國立臺東大學美術產業碩士學位 在職進修專班碩士論文
擴增實境技術應用於虛擬校園導覽系統
－ 以國立臺東大學之人文學院為例
研 究 生 ： 趙雅玲 指導教授 ： 施能木
中華民國一○○年六月
謝誌
過去兩年的碩士生涯，讓我獲益良多。自從大學畢業到職場工作 後，面臨工作上重重挑戰，回頭看著自己在大學時期沒能好好努力，
總是得經由工作強迫我們提升自己的專業技能。十年後，回到學校再 當學生，在校園內遇到了眾多師長，每位師長的學養一再的給了我當 頭棒喝，學無止境，能回來重新當學生真好！
本論文得以完成，尤其要感謝指導老師 施能木教授，從老師答 應指導論文開始，花了很多時間在我們的論文方向，不斷的交談過程 中，慢慢的引導我們聚焦為論文的成果。老師除了讓我學習到做論文 的態度和精神，其他各方面都給予很多的啟發，獲益良多，謝謝老師。
感謝 謝昆霖教授、曾介宏教授從論文的書審以來，每個建議都 一語中的，直接點出論文的核心問題，更給予學生正確的解決方案，
使得本論文可以順利完成、可以更充實。感謝所有老師的認真指導，
才 能順利完成研究所的課業。
感謝王振民、鄭宜真、房東媽媽，在我整個研究所生涯中，無條 件的給予我多方面的支持與協助，點滴在心頭，我由衷地真心感謝你 們三位。
感謝冠良、郁芳、芳純、家豪、阿桂、偉強以及其他同學、朋友、
以及我在工作上的伙伴們，在研究所的就學過程中，處處所給予的鼓 勵和支持，我是很感動的，謝謝你們。還有很多人的協助，謝謝你們。
感謝我的父親、母親自小對我的教養，以及妹妹、弟弟的支持協 助，才能順利完成本論文，很開心的將這個小小成果和你們分享。
趙雅玲 謹誌 國立臺東大學美術產業研究所
中華民國一○○年六月
中文摘要
擴增實境是一種更貼近我們生活的科技技術，讓我們能夠以更真 實的方式來接觸各種虛擬感官訊息，所以，目前已經有越來越多的擴 真實境應用出現。我國『財團法人資訊工業策進會』為了讓擴增實境 技術能夠被廣泛運用到各類不同產業中，也逐漸舉辦相關活動來為民 眾展示擴增實境的魅力，例如傢俱目錄變成3D 立體傢俱、2D 明信 片變成3D 實景等。觀看現行普遍的虛擬校園導覽系統，大部分是透 過用平面圖或文字來向使用者指示相關校園位置資訊，並採用印刷品 或網站形式來呈現這些平面圖及文字為主途徑。為了讓使用者對校園 環境有更具體的了解，部分校園則採用虛擬實境技術來提供更具象的 3D 校園樣貌。本研究之目的是希望把擴增實境技術應用至虛擬校園 導覽系統，除了同樣可以提供3D 校園導覽之外，更期許可以提供另 一種更直覺的方式來讓使用者操作虛擬內容，提供另一種即時的互動 方式來導覽校園建築或環境，並增加導覽過程的趣味性，讓使用者透 過擴增實境技術能夠以簡單且更真實具象的導覽過程來對校園環境 得到更多的瞭解。為瞭解研究相關成效，本研究會針對使用本擴增實 境虛擬校園導覽系統之使用意見進行相關調查與討論，發現普遍大部 分使用者對本系統皆有正向的使用感受回饋，表示將擴增實境技術應 用於虛擬校園導覽系統之可行性是很高的。
關鍵詞：擴增實境、虛擬實境、校園導覽。
Abstract
Augmented Reality is a kind of technology which provides a kind of displaying and operating way that is much more familiar to that of our daily life.
It allows us to interact with every virtual message through a more real way.
Thus, more and more applications on Augmented Reality occur recently. In order to promote the technology of Augmented Reality around different industries for more applications, the organization “Institute for Information Industry” of our country gradually holds related activities for public, to show off the magic of Augmented Reality. For example, such as, a furniture catalog becomes a 3D-furniture, a 2D post card becomes a 3D real-like building.
Reviewing the recent ordinary virtual campus guidance systems, most of them just make use of the floor plane or words to provide indication of campus related location information for users. And the forms of printed matter or web sites are the most popular way being used to display these floor plane and words. In order to let users being able to have a more concrete understanding about the environment of the campus, some campus choose to use the technology of Virtual Reality in providing the concrete 3D appearance of the campus. The purpose of this research is to evaluate Augmented Reality application on virtual campus guidance system. Besides providing a 3D-campus guidance, this research expects the application will provide a more instinctive way in operating the virtual contents, in order to give another kind of instance interactive way while visiting the building or environment of the campus virtually. Moreover, this more simple and figurative guidance process may add fun. And all these make users being able to get more understandings about the campus environment. For realizing the effectiveness of this research, the survey on satisfaction of using this system proceeded and discussed. And most of the users have positive feedback on this. It means that the feasibility of Augmented Reality application on virtual campus guidance system is so remarkable.
Keywords: Augment Reality, Virtual Reality, Campus Guidance
目錄
中文摘要 ... i
Abstract ... iii
目錄 ... v
