的錯誤率高出許多。這是因為比起真實世界，虛擬環境有許多視覺、感官上的限制，致使人們容易在導覽過程中產生困難。本節將探討有關真實世界與虛擬環境的條件差異、以及在虛擬環境中容易導致導覽問題的原因： 1. 視覺與感官線索的缺乏 Wimtner, Sadowski & Finkelstein (2002)的研究曾指出，人們在虛擬環境中的導覽過程可能會遭遇許多問題，並阻礙人們對於整體空間資訊的獲得，相較之下在真實世界中反而較容易發展出對該環境的縱覽性知識，這是因為在虛擬環境中，許多視覺、感官線索的限制使然。例如視野的角度、碰撞所導致的方向迷失、甚至是因為虛擬世界可能產生的生理不適(例如暈眩等)都是在導覽過程中容易產生困難的影響因素。根據過去有關人類的認知研究發現，人們在空間方位的認知上，對於週遭環 11.

(22) 境刺激的接收尤其敏感(Booth, et al. 2000)。這是由於人的視覺感知系統非常的敏銳，任何細小、難以察覺的不規則變化在虛擬環境中都會變得非常顯見，因為這些細微的變化在虛擬環境中都會被放大呈現，人們很容易便能感知到其不自然的變化(Stanney, 1998)。另外，Ruddle、Payne 與 Jones(1997)在其研究文獻中也提及，當人們身處一個大型環境中時，他必需透過實際於該環境中移動之後，才能獲得所有可以發展為空間知識所需要的資訊，亦即人的資訊處理系統必需整合有關身體移動、頭部轉動時，視野所接收到的各種訊息，以便逐漸成形對該環境地形的認知。但是在虛擬環境中的移動所產生的感知回饋(sensory feedback)卻與真實環境不同，在真實環境中，觀察者的移動可以立即感知移動中環境的改變，而且這種感知環境改變的視野是全景式的(full-field)，不儘可以立即感知自身的位置改變，也能看得到週遭相對位置的變動。頭與眼睛的移動也能立即獲得這些訊息的回饋。但是在虛擬環境中，人的一舉一動是透過電腦的模擬後所產生動作，難以感受真實世界的移動經驗，也是為何在真實世界中所建立的空間知識會較虛擬環境快速、且正確的原因。這種身體感官的接收侷限，對於桌上型(desktop)這類虛擬環境技術而言更是一大挑戰，故一個良好的環境介面設計便成為首要挑戰的目標。 2. 視野角度的侷限視野角度的侷限已被證明是影響人們在空間資訊學習過程中的重要影響因素(Ruddle、Payne & Jones,1997)。就視野的角度而言，一般人在真實世界中的視野約為 120 度，同時能夠覺察向外延伸 180 度範圍的動作，但是在桌上型(desktop) 虛擬環境中約儘有 60 度到 100 度的視野，其中 3D 環境中常用的第一人稱視更是儘有 30 度 (Rollings & Morris, 2000)。再者，因為視野角度的限制，容易有碰撞的情形產生，使用者更是必需不斷的轉動頭部及視角以便了解剛剛經過了些什麼地方，以便記住這些環境線索，這些因素都容易導致方向的迷失。. 12.

(23) 3. 地標等環境線索的缺乏大多數的虛擬環境通常較真實環境遼闊稀疏，亦即較少有可供辨識用的區域性地標(local landmark，例如建築物或路標、指示牌)，相反的大多為一種全域性的背景(global contexts，例如以一座大山為背景)，而這個特性即可能會阻礙瀏覽者對該環境的認識(Elvins, Nadeau, and Kirsh,1997; Booth, et al. 2000 )。因為缺乏足夠的地標線索會讓導覽者在尋路時產生困難，容易讓尋路者迷失方向，也難以記住曾經到過那些地方、亦或如何回到曾經造訪過的地方，同時更不容易發展出正確之全域性認知地圖(Darken & Sibert, 1996)。值得注意的是，上述這些影響因素並非獨立不相干，環境結構的複雜度、規則性、環境的呈現方式、個人的感知差異、認知與學習方式，例如個人空間能力高底、慣用的尋路策略傾向等，都可能與環境因素產生交互影響，進而產生不同的尋路時間(Booth, et al. 2000)。因此，本研究將針對環境因素與個人因素兩者之間，對於使用者在虛擬環境中的尋路行為進行探討，希冀更進一步了解使用者在虛擬環境中的導覽表現，以利未來虛擬環境設計之參考。. 13.

