中 華 大 學 碩 士 論 文
題目：虛擬實境在全站儀座標測量教學之應用
系 所 別：土木與工程資訊學系碩士班 學號姓名：Ｍ09304035 陳 安 指導教授：葉怡成 博 士
中華民國 九十五 年 八 月
虛擬實境在全站儀座標測量教學之應用
研究生：陳安 指導教授：葉怡成 博士
中華大學土木與工程資訊學系
摘要
測量實習為學習土木工程必修之課程，每位學生都必須熟悉測量 儀器操作的方法。本研究利用三維建模軟體與互動編輯軟體建構了一 套虛擬實境測量教學系統，並模擬測量儀器中最常使用且功能最廣泛 的全站儀(Total Station)，將傳統測量實習課程的座標測量整合進系統 中，依照教學目標的不同分為(1)全站儀架設教學系統，(2)全站儀直 接座標測量教學系統兩個單元；主要目的著重於了解測量儀器的正確 架設操作步驟與該注意的細節。學習者可於課程前先行操作本系統做 為預習之用，也可於課後複習之教材。融合建構主義(Constructivism) 與情境式學習(Situated Learning)等理論，令學習者主動的建立知識，
而嶄新的教學流程，可以輔助教學者掌握學習者的進度，並提昇學習 效率。
關鍵詞：虛擬實境、全站儀、電腦輔助教學、測量實習、座標測量。
目錄
目錄
... I
圖目錄...IV 表目錄...VI第一章 導論... 1
1-1 研究目的 ...1
1-2 研究方法 ...2
1-3 研究內容 ...2
第二章 文獻回顧 ... 4
2-1 前言 ...4
2-2 全站儀 ...4
2-3 電腦輔助教學 ...5
2-3-1 適用電腦輔助教學的題材...5
2-3-2 電腦輔助教學的分類...6
2-3-3 傳統教學與電腦輔助教學的比較...8
2-4 虛擬實境 ... 11
2-4-1 虛擬實境的定義...11
2-4-2 虛擬實境的種類...15
2-4-3 虛擬實境的應用...18
2-5 虛擬實境在電腦輔助教學之應用 ...19
2-5-1 虛擬實境在電腦輔助教學上的應用方式...20
2-5-2 虛擬實境應用於電腦輔助教學上之優點...20
2-5-3 虛擬實境教學與傳統教學的比較...21
2-6 虛擬實境在工程教育上之應用 ...22
2-6-1 國內相關研究...22
2-6-2 國外相關研究...29
第三章 系統分析 ... 33
3-1 前言 ...33
3-2 需求分析 ...33
3-3 全站儀架設教學分析 ...37
3-3-1 概略定心...37
3-3-2 概略定平...38
3-3-3 精確定心...38
3-3-4 精確定平...39
3-4 全站儀座標測量教學分析 ...40
3-4-1 照準模式...40
3-4-2 儀表板操作模式...41
第四章 系統設計 ... 43
4-1 前言 ...43
4-2 教學策略設計 ...44
4-3 內容設計 ...46
4-4 系統設計：全站儀架設教學 ...48
4-4-1 概略定心模式...49
4-4-2 概略定平模式...50
4-4-3 精確定心模式...51
4-4-4 精確定平模式...52
4-5 系統設計：全站儀座標測量教學 ...53
4-5-1 照準模式...54
4-5-2 儀俵板操作模式...55
4-6 介面設計 ...56
4-6-1 操作控制設計...57
4-6-2 切換模式圖示設計...58
4-6-3 互動功能操作設計...59
第五章 系統建構 ... 61
5-1 前言 ...61
5-2 虛擬實境模型建構軟體 ...62
5-3 虛擬實境互動編輯軟體 ...64
5-4 虛擬實境物件之建構 ...68
5-5 全站儀架設教學系統建構 ...72
5-5-1 概略定心模式系統建構...72
5-5-2 概略定平模式系統建構...73
5-5-3 精確定心模式系統建構...74
5-5-4 精確定平模式系統建構...75