表目錄 ...vii
圖目錄 ... viii
第一章 緒論 ... 1
第一節 研究動機 ... 1
第二節 研究目的與問題 ... 2
第三節 名詞釋義 ... 3
第四節 研究範圍與限制 ... 4
第二章 文獻探討 ... 7
第一節 擴增實境的技術 ... 7
第二節 擴增實境技術的應用實例 ... 19
第三節 校園導覽 ... 34
第三章 研究方法與實施 ... 49
第一節 研究架構 ... 49
第二節 研究方法 ... 50
第三節 研究工具 ... 52
第四節 研究對象 ... 56
第五節 研究流程 ... 57
第四章 研究分析與結果 ... 61
第一節 系統之需求分析 ... 61
第二節 系統之介面與功能規劃 ... 74
第三節 系統實作與測試 ... 83
第四節 使用意見分析 ... 109
第五節 研究結果與討論 ... 120
第五章 結論與建議... 123
第一節 研究結論 ... 123
第二節 研究建議 ... 126
參考文獻 ... 129
附錄一 ... 133
附錄二 ... 135
表目錄
表 1 重要擴增實境研討會成立資料 ... 11
表 2 網路各類校園導覽平台比較表 ... 35
表 3 虛擬實境的分類方式 ... 38
表 4 影像式虛擬實境校園導覽網站 ... 41
表 7 隔間基本資料表 ... 75
表 5 硬體需求規格表 ... 84
表 8 五種隔間分類之各個位置與數量統計表 ... 91
表 9 各層模型內容 ... 92
表 14 受試者對「感覺導覽內容呈現方式不錯」的看法 ... 112
表 15 受試者對「喜歡介面設計方式」的看法 ... 112
表 16 受試者對「是否有助瞭解空間位置」的看法 ... 113
表 17 受試者對「是否容易進行校園導覽」的看法 ... 113
表 18 受試者對「可以很快學會使用介面功能」的看法 ... 114
表 19 受試者對「系統回饋流暢程度」的看法 ... 114
表 20 受試者對「操作中遭遇許多困難與錯誤」的看法 ... 115
表 21 受試者對「操作錯誤次數是可以忍受」的看法 ... 115
表 22 受試者對「系統是具有易用特性」的看法 ... 116
表 23 受試者對「互動內容是有趣」的看法 ... 116
表 24 受試者對「操作圖卡的即時互動方式是有趣」的看法 ... 117
表 25 受試者對「使用本系統是感到滿意」的看法 ... 117
圖目錄
圖 1 真實與虛擬的連續譜 ... 8
圖 2 Adidas 球鞋的虛擬 3D 動畫被置入到真實的環境 ... 9
圖 3 現場 Knightmare 遊戲競賽者被置入到電腦虛擬環境 ... 9
圖 4 鼠來寶電影中的 3D 虛擬花栗鼠與真實演員共同演出 ... 10
圖 5 把傢俱目錄書變成 3D 立體傢俱 ... 13
圖 6 把 2D 明信片變成 3D 實景 ... 13
圖 7 螢幕上的戰機正隨著可口可樂的瓶子而移動 ... 17
圖 8 AR 應用於腦部手術 ... 19
圖 9 擴增實境使工業維護工作可以形象化 ... 20
圖 10 運用擴增實境在核能發電機器設備上的維修工作 ... 20
圖 11 以擴增實境作為專業職訓工具 ... 21
圖 12 運用擴增實境進行桌上型電腦組裝維修訓練 ... 21
圖 13 運用擴增實境呈現其鋼骨支架的結構 ... 22
圖 14 運用擴增實境來進行城巿規劃設計 ... 22
圖 15 運用擴增實境來展示整個建築的室內外設計內容 ... 23
圖 16 透過 PromoPad 來實現擴增實境的行銷應用 ... 24
圖 17 透過擴增實境來再現希拉神殿和古代競技場的原貌 ... 25
圖 18 運用擴增實境的 Neon Racer 遊戲 ... 26
圖 19 運用擴增實境的 EyePet 遊戲 ... 27
圖 20 PhysicsPlayground 利用擴增實境來進行物理學習 ... 28
圖 21 Magic Book 的擴增實境媒介應用 ... 29
圖 22 互動遊戲書 ... 30
圖 23 ARCHEOGUIDE 計劃中所使用之裝備 ... 31
圖 24 AT&T 實驗室研發擴增實境導覽裝備與 HMD 顯示畫面 ... 31
圖 25 AT&T 實驗室研發擴增實境導覽所使用之 PDA 裝備 ... 32
圖 26 利用平板電腦來進行博物館導覽 ... 32
圖 27 虛擬攝影棚節目 ... 39
圖 28 投影式虛擬實境系統 ... 39
圖 29 A320 全動模擬機 ... 39
圖 30 飛行模擬器駕駛艙內部 ... 40
圖 31 混合式虛擬實境 ... 40
圖 32 人文學院校園建築外觀 ... 42
圖 33 人文學院建築因應空氣對流而設計的造型概念圖 ... 42
圖 34 人文學院一樓及二樓的主要及次要進出口指示圖 ... 43
圖 35 人文學院各樓層大走廊樓梯分佈圖 ... 43
圖 36 人文學院正門入口附近之導覽立牌 ... 44
圖 37 電梯旁之導覽地圖與各處文字指示牌 ... 45
圖 38 國立臺東大學知本校區的校園地圖 ... 45
圖 39：本系統之研究架構 ... 49
圖 40 雛形開發法之實施圖 ... 51
圖 41 本系統之研究流程 ... 57
圖 42 師範、人文及理工學院大學一年級新生之抽樣人數比例 ... 64
圖 43 「空間位置是容易被尋找」同意人數百分比 ... 65
圖 44 「空間位置是容易以口述表達」同意人數百分比 ... 66
圖 45 「空間位置難以尋找與建築構造有關」同意人數百分比 ... 67
圖 46 「具 3D 校園模型能更有效輔助導覽」同意人數百分比 .... 68
圖 47 「以卡片取代建盤滑鼠來操控感興趣」同意人數百分比 ... 69
圖 48 「希望校園導覽系統提供分層導覽」同意人數百分比 ... 69
圖 49 「希望加入影音多媒體內容」同意人數百分比 ... 70
圖 50 「希望加入影音多媒體內容」同意人數百分比 ... 71
圖 51 本研究對人文學院之區域劃分 ... 74
圖 52 擴增實境校園導覽系統之各個介面設計 ... 76
圖 53 圖卡對應的 3D 模型出現 ... 77
圖 54 剪影播放畫面的放置位置 ... 77
圖 55 本系統之硬體架構規劃 ... 83
圖 56 利用 SketchUp 軟體建立長方體 ... 86
圖 57 擴增實境系統建置內容 ... 88
圖 58 單一模型匯入 Quest3D 軟體後之結果 ... 94
圖 59 設定模型位置、方向及大小的 Motion 模組 ... 94
圖 60 六組模型的基本 3D 設定 ... 95
圖 61 擴增實境模組之主要環境架構 ... 96
圖 62 在 Quest3D 中各個與介面內容有關之設定項目 ... 98
圖 63 按鈕邏輯判斷組成程式 ... 98
圖 64 按鈕介面的存放處 ... 99
圖 65 圖卡之繪製內容 ... 100
圖 66 本系統之運作流程架構 ... 102
圖 67 印有辨識圖之圖型硬卡紙後方接有小木棒 ... 102
圖 69 99 學年度各學院大學一年級學生之總人數統計 ... 110
圖 70 抽樣學生比例圖形圖 ... 111
圖 71 性別比例圖形圖 ... 111
第一章 緒論
本章共分四節，第一節敘述本研究之動機，並於第二節擬定本研 究之研究目的和待答問題，而第三節則會對本研究之相關名詞作解 釋，最後於第四節針對本研究之範圍及限制進行相關說明。
第一節 研究動機
電腦科技的進步，已經讓電腦擁有可以模擬出我們人類多種感官 的機制，特別是在視覺、聽覺和觸覺這三方面的感受，而虛擬實境
（Virtual Reality，簡稱 VR）就是一門包含了所有能夠處理這些感官 科技的整合技術，它讓我們可以走進電腦的世界裡，並且可以操作它 裡面的事物。而近十年來，另一門新興概念與技術─擴增實境
（Augmented Reality，簡稱 AR）也開始掘起，它與虛擬實境的不同 之處是在於，它讓我們不需要走進電腦的世界裡，就可以接受到它的 各種感官訊息，並且可以操縱它們。
