多人腦波遊戲系統架構設計探究

國立臺中教育大學數位內容科技學系碩士班

碩士論文

指導教授：王曉璿博士

多人腦波遊戲系統架構設計探究

The Study of Architecture Design about Multi-player

Brain Computer Interface Game System

研究生：紀明良 撰

摘要

.

本研究的目的旨在將大腦人機介面裝置作為遊戲設備，將其運用於多人遊戲 上。近年來，隨著科技的日新月異，在大腦人機介面裝置(Brain Computer Interface, BCI)之應用有不少的突破與進步，惟獨較少研究針對多人腦波遊戲進行探討。為 了能達成多人線上腦波遊戲的目標，本研究結合大腦人機介面裝置、多人連線等 技術，開發一套基於多人腦波偵測與遊戲的多人腦波遊戲系統，遊戲的模式從基 本的「單人練習」模式，擴展出可供多人線上即時互動的「多人練習」與「雙人

競賽」模式。因此，本研究使用MindSet 腦波意念耳機作為遊戲設備，搭配 Server

端使用 ElectroServer 和 Client 端使用 Flash 進行開發，用以實現多人腦波遊戲系

統，以作為未來多人腦波遊戲系統開發的參考與建議。

Abstract

.

The main purpose of this study is using the Brain Computer Interface (BCI) devices as game equipments to develop a multi-player BCI game system (MBCIGS). The MBCIGS includes a multi-user management system and three playing modes of BCI games which are a single BCI playing mode, a multi-user playing mode, and a multi-user competition mode. The multi-user management system is to handle the connection and the message transmission between players, while the three modes of BCI games are to offer the players using BCI devices from the status of practicing to competition. The MBCIGS uses a MindSet as BCI device, an Electro Server as multi-user platform, and Flash software as client game developing system. Several suggestions are presented for the future game system development and the research in the study.

Keywords: Brainwaves, Brain Computer Interface, Multi-player Game, Game Design, MindSet

謝辭

光陰荏苒，轉眼間又過了兩年，還記得當時考研究所的初衷嗎？ 在老師的叮嚀與同學的恭喜聲中，我上完研究生的最後一堂課，我的碩士生 涯總算劃上句點，心中充滿喜悅又有點不捨。回首在中教大的兩年歲月，我學習 到很多知識與增廣不少見聞。在此，衷心感謝我的指導教授-王曉璿老師，在這 短暫兩年的師生相處，讓我獲益匪淺，老師對於學問的嚴謹態度，是敝生學習的 優良典範，老師待學生像子女，時時都為學生著想，要使學生都有發展、都有前 途，真是不可多得的好教師。也謝謝朱延平教授與游自達教授的用心良苦，在論 文口試提供許多寶貴意見，使得本篇論文更加完善。 感謝學長們在研究與經驗上的傳承，特別感謝傑綸學長帶領我一窺多人連線 遊戲技術的奧秘，若沒有您的協助幫忙，恐怕至今還陷入五里迷霧之中。感謝大 寶科技公司全體人員，在過去一年來給予各方面的協助與建議，使得研究得以順 利進行。感謝松男學長、信昭、南逸、典佑、茂霖、振華常常在我緊要關頭時出 手協助，熱心幫忙解決心中疑難雜症。謝謝 98 級研究生所有同學，與你們點點 滴滴相處都是我人生中最美的回憶。在研究所修業期間，還受到許多師長、同儕、 學弟妹及朋友大大小小的幫助，在此致上最誠摯的謝意。 最後感謝我的父母親，對孩子無怨無悔的用心栽培，一直在背後給予最大的 支持與鼓勵，使我在無後顧之憂下順利完成我的碩士學位。 謹將本論文獻給我親愛的家人，以及一路上關心我幫助我的人。 2011.07.22 紀明良

目次

第一章 緒論...1 1.1 研究背景與動機...1 1.2 研究目的...2 1.3 研究問題...2 1.4 研究架構...3 第二章 文獻探討...5 2.1 大腦人機介面...5 2.1.1 大腦概述...5 2.1.2 腦電波...6 2.1.3 大腦人機介面概述...7 2.1.4 大腦人機介面運用...9 2.2 MindSet 腦波意念耳機探討...11 2.2.1 MindSet 腦波意念耳機概述...11 2.2.2 MindSet 腦波意念耳機結合遊戲運用探討...15 2.3 多人遊戲...18 2.3.1 Flash多人遊戲概述...18 2.3.2 多人連線技術...20 2.3.3 Socket伺服器...21 2.3.4 多人遊戲的決策判斷...22 2.4 總結...23 第三章 系統架構與設計...25 3.1 系統目標...25 3.2 系統運作模式...26

3.3 系統分析與設計...27 3.3.1 系統架構...28 3.3.2 系統功能設計...29 3.4 研究工具...36 第四章 系統實作...39 4.1 系統架構設計...39 4.1.1 系統登入運作模式...39 4.1.2 使用者列表運作模式...40 4.1.3 房間資訊列表運作模式...41 4.1.4 系統訊息與玩家聊天區運作模式...42 4.1.5 單人練習運作模式...43 4.1.6 多人練習運作模式...44 4.1.7 雙人競賽運作模式...46 4.2 系統展示...48 4.2.1 使用者登入驗證展示...48 4.2.2 大廳展示...52 4.2.3 單人練習模式展示...55 4.2.4 多人練習模式展示...57 4.2.5 雙人競賽模式展示...59 4.3 ..系統價值與研究貢獻...61 第五章 結論與建議...63 5.1..結論...63 5.2..系統修正建議...63 5.3..後續研究建議...64

參考資料...65 一、中文文獻...65 二、英文文獻...66

表次

表2.1-1 腦波的型態...7

圖次

圖1.4-1 研究架構圖... 3 圖2.1-1 大腦結構分佈圖... 5 圖2.1-2 大腦皮質的四個腦域區... 6 圖2.1-3 腦波的波型圖... 7 圖2.1-4 大腦人機介面的基本架構... 8 圖2.1-5 大腦人機介面和義肢手臂... 9 圖2.1-6 腦波駕駛汽車... 10 圖2.1-7 腦波貓耳設備... 10 圖2.2-1 ..MindSet與Neuroscan腦電圖比較... 11 圖2.2-2 ..MindSet腦波意念耳機運作機制... 12 圖2.2-3.. Zigbee多人同步腦波評測系統運作模式... 14 圖2.2-4 ..Zigbee接收器與接收盒... 14 圖2.2-5 ..Zigbee多人同步腦波評測系統畫面... 15

圖2.2-6 ..Mind Your Garden 遊戲畫面... 16

圖2.2-7 腦波遊戲畫面... 16 圖2.2-8 ..Tug of Mind 遊戲畫面... 17 圖2.2-9 專注力控制軌道車...18 圖2.3-1 神來也麻將遊戲畫面... 19 圖2.3-2 忍豆風雲遊戲畫面... 19 圖2.3-3 點對點架構圖... 20 圖2.3-4 主從式架構圖... 21 圖3.2-1 系統運作圖... 27 圖3.3-1 系統架構圖... 28

圖3.3-2 使用者登入介面雛型... 29 圖3.3-3 帳號過濾設定介面... 30 圖3.3-4 使用者登入流程... 31 圖3.3-5 系統大廳介面雛型... 32 圖3.3-6 遊戲大廳介面雛型... 33 圖3.3-7 單人練習模式遊戲介面雛型... 34 圖3.3-8 多人練習模式遊戲介面雛型... 35 圖3.3-9 雙人競賽模式遊戲介面雛型... 36 圖3.4-1 MindSet腦波意念耳機、筆記型電腦與藍芽接收器... 37 圖4.1-1 系統登入運作模式... 39 圖4.1-2 使用者列表運作模式... 41 圖4.1-3 房間資訊列表運作模式... 42 圖4.1-4 系統訊息與玩家聊天區運作模式... 43 圖4.1-5 單人練習運作模式... 44 圖4.1-6 多人練習運作模式... 46 圖4.1-7 雙人競賽運作模式... 47 圖4.2-1 使用者操作流程展示... 48 圖4.2-2 使用者尚未啟動Thinkgear Connetor展示... 49 圖4.2-3 系統連線失敗展示... .50 圖4.2-4 系統登入介面展示... 50 圖4.2-5 使用者帳號重複系統登入失敗展示... . 51 圖4.2-6 使用者帳號為黑名單登入失敗展示... . 52 圖4.2-7 系統大廳介面展示... . 53 圖4.2-8 系統聊天功能展示... . 54