5-6 全站儀座標測量教學系統建構 ...77
5-6-1 照準模式系統模式建構...77
5-6-2 儀俵板操作模式系統建構...80
第六章 成效與評估 ... 81
6-1 前言 ...81
6-2 評估設計 ...81
6-3 評估規劃 ...82
第七章 結論與建議 ... 85
7-1 結論 ...85
7-2 建議 ...87
參考文獻
... 89
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 ...2
圖2-1 臨場感構成的三個向度﹝6﹞ ...12
圖2-2 虛擬實境的五個特性 ...13
圖2-3 虛擬實境的三個要求 ...14
圖2-4 虛擬實境的四個要求﹝12﹞ ...14
圖2-5 概略定平與精確定平(唐為灝開發) ...25
圖2-6 粗略照準與精確照準(唐為灝開發) ...25
圖2-7 導線定位模式之執行畫面(導線測量) ...26
圖2-8 瞄準鏡模式執行畫面(導線測量) ...26
圖3-1 傳統測量實習全站儀教學流程圖 ...34
圖3-2 新全站儀測量實習教學流程圖 ...35
圖3-3 TOPCON 之 GTS-210D 全站儀...36
圖3-4 直接座標測量示意圖 ...36
圖4-1 場地選擇 ...47
圖4-2 直接座標測量(現場) ...48
圖4-3 直接座標測量(系統) ...48
圖4-4 全站儀架設教學系統流程圖 ...49
圖4-5 概略定心流程圖 ...50
圖4-6 概略定平流程圖 ...51
圖4-7 精確定心流程圖 ...52
圖4-8 精確定平流程圖 ...53
圖4-9 全站儀座標測量教學系統流程圖 ...54
圖4-10 照準模式流程圖 ...55
圖4-11 儀器操作模式流程圖 ...56
圖4-12 系統設計介面 ...57
圖4-13 由移動模式控制 ...58
圖4-14 照準模式控制 ...58
圖4-15 在概略定心時全站儀腳架移動操作圖示 ...59
圖4-16 在精確定心時全站儀主機移動操作圖示 ...59
圖4-17 在概略定平時全站儀腳架伸縮操作圖示 ...60
圖4-18 在精確定平時相鄰踵定螺旋操作圖示 ...60
圖4-19 在精確定平時對腳踵定螺旋操作圖示 ...60
圖4-20 在精確照準時微調螺旋開關 ...60
圖4-21 儀俵板操作按鍵(虛擬)...60
圖4-22 儀俵板操作按鍵(實際)...60
圖5-1 系統建構流程 ...61
圖5-2 全站儀本體(虛擬) ...69
圖5-3 全站儀本體(實際) ...69
圖5-4 反射稜鏡組(虛擬) ...69
圖5-5 反射稜鏡組(實際) ...69
圖5-6 腳架(虛擬)...70
圖5-7 腳架(實際)...70
圖5-8 圓盒水準氣泡(虛擬) ...70
圖5-9 圓盒水準氣泡(實際) ...70
圖5-10 管狀水準氣泡(虛擬)...70
圖5-11 管狀水準氣泡(實際)...70
圖5-12 活動中心(虛擬) ...71
圖5-13 活動中心(實際) ...71
圖5-14 國際會議廳(虛擬) ...71
圖5-15 國際會議廳(實際) ...71
圖5-16 圖書館(虛擬)...71
圖5-17 圖書館(實際)...71
圖5-18 概略定心模式 ...72
圖5-19 概略定心過程(注意各圖右上角的定心鏡畫面) ...73
圖5-20 概略定平模式 ...73
圖5-21 腳架固定螺旋旋轉過程 ...74
圖5-22 概略定平過程(注意各圖右上角的圓盒水準氣泡畫面) ...74
圖5-23 精確定心模式 ...75
圖5-24 基座固定螺旋旋轉過程(注意各圖中間基座固定螺旋的旋轉) ...75
圖5-25 精確定平平行模式 ...76
圖5-26 精確定平垂直模式 ...76
圖5-27 全站儀主機旋轉過程(注意途中的主機旋轉 90 ﾟ的過程) ...77