因此，擴增實境是一種更貼近我們生活的科技技術，讓我們能夠 以更真實的方式來接觸各種虛擬感官訊息，所以，目前已經有越來越 多的擴真實境應用出現。根據Johnson 等人（2010）針對擴增實境 的產值分析報告，指出擴增實境的產值將會從2010 年的兩百萬美元，
提升到2014 年四億美元的驚人成長。因此，我們可以預見擴增實境 技術在未來的應用範圍將會蓬勃發展。
觀看目前台灣各大專院校對其校園之虛擬導覽模式，大部份校園 都是採用校園平面圖或照片，加上文字敍述，再透過紙張或看板或網 頁來為到訪者做介紹或指引。但隨著多媒體製作和虛擬實境的技術越 來越成熟，現在也開始有越來越多的校園，想透過播放影片或動畫、
使用者可以自由在3D 虛擬校園裡遊走的模式是使用者較為期待的導 覽模式，因為它可以提供更大的觀看自由度和互動能力。可惜的是，
在這種技術架構下的導覽模式，其背後的建置成本和執行效果，到目 前為止都不是很理想；更重要的是，虛擬實境的操作介面缺乏親和性，
對不諳電腦和其週邊裝置操作的使用者而言，它是很難感受到虛擬實 境導覽的好處。
在近年來，擴增實境在導覽戶外環境或室內環境的應用上，雖然 已經開始積極投入，但是其大部份的投入和發展方向都是屬於行動式 的現場導覽應用，即使用者只需要利用手機等行動裝置在現場遊走，
就可以取得豐富的導覽資訊。不過，由於普遍的行動裝置顯示畫面範 圍都很小，難以對校園的整個環境作完整及清楚的展示；而且，它是 需要使用者邊走邊看才可以知道環境的額外資訊，這種形式的導覽效 率並不高。
本研究則希望開發擴增實境在校園導覽上的另一種應用形式，以 盼望未來的虛擬校園導覽系統，除了具有與虛擬實境同等效能的三維 觀看自由度和互動能力之外，也能夠同時具有與普通校園平面圖或照 片印刷品一樣便利的使用方式。
第二節 研究目的與問題
依據以上的研究動機來擬定本研究目的與待答問題，其內容敍述 如下：
一、研究目的
（一）探討擴增實境目前可行的互動應用技術。
（二）運用擴增實境技術，建構具互動性的虛擬校園導覽系統。
二、待答問題
（一）擴增實境的應用原理及方式有哪些？它能夠產生的互動方式 有哪些？
（二）擴增實境的應用實例有哪些？
（三）擴增實境應用在導覽上的方式有哪些？
（四）目前虛擬校園導覽的呈現方式有哪些？
（五）可適用於國立臺東大學人文學院的校園導覽方式為何？
（六）使用者對本研究之擴增實境虛擬校園導覽系統的使用意見為 何？
第三節 名詞釋義
本研究旨在探討擴增實境對虛擬校園導覽的應用，因此將針對下 列名詞作解釋，以利界定研究相關名詞的定義。
一、擴增實境
擴增實境（Augmented Reality，簡稱 AR）是可以將「虛擬」
和「真實」進行結合的一種技術。它可以製造出一種環境，讓使 用者除了感知到由電腦產生的虛擬物體之外，還可以感知到使用 者所身處在的真實世界。它讓使用者透過所有感官，可以感受到 虛擬物體和真實物體是共同存在於相同的空間裡。因此，擴增實 境的概念是適用於任何感官（Azuma，1997）。
本研究所指的擴增實境，是針對利用視覺感知，即透過經電腦 繪製後的虛擬影像，與現場即時的真實環境影像進行結合；在一 個以電腦螢幕輸出為基礎的系統架構中，藉由操作實物來與虛擬 物體互動，以讓使用者感受到虛擬物體很像是真的存在於使用者 的現場環境裡的一種技術。
二、虛擬校園導覽系統
針對校園形態的導覽系統分成兩類，第一類是導覽真實校園的 導覽系統，主要是透過實地遊走真實的校園而取得導覽資訊；第 二類是導覽虛擬校園的導覽系統，主要是透過操作虛擬的校園而 取得導覽資訊。本研究所指的虛擬校園導覽系統，是指該系統可 以讓使用者透過操作校園的虛擬模型或影像，來對使用者產生相 應的指引以作回饋，讓不熟悉校園環境的使用者，或者想要知道 更多校園環境訊息的使用者，能夠透過這樣的系統來取得導覽功 效。
第四節 研究範圍與限制
由於校園的環境規模差距甚大，小則可能只是一座大樓，例如：
臺北市立西松高中（佔地約共1.7 公頃）；大則可能像國立臺灣大學校 總區（佔地約共108 公頃）這麼大的校園範圍，造成校園的虛擬導覽 系統在功能上或導覽模式上也會有很大的差異。因此，本節將說明本 研究的範圍及限制。
一、研究範圍
基於上述研究目的，本研究將針對導覽題材、導覽內容、使用 對象、硬體設備及軟體方面說明相關研究範圍，其內容敍述如下：
（一）導覽題材方面：在本研究之擴增實境虛擬校園導覽系統的導 覽題材方面，國立臺東大學共有兩個校區，分別是臺東校區 和知本校區，每個校區的佔地和建築數也不少。基於研究人 力及研究時間的不足，無法建構整個國立臺東大學的校園模 型，因此，本研究的導覽內容範圍，只限於國立臺東大學知 本校區的人文學院大樓，其中不包含演藝廳的建築物。
（二）導覽內容方面：在本系統的導覽內容方面，大部份是以呈現 人文學院大樓的室內環境資訊為主要範圍，並以室內各層格 局及隔間相對位置的標示與指引作為主要內容，以隔間（例 如：教室、系所辦公室）的圖文敍述性簡介作為次要內容。
（三）使用對象方面：對於校園來說，能夠提供學生各種途徑讓他 們瞭解校園環境是有其必要性，而在大學四個年級當中，對 於校園環境最為陌生的是一年級之學生，因此，一年級學生 是校園導覽系統的最大需求用戶。為更明確反應本研究系統 之使用意見結果，本研究是以國立臺東大學的大學一年級學 生為使用對象。
（四）硬體設備方面：有關本系統所需使用的硬體設備方面，由於 擴增實境的不同應用方式，所選用的硬體類型差異甚大。基 於現有研究經費與成本的各項考量，本研究並非以建置可攜 式的擴增實境導覽系統為目的，因此，本系統會以桌上型電 腦與其連接的網路攝影機及顯示器，作為系統的主要硬體範 圍。由於網路攝影機的解析度與本系統對影像的處理速度有 密切關係，網路攝影機輸入影像的解析度越高，其內含訊息 就會越清晰，系統所需要處理的資料量也會越繁複，使得最 後系統的執行效率會變慢。為讓本系統的運作更流暢，本系 統採用640x480 像素的網路攝影機，以作為影像擷取的解析 度範圍。
（五）軟體方面：在軟體方面，除了考量建構模型的時間及成本之 外，同時也希望本系統在影像辨識追蹤及互動的能力上能有 較佳的效果，本系統選擇採用國內遠颺科技公司自行開發的 Lighting Studio 擴增實境模組，以及荷蘭的 Act-3D 公司開 發的Quest3D 軟體來進行影像辨識追蹤及相關互動設計，
並配合使用Google 開發的 3D 模型軟體－SketchUp 來建構 本系統相關的3D 模型。
二、研究限制
基於上述研究範圍的探討，本研究可能會有下列的研究限制，
其內容敍述如下：
（一）導覽的題材與內容方面：由於在題材內容上是以國立臺東大 學人文學院之導覽內容為主，本研究能夠呈現導覽內容之多 寡與正確性，可能會因為人文學院各單位人員對相關空間使 用之瞭解與所提供之資訊而受到限制。
（二）使用對象方面：對不同的使用者而言，各人對立體空間之理 解能力可能會略有差異，而影響本系統使用意見之調查結 果。
（三）軟體與硬體方面：對於本系統所使用之擴增實境軟體、3D 模型製作軟體，以及目前所使用之電腦硬體及攝影機設備，
也會造成本系統的一些限制。特別是擴增實境軟體上在影像 識別方面，鏡頭與識別圖像之間的俯視角度和距離容許範 圍，還有現場環境燈光變化的容許範圍，都會對虛擬影像的 呈現，造成不預期跳動或辦別失效之影響，其因素主要來自 於擴增實鏡軟體廠商對辦識技術開發成熟度之限制。
第二章 文獻探討
擴增實境技術的發展是與虛擬實境息息相關，Azuma（1997）認 為擴增實境是虛擬實境的延伸技術。Costanza 等人（2009）對虛擬 實境的設備發展源頭描述，以及Azuma 等人（2001）對擴增實境的 設備發展源頭描述，都是指向追溯到同一項重大研究，就是Sutherland
（1968）研發了第一個具有機械式追蹤的 3D 頭載式顯示器
（Head-Mounted Display，簡稱 HMD）。而且，這兩項技術都是希望 研究如何讓人跟電腦之間可以更進一步的互動；再加上VRML（Virtual Reality Modeling Language）技術和影像式虛擬實境技術的出現，使 得目前具有擬真及互動能力的虛擬校園導覽系統，都是依靠虛擬實境 的技術來建構。