圖4.2-9 遊戲大廳介面展示... . 55 圖4.2-10 單人練習模式遊戲說明展示... . 56 圖4.2-11 單人練習模式展示... . 57 圖4.2-12 多人練習模式遊戲說明展示... . 58 圖4.2-13 多人練習模式展示... . 59 圖4.2-14 雙人競賽模式遊戲說明展示... . 60 圖4.2-15 雙人競賽模式展示... . 61

第一章 緒論

1.1. 研究背景與動機

大腦人機介面(Brain Computer Interface, BCI)的發展至今已有十餘年，隨著 科技的蓬勃發展，近年來大腦人機介面技術突飛猛進，其相關技術的研究也是各 國爭相研究的議題。傳統上的腦波儀器是利用大型的機台來作量測，將其腦波紀 錄分析其意義，近年來，大腦人機介面技術越來越成熟，量測腦波的機器不在局 限於空間和大小的限制，而是強調使用方便與舒適，其應用也越來越廣泛。大腦 人機介面最初主要目的是用於殘疾人士，使他們不需依靠周圍神經和肌肉，能夠

透過大腦傳送指令與外界溝通(Pfurtscheller, Guger, Müller, Krausz, & Neuper,

2000)。現今許多研究將大腦人機介面技術加值於新應用中，在過去數多年來，

已 有 許 多 研 究 者 (Ko, Bae, Oh, & Ryu, 2009 ; Crowley, Sliney, Pitt &

Murphy,2010；O’Hara, Sellen & Harper, 2011)使用 Mindset 腦波意念耳機作為大 腦人機介面的研究工具，並用於非特定殘疾人士上。利用大腦人機介面裝置作為 一個新的遊戲設備，將其應用於娛樂用途已經漸漸成為一種研究趨勢，許多研究

者(Ko, et al.,2009；Yoh, Kwon & Kim , 2010；Ryu, 2010) 紛紛使用MindSet 腦波

意念耳機開發腦波遊戲。 根據資策會的調查，台灣上網人口2005年959萬，2009年上網人口1060萬人， 且每年上網人口穩定成長，在2009年上網人口使用行為調查中，玩線上遊戲的人 口排第五名，成長率6.9%(陳怡文，2010)。70%的玩家每天都會上網玩電玩，每次 平均玩2小時(陳怡文，2010)。隨著使用網路的人口越來越多，將大腦人機介面 技術結合多人遊戲開發是值得投資的領域。 目前的技術在腦波的量測已不是問題，但是在多人腦波偵測，以及將大腦人 機介面技術應用於多人遊戲上還有諸多地方需要克服。因此，本研究即希望在所

開發的系統中，能同時偵測多人腦波，並應用於多人遊戲，以提供未來研究一個 新的發展方向。 1.2. 研究目的 為了將大腦人機介面運用於多人遊戲上，本研究將提出具有多人腦波即時 偵測與遊戲的多人腦波遊戲系統，本研究之具體研究目的如下： 1.探討多人腦波遊戲系統的運作機制 2.發展多人腦波即時偵測與互動遊戲 1.3. 研究問題 要建立一個多人腦波遊戲系統，需要顧及許多面向，其中的關鍵問題點包含 如下： 1.大腦人機介面裝置、多人腦波遊戲系統與伺服器如何進行溝通，其運作機 制為何？ 2.如何建置線上多人腦波遊戲系統？

1.4. 研究架構 本論文共分為五個章節，第一章說明本研究的研究背景與動機、研究目的與 研究問題；第二章將針對相關文獻進行探討；第三章為系統架構與設計，說明本 研究系統的運作方式及系統雛型架構設計；第四章為系統實作，將針對第三章的 系統設計作測試與驗證；第五章為總結，將對研究結果做結論，以及未來展望， 本研究論文架構如圖1.4-1 所示。 擬定研究 問題與目的 發現問題 文獻探討 系統架構與設計 系統測試與驗證 結論 圖1.4-1 研究架構圖

第二章 文獻探討

本章將進行相關文獻探討，第一節將對大腦人機介面的相關背景知識、定 義、發展及應用做探討；第二節探討MindSet腦波意念耳機設備及目前腦波遊 戲發展狀況；第三節探討Flash多人遊戲及技術；最後將回顧文獻並做總結。 2.1. 大腦人機介面 2.1.1 大腦概述 人類的大腦是十分複雜的系統，具有140多億個腦神經細胞，每個腦細胞都 與另外5萬個細胞相連，比目前全球電話網還複雜1,500倍(王淨文，2011)。由結 構來區分，大腦可分為大腦皮質(Cerebral cortex)、小腦(Cerebellum)、腦幹(Brain Stem)、丘腦(Thalamus)、丘腦下部(Hypothalamus)、邊緣系統(Limbic System)、 海馬迴(Hippocampus)、基底神經結(Basal ganglia)與中腦(midbrain) ，如圖2.1-1 大腦結構分佈圖。 圖 2.1-1 大腦結構分佈圖 (資料來源： http://life.nthu.edu.tw/~g864264/Neuroscience/neuron/brain.htm)

大腦皮質位於大腦最外層，厚度約為 2-4 毫米，是由神經細胞所組成，依據 空間位置，又可分為額葉、顳葉、頂葉與枕葉四個腦域區。額葉位於腦的前額處， 負責運動協調、思考判斷等；顳葉位於腦的左右兩處，負責聽覺判斷；頂葉位於 頭頂處，負責基礎感覺功能；枕葉位於後腦，負責視覺處理，如圖2.1-2。而人類 的腦電波活動與大腦皮質區有密切相關。 圖2.1-2 大腦皮質的四個腦域區 (資料來源： http://learn.pmes.tyc.edu.tw/health/100/110.htm) 2.1.2 腦電波 人腦的一連串電化學活動稱為腦波，為非固定型的波形。人類對腦電波的研 究，最早始於1875 年由英國生理學家 Richard Caton 從兔子的大腦皮質表面測得 電位變化，其後1929 年德國神經科教授 Hans Berger 首次在人類的頭蓋骨測得相 似的電位變化，並命名為腦電波圖(electroencephalogram, 簡稱 EEG)(施明志， 2006)。人類腦波主要由幾種不同的頻率範圍的波所組成，依頻率高低可分為、 δ(Delta)、θ(Theda)、α(Alpha)與 β(Beta)波，如圖 2.1-3。

圖2.1-3 腦波的波型圖 (資料來源：陳怡岑，2005) 而主要的四種腦波在人體各代表不同的心理狀態，如表 2.1-1 所示： 表2.1-1 腦波的型態 腦波 頻率範圍 心理狀態 δ 波(delta waves) 0 ~3HZ 處於深度睡眠狀態 θ 波(theta waves) 4~7 HZ 處於意識中斷且身體深沉放鬆下出現 α 波(alpha waves) 8~13 HZ 清醒且平靜狀態下出現 β 波(beta waves) 14~26 HZ 清醒且興奮狀態下出現 (資料來源：施明志，2006) 2.1.3 大腦人機介面概述

大腦人機介面(Brain Computer Interface, 簡稱 BCI)，或稱大腦機器介面

（Brain-Machine Interface, 簡稱 BMI），或是稱為大腦機器人介面（Brain-Robot

Interface, 簡稱 BRI），通指的是透過大腦的運作，就可以用意念來控制特定裝置。

根據第一次國際腦機介面會議的定義為「腦機介面提供使用者一個與外界溝通的 替代管道，而不需要依賴周圍神經及肌肉當媒介」(Wolpaw et al. , 2000)。

大腦人機介面裝置系統其基本架構可分成三個部分(Wolpaw, Birbaumer, McFarland, Pfurtscheller & Vaughan, 2002)，如圖 2.1-4 所示：

1. .訊號的接收(Signal Acquisition)：輸入端即使用者的生理訊號，將使用者 111..的腦波訊號接收。 2. .訊號的處理(Signal Processing)：將使用者的腦波訊號轉譯成設備看的懂的指 111.令。 3. 訊號的輸出(Device Commands)：輸出端為設備或電腦，用來控制設備裝置 111.的指令。 圖2.1-4 腦機介面的基本架構 (資料來源：Wolpaw et al., 2002)