圖5-28 粗略照準模式 ...77
圖5-29 水平度盤固定螺旋旋轉過程(注意圖中水平度盤固定螺旋之旋轉) ....78
圖5-30 垂直度盤固定螺旋旋轉過程(注意圖中垂直度盤固定螺旋之旋轉) ....78
圖5-31 粗略照準旋轉過程(注意圖中主機旋轉至靠近右方的反射稜鏡) ...79
圖5-32 目鏡照準模式 ...79
圖5-33 目鏡照準過程 ...80
圖5-34 儀俵板操作模式 ...80
表目錄
表2-1 模擬式電腦輔助教學的種類﹝2﹞ ...7
表2-2 傳統教學與電腦輔助教學比較 ...10
表2-2 虛擬實境定義表﹝13﹞ ...15
表2-3 虛擬實境依不同技術類型之優缺點比較表 ...17
表2-4 虛擬實境的應用﹝16﹞ ...19
表2-5 傳統教學與虛擬實境教學之比較﹝15﹞ ...21
表2-6 2000~2006 年虛擬實境相關研究國內博碩士論文整理表 ...27
表2-6 2000~2006 年虛擬實境相關研究國內博碩士論文整理表(續) ...28
表2-7 2000~2006 年度國科會虛擬實境於訓練與學習專題研究 ...28
表2-7 2000~2006 年度國科會虛擬實境於訓練與學習專題研究(續) ...29
表2-8 2000~2006 年 ASCE 土木領域 VR 相關期刊論文與研討會 ...30
表2-8 2000~2006 年 ASCE 土木領域 VR 相關期刊論文與研討會(續)...31
表2-8 2000~2006 年 ASCE 土木領域 VR 相關期刊論文與研討會(續)...32
表4-1 切換模式圖示 ...58
表4-1 切換模式圖示(續) ...59
表5-1 四種視覺式繪圖軟體 ...63
表5-2 三種 3D/VR 軟體之特性...65
表5-3 三種 3D/VR 軟體之比較...66
表5-4 系統所需建構元件 ...68
表6-1 傳統測量課程授課大綱 ...83
表6-2 加入本系統後之測量課程授課大綱 ...84
第一章 導論
1-1 研究目的
測量實習為學習土木工程必修之課程，每位學生都必須熟悉測量 儀器操作的方法。但測量儀器為高單價的設備，在學校受限於經費的 情況下，儀器採購的數量往往不足。且傳統的測量教學課程，是分組 進行實習教學，所以每位學生操作儀器的時數自然縮減。再加上近年 來土木課程的多元化發展，使得測量課程的時數受到壓縮，教師在課 程安排上較以前倉卒，學生將更難獲得良好的學習效果。在傳統教學 存在太多不利因素的同時，如何使用現有的教學資源來解決問題，且 能令測量教學更為互動化、個人化，即是本研究的重點。
電腦輔助教學(Computer Assist Instruction，以下簡稱 CAI)是一個 可能可以解決此一問題的辦法之一。但早期的電腦輔助教學是使用圖 像與動畫來進行學習，並在一些簡單的問答之中灌輸課程的概念，這 對早以接受現代科技洗禮的學生來說，就如同傳統教學一樣死板，已 無法達到多媒體教學的目的。且測量儀器為複雜之設備，僅靠圖像與 動畫來教學是不足夠的。為了令學生對儀器的操作更熟悉，近年來虛 擬實境(Virtual Reality，以下簡稱 VR)被應用於電腦輔助教學。在電 腦中反覆操作虛擬的測量儀器，一來可於現地實習前，先一步熟悉儀 器的使用方式，二來可避免儀器因不慎操作而產生的損壞。
虛擬實境教學系統現在廣泛應用在許多教學訓練課程當中。凡是 具有危險性、操作設備昂貴，或是概念太過抽象的課程，都可使用虛 擬實境來進行教學。除了可以增加使用者對於實際儀器操作的熟練 度，更可以節省傳統教學所需的開銷。
需的模型，配合虛擬實境編輯軟體 EON Studio(以下簡稱 EON)來製作 互動介面，最後再配合物件導向程式編輯軟體Visual Basic(以下簡稱 VB)來開發虛擬儀器內部的運算功能與系統外部框架；整個教學系統 包含兩個部份：(1)全站儀架設教學系統(2)全站儀座標測量教學系統。