所以，本章節除了對擴增實境技術進行探討之外，也對虛擬實境 的概念進行基礎瞭解。本章節共分三節，第一節是對擴增實境的原理 與技術發展進行探討，第二節是敍述擴增實境的相關應用實例，特別 是在導覽方面的應用實例。最後，第三節針對現有的校園導覽系統作 探討。
第一節 擴增實境的技術
擴增實境和虛擬實境雖然在軟硬體上具有同樣的發展源頭，但 是，擴增實境的主要目的是要為現場真實環境擴增資訊，而不是要取 代真實環境。它的發展方向是與虛擬實境不同。虛擬實境所發展的各 種技術與應用，都是嚮往製造一個可以讓使用者完全被浸沒的虛擬環 境。在VR 的環境裡，使用者不會有機會看到呈現真實的畫面。因此，
虛擬實境的主要目的是要模擬真實環境，換句話說，它是為要取代真
實環境而被發展出來。為有助於歸納本系統相關的建置技術，以下將 對擴增實境的技術概念和原理進行更深入的探討。
一、擴增實境的概念
「擴增實境」這個詞彙首次出現於 1990 年，它是波音公司（一 家飛機製造公司）的一位研究人員－Tom Caudell，在研究利用 頭載式顯示器協助工人裝配管線設備時，所創造出來的一個名詞
（Chen，2009）。隨著「擴增實境」這個詞彙在各文獻中出現越 頻繁，其定義的合適性就顯得越重要。早期，大家對「擴增實境」
都沒有一致的定義，Milgram 等人（1995）將「擴增實境」定義 為「是使用穿透式HMD 來提供清楚真實世界視野的一種虛擬實 境」。
因此，為幫助尋找一個較合適的擴增實境定義，同時對擴增實 境與虛擬實境之間的關係做進一步的辨識，Milgram 和 Kishino
（1994）針對真實和虛擬之間的關係，提出了真實和虛擬之間，
存在著連續性的狀態，亦即連續譜（Reality-Virtuality Continuum）
的概念。他們希望對同時擁有虛擬和真實的環境，提供一個全面 性的概念，將真實環境與虛擬環境視為一個集合，如圖1 所示。
圖1 真實與虛擬的連續譜。資料來源:Milgram & Kishino（1994）
圖1 的左邊代表純粹的真實環境，圖 1 的右邊則代表純粹的 虛擬環境，也就是虛擬實境；而在兩端點之間的區域，則表示真 實環境與虛擬環境中物體的同時混合呈現，他們以「混合實境」
（Mixed Reality，簡稱 MR）類別來表示這個區域。因此，由圖
1 中可以得知，擴增實境和「漸增式虛擬實境」（Augmented Virtuality，簡稱 AV）是被歸類在真實與虛擬之間，是屬於混合實 境類別下的一種次類別。由於擴增實境所佔的真實性質高，所以 使得擴增實境的本質是比較接近真實環境（如圖2）。
圖2 Adidas 球鞋的虛擬 3D 動畫被置入到真實的環境
資料來源: http://www.adidas.com/campaigns/originals_ss10/content/micr osites/neighborhood/defaultshockwave.aspx?headertype=discreet&strCo
untry_adidascom=tw
相反，漸增式虛擬實境含有虛擬的性質比較多，因此它的性質 是比較接近虛擬環境（如圖3）。
圖3 現場 Knightmare 遊戲競賽者被置入到電腦虛擬環境
資料來源: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Knightmarecorridorofcatacomb s.jpg
在這種概念出現的數年後，對於擴增實境系統的定義，Azuma
（1997）認為其定義不應被限制於需要使用 HMD 的系統才能被 稱作擴增實境系統。最後，Azuma 歸納出一個更完整的定義，他
1. 能夠結合真實與虛擬的內容。
2. 具有即時性的互動能力。
3. 要以三維空間作記錄。
由此可見，一部具有3D 虛擬人物與真實人物共同演出的電 影，在Azuma 的定義下，它是不被視為擴增實境的一種應用，
因為這樣的電影缺乏與觀眾即時互動的能力，如圖4 所示。
圖4 鼠來寶電影中的 3D 虛擬花栗鼠與真實演員共同演出
資料來源: http://movie.pchome.com.tw/movie_new/movie_info.htm?mid=
3
同樣，一個允許現場真實人物與虛擬物體互動的 2D 合成直播 電視節目，也不屬於擴增實境的應用，因為2D 合成直播電視節 目的即時合成過程，是不需要對現場真實環境內容及虛擬內容進 行三維空間的座標記錄及轉換運算。
這樣的定義也使得擴增實境系統的顯示設備不只局限於使用 HMD，它還可以包含桌上型螢幕、手機等。
真實與虛擬連續譜概念的出現，使得「擴增實境」、「虛擬實境」
以及「漸增式虛擬實境」這三種技術，在往後的定義和技術發展 方面，均開始出現更明確的內容及方向。而且，透過這種概念，
它讓我們更進一步瞭解到，「擴增實境」和「虛擬實境」的發展 目標是有所不同。而Azuma 對「擴增實境」這樣的定義，比起
過往的研究敍述，是更具完整性及明確清楚。以至往後十年的擴 增實境技術及應用，都能得到更豐富的發展。
二、擴增實境技術的發展
在探討擴增實境的多種應用之前，本研究會先對擴增實境的相 關技術發展進行以下更多的瞭解與介紹。對於整個擴增實境的技 術研究，其實在1990 年以前，都是集中於少數的機構裡進行，
例如：美國空軍Armstrong 實驗室、華盛頓大學的人機界面實驗 室、NASA 的 Ames 研究中心、北卡蘿萊納大學、麻省理工學院 等（王燕超，2006）。直至 1990 年後期，數個針對擴增實境技術 的國際性研討會才開始正式逐一成立，本研究參酌Yu 等人
（2009）之研究，歸納整理列出擴增實境相關的幾個重要研討會 資料（表1）。第一個國際性的擴增實境專題工作坊 IWAR 於 1998 年10 月成立在舊金山；第一個國際性的混合實境研討會 ISMR 於1999 年 3 月成立在日本的橫濱；第一個國際性的擴增實境研 討會ISAR 於 2000 年 10 月成立在慕尼黑；第一個國際性的混合 實境及擴增實境研討會ISMAR 於 2002 年 10 月成立在達姆施塔 特；第一個電腦輔助醫療程序與擴增實境的工作坊 AMIARCS 於 2004 年 9 月成立在法國的雷恩。
表1 重要擴增實境研討會成立資料
擴增實境相關重要研討會名稱 簡稱 成立時期
International Workshop On AR IWAR 1998 年 10 月 International Symposium On MR ISMR 1999 年 3 月 International Symposium On AR ISAR 2000 年 10 月 International Symposium On MR and AR ISMAR 2002 年 10 月 Workshop On Computer Aided Medical
Procedures & AR
AMIARCS 2004 年 9 月
此後，隨之而來的便是越來越多的研究文獻分別被刊登到這些 重要的AR 國際研討會和期刊。而 2008 年更是擴增實境劃時代
認為擴增實境技術已經開始正式走出實驗室而變成主流，並提出 如下的實例：
1. Metaio 擴增實境軟體公司取得 MINI 汽車廣告合約，利用擴增 實境來行銷 MINI 汔車。
2. 適合各類熱門平台使用的行動追縱引擊逐一被釋出，例如：
ARToolkit for iPhone、Windows CE 手機等適用的
Studierstube ES、Nokia 的 Point & Find、…等行動裝置追 縱引擊的擴增實境平台。
3. 數位知名電動遊戲大師認為擴增實境將會是遊戲的未來。
4. Intel 執行長 Otellini 在消費性電子展（Consumer Electronics Show，簡稱 CES）中，展現利用擴增實境技術來模擬玻璃 陳列櫃及街邊路牌中文字變成英文顯示。