2.1.4 大腦人機介面的運用

大腦人機介面技術發展至今已有許多運用，許多學者也紛紛的將大腦人機介 面技術應用在不同的領域，早期主要的應用偏向醫療方面，如電子義肢，電子輪

椅等，為身體不便的人，提供另一種溝通介面。Pfurtscheller, Guger, Müller 與

Neuper(2000)研究在癱瘓的病人身上運用腦波來控制義肢的行動，如圖 2.1-5。 圖 2.1-5 大腦人機介面和義肢手臂 (資料來源：pfurtscheller et al.,2000) 近年來，大腦人機介面應用領域日益廣泛，像是德國AutoNOMOS 研究室就 在 2011 年著手開發「BrainDriver」，將大腦人機介面技術運用在駕駛汽車中，這 項研究雖然還在實驗中，但已經有一定的成果，目前能夠提供駕駛員使用腦波來 控制汽車方向和速度，如圖2.1-6。

圖2.1-6 腦波駕駛汽車 (資料來源： http://www.youtube.com/watch?v=iDV_62QoHjY&feature=player_embedded) 日本 Neurowear 公司則於 2011 年推出腦波貓耳，將大腦人機介面技術運用 到娛樂型裝飾產品，使用者可以用意念來控制貓耳朵設備，貓耳便會隨著人的情 緒豎起或垂下，如圖 2.1-7 所示。此外，大腦人機介面尚有許多應用，如智慧型 機器人、及科技輔助電子產品等。 圖2.1-7 腦波貓耳設備(資料來源： http://www.youtube.com/watch?v=XznibGFPGHk&feature=player_embedded)

2.2. MindSet 腦波意念耳機探討

2.2.1 MindSet 腦波意念耳機概述

量測腦波方法有，腦電波儀(electroencephalography, 簡稱 EEG)、功能性核 磁共振造影(functional Magnetic Resonance Imaging, 簡稱 fMRI)、正電子斷層掃 瞄(Positron Emission Tomography, 簡稱 PET)、腦磁波儀(magnetoencephalography,

簡稱MEG)等。功能性核磁共振造影與正電子斷層掃瞄這兩種方法的量測與血流 有關，需要長時間的觀察，才能對大腦資料做分析，並不適用於即時反應；正電 子斷層掃瞄亦具有輻射性，不適合長期使用；腦磁波儀在量測時，需受限在防護 磁性的房間內量測(孫釜源，2007)。而腦電波儀，具有非侵入式、即時分析、適 合長時間量測、無輻射等特點，所以常被拿來作為研究工具。 MindSet 腦波意念耳機是美國 NeuroSky 公司開發的一款非侵入性的腦電波設 備，它可以檢測人體的專注與放鬆狀態，其準 確 度 與 價 值 四 萬 美 元 的 醫 療 級 Neuroscan 腦波儀有 96%的相似度(NeuroSky，2011)，如圖 2.1-1。 圖2.2-1 MindSet 與 Neuroscan 腦電圖比較 (資料來源： http://www.neurosky.com/Academics/Research.aspx)

Crowley、 Sliney、Pitt & Murphy(2010)在叫色測驗與河內塔測驗中，評估認 為MindSet 腦波意念耳機適合作為專注與放鬆的一種測量水平儀器。 MindSet 基於大腦人機介面技術，它帶有一個乾電極傳感器放置在人體前額 FP1 處，參考電極和電路接地系統都放置於左耳邊，它使用乾電極傳感器採集大 腦產生的生物電信號(α、β、γ、δ、θ 波)，並將這些採集的信號送入 ThinkGear™ 晶片，ThinkGear™將混雜在信號中的噪音以及運動產生的擾動進行濾除，並將有 用信號進行放大，然後通過 NeuroSky eSense™專利演算法解讀出使用者當前專 注、放鬆狀態的eSense™參數，最後通過這些量化的參數，透過藍芽設備輸出到 電腦、手機等設備，實現智能腦電波的人機交互，(NeuroSky，2011)，如圖 2.2-2 所示。 圖2.2-2 MindSet 腦波意念耳機運作機制 (資料來源： http://www.neurosky.com/zh-Hant/Academics/AcademicPapers.aspx)

MindSet 腦波意念耳機與傳統腦電波儀的差異，如表2.2-1所示： 表2.2-1 傳統的腦電波儀與 MindSet 腦波意念耳機的差異 構面 傳統腦電波儀 MindSet 腦波意念耳機 空間性 需要在專用的實驗室進行檢 測，攜帶不便 使用無線藍芽增加了耳機的可 移動性，使用場合無限制，攜帶 方便 舒適性 腦部貼上若干電極或者佩戴 專用的電極帽 採用了安全舒適的非侵入式乾 電 極 技 術 ， 外 型 就 像 一 般 耳 機，戴上即可檢測 方便性 需耗費時間黏接感應器 將耳機前臂的電極放置在前額 即可進行腦電波信號的採集 準確性 配備專用的測量儀器進行數 據測量和分析 準確度與醫療級 Neuroscans 腦 波儀相比，有96%的相似度 (研究者整理) 目前，在多人腦波評測上也有相關技術研究，台灣大寶科技公司研發的 「Zigbee 多人同步腦波評測系統」，可滿足多人腦波評測處理需求。其運作模式 是使用者戴上MindSet 腦波意念耳機，將擷取到的腦波資訊透過 Zigbee 接收盒與 Zigbee 接收器傳到固定一台電腦上，電腦便會分析使用者的腦波資訊。目前此系 統最多可以同時有 20 位使用者進行腦波偵測分析，在量測上，還需注意每一台 Zigbee 接收盒彼此間的距離須保持 10 公尺內，接收盒與接收器須保持 200 公尺 內，如圖2.2-3、圖 2.2-4 所示。

圖2.2-3 Zigbee 多人同步腦波評測系統運作模式 (資料來源：本研究整理)

圖2.2-4 Zigbee接收器與接收盒 (資料來源：

透過Zigbee無線傳輸技術結合MindSet腦波意念耳機，可運用於多人同步腦波 評測以提升實驗效率，如圖2.2-5所示。 圖2.2-5 Zigbee多人同步腦波評測系統畫面 (資料來源： http://www.alchemytech.com.tw/product.php?sn=16) 2.2.2 MindSet 腦波意念耳機結合遊戲運用探討 MindSet 腦波意念耳機可以廣泛應用於遊戲、玩具、娛樂、心理評測、心理 治療、教育培訓、科學研究等多個領域(Ko, et al.,2009 ; Haapalainen, Kim, Jodi & Anind；Crowley, et al., 2010；O’Hara et al., 2011)。本研究主要探討大腦人機介面 應用於遊戲娛樂方面。雖然在市面上腦波遊戲尚未普遍，但近幾年，在國內外已 經有越來越多結合大腦人機介面技術的遊戲，有應用於單人遊戲、智慧型手機遊 戲及軌道車等。如國人開發的「Mind Your Garden」，即是一款 Flash 單機腦波遊

戲，玩家先戴上MindSet 腦波意念耳機設備，之後玩家的腦波資訊將通過耳機上

的感應器透過藍芽轉換到電腦遊戲上的輸出動作，玩家可利用其自身專注或放鬆

圖2.2-6 Mind Your Garden遊戲畫面 (資料來源：

http://www.alchemytech.com.tw/news_list.php)

經由國外文獻探討也發現，許多學者已將大腦人機介面裝置作為遊戲設備， 將之應用於電玩遊戲，Ko, Bae, Oh & Ryu (2009)使用MindSet腦波意念耳機開發 單機腦波遊戲，遊戲分為兩階段，第一階段為訓練模式，主要教導玩家如何控 制專注力和放鬆；第二階段為故事模式，玩家可以利用專注力和放鬆玩遊戲。 如圖2.2-7所示：

另外，MindSet 腦波意念耳機在智慧型手機遊戲發展現況上也有相關應 用，像是「Tug of Mind」即是一款腦波手機遊戲，玩家戴上耳機就可與手機遊 戲互動，遊戲內容主要是考驗玩家的抗壓能力，與培養放鬆能力，如圖 2.2-8 所示： 圖2.2-8 Tug of Mind遊戲畫面 (資料來源： http://www.youtube.com/watch?v=1pG5NmW7IMs) 在硬體遊戲方面也有相關探討，張蓺英、林灶生、張韶芹、劉崇志、陳國 志與楊文鎮(2009)利用MindSet腦波意念耳機開發玩具軌道車遊戲，玩家可以使 用意念來控制軌道車，軌道車會隨使用者當下的專注力而進行跑動，讓使用者能 透過遊戲的方式，了解及學習如何專注。如圖2.2-9所示：