1-2 研究方法
研究方法之流程如圖1-1。
圖1-1 研究流程圖
1-3 研究內容
本研究內容包括第二章文獻回顧，主要探討虛擬實境與電腦輔助
教學(CAI)的相關研究。第三章系統分析，在開發本系統前進行相關 資源的分析，並分析本系統中儀器架設與座標測量教學所需的功能。
第四章系統設計，設計本系統的功能與流程、介面及回饋的方式。第 五章系統建構，介紹本系統的開發軟體，並說明本系統的建構流程 與，第六章成效評估，設計與規劃本系統評估成效的方式，並於未來 接續研究時，能遵循此一設計進行系統效能評估。第七章為結論與建 議。
第二章 文獻回顧
2-1 前言
本章節將先行介紹全站儀的功能與特性，接著說明虛擬實境的簡 介與其優缺點及相關分類方式，後再敘述虛擬實境應用於教學訓練的 成效與國內外相關之研究文獻，而電腦輔助教學的簡介與特性說明之 相關文獻也附於本章節。
2-2 全站儀
全站儀(Total Station)又稱電子速測儀，乃整合電子經緯儀、電子 測距儀、電子計算機及電子記錄器成一體之儀器。全站儀可以看成 是：「全站儀=電子測距儀+電子經緯儀+電子計算機+電子記錄器」。
全站儀利用電子經緯儀測角、電子測距儀測距、電子計算機計算座 標。其讀數除可以自動顯示外，也可傳輸給電子記錄器(電子手簿)
﹝1﹞。專用的程式可使全站儀內部計算機完成自動數據紀錄、簡單 的數據處理、數據儲存等工作。簡單的數據處理功能包括把斜距、垂 直角換成水準距離和高差；對實測距離加多項改正數；導線法、距離 交會法、前方交會法、後方交會法等計算。儲存在計算機內的數據可 以通過介面輸給功能較大的計算機，以便作進一步計算，並能通過室 內計算機的周邊設備輸出結果。全站型儀器測得的數據也可以用無線 傳輸直接輸入功能較大的計算機，這樣幾台儀器同時與一台計算機連 結，將可及時進行計算，例如可以即時計算得知交會點的三維座標。
2-3 電腦輔助教學
電腦輔助教學係指運用電腦之交談式或互動式(Interactive)的功 能來引介教材，以提供個別(Individual)或個別化(Individualized)之一 種教學環境而言。對此而言，此種教學環境必須以電腦為工具，且引 導此環境之軟體，必須能表現出交談式或互動性的功能。因此，互動 性成為電腦輔助教學不可或缺的功能，如此，電腦輔助教學軟體才不 致於被譏為翻頁機，也因此有別於一般之電子書或導覽軟體﹝2﹞。
2-3-1 適用電腦輔助教學的題材
理論上，任何平面的教材皆可用電腦來呈現。雖然如此，但這並 不意味以電腦來呈現教材均比傳統呈現方式來的好；換言之，傳統的 教材有其無可取代之優點，而以電腦來呈現教材也有其限制。因此在 選擇題材時，應考慮下列幾點﹝2﹞：
1. 需要重複展示的題材
就教師而言，展示(Present)教材給學生學習是教學過程中經常發 生的步驟。但因教學時間有限，有些需要重複展示的題材，則無法實 施。此種情形，電腦適可發揮其功能來輔助重複的展現。
2. 需要經常練習的題材
就學生而言，有些在課堂上學過的教材，因需透過經常性的練 習，才能達到熟練的程度，或是達到精熟學習的水準。此類型的題材 也符合用電腦來輔助重複的展現。
3. 內容較持久性的題材
就教材的性質而言，有些內容有較高的持久性，換言之，教材內 容不會在短期間內有所改變或更動者，也較適合做為電腦輔助教學的
題材。因發展一個教學軟體費時費力，如因教材內容經常變動，則在 軟體的更改與維護上均不經濟。
4. 教材內容抽象的題材
有些教材內容較為抽象，或是受時空限制，學生較不易了解的題 材，則可透過電腦的輔助，使抽象的概念具體化，或透過模擬，以超 越時空的限制。此等題材也適合以電腦來展現。
5. 器材昂貴或操作具危險性的題材
有些教學實驗所需之器材屬消耗性質，或從事實驗操作時，危險 性較高。為了減少器材的消耗，降低危險性，也可先透過電腦輔助學 習，待充分了解教學或實驗情境後，才真正去使用器材或進行操作。