由於擴增實境的應用變得越來越廣泛，所以，我國的各大機構 及政府，也正積極推動其相關技術的發展及應用，其更希望讓這 樣的技術能夠被廣泛運用到各類產業當中。『財團法人資訊工業 策進會』（Institute for Information Industry，簡稱『資策會』），
就是其中一個策進我國資訊科技創新應用之機構。資策會於 2009 年4 月 2 日舉辦《創新發現誌 (ideas)》「新媒體實驗室Living Lab」
的活動現場中，展示了讓書本內容呈現動態3D 影像，如圖 5 所 示，把傢俱目錄變成3D 立體傢俱，以搭配家裡實景提升購買意 願。這種立體且生動地呈現在紙面的先進科技被喻為是魔法書，
使其成為全場矚目的焦點（資策會新聞中心，2009）。而資策會 於2010 年 6 月 22 日至 6 月 26 日間舉辦第三屆創新服務週
（IDEAS Week），在會場上又再次展現出這種魔法般的擴增實境 技術，而這次展示的是把2D 明信片變成 3D 實景，誘人感覺就 像親臨現場，並以「徐州路市長官邸」為實例（圖6），進行跨時 空街景展示（資策會新聞中心，2010）。
圖5 把傢俱目錄書變成 3D 立體傢俱
圖6 把 2D 明信片變成 3D 實景
除此之外，資策會更供提擴增實境的技術轉移，以協助廠商進 行後續技術研發或產品開發工作。而且，資策會的數位內容訓練 中心，也設有擴增實境相關訓練課程，協助產業將其應用在行 銷、教育、…等方面，使擴增實境能在多個產業上發輝更好的效 果。資策會更鼓勵產業直接與創作人才結合，促使更多產業投
入，希望讓這樣的技術可以增加更多的行銷與投資機會。由此可 見，我國對擴增實境技術的應用和發展是抱持著不少的期待。
從以上的發展歷程可知，1990 末年才是「擴增實境」真正開 始被重視之時。而到了2008 年，也就是「擴增實境」第一個國 際性研討會成立的十年後，「擴增實境」已經逐漸傾向變成主流，
促使擴增實境延伸日後更多的應用。也促使我國積極推廣擴增實 境技術至各個產業。而接下來，本研究將更進一步探討擴增實境 系統的技術原理。
三、擴增實境系統的運作原理
本研究所建置的擴增實境系統是以螢幕和攝影機為主要設備 的系統架構。而攝影機是這類系統中重要的設備，主要是用以取 得即時真實環境的影像。並且，透過所攝取的影像資訊，系統可 以計算取得相關物體的座標位置，以致不管攝影機或其它真實物 如何移動，虛擬物在螢幕上均能跟隨這些變化而正確地顯示。
要讓這種擴增實系統可以對使用者成功產生真假合一的視覺 感受，Tuceryan 等人（1995）認為其系統建構的因素有以下五 項：
1. 電腦繪圖技術（Computer Graphic）。
2. 追蹤技術（Tracking）。
3. 校正技術（Calibration）。
4. 記錄技術（Registration）。
5. 現場光線及其他環境特質的模擬。
而追蹤、校正和記錄這三項技術的目的，主要是為了要產出真 實及虛擬物的位置資訊，以及測定各個儀器的參數，使得虛擬物 和真實物可以得到更好的混合效果。所以，這三項技術是擴增實 境系統的核心技術。
不過，如果要提供一個有效果的AR 體驗，只有這三項核心技 術是不足以達成。Zhou 等人（2009）認為具有良好 AR 體驗的 擴增實境系統，應對以下六項技術取得良好的發展：
1. 電腦繪圖的渲染硬體和軟體：用以進行虛擬內容混合至真實 環境的影像製作處理。
2. 追蹤技術：讓使用者位置改變時可以妥當的反映到已被渲染 的圖像。
3. 追踨工具的校正及記錄工具：使虛擬物畫面能精準地與真實 物畫面對齊顯示。
4. 顯示硬體：在真實環境的景像中，展現其被混合的虛擬內容。
5. 電腦運算硬體：用以執行擴增實境的運作程式，以及提供輸 入和輸出的裝置作為介面。
6. 互動技術：規範使用者如何操作擴增實境的虛擬內容。
因此，除了前述的核心技術之外，電腦3D 繪圖、材質光影渲 染效果、電腦運算速度，以及互動操作的技術發展，都是增進擴 增實境在應用範圍上的重要因素。
擴增實境系統的形式有很多種，主要是因如何應用而異。而與 本系統的運作原理較相似的是柯翰庭（2002）對 ARToolKit 運作 流程的描述，其內容敍述如下：
1. 由數位鏡頭截取影像，首先程式會由數位鏡頭以影像流的方 式，將鏡頭所拍攝的影像以連續的且一定頻率截取出來。
2. 程式接著將截取到的彩色影像，根據設定的值轉換為黑白影 像。
3. 接著程式中的函式會在這張影像中搜尋到矩形區域，若有搜 尋到矩形區域，函式會進一步的辨認該矩形內部是否有先前 設定的特定圖案，若圖案吻合則該程式會辨視出在影像中的
4. 程式根據上一步驟所找出的卡片，由處理影像的函式開始計 算影像中的卡片與視訊攝影機之間的角度與距離，並在程式 中用一個 3x4 的矩陣來記錄之。
5. 接著程式開始辨識卡片中的的圖案是對應哪一個虛擬圖像，
每張卡片與一個虛擬圖像互相對應，對應的規則需事先編寫 好，再由程式執行時呼叫之。
6. 在程式將虛擬物繪製在螢幕或頭戴顯示器前，必需先設定虛 擬物所呈現的角度，以反應現實環境中視訊攝影機與卡片的 位置關係，這樣在虛擬物呈現時就可以與現實卡片有良好的 重疊效果，因此程式利用先前存在 3x4 矩陣的位置資料，將 虛擬影像設定至正確的大小位置。
7. 程式再將虛擬物繪製在剛才截取出的畫面中。
8. 最後將繪製出圖像的畫面輸出至螢幕或頭戴顯示器，由使用 者眼中觀察，虛擬物件的位置剛好重疊落在卡片的正上方。
電腦會不斷的重複以上所有的步驟，因此在使用者眼中看起 來，虛擬物是連續存在的。在系統的輸入裝置方面，相較於虛擬 實境的操作模式，使用者並沒有被限制只能使用滑鼠、鍵盤、遊 戲搖桿…等特定硬體輸入裝置。它只需要透過經過辦識的圖像就 可以成為系統對虛擬物的控制裝置。因此，要讓擴增實境系統具 有優質的擬真及互動效果，其基本前題技術便是圖像的辦識與追 蹤，同樣也是擴增實境的其中一項重要技術。
經過十多年的發展，這個被用來辦識及追蹤的圖像已經可以從 以前只有黑白固定形狀且必須為平面的圖像，變成容許任何圖 像，甚至是非平面的圖像。這意味著，任何真實的物體，只要印 有經辦識過的圖像，都可以讓相應的虛擬物件自動出現在螢幕 上。例如：一個經過辦識的可口可樂標誌，如果被印在衣服上，
或被印在可口可樂的瓶子上，只要穿著這件衣服的人，或拿著這
個瓶子的人站在攝影機前，螢幕上除了看到那個人和他/她所在的 現場環境。同時，對應的虛擬物也會跟隨出現。這個虛擬物可以 是一個2D 的可口可樂標語文字或是一段 2D 影片，也可以是一 些3D 模型或一段 3D 動畫，更可以與這些虛擬物進行互動。情 況就像可口可樂Zero 與 3D 電影「阿凡達」於 2009 年 11 月共 同推出主角拿著可樂瓶操控阿凡達戰機的廣告橋段一樣（圖 7）。
圖7 螢幕上的戰機正隨著可口可樂的瓶子而移動
圖片來源：http://www.youtube.com/watch?v=APQ2OxgCNzE&feature=rel ated
四、小結
本節主要探討擴增實境的概念、發展以及運作原理，瞭解並分 辦擴增實境與虛擬實境的概念差異，也就是擴增實境所呈現的內 容是包含現場即時的真實內容，它並不是單純只呈現虛擬內容而 已。也由於它具有這種更貼近我們人類感覺的呈現方式，使得人 類能以更普通平凡的東西，例如上述的普通的明信片或可口可樂 的瓶罐，便可以與電腦虛構物互動。因而使得目前擴增實境的發 展變得越來越快，反映出目前這種技術和應用是越來越被重視。
境帶到更真實的擴增實境，使得任何人只要手中拿著一件普通且 平凡的東西，就可以輕易操作校園環境及建築的3D 模型來進行 多個角度和即時的觀看，就如上述的傢俱目錄書或明信片般的呈 現及操作方式，希望讓使用者感受到有如真實的校園捧在手裡一 樣迫真。
擴增實境系統的建置方式會因所採用的不同擴增實境技術而 有所不同，而這些擴增實境技術皆因應不同的應用而衍生，這些 應用將會於下一節進行說明。但所有擴增實境系統之核心技術皆 為追蹤、校正和記錄技術，而且，若要增進擴增實境在應用的範 圍，電腦3D 繪圖、材質光影渲染效果、電腦運算速度，以及互 動操作的技術發展都是其重要因素。為了容易建置與使用擴增實 境系統，本研究所採用的擴增實境技術，是以一般電腦螢幕和網 路攝影機這種大眾很熟悉的普遍設備為基礎架構的技術，也就是 與上述傢俱目錄、名信片和可口可樂瓶灌實例中所使用的擴增實 境系統類同。