圖2.2-9 專注力控制軌道車 (資料來源：

張蓺英、林灶生、張韶芹、劉崇志、陳國志與楊文鎮，2009)

2.3. 多人遊戲

2.3.1 Flash 多人遊戲概述

多人遊戲為玩家透過伺服器及通訊協定，在遊戲中直接和其他玩家進行互動 (Kim., Park , Kim, Moon & Chun, 2002)。在多人遊戲中，玩家可以和其他玩家進 行社交、合作與競爭，比單人遊戲提供更多的互動性，使得遊戲更吸引人。Flash

最早在1999 年就可以製作多人遊戲，隨著網路的普及，近年來 Flash 多人遊戲數

量也如雨後春筍般蓬勃發展，有別於一般網路遊戲需要下載主程式，Flash 多人 遊戲只要開啟網頁就可以進行遊戲，如慧邦科技研發的神來也麻將，和松崗科技

圖2.3-1 神來也麻將遊戲畫面 (資料來源：http://www.godgame.com.tw/)

圖2.3-2 忍豆風雲遊戲畫面 (資料來源：

現今個人電腦上的瀏覽器大多都有支援Flash player 外掛程式，即使如 Google Android、Windows Mobile 等智慧型手機也都有內建 Flash player(Adobe，2010)， 這對遊戲的擴展有很大的幫助。在開發遊戲上，Flash 遊戲的特色在於它使用向 量運算的方式，所以製作出來的遊戲會比其他遊戲開發平台小很多，且相對其他 程式Flash 易於學習，使用 Flash 開發遊戲可以省下不少時間。 2.3.2 多人連線技術 在網路連線中，用戶彼此間主要可以藉由以下兩種方式來達到互動與同步 (陳亦慧譯，2010)： 1. 點對點 (Peer to peer, 簡稱 P2P)：任何一個用戶端都是其他用戶端的伺服 器，所以用戶彼此間可以互相傳遞訊息，而不需透過特定的伺服器來傳遞 資料，如圖2.3-3 所示。點對點具有低延遲、資料傳送速度快，也不需額 外付出伺服器管理等費用。但當用戶數過多，那麼點對點架構就很可能讓 子網路超載。 圖2.3-3 點對點架構圖 (資料來源：Makar, 2009 )

2. 主從式架構( Client-Server )：分為用戶端和伺服器端，屬於集中管理的網 路連線架構，單一用戶端只傳送資訊給伺服器，然後再由伺服器負責傳送 資訊給各個用戶，如圖2.3-4 所示。這種方式又可在分為輪詢( Polling ) 和 持續性的伺服器連結。輪詢的方式為用戶端不斷地反覆詢問伺服器有無更 新資料，不管資料有無更新，都會反覆詢問，這種方式會很佔頻寬。另一 種方式則是使用 Socket 伺服器，當用戶端與 Socket 伺服器建立連結後， 就會形成一個持續性的伺服器連結，這種方式當沒事件發生時，就不會佔 用任何頻寬。 圖2.3-4 主從式架構圖 (資料來源：Makar, 2009 ) 2.3.3 Socket 伺服器 Socket 伺服器指的是一台存在於遠端的實體伺服器，此伺服器會等待用戶端 連結請求，伺服器接受用戶端提出的連結請求後，就能在用戶之間傳遞訊息(陳

亦慧譯，2010)。常見的 Socket 伺服器有 ElectroServer、SmartfoxServer、Red5、 Union與Adobe Flash Interactive Server等。

ElectroServer為Electrotank公司所開發的產品，其伺服器支援Flash、Unity3D、 Java、iPhone、Android、Html5 等不同平台，並於免費版本提供25個用戶以下的 連結(ElectroServer，2011)。ElectroServer 為一套多人遊戲的伺服器平台，開發人 員可以使用Flash自行開發用戶端應用程式，並具有可擴充性，支援分散式架構的 同步進行，與影音串流(楊傑綸，2009)。SmartfoxServer是一個多人Socket伺服器， 可以用以實現多人應用程式和遊戲(SmartfoxServer，2011)。Red5是個開放原始碼 的Socket伺服器產品，它可用於視頻會議、多人遊戲等(Red5，2011)。Union是一 個多人Socket伺服器，可用於創建多用戶應用程式、多人遊戲與會議應用等，支 援Flash、Java、C#等十幾種語言(Union，2011)。Adobe Flash Interactive Server是 Adobe公司所開發的Socket伺服器的產品，可用於視頻聊天、多人遊戲等(Adobe， 2011)。 2.3.4 多人遊戲的決策判斷 在開發單人遊戲時，遊戲的決策權全部都放在用戶端。但在多人遊戲中， 還必須考量到遊戲的決策權要採用哪種方式，否則便為影響遊戲的結果(陳亦 慧譯，2010)。多人遊戲的決策類型可分為兩種，遊戲邏輯寫在用戶端的，用 戶皆擁有所有資訊，這種遊戲類型稱為用戶主控型(Authoritative Client)，符合 這種標準遊戲包含象棋、西洋棋與撞球等；另一種則是將重要決策權放在伺服 器端的，稱為伺服器主控型(Authoritative Server)，大部分的即時互動遊戲，都 是採用伺服器主控型來設計。以賽車遊戲來說，當玩家都以極快速度飆車，就 無法靠所有用戶一致同意來決定每台車的位置，因此需要由伺服器來掌握車子 分布，並擔任最終結果的決策者(陳亦慧譯，2010)。

2.4 總結 回顧過去的文獻發展，早期大腦人機介面技術主要用於醫學方面，讓肢體不 方便的人士可以藉由意念控制義肢或是輪椅，這確實可以讓殘疾人士生活更加的 方便省力。隨著科技的快速發展，直到最近幾年有越來越多研究者將大腦人機介 面技術加值於新應用中。像是應用於電玩遊戲領域，在過去研究中，已有許多研 究案例將 MindSet 腦波意念耳機裝置作為電腦遊戲的設備，有別以往使用搖桿 或是滑鼠控制遊戲，使用腦波意念來玩遊戲，帶給玩家另一種新體驗。另外，鑒 於目前在多人腦波偵測研究裡，已有研究者使用Zigbee 無線傳輸技術結合 MindSet 腦波意念耳機開發「多人同步腦波評測系統」。以當前形勢現狀來分析， 目前此系統功能完善，但使用此系統需受限於一定的距離範圍限制，且此系統目 前還無法達到線上遠端即時多人偵測功能，加上以目前的研究狀況來說，較少研 究者探討多人腦波互動遊戲的架構與設計。因此，本研究以此作為系統發展的目 標，以期在所開發的系統中，能有線上多人腦波即時偵測與多人腦波互動遊戲的 功能。本研究希望能以先進的科技設備，開發多人腦波遊戲系統，以開拓新的未 來發展。

第三章 系統架構與設計

本章將分成三個部份進行探討，第一節為系統目標，將逐一說明本研究欲開 發的系統各種功能；第二節為系統運作模式，內容主要探討本研究的系統運作， 腦波資訊如何與系統進行連接與溝通等；第三節為系統分析與設計，將對本研究 所規劃的系統架構及系統功能設計作介紹；最後介紹本研究所需運用到的各種研 究工具。 3.1 系統目標 綜合第二章的文獻探討，本研究欲設計一系統，可以讓使用者在使用此系統 後，能觀測自己的腦波即時狀態，也能同時進行多人腦波即時偵測，以達到線上 遠端即時多人偵測功能。加上目前在多人腦波遊戲方面較少研究者探討，本研究 欲在系統中設計多人腦波互動遊戲，對於使用性應有實質幫助。本研究所開發的 多人腦波遊戲系統，平台連線技術是採用主從式架構(Client-Server)的方式， Socket 伺服器是使用 ElectroServer 5，用戶端平台是使用 Flash CS5 來製作，程式