(24) 第二節尋路一、定義「尋路」(wayfinding)這個字並無法從英文的字典中查詢到，但它卻經常在環境心理學、地理學、實驗心理學等文獻中出現。事實上，「尋路」(wayfinding) 這個字是由“wayfarer”(旅人)與 “wayfaring”(徒步旅行)所衍生而來，這兩個字在古英文中都意指旅行、移動之意，特別是以雙腳行走之意, 而其它與尋路相同概念的字詞還包括「路徑尋找」(pathfinder)等(Conroy, 2001)。根據學者 Arthur 與 Passini(1992)的說法，最早提出尋路這個概念的人是 Lynch(1960)，在其著作「The Image of The City」曾經闡述過這個概念，但是一直到 1970 年代「尋路」這個名詞才開始被研究者廣泛引用，迄今成為學術上的專門用語。有關人類的尋路研究，主要是想探索人們如何將自己從出發地移動至目的地的過程，這類型之研究取向試圖解釋人類如何在實體世界中找到路徑，同時在尋找路徑的過程中，人們所需要的是什麼，又他們如何與方位互動、以及人們的語言、視覺能力如何影響尋路表現…等 (Raubal & Winter, 2002)。而尋路行為通常發生於大型、寬廣的環境中(例如風景區、城市、建築物…等)，同時這些環境通常沒有辦法只從單一角度來觀察其全貌，也因此需要人們實際瀏覽整個環境後才能得知大環境的樣貌 (Darken & Sibert,1996)。因此，若從字面上的意思來看，可以很清楚的看出「尋路」強調的是親身經驗及主動性，著重人們如何能找到前往目的之路徑、以及如何判斷方位等動作。針對尋路這個名詞做廣泛的定義，可以說它是一個從起點到達目的地之間的路徑、方向定位的決策過程，是一種具有目標且主動的行為(Golledge,1999)。另外，還有許多研究者曾經對「尋路」這個名詞下定義，例如，Arthur & Passini (1992) 就將「尋路」這個概念定義為，一種解決不確定性空間問題的行為，而且此種行 14.

(25) 為是持續不斷的進行著。不過，這樣的定義被後來的學者認為過於模糊、不夠精確；Conroy(2001)便認為，當人們從起點出發至目的地時，其過程中不儘包含空間問題的解決，同時也包含個人對於該環境的認知部分。他強調人們如何將空間知識運用於尋路過程中，此一環節不應被忽略，他同時引用 Golledge(1995)的說法來論證自己的觀點。Golledge (1995)強調在尋路過程中導覽與視野的關係，認為尋路過程包含一些環境線索(cue)的辨視，例如地標(landmark)、轉彎判斷、路徑連結、路徑網絡的整合等等。 Baker(1981) 對尋路所提出的定義與 Conroy(2001)的論點相似，其根據過去的研究結果整理出尋路過程中需要運用兩種物理過程，第一種是以路徑 (route-based)為基礎的物理運動，包括在移動過程中有關方位資訊的掌控、兩地之間的距離判斷、路徑連結等，另一種則是以位置(location-based)為基礎的物理運動，負責目前的所在位置的確認、與其它方位的相對位置判斷、地標辨認等等 (引自 May, Ross, Bayer, and Tarkiainen, 2003)。 Montello(1991) 與 Klippel(2003) 也有相同的看法，均認為尋路是導覽 (navigation)的一部分，其中並結合身體的“運動”(locomotion)而產生。所謂“運動” 純粹是指身體或肢體的轉運或移動，而尋路則含有認知導向的行為，有主導與計劃的意涵，亦即當我們在尋路時，必須解決一些有關行為的問題，其中包含明確的計劃及決策的執行，而問題本身則包括選擇那一條路徑行走、要朝那一個方向前進、如何創造捷徑、計劃旅行的順序等等。Allen(1999)的論點與上述學者的觀點相近，認為人的認知系統負責接收、處理並計劃來自外在環境的資訊，同時尋路者還必須具備能夠運用環境資訊或能夠在認知系統中重新呈現關於該環境的空間知識的能力，並搭配人的運動(lomocotion or capabilities)能力，才能產生所謂的尋路行為。如同許多學者認為，尋路除了是一種空間問題的解決，同時我們也不能忽略人的內在認知系統如何處理外在環境資訊，以協助我們解決尋路過程中可能遭遇 15.

(26) 的空間問題。而當中有關空間認知處理方面的能力主要包含四項(Raubal & Winter, 2002)：感知能力(perceptual capabilities)、資訊處理能力(information-process capabilities) 、先備知識 (previously acquired knowledge) 、運動能力 (motor capabilities)，亦即尋路需具備此四項要素，才能成功的達成尋路任務。由於過去有關環境心理學的研究多半著重於人的感知(Perception)、記憶(memory)、問題解決(problem solving)、情感反應(affective reaction)等方面為主要議題，但是有越來越多學者認為人類內在的認知處理系統會影響外在的實際行為，以及人類與外在環境之間的互動關係方面，因此，在尋路過程中人的內部認知系統如何與外在環境進行互動，進而影響整體的尋路表現，成為一個不容忽視的議題(Garling, Book & Lindberg,1984)。總結上述的尋路定義可以發現，我們在探討尋路概念時，不應儘止於關注人們如何找到正確路徑抵達目的地，同時也應了解有關環境資訊與尋路者之間的互動關係。承如 Allen(1999)所言：「顯然的，尋路是一種具有目的性的行為，其中. 包含尋路者本身的特質與環境特性之間的互動…，且一個成功的尋路行為，反應出尋路者本身具備足夠的能力，能夠在一個充滿不確性的環境中，成功的抵達目的地之過程」。 Obviously, wayfinding as a purposive behavior involves interactions between attributes of the traveler and attributes of the environment....., ultimately, successful wayfinding is reflected in the traveler’s ability to achieve a specific destination within the confines of pertinent spatial or temporal constraints and despite the uncertainty that exist. (Allen, 1999. p47) 由此可知個人因素與環境因素之間會相互影響，進而衍生不同的尋路表現，而本研究將以這兩大因素：內部因素(個人因素)與外部因素(環境因素)做為主要探討之變項，了解在虛擬環境中兩者之間的交互作用對於尋路行為的影響。然而，在探討內、外兩大因素如何影響尋路行為之前，首先必須深入了解尋路行為 16.