2-3-2 電腦輔助教學的分類
電腦輔助教學是將教材內容透過電腦呈現給學習者學習，其內容 呈現方式的設計，需符合教學的理念。我們可依表現方式將電腦輔助 教學大致區分成五大類﹝2﹞：
1. 教導式(Tutorials)
由系統扮演教師的角色，將教學內容呈現在畫面上供學生學習，
並且輔導學生，使其達成學習的目標。此種模式的長處，是可依照學 生的能力反應，將教學內容作網狀的組織安排，學生學習時可依其個 別的能力選擇合適的學習流程與速度，達到個別化教學的效果。
2. 模擬式(Simulations)
模擬式電腦輔助教學是提供學習者一個擬真性的學習情境。在此 情境中，學習者可親自重現自然現象或社會現象的過程，親臨其境的 效果可引發高度的學習動機，而且學生可與系統所呈現的情境發生互
動，彷彿置身於真實的世界中。模擬式電腦輔助教學可讓學習者平時 無法接觸到或看得到的現象，在電腦上獲得瞭解。
模擬式電腦輔助教學就其模擬對象的屬性大致可區分為四大類
﹝2﹞：(1)物質現象模擬；(2)程序模擬(Procedural)；(3)狀況模擬 (Situational)；及(4)過程模擬。
表2-1 模擬式電腦輔助教學的種類﹝2﹞
屬性 意義 用途
物質現象模擬 模擬現實生活中的物理或科學現
象，在教材內真實的重現。 儀器操縱、載具駕駛
程序模擬 程序是指一組規則、一組構成完整手
續的續列動作
儀器故障的診斷、太空梭 的著陸、人體疾病的診斷 狀況模擬
模擬一個人處於各種不同狀況下的 態度與行為，模擬就某一狀況作不同 處置所產生的不同效應
員工訓練、態度測試
過程模擬
事先給電腦輸入若干參數值，程式自 動演算，在畫面上顯示模擬的結果或 現象
植物生長、衛星雲圖
3. 練習式(Drill and Practice)
這類軟體的特性是就某一特定教學內容，提供使用者一些可供反 覆習作的練習機會，並就其結果，給予適當的回饋，以達到教學之目 的。這種類型的教學軟體，是學習許多「技能」的有效途徑。正因為 電腦能配合學生的個別差異，迅速地給予回饋，並在學習者遭遇困難 的任何時間，給予持續性的指導。
4. 測驗式(Tests)
測驗是教學過程中的重要階段，其目的是要評估學生的學習成 效。測驗式電腦輔助教學是指學生坐在電腦前的上機考試，但是又與 傳統考試有些許的不同。主要的差別在於，測驗式電腦輔助教學可以
活用電腦的機動性與速度，在學習者解答完的瞬間給予評量，還可判 斷學習者的程度而自動切換適合的題庫。
5. 遊戲式(Games)
遊戲式電腦輔助教學其目的一方面是要提供學習情境以幫助學 生學習或熟悉技能，另一方面要提供具娛樂性、挑戰性的遊戲，以提 高學生的動機，讓學生在遊戲中達到學習的成效。遊戲式的設計是將 學習的內容融入遊戲中，遊戲的方式可涵蓋的種類甚多，諸如戰鬥 式、探險式、過關斬將式、邏輯式、角色扮演式等等。
2-3-3 傳統教學與電腦輔助教學的比較 傳統教學的特性﹝3﹞：
1. 互動學習
大班教學可以增加學習互動的機會，節省教師人力。通常在團體 教學中互動教學較有啟發性，教師導引出問題，可激發學生不同的思 考方式進而引出更多的問題。
2. 教師的身體語言
善用身體語言，可把只能意會不能言傳之處表現得淋漓盡致，使 學習者心領神會。
3. 語言表達
在傳統的教學中，教師在課堂上講解時，語意表達可以保持機動 與彈性。在機動方面若學生聽不懂方式一的說法，可以改用方式二來 講解。而彈性方面有些句子的表達所用的句子的深淺，教師可以隨時 變化，有時句子長短也可依學生的表情困惑或釋然，改變說明的長短。
4. 情意教學
教師可以視學生的回答反應與學生的情緒表現，採取適當的雙向
溝通。在學生表現疲累時，教師可以講些有趣的題材，振奮學生的學 習精神。
電腦輔助教學的特性﹝3﹞：
1. 個別化教育
電腦輔助教學個別化教育的特質包括立即回饋(電腦對人的互 動)，學習進度的自我控制(人對電腦的互動)。基於這兩個特點可使學 習快的學的更快，學習慢的也大有進步。