語言使用ActionScript 3，本研究列出以下系統目標：

1. 提供簡易的操作環境

透過簡易的操作介面，可以讓使用者們輕易操作，容易使用，減少使用者的

負擔。

2. 提供多人腦波即時偵測功能

本系統的Socket Server 是使用 ElectroServer 5 免費版本，所以最多可以同時

有25 位使用者進入本系統。使用者只要從遠端連線就可以登入本研究所開

時狀況。 3. 提供多人腦波即時互動遊戲功能 本系統提供多人腦波即時互動遊戲，使玩家可以透過腦波意念來控制遊戲物 件。在遊戲規劃中將分為「單人練習」、「多人練習」與「雙人競賽」模式， 供玩家練習與競賽。玩家只要點選遊戲中的物件，物件就會依據玩家當前專 注(attention)或放鬆(meditation)數值產生不同的變化效果。 4. 使用者互動性高 本系統於各個房間提供多人互動聊天功能，提供文字傳遞訊息，可供玩家們 進行即時聊天交流。 3.2 系統運作模式 本研究系統運作流程為使用者先啟動 MindSet 腦波意念耳機、藍芽與

Thinkgear connector 連線設定，之後戴上耳機，透過 MindSet 傳感器將使用者的 腦波訊號擷取，並且與藍芽連接器連線，就可將腦波訊號數位化傳到個人電腦的 遊戲系統上。當使用者進入本研究所開發的系統後，Client 端會與 Server 作遠端 連線登入，Server 再將訊息傳給 Client 端，之後所有的訊息交換與同步動作都依 賴用戶將封包傳給 Server，Server 再將封包傳給各個用戶，使得用戶間可以透過 本系統，觀測多人腦波即時動態及進行多人腦波遊戲，達到多人腦波遊戲之目 的，如圖3.2-1 所示。

圖3.2-1 系統運作圖

3.3 系統分析與設計

為了能夠擷取腦波訊號，本系統採用NeuroSky 公司所提供的 API，將 MindSet

腦波意念耳機裝置與Flash 軟體作連結，並使用 ActionScript 3 撰寫軟體，為了實

現多人環境，後端伺服器則採用ElectroServer 5，本系統所設計的遊戲的決策權

則屬於用戶主控型，作為一個多人腦波遊戲系統平台。 3.3.1 系統架構

與使用者(Users)。區域指的是房間的集合，用於組織大量的房間，「多人腦波遊 戲區」即為本系統唯一一個區域，其區域內主要又分成兩個房間，分別為「大廳」 及「遊戲大廳」。遊戲大廳內有三個房間可供玩家進行遊戲，分別為「單人練習 模式」、「多人練習模式」及「雙人競賽模式」，同個房間的玩家可以互相聊天交 談，而各個房間內又有一群使用者。如圖3.3-1 所示： 圖3.3-1 系統架構圖 3.3.2 系統功能設計 本研究建置的系統功能主要規劃成「使用者登入介面」、「大廳」與「遊戲大

廳」三個部分。在使用者登入介面規劃中，分為「輸入帳號區」與「使用者登入 訊息區」。「輸入帳號區」將提供使用者登入本系統，用於使用者在系統裡所代表 的帳號名稱，使用者可自行輸入喜愛的帳號，其帳號限制7 個字元以內，使用者 只要輸入帳號即可登入系統大廳，無需經過註冊；「使用者登入訊息區」為顯示 目前使用者與系統連線的狀況。使用者登入介面其操作介面雛型如圖 3.3-2 所示： 圖3.3-2 使用者登入介面雛型 在黑名單帳號設定規劃中，本系統運用 ElectroServer 內建過濾功能，排除不 雅的帳號名單，將在伺服器端進行帳號過濾設定，把不希望出現的帳號名稱放到 黑名單裡，如圖3.3-3 過濾介面所示：

圖3.3-3 帳號過濾設定介面 在使用者登入流程規劃中，當使用者進入本系統的使用者登入介面後，倘若 使 用 者 的 耳 機 未 經 設 定 啟 動 連 線 ， 將 會 跳 出 視 窗 顯 示 「 請 啟 動 ThinkGear Connector」；倘若使用者的電腦與伺服器連線異常，在「使用者登入訊息區」會 顯示連線失敗訊息；當使用者輸入帳號後，系統將會辨識使用者的登入帳號是否 重覆、是否為系統設定的黑名單帳號以及登入人數是否超過 25 位使用者上限， 倘若發生無法登入情形，將在「使用者登入訊息區」顯示登入失敗訊息。經過系 統一連串的認證後，使用者便可使用本系統，如圖 3.3-4 為使用者登入整體流程 所示：

圖3.3-4 使用者登入流程

當使用者經過系統的登入驗證後，就會進入到本系統的「大廳」房間。在大 廳的功能規劃中劃分成「房間資訊區」、「使用者資訊區」、「輸入聊天訊息區」、「系 統訊息與玩家聊天區」與「進入遊戲大廳」區塊。「房間資訊區」即為房間清單， 用來顯示伺服器上所有使用者目前所存在的房間資訊；「使用者資訊區」即為所 有線上使用者的資訊清單，包含使用者帳號、使用者的專注值、放鬆值及意念耳 機的訊號值；「輸入聊天訊息區」則用於線上玩家們互相交談的管道；「系統訊息 與玩家聊天區」用於系統和使用者的互動與使用者和使用者之間的互動，包含使 用者登入系統的問候語、使用者進出房間狀況和使用者討論聊天的文字內容訊 息。「進入遊戲大廳」則用來協助玩家進入遊戲大廳的地方。其操作介面雛型如 圖3.3-5 所示： 圖3.3-5 系統大廳介面雛型

在遊戲大廳的功能規劃中，當使用者來到遊戲大廳，有三個遊戲室可供玩家 選擇，分別為「單人練習模式」、「多人練習模式」與「雙人競賽模式」。將滑鼠 游標移到模式面板，按下所選的模式後即可進入遊戲，如不進行遊戲，點選「離 開遊戲大廳」即可返回到大廳，在遊戲的功能規劃中，當玩家在進入遊戲前，會 有一段遊戲規則說明影片，以介紹該模式如何進行操作。其操作介面雛型如圖 3.3-6 所示： 圖3.3-6 遊戲大廳介面雛型 在「單人練習模式」的功能規劃中，主要用以訓練單個玩家的專注與放鬆遊 戲控制情形，主要將其規劃成「紅色球」、「藍色球」、「專注數值條」與「放鬆數 值條」。在遊戲的規劃中，當玩家在進入遊戲後，專注數值條與放鬆數值條為圖 形式介面，分別會顯示玩家當下的專注與放鬆狀態；玩家可以使用滑鼠點選控制 紅色球與藍色球，紅色球與藍色球便會隨著玩家當前的專注與放鬆進行飄浮，在 用滑鼠點一次球後便會停止飄浮。「使用者資訊區」會顯示目前同樣在「單人練

習模式」中的所有玩家；「輸入聊天訊息區」可以和同樣在單人練習模式中任一 個玩家進行交談；點選「離開遊戲」即可返回到大廳。其單人練習模式遊戲介面 雛型如圖3.3-7 所示： 圖3.3-7 單人練習模式遊戲介面雛型 在「多人練習模式」的功能規劃中，主要用以訓練多個玩家的專注與放鬆遊 戲控制情形，主要將其規劃成「木桶」、「藍色球」、「專注數值條」與「放鬆數值 條」。在遊戲的規劃中，可進行多人遊戲互動，當玩家在進入遊戲後，玩家可以 使用滑鼠點選木桶與藍色球，木桶會隨著玩家當前的專注進行著火燃燒，藍色球 則會隨著玩家當前的放鬆進行飄浮，在點一次後便會停止。「使用者資訊區」會 顯示目前同樣在「多人練習模式」中的所有玩家；「輸入聊天訊息區」可以和同 樣在多人練習模式中任一個玩家進行交談；點選「離開遊戲」即可返回到大廳。 其多人練習模式遊戲介面雛型如圖3.3-8 所示：

圖3.3-8 多人練習模式遊戲介面雛型 在「雙人競賽模式」的功能規劃中，將其規劃成雙人專注力競賽遊戲。在遊 戲的規劃中，玩家可進行蹺蹺板遊戲，當玩家在進入遊戲後，點選人物後便會隨 著玩家當前的專注與對手專注進行比較，人物會隨相對專注高低進而升起或下 降。「使用者資訊區」會顯示目前同樣在「雙人競賽模式」中的所有玩家；「輸入 聊天訊息區」可以和同樣在雙人競賽模式中任一個玩家進行交談；點選「離開遊 戲」即可返回到大廳。其雙人競賽模式遊戲介面雛型如圖3.3-9 所示：