(27) 所包含的認知處理過程、以及所應具備的相關空間知識。因此，下一節的文獻探討將以尋路過程、空間知識和尋路行為之關係做為論述主題。. 二、尋路行為之過程由上一節有關尋路相關定義可以得知，尋路強調的不儘是一種必需透過人們親身探索的過程，同時也強調尋路者本身必須具備足夠的能力、及主動性，亦即必須積極、主動與環境進行互動，才能成功的抵達目的地。而在對尋路行為有更深入的了解之前，必須先了解尋路過程中包含那些階段。 Montello(1991)認為尋路包含有明確的計劃及決策的執行的過程。根據此概念，尋路過程可分為四項子任務(Klippel, 2003)：定位(orientation)、選擇路徑 (choosing the route)、保持正確的路徑(keeping on the right track)、找到目的地 (discovering. the destination)。首先在定位階段，我們需要隨時了解自己目前在. 環境中所身處的方位為何，才能夠於腦海中計劃選擇能夠通往目的地的路徑，而在行進的過程中還必須確定自己是處於通向目的地的正確路徑上，最後則是要能找到目地的之正確位置，整個尋路過程才算終了。 Chen 與 Stanney(1999)則是根據 Passini 的觀點將尋路行為更具階層性的分為三階段： 1. 認知對應或資訊整合階段 (cognitive mapping or an information-generating process)：在這個階段，個人開始發展對週遭環境的理解與認知，不儘從外部環境中擷取資訊，同時將擷取到的資訊做一番整合。尋路者在感知、接收環境資訊後，將這些資訊內化後，形成對該環境的空間知識，爾後尋路過程中將會不斷的應用該空間知識做為路徑決策之依據。 2. 決策階段(decision-making process)：在這個階段，個人在腦中開始規劃即將進行的尋路策略。個人首先將認知對應階段已經獲取與環境本身相關資訊，經 17.

(28) 過整合、組織後，形成具有意義的資料庫，在計劃如何進行尋路活動時，則以資料庫做為策略計劃的參考基礎。 3. 執行決策階段(decision- execution process)：個人將腦中的計劃於現實環境中付諸實行。此為行動階段，個人在接收空間資訊，並經整合後形成路徑選擇之決策擬定，爾後便是計劃的行動階段。這一連串的資訊接收與整合、到計劃形成，以至決策之執行的三階段是尋路過程中不斷循環的一連串過程，直至尋路行為終了為止。圖 2 為 Jul 與 Furnas(1997)所提出的尋路模式，當中清楚闡明尋路目的、尋路決策、及認知處理系統的關係(引自 Darken & Peterson, 2002)，其中目的會影響決策選擇系統，決定注意及接收那些環境訊息，進而影響感知系統的接收，並形塑認知地圖的產生(此即為 Passini 所提之認知對應階段)，而由空間知識所形成的認知地圖又成為尋路時的決策依據(此為決策階段)，最後則為行動階段(亦即執行決策階段)，而由圖中可得知此過程是一個不間斷的循環系統。. 18.

(29) 圖 2、Jul & Furnas(1997)所提出的導覽模式 (引自 Darken & Peterson, 2002). 由上圖 Jul 與 Furnas(1997)所提出的尋路模式尚可得知，隨著不同尋路目的，認知系統也會因應不同的任務提供所需資源，以協助尋路行為的進行，這些認知系統的應用會隨著不同的尋路目的或任務而產生變化，Allen(1999)則將依據不同的尋路任務將尋路行為分為下列三種類形： 1. 前往一個熟悉的目的地：這個例子很容易在日常生活中見到，每天往返工作地點與家中便是最好的範例。 2. 從某地試圖回到熟悉的出發原點：人們每到一個新環境時，總是會開始探索週遭，而如何回到熟悉的地點便是此例的最佳說明。 3. 出發前往一個全新的目的地：這個情形對人類而言更常發生，每當要動身前. 19.

(30) 往一個新環境時即是如此。無獨有偶的，Darken & Sibert(1996)在文獻中也將尋路類型整理成三種不同形式： 1. 無知式搜尋(naive search)：尋路者有搜尋目標，但對於目標的所在位置，完全無任何相關知識，這種搜尋方式比較容易形成地毯式的探索，亦即在區域範圍內，會被搜尋的較為徹底。 2. 主題式搜尋(primary search)：尋路者了解目標物的所在地，對於其所在位置有粗略的概念，這類的尋找通常不會是徹底式的搜尋。 3. 探索式搜尋(exploration search)：尋路者不知道所要找尋的目標物為何，是一種無目地的尋找。值得注意的是，上述這三種尋路情形雖然不會同時發生，但是卻經常有交替出現之狀況，其出現的順序有可能因為情況不同，而有不同之組合(Darken & Sibert,1996)。例如當一個旅行者初次抵達一個陌生的城市時，首件事可能是要前往出發前已經預訂好的旅館，此時他所採取的尋路類型可能是「無知式搜尋」，亦即有一個明確的目標(已經預訂的旅館)，但卻對其位置一無所知。而待其找到下塌的旅店後，也許迫不及待的想前往該市區觀光，此時所採用的尋路類型則可能是「探索式搜尋」，也許漫無目的步行於大街小巷中，期待發掘值得造訪的景點。最後當探險結束要回到住宿處時，旅行者知道大略的旅館方位，但對於正確路徑尚不太確定，此時則可能是屬於「主題式搜尋」的尋路類型。 Allen(1999)和 Darken 與 Sibert(1996)對於尋路的類型有相同的看法，均依據尋路者對於環境的熟悉程度，將尋路類型區分為三種形式。據此可知，當尋路者越熟悉環境，其所採取的尋路形式就會越偏向主題式搜尋，而尋路者熟悉環境的快慢，則取決於空間知識的形成。根據 Passini 所提出的尋路三階段可知，空間知識的獲得，是形成尋路決策的主要參考指引，同時也是決定尋路是否能成功的 20.