第二節 擴增實境技術的應用實例
對於以提供視覺感知為基礎的擴增實境系統，把電腦圖像即時性 覆蓋混合到真實的環境影像中，它是成為一種很有用的形象化工具的 重要因原。使得擴增實境在多個領域具有很大的應用潛力。本研究參 酌Yu 等人（2009）的研究，整理歸納出以下的擴增實境現行應用實 例：
一、醫學手術應用
擴增實境在醫學上具有重要應用。其中一類是應用在手術當 中，主要是在手術房裡應用擴增實境來為手術過程提供人體內部 構造的虛擬影像顯示。例如：把電腦繪製的腦部構造影像，與 CT
（X 光斷層）或 MRI（磁共振）的影像，結合至現場手術中病人 的頭部影像，來為手術提供腦部中須切除部位的影像（圖8）。
圖8 AR 應用於腦部手術。右上方是手術前現場的真實影像，左上方是手 術前將含有CT/MRI 資訊內容之虛擬影像合成到真實影像的擴增實境畫 面，左下方是手術中的虛擬影像，右下方是手術中利用虛擬影像來呈現須切
除的位置影像。資料來源：Lorensen 等人（1993）
二、維修應用
工業領域所使用的設備儀器大部份都是由大量的機械或小零 件所組成，對於要維護修理這些設備時，由於太複雜以至難以處 理，甚至容易出錯。所以，運用擴增實境來對設備組件進行標示 及顯示狀態資料，它是對工業維護運作非常有幫助（圖9）。例如：
運用擴增實境在核能發電機器設備上的維修工作（圖10）。圖中 工人透過擴增實境系統可以清楚看到各種指示，例如：帶領工人 如何走到要維修的區域、指示何處是危檢區域、顯示機器模組的 運作狀態、指示須要維修哪個機器部位等。
圖9 擴增實境使工業維護工作可以形象化 資料來源：Bian 等人（2007）
圖10 運用擴增實境在核能發電機器設備上的維修工作 最左邊是要帶領工人如何走到要維修的區域，左邊是要指示何處 是危檢區域，右邊是要顯示機器模組的運作狀態，最右邊是要指示須要維修
哪個機器部位。資料來源：Ishii 等人（2008）
任何工業運作都具有一項同樣的重要環節，就是對人員的專業 訓練。擴增實境也被用作訓練人員的工具之一，例如：運用擴增 實境來進行情境式引導，讓受訓者能一步一步地照著指示去完成 複雜的零組件維修過程，擴增實境系統會指引他第一步要做什 麼、要如何開始進行等訊息（圖11）。
圖11 以擴增實境作為專業職訓工具。資料來源：Schwald 和 Laval（2003）
不過，擴增實境的維修訓練應用，並不只限於大型的工業應 用，一般小型簡單的維修也很適用。例如：可以利用擴增實境來 進行桌上型電腦組裝的維修訓練（圖12）。它對受訓者顯示電腦 組件的位置、名稱、放置位置及方向等資訊，讓受訓者對電腦硬 體組裝及維修的步驟能夠更熟煉。
圖12 運用擴增實境進行桌上型電腦組裝維修訓練。資料來源：Ke 等人
（2005）
三、建築工程應用
擴增實境在建築上的輔助應用越來越多。例如：對一座在建置 規劃中的未來建築物，運用擴增實境呈現其鋼骨支架的結構，並 允許建築相關人員能夠實地從不同的角度，觀看這個未來建築構 面的細節構造（圖13）。
圖13 運用擴增實境呈現其鋼骨支架的結構
左邊是未來建築的鋼架所座落的實際位置。右邊是近觀其鋼架的細部結
構。資料來源：Behzadan 等人（2008）
四、室內或戶外環境設計及展示應用
目前普遍的設計界面，都是以透過操作電腦鍵盤及滑鼠來操控 電腦軟體為主。不過，由於擴增實境具有實體操作的直覺性界 面，所以，漸漸也開始有運用擴增實境作為輔助設計工具的趨 勢。例如：運用擴增實境來進行城巿規劃設計（圖14）。使用者 透過操作一個透明的杯子，來對兒童遊樂設施、樹木、溜滑梯等 虛擬物進行移動和刪除等動作。
圖14 運用擴增實境來進行城巿規劃設計
最左邊是放有圖卡的透明杯子，左邊是利用它來加入溜滑梯，右邊和最右邊 是之前以用樣的方式設計擺放好的位置，分別是兒童遊樂設施及樹木。資料
來源：Ke 等人（2005）
另外，擴增實境也可以應用於室內外展示。例如：泰國曼谷的 LarnGear 科技公司製作建築室內設計展示的擴增實境應用（圖 15）。它讓使用者可以清楚看見經設計後的建築內外環境。
圖15 運用擴增實境來展示整個建築的室內外設計內容
最上方是展示整個建築的外觀設計，中間是各層室內的設計內容，下方是可 以透過移動卡紙來讓使用者以任意角度來觀看室內裝橫。資料來源：http://
www.youtube.com/watch?v=LHWww8hUp5s
五、行銷廣告應用
擴增實境也有被運用作逛商店購物的輔助工具。PromoPad 就是這樣的一個擴增實境行銷輔助工具。它是一個手持式的平板 電腦（圖16），它讓使用者可以看到現場商品的額外資訊。這些 額外資訊可以是商品包裝之外的精美宣傳圖片或照片、警告標 示、使用方法指示等虛擬資訊內容。透過擴增實境這樣的運用，
可以提升消費者對商品的購買意願。
圖16 透過 PromoPad 來實現擴增實境的行銷應用
上方是商店客顧使用的PromoPad，左下是透過 PromoPad 來實現擴增實 境的行銷廣告照片，右下則是商品的額外標語。資料來源：Zhu 等人（200
6）
除此之外，擴增實境也被運用於提供娛樂趣味的行銷手段，如 上述圖7 中，可口可樂與阿凡達電影共同推出的廣告影片，影片 利用擴增實境呈現，主角拿著可口可樂的瓶子來搖控移動螢幕上 的阿凡達戰機。又例如圖2 中，Adidas 公司推出透過球鞋來呈現 擴增實境中的3D 虛擬動畫內容。為球鞋商品增加更多娛樂性，
以吸引消費者對該產品的注意力。
六、旅遊應用
旅遊的其中一項重要功能，就是希望可以帶給遊客更多景點或 文物的資訊內容。ARCHEOGUIDE（AR Based Cultural Heritage On-Site Guide）計劃就是一項運用擴增實境，為文化遣址提供導 覽功能的計劃。其中有古代希拉（Hera）神殿和古代競技場
（Stadium）的文化遣址（圖 17）。運用擴增實境除了可以避免 須需透過古蹟重建這種龐大工程，才能為遊客提供現場導覽服務 之外，它還可以提供遊客更多額外的古蹟資訊，例如：建築構造 特色、其背後的故事再現動畫等。
圖17 透過擴增實境來再現希拉神殿和古代競技場的原貌
左上是希拉神殿原來的遺趾，右上是透過擴增實境來再現希拉神殿的原貌，
下方是競技場的虛擬古代競賽者。資料來源：Vlahakis 等人（2001）
七、遊戲應用
傳統的電腦遊戲都局限於把焦點放在電腦螢幕上，因而減少互 動協作的範圍。但擴增實境擁有更直覺性和人性化的操作互動介 面，引至擴增實境已對遊戲進行快速的應用發展。例如：虛擬比 賽遊戲與任意真實物的結合，就是透過運用擴增實境的直覺介 面，使任意真實物也變成遊戲的一部份。
Neon Racer 就是這樣的一種遊戲（圖 18）。它是透過遊戲者 使用搖控器控制桌上投影的虛擬飛行器，在有限的時間內比賽誰 到達各個關卡得分最多為遊戲內容。而比賽的困難度是可以透過 遊戲旁觀者放置任意真實物，例如：手機、巧克力棒、飲料灌等，
作為障礙物來阻止飛行器的行經方向，以增加遊戲的困難度。
圖18 運用擴增實境的 Neon Racer 遊戲
上方是Neon Racer 的遊戲畫面及四台虛擬飛行器，下方是結合虛擬實境遊
不過，由Sony Computer Entertainment Europe 所推出的 PS3 視訊互動虛擬寵物遊戲 EyePet（圖 19），比 Neon Racer 就更令人讚嘆。EyePet 整個遊戲都是應用擴增實境技術來製作，
透過PS3 專屬的 PlayStation Eye 視訊攝影機，可以將虛擬角色 融入到真實環境中，讓遊戲者以自家臥房或客廳為舞台，與虛擬 的寵物小猴子進行深度互動。遊戲內容包括可以讓遊戲者與 EyePet 一同進行為期 15 天的「寵物訓練所」來挑戰各種任務，
進行餵食、清洗，並打點寵物造型等活動。
圖19 運用擴增實境的 EyePet 遊戲。
虛擬猴子正追著小女孩所施著的直實鞋子走。資料來源：
http://www.youtube.com/watch?v=_ZQpqfzDgOk&feature=fvst 八、學習應用