圖3.3-9 雙人競賽模式遊戲介面雛型 3.4 研究工具 本研究所規劃的研究工具說明如下： 1. .MindSet 腦波意念耳機 (1) MindSet 腦波意念耳機介紹 本研究所開發的腦波遊戲系統是使用 MindSet 腦波意念耳機，為美國 1111NeuroSky 公司所推行的耳機，並使用該公司所附的藍芽裝置進行耳機與電腦 1111連線。MindSet 腦波意念耳機符合低成本、攜帶方便、適合即時分析，適合 1111開發休閒遊戲與可以長期使用等優點。因此，本研究使用 MindSet 腦波意 1111念耳機作為開發系統的工具。如圖3.4-1 MindSet 腦波意念耳機、筆記型電 1111腦與藍芽接收器所示。

圖 3.4-1 MindSet 腦波意念耳機、筆記型電腦與藍芽接收器 (2) MindSet 腦波意念耳機使用介紹 先將 MindSet 腦波意念耳機啟動，之後與藍芽裝置進行配對連線，並 且啟動ThinkGear Connector，確認連線是否正常，作為進入多人腦波遊戲 系統前的準備。之後將耳機戴在頭上，透過耳機擷取前額單點腦波訊號分析 人體的腦波，並將腦波訊號轉換成專注與放鬆數值，搭配藍芽裝置便可將資 料傳遞到本研究所開發的系統裡。 (3) 腦波的水平測量標準 腦波的專注和放鬆其測量水平規模從 1-100，其中 1 是最低的，數值越 高表示使用者處於高專注或高放鬆狀態。意念耳機訊號值為 0 表示未與意念 耳機連線，訊號值為1-99 表示有雜訊，訊號值 100 表示系統與 MindSet 腦波 意念耳機連線正常。 (4) ThinkGear Connector 介紹

ThinkGear Connector 用以連接系統程式，運行在 Windows PC 後台上，

啟動藍芽裝置與 ThinkGear Connector 後，便可在系統中讀取使用者腦波的

2. 多人腦波遊戲系統開發工具

(1) 軟體部分：ElectroServer 5、Adobe Flash CS5、MindSet AS3 API、Bluetooth

與 ThinkGear Connector。

第四章 系統實作

本章依照第三章系統架構與設計進行系統開發建置，依據系統目標及系統雛 型進行系統實作。本章將逐一進行系統展示與驗證，將實際運作情形做說明， 證明建構之雛形系統符合系統設計之內容。 4.1 系統架構設計 為了實現多人腦波遊戲系統，本研究將 MindSet、Flash 與 ElectroServer 作整 合，其系統架構模組可分成 7 個區塊，分別為「系統登入運作模式」、「使用者 列表運作模式」、「房間資訊列表運作模式」、「系統訊息與玩家聊天區運作模 式」、「單人練習運作模式」、「多人練習運作模式」、「雙人競賽運作模式」，各 運作模式說明如下： 4.1.1 系統登入運作模式

在 系 統 登 入 運 作 模 式 中 ， 主 要 分 成 ThinkGear Connector 、 Client 與 ElectroServer 三個部分，Client 負責將 ThinkGear Connector 與 Server 作連結，

並判斷 ThinkGear Connector 是否啟動。當使用者進入系統登入頁面後，首先，

系統會判斷 ThinkGear Connector 是否啟動，之後 Client 端連接伺服器的 IP 位

置與 port 向 Server 提出連線請求，一旦連線成功，使用者就可輸入帳號作登入

系統動作，輸完帳號後，Clinet 便對 Server 作登入請求，Server 將負責對使用

者帳號進行判斷，經過 Server 的驗證後，使用者就可以進入到大廳房間與其它

圖4.1-1 系統登入運作模式

4.1.2 使用者列表運作模式

在使用者列表運作模式中，主要功能為使用者列表更新以及腦波資料更

Server 提出更新資訊請求，Server 在將封包傳給每個用戶，以達到使用者列表 即時更新，當有新的使用者加入房間或是有其他使用者進出房間事件發生時， Server 就會立即更新使用者列表資訊。在腦波偵測中，首先，使用者啟動 MindSet

裝置、藍芽連接器與 Thinkgear Connetor 程式，之後戴上 MindSet 腦波意念耳

機，Client 端向 ThinkGear Connector 抓取腦波資訊，之後在將腦波資訊以字串

的方式傳給 Server，Server 在把腦波資訊傳給每台電腦上，使同個房間的使用

者可以看見彼此腦波資訊畫面，以達到多人腦波即時偵測的目的，其運作模式

如圖 4.1-2。

4.1.3 房間資訊列表運作模式

在房間資訊列表中，將會列出有使用者在裡面的房間，其運作模式主要功

能為房間資訊更新，其區塊設定為每過 500 毫秒就會不斷的接收與傳送封包，

Client 便會向 Server 提出更新資訊請求，Server 在將封包傳給每個用戶，當有 新的使用者進入大廳或是其他使用者進出房間事件發生時，Server 也會更新使 用者列表資訊，其運作模式如圖 4.1-3。 圖4.1-3 房間資訊列表運作模式 4.1.4 系統訊息與玩家聊天區運作模式 在系統訊息與玩家聊天區的運作模式中，主要功能為系統訊息更新與使用 者文字交談訊息更新。當有使用者登入系統後，Server 便會發出訊息歡迎新使 用者到來，當使用者進入或進出房間事件發生時，Server 便會發送訊息給

Client，通知有使用者進入或離開房間，當使用者進行聊天時，Client 便會向 Server 提出發送公開訊息請求，Server 就會將訊息傳給所有使用者，以達到使

用者聊天交流目的，其運作模式如圖 4.1-4。

圖4.1-4 系統訊息與玩家聊天區運作模式

4.1.5 單人練習運作模式

從大廳要進入遊戲大廳，Client 端會先向 Server 提出 LeaveRoomRequest

請求，這個請求會讓你離開大廳，之後再提出 CreatRoomRequest 請求用來建立

遊戲大廳，在遊戲大廳有三個房間模式可供玩家選擇，在單人練習模式中，玩 家可控制物件為紅球與藍球，當使用者使用滑鼠點擊紅球或藍球後，便會進行

滑鼠按下球的次數事件判斷，點擊次數為奇數次時，Client 會向 Thinkgear

依使用者不同的專注與放鬆值分成 10 個階段，數值分別為 1 到 10、11 到 20…

至 91 到 100，進行球的飄起或下降，點擊球的次數為偶數次時，則球將停止運

作。而點選離開遊戲後便會回到大廳，如圖 4.1-5。

4.1.6 多人練習運作模式

在多人練習模式中，其與單人練習模式大同小異，差別在於資料同步的有 無，在多人練習模式玩家可控制物件為藍球和木桶，使用者使用滑鼠點擊藍球

或木桶的次數將會傳給 Server，以作多使用者控制藍球與木桶的判斷。一旦玩

家按下球或木桶，Client 端將從 Thinkgear Connector 抓取腦波訊號，依玩家當 前的專注或放鬆進行循環迴圈物件動作判斷，進行藍球的飄動與木桶燃燒。而

在木桶與藍球的運作中，Client 會以字串類型發送封包給 Server，之後每間隔

0.5 秒，Client 便會與 Server 進行持續性的資料交換，以達到物件同步運作的效

圖4.1-6 多人練習運作模式 4.1.7 雙人競賽運作模式

在雙人競賽模式中，其具備多人練習模式資料同步特點，玩家使用滑鼠點 選人物後，便開始抓取腦波訊號，依使用者當前的專注與玩家進行專注競賽，

Clint 與 Server 會以字串方式進行封包交換，以達到同步競賽效果。如圖 4.1-7。

4.2 系統展示 本研究所發展出來的多人腦波遊戲系統中，使用者操作流程為使用者進入登 入頁面後，經過系統的登入驗證後便來到大廳，之後進入遊戲大廳選擇遊戲模式 就可進入遊戲，遊戲結束便會返回到大廳，如圖4.2-1 所示： 圖4.2-1 使用者操作流程展示 4.2.1 使用者登入驗證展示 在「使用者登入介面」中，為使用者對系統的登入驗證。在此，將逐一展示