(31) 重要基礎，因為一旦人們在尋路過程中，由於獲得不正確的空間知識而做了錯誤的路徑判斷，即可能會有迷路的情形產生，而方位的迷失通常會讓人產生焦慮，這是因為心理上的不協調所導致。因此正確的空間知識在尋路過程中是非常重要的，它能協助尋路者順利完成尋路任務、抵達目的地。為避免在尋路過程中發生方位迷失，尋路者本身首要之務就是形成該環境的空間知識，因此下一節將探討空間知識對於尋路的重要性。. 第三節空間知識與尋路的關係每當人們身處於一個陌生環境並遊歷其中時，往往必須經歷與環境互動的兩大過程，分別為「空間知識的獲得」與「認知地圖的建立」(Sholl,1996;引自 Golledge, 1999)。所謂空間知識，意指個人建立沿途中目標物與目標物間地理位置之關係概念；而認知地圖則是指，個人在建立清楚之空間知識後，利用空間知識中的目標物當作錨點(Anchor)，並將分佈於整個環境的各處錨點連結成一個相互連結的網絡，亦即認知地圖。此認知地圖就好比一張儲存於人類腦海中的的地圖，對於該環境整體的空間位置有清楚的概念(Golledge, 1999)。因此，正確且完整的認知地圖為人們是否能成功完成尋路任務的重要影響因素之一。為形成認知地圖，首先具有的三種空間知識為：地標知識(landmark knowledge)、路徑知識(route knowledge)、縱覽知識(survey knowledge)。接續，將細步探討認知地圖與它對尋路的重要性，空間知識的獲取方式，及相關的測量方式。. 一、認知地圖在尋路過程中，除地圖、地標等外在的輔助工具，主要即是儲存於腦海中的認知資訊，透過最初時在此全新的環境中探索、瀏覽，以至於在腦海中逐漸建立該環境的認知地圖，並於往後瀏覽該環境時，自然而然地運用起腦中早已建構好. 21.

(32) 的認知地圖(Golledge,1999)。透過認知地圖的協助，我們才能在尋路過中程進行決策與執行階段，它提供認知系統相關之必要資訊，以決定要往那個方向前進、該選擇那一條路徑等。Kitchin(1994)相當直接的支持形成認知地圖的必要性，他認為認知地圖最主要的功能是用來解決空間問題，而尋路與導覽過程正是最主要的空間問題。大抵而言，認知地圖(cognitive map)是對於一個地方的心智印象(mental image of a place)。通常有兩個名詞必須區分：「認知地圖」(cognitive map)與「認知對應」 (cognitive mapping)。這兩者的不同在於，「認知對應」是一個有關建立空間方位上的訊息處理動態過程；「認知地圖」則是重現物件彼此間相關方位的網絡概念 (Johns, 2003)，Garling 等人(Garling, Book & Lindberg,1984)，用一種相當貼切的比喻來說明兩者的相異之處，「認知地圖就像是一個產品(product)，而認知對應則像是產品的製造過程(the process of aqusition)」。更具體地來說，「認知對應」需要資訊處理系統處理有關空間資訊在獲得 (Acquire)、儲存(Store)、回憶(Recall)、與解碼(Decode)等動作，可以讓我們在瀏覽過程中，同步建立自己在空間環境中與其它物件的相對方位；而「認知地圖」則是指參照外在環境資訊的內在呈現，類似將空間資訊儲存成像是地圖(map-like) 之格式，承如學者 Gollege 指出，認知地圖是介於隱喻(metaphorical)與假設 (hypothetical)的一種構想(construct)之中 (引自陳冠燁 2002)。亦即認知地圖，並不一定能百分之百再現原實體環境結構，相反地它是經由人的認知系統處理、內化後的再現，其再現的地圖可能是不完整、不連慣、甚至是扭曲變型的，與其說它是認知地圖，不如說是一張拼貼後的認知地圖更來得貼切(Tversky, 2000)。第一個使用「認知地圖」這個詞的是 Tolma(1948)，他將之定義為人的神經系統中存在著類似地圖的地理再現網絡，它能指引我們進行日常的行動，而這種地圖是一種真實世界中環境的再現(Kitchin, 1994)。許多數學者認為認知地圖是產生自具目的性與主動性的行動中，且其形成過程包含關於環境影像、資訊及態 22.