學習是人類的重要活動之一，為了讓學習可以更有效果，大家 都想盡辦法如何讓學生容易理解要學習的內容。例如：對於物理 現象的理論性概念，由於這些概念都很抽象，不易理解，引至常 常被學生誤解。而運用擴增實境於學習上，應該會有很好的效 果。因為擴增實境除了可以呈現3D 模型或 3D 動畫等立體影像 之外，更重要的是，擴增實境具有很高的親和力。學生除了從畫 面中看到虛擬內容，他們也同時看到自己現場週遭的環境和自
是遙不可及，而是彷彿就在他們身旁一樣似的。這樣，除了可以 加強學生對學習物理的內容的理解能力之外，還會增加學生學習 的興趣和意願。
PhysicsPlayground 就是運用擴增實境來製造物理原理運作 環境的一個學習平台（圖20）。學生透過一手拿著無線輸入筆，
一手拿著互動控制板（Personal Interaction Panel，簡稱 PIP），
來學習牛頓古典力學的原理。學生可以操作並驗證速度、加速 度、力、時間等之間的關係及結果。
圖20 PhysicsPlayground 利用擴增實境來進行物理學習
左方是學生正在使用PhysicsPlayground 來學習力學內容，右方是學習牛頓 運動力學概念的虛擬畫面。資料來源：Kaufmann 和 Meyer（2008）
九、媒介應用
在我們今日科技發達的社會生活中，我們對各種知識或感受的 接收，大部份已經不再是透過親身體驗所得到，而是透過大量的 媒介來取得。任何一種新技術或工具的出現，都是人類身體某一 感官的延伸，這些技術或工具便成為了我們的媒介。其中最普遍 的媒介形式，便是書本。書本這種媒介一般是藉由紙張組成，所 呈現的是平面的文字和圖片等靜態內容。不過，書本可以借由擴 增實境應用技術，把原來靜態的內容，變成栩栩如生的內容。
Magic Book 故事書就是擴增實境對媒介的其中一種應用（圖 21），它讓一本普通的媒介，變成一種新形態的媒介。閱讀者可
器看見故事中的情景和人物。不過，Magic Book 的另一特色是，
它是一本結合了擴增實境和虛擬實境的故事書。閱讀者可以透過 圖中的特殊顯示器，來選擇切換要以擴增實境形式來觀看故事內 容，還是以浸沒式虛擬實境的模式來觀看。所以，Magic Book 這樣的媒介，可以讓閱讀者體驗到完整的真實虛擬連續譜概念。
圖21 Magic Book 的擴增實境媒介應用
左方是書藉媒介的普遍使用方式，中間是書藉媒介的擴增實境使用方式，右 方是書藉媒介的浸沒式虛擬實境使用方式。資料來源：Billinghurst 等人（2
001）
除此之外，擴增實境也可以讓媒介擁有更具體直接的互動方
本書運用擴增實境來讓書本不單單只有呈現3D 虛擬物，還可以 讓小孩子可以依照聲音的指示，透過自己的手指來與書中的3D 虛擬物進行互動。擴增實境讓書藉媒介變成更親和的媒介。
圖22 互動遊戲書。上方是透過筆電等簡單裝備，便可呈現擴增實境的虛 擬內容，左下方是書中虛擬環境正在等待使用者進行語聲所指示的動作，右 下方是使用者尋找語音指示的位置，並把手指放在正確的位置上，虛擬物因 為這樣的動作，而出現相應的動畫。資料來源：http://www.au-rea.de/mep/
aurea/de/products/LivingGame.html 十、導覽應用
擴增實境在提供導覽服務上已有相關應用，但大部份仍是以手 持式的輕便行動設備或背包等配戴式的笨重行動設備，來進行擴增 實境式的戶外或室內導覽，部份應用有以下所述：
（一）ARCHEOGUIDE 再現文化遣址之戶外擴增實境導覽系統：
如前所述Vlahakis 等人（2001）之擴增實境應用研究，使 用者需求配戴背包來進行導覽活動，其背包功能內容如下圖 23 所示，使用者需要戴上 HMD 設備，HMD 後方有一連接
線接至背包內筆記型電腦，把HMD 的視訊內容傳送至電 腦，同時，背包也裝有GPS 接收器及 WLAN 天線，把使用 者在現場的位置座標資訊傳送到電腦。電腦經過運算後，便 把虛擬影像資訊透過HMD 連接線送回 HMD，把虛擬與真實 的影像重疊呈現在使用者的眼前。
圖23 ARCHEOGUIDE 計劃中所使用之裝備。資料來源：Vlahakis 等人
（2001）
（二） AT&T 實驗室之室內擴增實境導覽系統：Newman 等人
（2001）在 AT&T 實驗室建置一套針對室內使用之擴增實境 導覽系統，其裝備如下圖24 及圖 25 所示，使用者可以選擇 以HMD 背包或 PDA 的裝備來進行室內導覽。圖 24 右方是 使用者經由HMD 所看見的視訊內容，主要是標示出這是誰 的辦公座位。
圖25 AT&T 實驗室研發擴增實境導覽所使用之 PDA 裝備。資料來源：
Newman 等人（2001）
（三）擴增實境博物館導覽系統：Damala 等人（2007）針對博物 館製作了擴增實境行動博物館導覽系統，如圖26 所示，使 用者可以透過手持式平板電腦來進行館內導覽活動，平板電 腦上具有攝影機，如圖所示使用者把平板電腦攝影機鏡頭對 著展覽畫，平板電腦螢幕即出現畫中額外的資訊內容，讓使 用者對這幅畫能有更多的瞭解。
圖26 利用平板電腦來進行博物館導覽。資料來源：Damala 等人（2007）
十一、小結
經過本節對各類擴增實境的應用實例探討，看到擴增實境除了 在醫學、維修、建築工程、室內外設計、行銷廣告、旅遊、遊戲、
學習、媒介、導覽等各方面之廣泛應用外，還可以從這些應用實 例中，瞭解到擴增實境現行所使用的介面與互動形式範例。
從醫學手術的應用例子可知，擴增實境是可以如此精準呈現虛 擬物的位置，才會被採納應用在手術當中。對維修或訓練過程來
說，擴增實境能為標示帶來更清楚易懂的呈現方式。還有，如上 述的建築室內和戶外設計與展示應用中，可見擴增實境能夠對建 築有這種觀看的視覺感知，使得建築或園區導覽在視覺上更能形 象化。而且，擴增實境也可以很有趣味性。從行銷廣告、旅遊、
遊戲、學習等應用實例中不難瞭解，擴增實境在媒樂教育方面提 供了一種更有趣的媒介形式。不管是遊戲書和遊戲桌，手指或飲 料灌都可以變成電腦遊戲的一部份，完全不須要透過學習特定輸 入裝置的操作方式，例如鍵盤滑鼠等。EyePet 的出現，讓我們更 清楚看到擴增實境強大的直覺性互動能力。
對於導覽方面，也已經有各式各樣的擴增實境導覽系統，但大 部份的導覽系統運作方式皆以現場導覽為主，所以現場環境也是 導覽畫面內容的一部份，而且皆需要使用者手持或背著行動裝置 邊走邊觀嘗才能對相關內容有更多的瞭解。本研究把擴增實境應 用至虛擬校園導覽，主要希望把校園環境及建築內部各樓層隔間 透過利用擴增實境，為使用者帶來更清楚易懂的標示。但由於本 導覽系統之使用目的是希望為了讓使用者能更容易瞭解人文學 院的空間位置，方便使用者可以快些對例如教室或系辦公室等位 置能得到瞭解，因此，本研究系統希望採取如上述LarnGear 公 司製作的室內展示方式，來為使用者提供一種更具景深視覺感知 的觀看方式來導覽校園或尋找地方，例如尋找想要前往的上課教 室等。擴增實境除了能讓虛擬校園更能形象化的展現在使用者眼 前，還能讓使用者體驗到有如手中物的自由操緃。在進行本研究 規劃之前，以下先對校園導覽的涵義、虛擬校園導覽系統之技術 及普遍採用何種虛擬導覽模式進行探討與瞭解。
第三節 校園導覽
隨著電腦科技日新月異，越來越多的機構開始思考，如何運用這 些各式各樣的電腦科技技術，來協助他們更有效的處理事情或傳達訊 息，尤其是在電腦繪圖與電腦互動的相關技術發展上，其成果更是令 人讚嘆不止。這些科技的進步對於想要加強校園導覽功能的學校來 說，不僅只是希望可以透過運用這些新科技，為大家提供更具像、更 有效的校園導覽功能，更期望可以利用科技化的展現方式，讓學校利 用宣傳以取得更好的競爭優勢。因此，本節將針對校園導覽的涵義與 模式以及技術探討方面來做現況的分析。
一、校園導覽之涵義與模式
要談到校園導覽，首先要知道「導覽」的定義為何，「導覽」
(docent)一詞，源自拉丁文 docere，係指「教導」(to teach)之義。
就字面上意義而言，「導覽」是指透過一種有意的安排來實行引 導活動（歐雅芳，2004）。「導覽」也可以說是一種對展示品詮釋 的過程，它是一種輔助觀眾參觀瀏覽的方式，在觀眾與展示品之 間，藉由各種媒介（如：輔助文字資料、標示說明、視聽媒體、