2. 不受空間限制
在傳統的教學裡必須在固定的時間及空間內進行知識的傳授，而 電腦輔助教學則摒除了這項限制，只要有相容性的電腦設備都可以立 即進行教學活動。
3. 適性的發展環境
在電腦輔助教學的環境下，提供了學習者一個具有隱密性及獨立 性的學習空間，減少面對同學的壓力，不必擔心問的問題是否過於簡 單而遭致同學的嘲笑，或是同一個問題問了好幾次而降低自信心。所 以電腦輔助教學使學生可以增加自我學習的機會，而不必擔心在大庭 廣眾前，教師無法多次對一個學生回答問題。
4. 教材發展與應用
電腦輔助教學的教材發展由教育學者，教師學生及程式專家共同 編寫出來。一個良好的電腦輔助教學教材，可以提供多數的教師使 用，因而可以節省很多教學的勞力與時間，使教師有時間去從事其他 的教學研究或活動。
傳統教學與電腦輔助教學之比較如表2-2。
表2-2 傳統教學與電腦輔助教學比較
傳統式教學 電腦輔助教學
學習方式 y 學習者被動地吸收知識。 y 學習者主動地建構知識。
學生活動 y 學習者複製老師授課內容。 y 學習者在系統中產生互動。
教學方式 y 以講義、圖片說明。
y 以口述講解。
y 以黑板繪圖或文字講解抽 象概念。
y 學習者於任何一台電腦上進行 上機學習。
y 教學者從旁輔助學習者上機學 習。
學習流程 y 講師口述→考試→回饋→
知識。
y 情境學習→操作系統→學習→
知識。
特性比較 y 學習者程度不一，教學者不
易掌握教學進度。
y 學習者必須跟上教師進 度，部分學習者無法跟上進 度。
y 學習者通常只能依據上課 時的講義、課本學習。
y 學習者處於被動吸收狀 態，無法主動學習。
y 教學中會出現重複性高或 是內容較沉悶的情況。
y 個別化教學，教學者容易掌握 教學進度。
y 一人一機制度，不會發生因為 擁擠而無法學習之問題。
y 學習者可在課後獨自於家中電 腦複習上課內容。
y 學習者可無限次的進行操作練 習。
y 學習者可依自行學習效果調整 學習進度。
y 透過互動式多媒體，用活潑化 的方式教學。
電腦輔助教學的優缺點如下﹝2﹞：
y 優點：
1. 增加互動(Interaction)的機會。
2. 滿足個別化(Individualized)教學的需求。
3. 可以獲得立即的回饋(Feedback)。
4. 能培養學生主動的精神。
5. 易於監控(Monitoring)學生的學習情況。
y 缺點：
1. 需要較昂貴的設備。
2. 需要額外的發展技巧。
3. 發展費時。
4. 限制副學習(Incidental Learning)減少人際溝通的機會，而易產生 非人性化(Dehumanization)的問題。
2-4 虛擬實境
2-4-1 虛擬實境的定義
虛擬實境在目前並沒有一個統一的定義，在相關文獻中，有許多 意義與虛擬實境相似的詞彙，如Cyberspace、Artificial Reality
Telepresence 等。而虛擬實境的定義，大略可分狹義的技術面定義，
以及廣義的由媒介和經驗角度來分析。如Gigante 認為虛擬實境在技 術上需要若干配備如即時由電腦產生的3D 圖形，廣角、立體化的視 覺呈現，使用者頭部與手勢姿態的追蹤，立體化的聲音，觸覺回饋以 及聲音輸入與輸出設備﹝4﹞。
Sutherland 指出，虛擬實境是模擬的、由電腦產生的世界、而使 用者可在其間自由的遊走，獲得即時的回饋，如同再真實空間中行走 一般﹝5﹞。
Latta 整理出虛擬實境三個最重要的要素，分別為：真實度(Degree of Realism)、與可感測的環境(Sensory Environment)、以及個人的控制 (Individual Control)﹝6﹞。
Sheridan 則是用臨場感(Presence)的角度來定義。他認為虛擬實境 的臨場感應具有三個向度：(1)感官資訊的延伸：將資訊適當地傳遞 使用者接收；(2)控制感測器與環境接觸：使用者可以自行控制視野，