(33) 度的整合 (Johns, 2003)。Carling 等人(Garling, Book & Lindberg,1984)支持此類觀點，認為認知地圖若要對尋路過程產生較強的影響，其前提為該尋路行為具有目標性，意指尋路者並非漫無目的、不知前往何處的瀏覽方式，也因此在這項前提之下，尋路者在計劃下一步該如何移動時，會比較仰賴認知地圖所提供的方位資訊。由此可知認知地圖必須是在具有目的之行動下才能形成，此外 Elvins(1997) 也指出形成「認知地圖」必需具備的三個要素：可辨別性(Identity)、結構性 (Structure)與意義性(Meaning) 。首先物件本身在環境中必須能夠被辨識，如此它才能存在於認知地圖中，而倘若物件本身的結構無法被理解，那麼尋路者也無法發展出物件與環境的相對關係 (Elvins, 1997)。 Garling 等人(Garling, Book & Lindberg,1984)的論點與上述 Elvins(1997)的說法類似，其提出認知地圖中存在著三種相互依存的關係：位置(places)、位置關係(relation between places)、移動計劃(travel plans)。首先，「位置」指涉的是在環境當中的基本單位，它具有可感知的特徵、有空間範圍、具功能性等等；「位置關係」則是連結兩點的空間關係，其中又可被區分為三種不同的位置關係：空間包含關係(spatial inclusion relations)：例如我們會在腦海中記憶某家商店是位於某一棟大樓內，而該棟大樓又是位於某一條街道之內；距離空間關係(metric spatial relations)：意指某個位置與另一個位置的方位(相對座標)與距離接近空間關係，倘若此部分儘被糊模的儲存於記憶中，那麼尋路者將難以辨別兩地之間的遠近，很有可能會誤判 A 點位在非常遙遠或過近的地方，這種情形在日常生活中相當常見；接近空間關係(proximity spatial relations)：指在環境中非屬於核心參考的地區，但又與核心參考區域相關的點則稱之為接近空間關，例如我們以火車站為主要參考地標，而火車店附近的藥局與火車站的關係即為接近空間關係；。最後一個要素「移動計劃」，即是如何從一個地方移往他處的方式，尋路者通常會運用環境中的資訊來形成移動計劃，例如環境中的參考點(reference points)就是移動 23.

(34) 計劃的一部分，可被利用為方位與距離判斷的參考物。儘管認知地圖對於尋路具有相當重要的影響性，但不可否認的要形成完全正確且完整度極高的認知地圖並不容易，Golledge(1999)指出，不論是人類或動物均無法瞬間即建立完整且正確的認知地圖，而且有時人們並不需要非常完整的認知地圖，因為在尋路過程中，並非每個人都會注意到環境當中的每個細節，特別是不同的人即使身處相同的環境，其所注意到的環境線索、環境特徵可能大相逕庭，甚至其對環境的熟悉程度也會有所差異，最終影響其尋路行為及成果，這是由於每個人大腦結構各有差異，因此也將導致對於某類資訊的注意程度、接收、處理方式等也有所不同 (Tversky, 2000)。. 二、空間知識由上一節的文獻論述可以了解，人們在導覽過程中，需要運用認知地圖進行環境導覽，但是認知地圖的形成前提即為基本空間的知識，又空間資訊是形成空間知識的基本要素。Passini(1984)指出，若是在環境中有任何與尋路行為相關的線索出現時，就稱之為空間資訊，空間知識則是整合了空間資訊後的產物(Chen and Stanney, 1999)。所謂的空間資訊，包括環境中的明顯的地標線索，諸如高聳的建築、地表突起的山丘、城市中的街道、區域等任何能夠提供尋路參考的資訊，另外除了環境本身所提供的資訊之外，透過外在輔助的方式也能提供相關資訊，例如地圖、口語描述等，均為形成空間知識的來源之一。這一小節首先將深入分析空間知識(spatial knowledge)的三種類型；下一小節則會探討影響空間知識的獲取方式，亦即透過親身導覽方式和透過外在輔助工具所形成空間知識之差異。. (一) 三種空間知識形成認知地圖所需具備的空間知識，大致可被分為三種：地標知識(landmark 24.

(35) knowledge)、路徑知識(route knowledge)、縱覽知識(survey knowledge) (Darken & Sibert ,1996; Elvins, 1997; Dodge & Kitchin，江淑琳譯，2005; Barbara Tversky, Franklin, Taylor, and Bryant ,1994 )。這三種空間知識均能幫助尋路者建立有關該環境的認知地圖，並協助他們往後對該區域的導覽活動(Elvins,1997)，。值得注意的一點，這三種空間知識並非固定不變，相反的尋路者會因為不斷獲得新資訊，而對原有的資訊持續比較、重組，因此空間知識的建立即是上述的認知對應概念，是屬於動態的過程(陳俊文、游萬來、邱上嘉， 2003)。 1. 地標知識(landmark knowledge) 地標知識是一種對於環境中某些顯著、突出地標的視覺再現(Parush & Berman, 2004)，它的形成是由認知系統與被感知的環境特徵相對應後，將被感知到的物件進行接收、製碼後儲存於記憶中(Chen & Stanney,1999)。當人們初到一個新環境時，地標是最先被需要的，而且人們通常會以靜態的地標當作一種標記，用來輔助對空間方位的記憶 (Darken & Sibert, 1996)。因此，方位的辨視需要仰賴正確的地標知識協助，它同時是人們建立認知地圖的最基本要素，也是形成路徑知識的基礎，因為人們會先在腦中記憶地標所代表的點，接著才會形成連結兩點之間的路徑。而一個環境中明顯易見的視覺地標可以是人為的或是自然環境的一部分，例如獨特或具特殊意義的建築物(例如博物館、廣場)，甚至是自然景觀某種特殊地形(例如一片平地隆起的高地、湖泊)等，都能成為人們尋路時的環境線索(Benelli, Caporali, Rizzo & Rubegni,2001)。 2. 路徑知識(route knowledge) 路徑知識是一種具有順序性的空間再現，它將兩個位處不同位地點的物件、地標做連結，其形成過程是按照視覺感知的物理性特徵做一順序性的記錄，從最初的起點、中間的錨點、終點做一連結。具備這項知識，尋路者得以順利地在兩地之間移動。路徑知識的形成必須仰賴「地標知識」為基礎(Darken & Sibert,. 25.