電腦顯示幕和專業人員…等）之引導或傳達，使得觀眾有所瞭解 的過程（陳義郎與郭政忠，2006）。
此外，「導覽」一方面可以去除使用者的畏懼心理（吳麗玲，
2000），另一方面也可以協助使用者瞭解他們要到訪的環境，並 提供使用者重要且基本的資訊，讓使用者產生願意再次到訪的意 願（謝耀輝，2000）。因此，在校園裡進行導覽，不僅可以讓到 訪者去除畏懼心和未知感，也可以獲得豐富的訊息，這種藉由導 覽活動的進行，達到認識校園的目的，就是本研究中所指的校園 導覽。
而依導覽服務規劃的方式，歐雅芳(2004)將導覽類型區分為人 員、文字、聲音、多媒體這四種類型。然而，隨著電腦科技的進 步與網路的發達，導覽方式已經不只限於上述的四種而已。因 此，許多校園所使用的導覽方式，都開始紛紛從人員、文字（例 如：平面導覽、摺頁導覽）的型態，進入到互動多媒體甚至虛擬 實境的導覽系統型態。
因此，針對網路上的虛擬校園導覽系統，本研究參酌林育弘等 人（2008）的研究，整理歸納了網路上的各式校園導覽系統平台 之比較相關資料（表2）。
表2 網路各類校園導覽平台比較表
校園導覽平台 優點 缺點
純網頁 資料讀取較快，進入門檻低。 非常單調，與使用者互
動性低，而且呈現效果非 常有限。
Flash 互動 較純網頁來得多元，互動性 較高。
雖然在效果和呈現方式 上較多元，可是仍需以撰 寫者的美感和程式功力 來決定，且無法創造身歷 其境的感受。
影像式VR，即 360°環場照片
以真實現場照片提供實景資 訊。
當視角在轉換時畫面會 扭曲，而且照片畢竟只是 平面，欠缺深度的資訊。
幾何式VR 虛擬體驗的效果最好，甚至 最佳可以達到線上遊戲互動 的效果。
製作技術困難，需對 3D 軟體和虛擬實境軟體相 當熟悉，而且市面上的虛 擬實境軟體種類繁多，效 果不一，完成後的檔案大 小較難控制，有一定的進 入門檻。
綜合文獻得知，現行的校園導覽模式，作者以為大致可分成兩 大類，一類是以靜態資訊來進行導覽，例如：告示板、標誌牌、
行導覽，例如：影片、多媒體、網路互動、虛擬實境、3D 動畫 等。
二、校園導覽系統之技術探討
校園是一種由多棟大樓、小道、花草樹木、…等多個物體所組 成的環境，如果真的要讓人可以快速對校園整個環境作出瞭解，
最快的方法就是讓人得到一雙翅膀，使我們可以在校園裡自由穿 梭。然而，我們知道這是不可能的事情，但是，電腦科技卻一直 在想辦法讓人可以有自由穿梭校園的感受，所以，虛擬實境技術 誔生的其中一個原因，就是為要達成這個目的。也因為這樣，目 前校園導覽系統所採用的技術，大部份會是運用虛擬實境技術來 建構。以下將對虛擬實境的概念與其技術分類進行說明。
（一）虛擬實境的概念：「虛擬實境」早期是被稱作「人造實境」
（Artificial Reality），它是由美國一位研究藝術的學者Myron Krueger 於 1973 年所命名；而直至 1989 年，「虛擬實境」
這個詞彙正式被Jaron Lanier 所提出，也漸漸被研究學者所 接受，而使得它變成了科技技術領域的一個專題（Qin-Ping，
2009）。虛擬實境是一種空間感的表現，主要是透過電腦運 算來達成。Wilson（1999）認為虛擬實境可以讓使用者隨意 以任意的角度，去觀看其所虛擬出來的世界，同時，這個虛 擬世界裡的任何事物，也是可以與使用者產生互動。
虛擬實境技術在1990 年開始蓬勃發展起來，特別是在 即時（real-time）3D 繪圖、多元感測器互動、高解析度顯 示、…、等方面的技術研究，它們都是虛擬實境技術的重要 內容。直至Burdea（1993）歸納虛擬實境的特性，並提出
「3I」的概念，即：融入性（Immersion）、互動性（Interaction）
與想像力（Imagination），分述如下：
1. 融入性：是指利用人類的視、聽、觸、嗅、味這五大感 官去感受虛擬的環境，讓使用者在其內產生沉浸的錯 覺，感覺像是真的一樣，也就是所謂的臨場感。
2. 互動性：是指人與機器之間相互回饋的意思。
3. 想像力：是指依照真實事物進行模擬的同時，也加上創 作誇大的成份，再配合使用者過往的經驗來產生幻覺。
這個「3I」現今已經成為了虛擬實境主要發展的三大要 素，而且，當這三個要素所交錯涉及的程度越深，虛擬實境 所模擬的世界也越逼真。
（二）虛擬實境的技術分類：目前用來呈現虛擬實境儀器種類相當 龐雜，不過均以模擬真實環境的目的為主。本研究整理王勁 文(2008)對於虛擬實境的分類方式歸納如下表：
表3 虛擬實境的分類方式
建構方式 以使用設備分類 使用時機 A：幾何式虛
擬實境（以真 實環境中的場 景人物為主，
利用3D 模型 建構物件)
影像重疊式虛擬實 境（Virtual Reality of Overlapping Photography）
一般稱為虛擬攝影棚或去藍背景合 成技術，常使用於電影特效、電視台 氣象報告、購物台，為一種錄影媒體 常運用之技術（圖27）。
桌上型虛擬實境
（Desktop VR）
最為一般人所使用，以個人桌上型電 腦為架構的虛擬實境系統，
沉浸型虛擬實境
（Immersion VR）
必須透過對外隔絕的虛擬實境視覺 器材，例如頭戴顯示器
（Head-Mouneed Display HMD）、電 子數位資料手套（Pataglores）等，
是目前虛擬實境之最佳方式。
投影式虛擬實境
（Projection VR）
運用多部投影設備，將影片放射於環 形3D 的特殊螢幕，運用 3D 立體影像 視覺效果，創造出虛擬環境，並加上 3D 立體音效，使參與者產生直覺式的 互動反應（圖28）。
模擬機虛擬實境
（Simulation VR）
設備和機件為模仿特定的設施製 成，運用設備上輸出輸入及人機介 面，提供操作者練習的環境，如飛行 模擬訓練、戰車駕駛模擬訓練等，皆 可讓受訓者在安全的環境下，完成有 效的訓練（圖29、圖 30）。
遠距型虛擬實境
（Long Distance VR）
又稱網路型虛擬實境，應用於網際網 路上的虛擬實境之類型。
B：影像式虛 擬實境
環場影像
（Panoramic Movie）：
又稱全景影像，場景的中央固定點，
利用相機為軸心，旋轉360 度進行固 定之轉度，對全景環境拍攝，再以專 屬軟體把照片影像調整、修正，縫合 成環狀影像。
環物影像（Object Movie）：
是將器物放置於轉台間，以物件的中 心點為圓心，轉動一定角度，進行影 像拍照。
C：混合式虛 擬實境
不管是幾何式的虛擬實境或者是影像式虛擬實境的技術模 組，都有一定的應用缺點和優點，所以，目前虛擬實境之 研究發展及市場走向，都都往混合式虛擬實境進行（圖 31）。
圖27 虛擬攝影棚節目。資料來源：互動國際數位股份有限公司網站，
2007（http://www.idtech.com.tw/Product/postproduction/vizrt/viz_studio_n ew.htm）
圖28 投影式虛擬實境系統。資料來源：勝謙科技股份有限公司網 站，2005（http://www.winchain.com.tw/html/3DIMVS.html）
圖29 A320 全動模擬機。資料來源：中華民用航空學網站，2008
（http://www.csoca.org/index.php?option=com_content&task=view&id=5
圖30 飛行模擬器駕駛艙內部。資料來源：維基百科網站，2008
（http://zh.wikipedia.org/wiki/Image:EL-1997-00146.jpg#filehistory）
圖31 混合式虛擬實境。資料來源: 高雄市立美術館，2004
（http://elearning.kmfa.gov.tw/liu/p1-1.htm）
三、校園導覽系統之應用實例
楊志忠(2008)的研究指出，台灣的一百六十六所大專院校裡，
大部分都是採用校園平面圖以及景觀相片來做為校園導覽的方 式，具有3D 的虛擬實境導覽的學校只有二十一所，只占其中的 12.56%，表 4 是舉國內在網路上運用影像式虛擬實境所架設的網 路。