觀看事物；(3)操作真實事物的能力：操作虛擬環境中的機器或改變 虛擬環境中的物體的能力﹝7﹞。
圖2-1 臨場感構成的三個向度﹝6﹞
Summitt & Summitt 對虛擬實境提出了兩種看法。其一是將虛擬 實境定義為一種電子通訊媒介，當作感官經驗的延伸，如同電話可以 延伸我們的聽覺範圍，相對的虛擬實境則可延伸所有的感官範圍。第 二種看法則將虛擬實境視為一種體驗，虛擬實境只是讓使用者藉由媒 體來體驗環境。即使系統生動，畫面逼真，互動性也佳，若使用者不 將之視為一個存在空間，則虛擬實境也無法存在﹝8﹞。
Heim 認為「虛擬」的意義是在非正式的情況下，被認為是一種 存在的實體或效果；「實境」的意義則是一種真實的事件或情況。綜 合兩者，「虛擬實境」的意義便是「一個事件或實體具有真實的效果，
但並非真正的真實」，也就是盡可能的模擬真實的環境﹝9﹞。
許秀影等人認為，虛擬實境必須掌握以下這五個特性﹝10﹞：
1. 由電腦產生。
2. 是個 3D 立體空間。
3. 可以和這個空間的事物進行交談。
4. 可以隨使用者的意志自由的游移。
5. 要有融入感及參與感。
虛擬實境的五個特性請參考圖2-2。
圖2-2 虛擬實境的五個特性
Burdea & Coiffet 並提出虛擬實境必須滿足三個基本要求﹝11﹞：
1. 融入度(Immersion)
當為了一件事情沈迷投入時，會達到渾然忘我的境界，完全無視 於外界的環境。虛擬實境就是藉助這種心理讓人擺脫現實環境的壓 力，讓人自然而然地融入到電腦所模擬的虛擬世界。
2. 互動性(Interaction)
因為真實的世界中，人可以與周圍的環境互動，例如：抬頭可以 看到太陽、白雲，可以和行人打招呼。所以虛擬實境就是要把這種人 與環境的互動性，加入虛擬世界中讓虛擬世界變得更加地真實。
3. 想像力(Imagination)
人類就是有類似天馬行空的想像力，才創造了今日的世界。虛擬 實境就是想藉著人的想像力，將虛擬實境和真實的事物聯想一起，好 比一個雖然沒有進入大英博物館，卻可透過網際網路去瀏覽參觀虛擬 的大英博物館。
虛擬實境必須滿足的三個要求如圖2-3。
圖2-3 虛擬實境的三個要求
虛擬實境剛出現的時候，網路技術並不普及。現在由於科技的進 步，虛擬實境已經從I3演變成 I4了，也就是除了前述的三個I 以外，
應再加上網際網路(Internet)這個要素，朝多人互動來發展，來大幅增 加虛擬實境的互動性﹝12﹞，如圖 2-4 所示。
圖2-4 虛擬實境的四個要求﹝12﹞
對於虛擬實境，不同立場便會有互異的定義，以下就各學者對虛 擬實境定義的看法做一整理如表2-2﹝13﹞：
表2-2 虛擬實境定義表﹝13﹞
定義角度 學者 主張
以技術設備 定義
Giante 虛擬實境在設備面需要具備有電腦產生的3D圖
形、立體化的視覺呈現與聲音系統、頭部與手部 姿態的追蹤系統、觸覺回饋與聲音輸入輸出裝 置，其主要強調融入式、多重感官刺激的設備。
以人機介面 定義
Setuer 主張不能以設備技術之有無作為判斷虛擬實境之
標準。
Latta 將虛擬實境視為供個人行動的環境，VR三要素
為：真實度、可感測的環境，以及個人的控制。
Sheridan 臨場感構成三要素：感官資訊的延伸、與環境接
觸，以及操作真實事物的能力。
Summitt, et
al. 以媒介角度，用生動度與相互作用來定義，使用
者只要能在虛擬世界中直接經歷、產生相互作用 都可算是虛擬實境。
許秀影 虛擬實境必須滿足五項特性：電腦產生、3D立體
空間、融入感與參與感、進行交談與自由的游移。
Burdea &
Coiffet 強調虛擬實境的三要素：融入度、互動性以及想
像力。虛擬實境是具有內容的，並非只是人機介 面或溝通媒介。
以構成要素 定義
紀大任 如前Burdea & Coiffet的論點，但更強調現今的虛 擬實境應具備網路多人互動的功能。
Summitt, et al.