(36) 1996)，其建立方式通常需經由親身的導覽而形成，一旦路徑知識建立後，將對於兩地之間距離、以及方向的判斷有所幫助(Chen & Stanney, 1999)。路徑知識的重要性在於，人們日常生活中最常運用的知識之一，我們每天都必須仰賴它往返工作地點與家中，因此它被稱之為主要的空間知識(primary spatial knowledge)，值得注意是，地標知識與路徑知識均是來自於尋路者本我中心(egocentric)導覽過程的空間參考觀點(引自 Chen & Stanney, 1999)，意指地標、路徑這類空間知識是經由尋路者親身導覽該環境後，根據自身的認知系統與外在環境資訊相互對應後，所產生的空間知識。 3. 縱覽知識(survey knowledge) 縱覽知識是指，尋路者的腦中已建立起如同地圖般的空間網絡，徹底了解環境中每個物件的方位以及與自己的相對位置，它整合環境中的所有路徑，將之連結成一個如同地圖般的網絡，一旦建立起這項空間知識，即能在尋路過程中的決策階段選擇適當的路徑、以及前進的方向，幫助尋路者順利抵達終點。但要形成這項空間知識，除了如同前述二類知識是透過親身導覽方式之外，外在之輔助如地圖學習是能夠快速幫助尋路者建立此項空間知識的有效工具(Darken & Sibert, 1996)。縱覽知識與路徑知識最主要的差異在於，路徑知識的組織方式是線性(liner) 或順序性的(sequential)；縱覽知識則較具有整體的空間結構概念，試圖整理主要空間元素間的關係，其空間資訊組織的方式是空間性的(陳俊文、游萬來、邱上嘉， 2003)。另外，不同於地標知識與路徑知識所呈現的本我中心觀點，當尋路者利用縱覽知識來理解環境中物件與物件彼此間的相對方位關係時，它是屬於俯瞰式的空間呈現方式，而非地標或路徑知識儘能呈現尋路者本身與環境的相對關係。以上這三種層次的空間知識均各自對尋路過程有某種程度的幫助，在一般狀. 26.

(37) 態下，此三種知識的形成順序為一階層式關係(Witmer, Bailey, and Knerr, 1996)。地標知識是形成路徑知識或縱覽知識的基礎，尋路者必須先擁有地標知識後，才能有助於發展更高階的空間知識，例如，Siegel 與 White (1975, 引自 Benelli, Caporali, Rizzo & Rubegni, 2001) 就指出一個成年人在學習認識新環境時，首先需要兩類知識，分別是「地標知識」與「路徑知識」，因為首先他必須先對熟悉該地區的路標後，才能了解該地區的路徑，而最後才形成完整的縱覽知識，同時也發現孩童的空間知識發展有其順序性，亦即剛開始儘能描繪出環境中個別存在的地標(isolated landmark)，接著在第二階段，他們才具有描繪出連接兩個單獨地標間的路徑能力，而第三階段，他們則能夠描繪出更為複雜且較整體性的空間方位；Passini(1984)便根據這些不同的情形區分出三種可能影響認知地圖的使用模式 (陳俊文、游萬來、邱上嘉，2003 年)： 1.兒童發展階段，較小兒童傾使用路徑圖 2.環境的熟悉程度，不熟悉的環境，往往只能先建立路徑圖，熟悉後才慢慢轉為俯瞰圖。 3.體驗環境的模式，主動的探索狀態比被動的隨意看看，較易得到細節多而結構化俯瞰圖。綜而觀之，地標知識幫助尋路者判斷方位、做為連結兩地路徑的參考指標；路徑知識對於兩個地點彼此之間的導覽活動最有幫助；縱覽知識則是呈現鳥瞰式的環境全貌，做為尋路過程中決策階段的參考依據，綜合了地標知識、路徑知識、縱覽知識後，完整的認知地圖便焉然形成 (Chen and Stanney, 1999; Elvins, 1997 )。當尋路者具備越豐富的空間知識，其認知地圖的形成亦越趨完備，在尋路過程越能提供精準且正確的決策依據，協助尋路者成功完成尋路任務。如同上述的觀點，Elvins(1997)認為認知地圖須具備三大要素：可辨別性、結構性、意義性。即當環境中的物件具備可辨視性、可被理解性時才可能存在於 27.