使用者登入系統的驗證過程情形。當用戶端登入多人腦波遊戲系統後，倘若使用

者尚未啟動 Thinkgear Connector，系統便會跳出視窗顯示請啟動 Thinkgear

Connector，使用者點選關閉按鈕後便可離開系統，待啟動 Thinkgear Connector

重新進入系統後，提示訊息視窗便會關閉，如圖4.2-2 所示：

圖4.2-2 使用者尚未啟動 Thinkgear Connector 展示

在「使用者登入介面」中，當使用者已啟動 Thinkgear Connector 後，倘若使

用者電腦網路沒有連線或系統與伺服器斷線，在「使用者登入訊息區塊」會顯示

圖4.2-3 系統連線失敗展示

在使用者登入介面中，倘若使用者已啟動 Thinkgear Connector 以及用戶端與

系統連線正常時，「使用者登入訊息區塊」會顯示「系統與伺服器連線成功」，如

圖4.2-4 所示：

在使用者登入介面中，當使用者已經啟動 Thinkgear Connector 以及用戶端與 系統連線皆正常時，倘若使用者輸入的帳號與線上使用者者帳號有所重複，「使 用者登入訊息區」會顯示「使用者登入失敗」，如圖4.2-5 所示： 圖4.2-5 使用者帳號重複系統登入失敗展示 在使用者登入介面中，當使用者啟動 Thinkgear Connector 以及用戶端與系統 連線正常時，倘若使用者輸入的帳號為系統所設定的黑名單，「使用者登入訊息 區」會顯示「使用者登入失敗」，如圖4.2-6 所示：

圖4.2-6 使用者帳號為黑名單登入失敗展示

4.2.2 大廳展示

當使用者經過一連串的登入驗證後，將會進入系統大廳，使用者初次進入大 廳將在「系統訊息與玩家聊天區」會顯示「歡迎使用者來到多人腦波遊戲系統

^_^」，此後有使用者進入或進出房間都會在「系統訊息與玩家聊天區」顯示訊息。

在此系統中，利用多人連線技術，Client 端將資料傳送給 Server 端，Server 端將 資料傳給每個使用者，使所有使用者可以透過「使用者列表區塊」，觀測到線上

每ㄧ位使用者的專注與放鬆即時狀況，和使用者的MindSet 腦波意念耳機訊號接

收是否正常，從而達到多人腦波即時觀測的目的。如圖 4.2-7 系統大廳介面展示

圖4.2-7 系統大廳介面展示 本系統的房間資訊皆採取動態式管理，當房間中使用者人數為 0 時，此房間 將會關閉，在「房間資訊區」只顯示目前所開啟的房間。「進入遊戲大廳」按鈕 則可以進入本系統所建置的腦波遊戲大廳：最下方的「輸入聊天訊息區」供使用 者進行多人即時聊天，輸出的訊息會進行同步，意即有任一使用者發佈訊息，其 餘使用者亦會馬上更新資訊，更新資訊將顯示於「系統訊息與玩家聊天區」，但 是使用者必須都在同個房間才能接受到雙方聊天的訊息。如圖 4.2-8 系統聊天功 能展示所示：

圖4.2-8 系統聊天功能展示 使用者進入到遊戲大廳，遊戲大廳將提供三種遊戲模式供玩家選擇，分別 為「單人練習模式」 當 、「多人練習模式」與「雙人競賽模式」，使用者點選遊戲模 式面板即可進入遊戲，點選「返回大廳」則會返回到大廳。如圖 4.2-9 遊戲大廳 介面展示：

圖4.2-9 遊戲大廳介面展示

4.2.3 單人練習模式展示

當使用者進入到「單人練習模式」，會有一段遊戲操作說明影片，用以介紹 遊戲操作相關知識，待使用者點選確定後，即可進入「單人練習模式」遊戲，如

圖4.2-10 單人練習模式遊戲說明展示 進到「單人練習模式」遊戲後，專注數值條與放鬆數值條會顯示使用者當前 的專注與放鬆狀態，使用者可以使用滑鼠將球點擊，被點選到的球皆會散發出光 暈，表示使用者正在控制這個物件，在點選一次即可停止控制，紅色球被點選便 到會隨著使用者的專注力數值高低進行飄浮，使用者越專注，紅色球就會飄浮的 越高，藍色球則會隨著使用者的放鬆數值高低進行飄浮，使用者越放鬆，藍色球 就會飄浮的越高，以達到單人專注與放鬆之測試與學習目的，使用者還可以與同 樣在「單人練習模式」的玩家們進行聊天，如圖4.2-11所示：

圖4.2-11 單人練習模式展示

4.2.4 多人練習模式展示

當使用者進入到「多人練習模式」，會有一段遊戲操作說明影片，用以介紹 遊戲操作相關知識，待使用者點選確定後，即可進入「多人練習模式」遊戲，如 圖4.2-12所示：

圖4.2-12 多人練習模式遊戲說明展示 進到「多人練習模式」遊戲後，專注數值條與放鬆數值條會顯示使用者當前 的專注與放鬆狀態，使用者可以使用滑鼠將木桶或球點選，被點選到的木桶或球 便會散發出光暈，表示使用者正在控制這個物件，在點選一次即可停止控制，木 桶被點選到便會隨著使用者的專注力數值高低進行著火燃燒，使用者越專注，木 桶的火勢就會越大，藍色球則會隨著使用者的放鬆數值高低進行飄浮，使用者越 放鬆，藍色球就會飄浮的越高，其他使用者點選的物件也會進行同步更新，以達 到多人專注與放鬆之測試與學習目的，使用者還可以與同樣在「多人練習模式」 的玩家們進行聊天，如圖4.2-13所示：

圖4.2-13 多人練習模式展示

4.2.5 雙人競賽模式展示

當使用者進入到「雙人競賽模式」，會有一段遊戲操作說明影片，用以介紹 遊戲操作相關知識，待使用者點選確定後，即可進入「雙人競賽模式」遊戲，如 圖4.2-14所示：

圖4.2-14 雙人競賽模式遊戲說明展示 進到「雙人競賽模式」遊戲，人物上方的專注數值條為顯示使用者控制下方 人物的當前專注狀態，使用者可以使用滑鼠將人物點選，被點選到的人物便會散 發出光暈，表示使用者正在控制這個物件，在點擊人物一次後即可停止控制，被 點選到人物會隨著使用者的專注力數值高低與另一玩家專注數值高低進行比 較，當使用者比對方還專注時人物便會下降，反之亦然。使用者點選的人物會進 行同步更新，以達到雙人專注競賽的目的，使用者還可以與同樣在「多人練習模 式」的玩家們進行聊天，如圖4.2-15所示：

圖 4.2-15 雙人競賽模式展示 4.3 系統價值與研究貢獻 本研究的目的旨在將大腦人機介面裝置作為遊戲設備，將其運用於多人遊戲 上。在過去的腦波研究中，主要都是進行單機腦波處理，即便是有多人的腦波系 統開發出現，亦只能受限於Zigbee接收盒與Zigbee接收器接受範圍的限制。因此， 本研究分析目前「Zigbee多人同步腦波評測系統」優缺點，根據這些優缺點加以 改善，並提出新的多人腦波系統機制。本研究主要在系統開發貢獻與價值如下所 述: 1. 首先，為了解決「Zigbee多人同步腦波評測系統」無法進行遠端多人腦波即 時偵測的問題，本研究提出一個以主從式架構的方法，結合大腦人機介面裝 置、多人連線等技術，改善以往無法進行遠端多人即時腦波偵測的缺點，本 研究所開發的系統，使用者不論在何地，只要戴上Mindset腦波意念耳機，並

在電腦插入USB藍芽裝置，以及完成藍芽與Thinkgear Connector連線設定， 使用者就可透過網路連線，登入本研究所開發的系統，在多人腦波偵測中， 使用者便可以觀測到自己與他人的專注和放鬆即時動態。 2. 其次，本系統提供多人腦波互動遊戲，使用者可以依不同的模式進行腦波遊 戲的練習與競賽，有別以往的單機腦波遊戲，本系統使用多人連線技術將單 人遊戲擴展至多人練習與雙人競賽遊戲。在多人練習模式中，將提供多使用 者可以用意念來控制遊戲中的物件，使用者可以自己練習或是觀賞它人使用 專注或放鬆來遊戲。而在雙人競賽模式中，使用者還可以進行雙人專注競賽 遊戲，藉以達到線上使用者即時腦波遊戲互動，當中還可同時進行文字訊息 的傳遞，達到線上使用者另一種互動方式。 3. 最後，配合本系統的完成，未來可進一步使用於多人遊戲、多人心理評測等 多個領域。雖然目前大腦人機介面遊戲尚未普及，但已經有越來越多研究者 將之運用於遊戲，使得遊戲更具人性化以及更有趣，普及指日可待，相信能 藉此開創數位遊戲產業無限新商機。