(38) 認知地圖中，此說明環境的設計因素對於認知地圖的建立具有相當程度之影響，因此環境設計輔助如何讓尋路者對環境結構易於區辨、記憶，例如環境中具有顯著之地標輔助，不儘能幫助尋路者做為方向辨識的參考(地標知識)，同時更方便他們在腦中記憶地標與地標之間的路徑(路徑知識)，更甚將許多地標連結成相互連結的網絡(縱覽知識)，以形成完整的認知地圖，提供尋路過程之決策參考。因此環境設計因素中的地標輔助，對於空間知識獲取上的影響，為一個值得深入探討的方向，也是本研究欲深入了解的變項。. 三、空間知識的獲取方式空間知識的獲取方式有許多種，透過親身導覽、地圖學習、口語描述、或者是綜合上述多種方式(Thorndyke & Hayes-Roth,1982)等，每一種方式均有其獨特的優勢，並沒有所謂最佳或最完美的方式。事實上，每一種經驗都不足以產生在尋路過程中所需的正確空間知識，相反地在許多情況下，人們會發現運用複合式的知識才能在尋路中達成最高效率(Benelli, Caporali, Rizzo & Rubegni,2001)。像是某些環境理論的觀點認為，方位之間的關係可以輕易地從地圖之類的學習中獲得，而兩地之間的距離認知則是較容易從親身導覽的過程中獲得(Tversky, Franklin, Taylor & Bryant,1994; Tversky, 2000 )。這個論點可從過去的一些研究中獲得應證，像是 Schneider 與 Taylor(1999)整理過去的研究發現，有些研究顯示透過外在地圖的環境學習方式，可以獲得較佳的縱覽知識、直線距離的判斷較強、物件相對方位的判斷也比較正確；另外，有些研究則發現親身導覽的環境學習方式，對路徑尋找較有效率、同時路徑的描述能力也較強，以及路徑之間的距離判斷較準確等。至於 Schneider & Taylor(1999)自己的研究則顯示，採用地圖學習(類似鳥瞰觀點)方式獲得環境資訊者，其尋路過程中的表現比較傾向運用俯瞰式的觀點，呈. 28.

(39) 現該環境結構。而採用親身導覽(類似路徑式學習)者，在環境資訊的運用上則比較靈活。另外也有學者發現，透過地圖學習方式獲得環境資訊者在縱覽知識的表現上較採用親身導覽獲得環境資訊者佳(Chen and Stanney, 1999)。由此得知，不同的環境學習方式，對於空間知識的形成有不同程度的影響。而儘管地圖學習方式能夠快速幫助導覽者建立縱覽知識，但是這種由外而內所影響的空間知識，是否能有效應用於尋路過程中？過去的研究便反映出這個問題，例如 Thorndyke and Hayes-Roth(1982)的研究探討，透過親身導覽與地圖學習兩種不同環境學習方式，在方位判斷與空間距離測量上的差異，結果發現地圖學習者對於物件相關位置的判斷、直線距離之間的測量較正確，而親身導覽者對於指出自己與環境物件相對位置的能力則較強、同時對於路徑之間的距離判斷也比較精準。但是，他們也發現儘管地圖學習者獲得的比較全觀性方位概念，但是當需要轉換成為局部性觀點，亦即採用環境內部觀點來思考自己與其它物件的相關方位時卻有其困難；相反地親身導覽者在經過一段時間的環境導覽後，其不論在距離判斷、方位判斷上都有較顯著的進步。此意味著，快速建立的縱覽知識能否對尋路產生最大效用，受到相當程度的質疑，而親身導覽與透過外在輔助的學習這兩種不同方式所獲得的空間知識，確實有所差異。. (一) 親身導覽與空間知識的關係由上述文獻可知，不論是透過外在輔助(如地圖學習)或親身導覽的環境學習方式，對於空間知識均有不同層面的幫助，但是兩者所形成的空間知識卻有相當程度上的差異。因為經由親身導覽後所產生的空間知識在語言學而言可稱做直證式的(Deictic)；而透過地圖這類的外在輔助學習方式所形成的空間知識則是稱之為外在的(Extrinsic)。兩者的差異在於，直證式的空間知識，是由人們親身體驗後而形成對該環境的理解，屬於由內而外的環境學習方式；而由外在輔助所形成的「縱覽知識」，則是藉由外在工具的輔助而形成對該環境的知識，屬於由外而 29.

(40) 內的形式(Tversky, Franklin, Taylor & Bryant,1994 )。 Schneider & Taylor(1999)採用以下的論點更詳盡地解釋這兩者的差異：地圖學習方式，是以鳥瞰式 (bird-eye) 的視角觀點獲取環境資訊，屬於客觀 (object-centred) 的參考系統，比較容易形成定向式的方位概念 (orientation-specific)；而親身導覽者則採取環境內部(within environment)的視野觀點，以導覽者為中心的做為視覺參考系統(egocentric)，儘管其缺點在於有關環境資訊的取得會受到視野的限制，但是比較容易形成彈性式的方位概念 (orientation-free)。此論點與 Goldin 與 Thorndyke(1971)的研究發現相呼應，儘管透過外在輔助的環境學習方式可以快速獲取縱覽方面的空間知識，但是親身導覽後所逐序形成的空間知識比較完整、並且比較能被靈活運用(Elvins, 1997)。也因此，Elvins(1997) 認為透過地圖學習所獲得的縱覽知識並不如親身導覽後所形成的縱覽知識來得完整，原因即在於親身導覽過程中，需同時整合路徑與地標知識，因此所形成的縱覽知識比較紮實(Elvins, 1997)；而透外在輔助的學習方式(如地圖學習)所獲得的縱覽方面知識，在實際尋路過程中由於地標、路徑知識的不足，即可能發生無法以地標辨認所在方位、甚至在計劃選擇路徑時產生困難。因此，有人認為路徑式的環境學習方式(route-based environment learning)也就是親身導覽形式，對認知地圖的影響最大(Golledge, 1999)。另一個解釋親身導覽與外在輔助學習兩者之間有所差異的觀點，則是從時間層面來探討，Witmer, Bailey, and Knerr(1996)發現透過地圖學習方式，並不會形成較佳的空間知識，其推測原因是，當環境過於複雜時，尋路者並無法於短時間內將地圖所提供的資訊應用於尋路活動中。同時，也有研究發現，隨著親身導覽次數的增加，首先尋路者收獲最大的是路徑距離的判斷，接著是直線距離、以及相對方位的判斷，代表越多的路徑探索經驗，能夠增加更完整的空間知識(Tversky, 2000)。 30.

(41) 總結上述的論點，儘管透過外在輔助的學習可以迅速建立關於該環境的縱覽知識，但是由於缺乏更詳盡的路徑、地標知識，因此對於尋路活動的助益有限；反觀經由親身導覽，可能較慢形成縱覽知識，但是隨著學習時間的增長，其所形成的空間知識也就越豐富，進而建立一張完整的認知地圖。因此尋路效率與如何獲得較佳的空間知識之間或許仍存有取捨的問題 (trade-off) 於其中 (Chen & Stanney, 1999)。. 四、空間知識的測量方式有關尋路表現及空間知識的測量方法有很多種，主要是透過行為研究(using behavior task)的方式獲得，例如：距離判斷(estimate distance)、方位判斷、畫地圖、實際導覽的效率、口述或寫下路徑的走法、指出在環境中一個不可見的物件的所在位置等等(Prestonik & Roskos-Ewoldsen, 2000)。傳統測量縱覽知識的方法多半是讓受測者畫出該環境的地圖(Lynch, 1960; Appleyard, 1970；引自 Witmer, Sadowski, and Finkelstein, 2002)，雖然繪製地圖的方式能夠真實的量測出受測者實際上對該環境地形的熟悉程度，且具有高信度，但是這種方法的缺點在於難以有評分的標準(Conroy, 2001)，研究者無法發展出一個評斷的基準點來量測究竟受測者對於該環境地形認識多少，同時也會受到個人繪圖的能力所影響(Darken, 1996)。至於另一種測量縱覽知識的方法，則是請受測者指出物件所在的方位，例如 Magliano 等人(Magliano, Cohen, Allen, and Rodrque, 1995)便讓受測者假想自己目前正處於剛才導覽過的環境中(該實驗環境為一個法庭前的廣場)，要求受測試指出題目中所出現的每一個地標的方位，同時受測者還會被要求假想自己目前的方向是面對法庭、背對法庭、左手邊是法庭等不同位置，而指出投影片中呈現地標的相對方位；Parush 與 Derman(2004)則是要求受測者指出虛擬環境中，物件所. 31.

(42) 在的方位；除此，要求受測者判斷兩個地標之間的相對方位與距離，也是測量縱覽知識的方式之一(Witmer, Bailey, and knerr, 1996)。而路徑知識的測量方式通常包括：轉錯彎的次數、走過頭而原路返回的次數、路徑導覽所需完成的時間、將沿途中曾出現過的地標按順序排列、描述前往目的地的路徑等(Conroy, 2001)。至於地標知識的測量方式通常是請受測者，回憶或辨視出，尋路沿途中曾經看過的地標(Evans, 1980；引自 Witmer, Bailey, and knerr, 1996)。本研究主要測量的空間知識以路徑知識、縱覽知識為主，搭配受測的尋路時間(完成任務的時間)為輔，希冀了解受測者空間地圖的完整性對尋路表現的影響。路徑知識的測量方法是請受測者描繪出前往目的地的路徑；縱覽知識的測量則是要求受測者將環境空間的位置分佈標式出來。. 第四節影響尋路的因素由前面文獻整理得知，一個成功的尋路行動需要具備完整的認知地圖，而認知地圖的形成則須仰賴豐富的空間知識，至於空間知識的獲取又會因為環境資訊多寡、個人認知處理、接收程度差異，而有所影響。如同 Prestopnik 與 Roskos-Ewoldsen(2000)整理過去研究後發現，影響尋路能力(wayfinding ability) 的因素包括外部與內部兩大因素，其中外部的因素包括該情境或環境的特性(例如該地區建築物的密度、有無具分辨意義的地標等)；而內部因素則包括個人特質 (例如性別、所使用的導覽策略等)，均是影響尋路表現的要素，不過至目前為止究竟是何種因素對於尋路能力的影響最大，則仍然難有定論。 Chen 與 Stanney(1999)根據影響尋路表現的內、外部因素，構成圖 3，以此說明影響尋路表現的各項因素，其中包括外在的空間資訊、環境結構、地標等環境線索，以及內在的動機、尋路策略差異、尋路經驗等等，均為影響空間知識獲 32.