第五章 結論與建議

5.1 結論 為實現多人腦波遊戲系統，本研究提出了一個可行的解決方案。在這個方案 中，嘗試整合MindSet腦波意念耳機、Flash與Electroserver伺服器於系統平臺，採 用這個方式可以讓多人腦波即時偵測與多人腦波遊戲得以實現，並作出以下幾點 結論： 1. 本研究建構一套多人腦波遊戲系統，其主要特色為本系統偵測的腦波資料不 只是個人偵測，而是群體多人偵測，使用者只要戴上Mindset腦波意念耳機進 入本研究所開發的系統後，就可以觀測多人腦波專注與放鬆的即時動態。 2. 本研究設計的腦波互動遊戲，遊戲的模式從基本的「單人練習」模式，擴展 出可供多人線上即時互動的「多人練習」與「雙人競賽」模式，配合使用者 當前的腦波狀態，可供多使用者學習及練習專注和放鬆，使用者還可在練習 完後，進行雙人專注競賽遊戲。 5.2 系統修正建議 本研究所建置多人腦波遊戲系統雖突破以往研究之種種限制，但未來改善的 空間還很大，要建立多人腦波遊戲系統是一件浩大的工程，由於受限於人力與技 術，未能對此系統有進ㄧ步的規劃，在此歸納出未來系統修正建議，以供日後研 究之參考： 1. 在多人腦波偵測方面修正建議中，未來研究重點可以針對如何將多人腦波資 料進行紀錄與分析，可供學術界作教育訓練或心理輔導等研究，以提升實驗 效率和控制環境等因素。 2. 在多人腦波遊戲方面修正建議中，目前已經可以將腦波擷取的專注與放鬆數 值，當作遊戲的參數值，但是要如何將腦波遊戲更具人性化，如何將腦波遊

戲更有創意呈現，是未來重要的發展議題。未來在多人腦波遊戲研究還可結 合資料庫供使用者帳號的註冊、紀錄使用者腦波資訊與遊戲資訊等情形，並 且可以擴充外掛程式加強伺服器的功能，用以管理物件和處理遊戲邏輯判斷 等功能，使得遊戲更完整。 5.3. 後續研究建議 1. 對於多人腦波遊戲的後續研究建議，未來研究者可以嘗試結合不同媒介平台 ，使腦波遊戲發展更有娛樂性及擴展性，像是結合手機遊戲、掌上型遊戲、 網頁遊戲或是Kinect 體感遊戲機等，研究者可針對不同平台開發多人腦波遊 戲，或是整合其它互動裝置，以開拓新的未來發展。 2.. 腦波遊戲方面，未來研究者可以進行實際問卷調查，蒐集使用者資料，了解 使用者對於腦波遊戲的想法與需求，未來研究還可多面向探討，可考量將腦 波遊戲應用於數位學習、或是應用於其它不同領域，以發揮腦波遊戲的不同 效益。

參考文獻

一、中文文獻 大寶科技有限公司(2010)。腦波意念耳機。2011年6月21日取自： http://www.alchemybrainwave.com/product.php 方振隆(2004)。以腦波控制之主動式義手。國立成功大學機械工程學系碩士論 文。 王淨文(2011)。大腦產生意念嗎？。2011年5月15日取自： http://mag.epochtimes.com/b5/209/8950.htm 施明志(2006)。應用於人腦電腦介面之主動式手部輔具。國立成功大學機械工程 學系碩士論文。 孫釜源(2007)。應用傅立葉轉換於腦機介面之游標控制。國立台南大學數位學習 科技系碩士論文 張蓺英、林灶生、 張韶芹、劉崇志、陳國志、楊文鎮（2009）。植基於無線腦波 儀之心境模式判讀與應用。第17 屆模糊理論及其應用研討會。 許育財(2008)。多通道腦電波量測系統之研製。國立台灣師範大學機電科技學系 碩士論文。 陳亦慧譯(2010)。ActionScript多人互動遊戲與虛擬世界製作。台北市：上奇資 訊股份有限公司。 陳怡文(2010)。台灣上網人口與行為調查。數位時代，190，46-47。 陳怡岑(2005)。運動想像腦電波之連續式判別。國立交通大學資訊工程學系碩士 論文。 楊傑綸(2009)。多人互動購物商務系統架構設計與運作模式探究。國立台中教育 大學數位內容科技學系碩士論文。

劉勇均(2004)。應用於指動偵測之腦波訊號分析系統。國立成功大學資訊工程學

系碩士論文。

二、英文文獻

Adobe(2011).Adobe Flash Player.2011/07/22 Retrieved from http://www.adobe.com/products/flashplayer/

Adobe(2011).Adobe flash media interactive server4. 2011/07/22 Retrieved from http://www.adobe.com/products/flashmediainteractive/

Crowley, K., Sliney, A., Pitt, I., Murphy, D.(2010) . Evaluating a brain-computer interface to categorise human emotional response. Advanced Learning

Technologies (ICALT), IEEE 10th International Conference on Advanced

Learning Technologies (ICALT), 276 – 278.

ElectroServer (2011). ElectroSerrver5.2011/06/18 Retrieved from http://www.electrotank.com/es5.html.

Haapalainen, E., Kim, S., Jodi, F. F & Anind, K. D(2010). Psycho-physiological measures for assessing cognitive load. ACM International Conference on

Ubiquitous Computing. 301-310.doi：10.1145/1864349.1864395

Ko,M., Bae,K., Oh,G., & Ryu,T. (2009). A study on new gameplay based

on .brain-computer interface. Journal of Korea Game Society, 9(6), DiGRA2009, 123-131.

Kim, K.H., Park, J.Y., Kim, D.Y., Moon, H.I., and Chun, H.C. (2002),

E-lifestyle and Motives to Use Online Games, Irish Marketing Review, 15(2), 71-77.

CA.

NeuroSky(2011). Research. 2011/07/22 Retrieved from http://neurosky.com/Academics/Research.aspx

NeuroSky(2011). Thinkgear Chipsets. 2011/07/06 Retrieved from

http://neurosky.com/Business/ThinkGearChipsets.aspx

NeuroSky Developer(2011). Thinkgear Connector. 2011/07/22 Retrieved from http://developer.neurosky.com/docs/doku.php?id=thinkgear_connector_tgc

O’Hara,K., Sellen,A., Harper,R. (2011). Embodiment in brain-computer interaction.

Retrieved from http://research.microsoft.com/apps/pubs/default.aspx?id=144354. Pfurtscheller,G., Guger,C., Müller,G., Krausz, G., & Neuper,C.(2000). Brain

oscillations ontrol hand orthosis in a tetraplegic. Neuroscience letters, 292,

211-214.

Red5(2011).Red5. 2011/07/22 Retrieved from http://www.red5.org/

Ryu,T.(2010). Maum: Exploring immersive gameplay with emerging user

interface devices. A thesis presented to the faculty of the USC school of

cinematic arts university of southern california in partial fulfillment of the

requirements for the degree master of fine arts.

SmartfoxServer (2011). Product overview. 2011/07/22 Retrieved from http://www.smartfoxserver.com/overview.php

Union(2011). Union Platform. 2011/07/22. Retrieved from http://www.unionplatform.com/

Wolpaw, J. R., Birbaumer, N., Heetderks, W. J., McFarland, D. J., Peckham, P. H.,

Schalk, G., Donchin, E., Quatrano, L. A., Robinson, C. J., & Vaughn, T. M.

meeting. IEEE transactions on rehabilitation engineering, 8(2), 164-173. Wolpaw, J. R., Birbaumer, N., McFarland, D. J., Pfurtscheller G., & Vaughan, T. M.

(2002). Brain-computer interface for communication and control. Clinical

Neurophysiology, 113, 767-791.

Yoh, M.S., Kwon, J., Kim, S. (2010). NeuroWander: A BCI game in the form of