虛擬實境是使用者的體驗，使用者必須相信有此 一空間存在，依其主觀判斷而定。
Heim 虛擬實境是一個事件或實體，其具有真實的效果
但並非真正的真實，先決條件是人類感官要相信 這是真實的環境。
以使用者主 觀角度定義
Applewhite 只要是高度合理互動的浸入式環境、便可讓使用 者相信。
2-4-2 虛擬實境的種類
虛擬實境技術大致區分為三維立體模型建立、視覺輸出裝置、以 及意念輸入裝置等。經由「虛擬實境」的一系列計畫發展程序，包括 事件架構與主題表現方式之整體構思、故事發展之劇本編撰、物體模 型與場景製作、硬軟體系統整合操控、依時序與動作建立線上之操控 點、描繪修飾、建立多媒體展示時之操控點與展示等，而建構一個真
實世界的模型。人類可以利用輔助的週邊設備與虛擬模型進行功能互 動，進而達到學習、控制與模擬等特定目的。
虛擬實境依使用的技術不同而可分成幾何式虛擬實境、影像式虛 擬實境、混合式虛擬實境三類﹝14﹞：
1. 幾何式虛擬實境(Geometry-base VR or Graphic-based VR)
此種形式的「虛擬實境」是架構在所有場景與事件皆由3D 模型 模擬建置而成，故具有高度的互動性，且可讓操作者於使用時可以放 若置身其中。因為每一個物件皆真實存在於景中，所以非常容易設定 其行為與互動方式。但因為場景中美一個物件皆由 3D 模型建構而 成，所以場景中每一個動作皆必須經由許多複雜的「計算」才能夠得 到。
2. 影像式虛擬實境(Image-based VR)
「影像式虛擬實境」其製作方法說起較為簡單。在想要製作場景 的地方規劃好要拍攝的景點，然後於各個拍攝點架設好照相機以此為 圓心，每隔十五至三十度的角度拍攝一張照片，每張照片需有部份重 疊。依此法拍攝全場景，然後將這些照片經過特殊的軟體加以縫合，
那麼我們就可以得到一個全景的影像。這樣的場景自然就缺乏景深，
而導致整場景的立體感不足。此外，場景中的物件均由拍攝而得，所 以就沒有「互動性」可言。再加上對於實際上不存在的物件無法用此 方法呈現亦是其致命傷。
3. 混合式虛擬實境(Hybrid VR)
上述「幾何式虛擬實境」、「影像式虛擬實境」，雖然各有特色，
但卻無法提供完整的解決方案。而「混合式虛擬實境」就具備了其二 者之優點，成功的整合「互動性」與「真實性」，成為 VR 應用技術 之新主流。「混合式虛擬實境」只需要如同「影像式虛擬實境」拍下
需要的場景經由縫合後，便可於場景中依照我們的需求，加入其他不 存在場景中的物件，並可設定物件互動的行為。如此，「混合式虛擬 實境」就可省下自建模型的時間，但仍有真實性的場景。
在「幾何式虛擬實境」及「混合式虛擬實境」中，都必須建構 3D 模型物件，然後依使用者實際需求，賦予建立 3D 模型物件其行 為互動指令及參數，以利使用者於「虛擬實境」的環境中可以有互動 之行為。3D 模型物件的建立，必須有良好之美工專業技術，若要再 賦予行為互動指令及參數，又必須具有專業之資訊技術，且許多行為 是不容易製作的。所以在軟體技術不斷的研發與演進的過程中，現今 已可以利用「動作擷取」(Motion Capture)技術來輕易完成上述 3D 模 型物件的行為互動指令及參數，不必再去設定複雜的程式了﹝14﹞。
虛擬實境依不同的技術類型之優缺點比較如表2-3。
表2-3 虛擬實境依不同技術類型之優缺點比較表
類型 優點 缺點
幾何式虛擬實境 y 物件互動性高
y 物件行為較為自由 y 場景可以自由遊走
y 場景深度與立體效果佳
y 場景真實感低 y 場景製作難度較高
y 電腦運算速度需求較高
影像式虛擬實境 y 場景真實感高
y 場景製作難度較低
y 電腦運算速度需求較低
y 物件互動性低 y 物件行為較受限 y 場景只能定點瀏覽
y 場景深度與立體效果差
混合式虛擬實境 y 物件具互動性
y 場景具真實感
y 技術要求較幾何式低 y 節省自建模型時間
y 物件行為製作不易 y 需美工專業技術 y 需資訊專業技術
虛擬實境依投影的技術不同，我們可以將現有虛擬實境系統分為 四大類：桌上型VR 系統(Desktop VR)、融入型 VR 系統(Immersive VR)、投影型 VR 系統(Projection VR)以及模擬型 VR 系統(Simulation
VR)﹝15﹞。
1. 桌上型 VR 系統(Desktop VR)
這種是最「陽春」的虛擬實境系統，所使用的設備為一般個人電 腦所使用的配備，例如螢幕、搖桿、滑鼠、音效卡等，當然為求立體 顯像效果，3D 立體眼鏡亦為必備設備之一。然而為求更高級的操控 效果，3D 滑鼠或空間球則有取代傳統滑鼠之趨勢。
2. 融入型 VR 系統(Immersive VR)
要達到「身歷其境」，則必須身處於密閉空間之中，最簡單的方 式為利用頭盔與手套，將視覺、觸覺與聽覺與外界隔離，讓使用者完 全進入一個與現實世界隔離的擬真環境。
3. 投影型 VR 系統(Projection VR)
融入型系統是足以展現虛擬實境的特色，但缺點是僅供單人使 用，多人使用狀況下、須考慮設備成本以及設備連線複雜度大幅提 高，因此利用大型投影螢幕隔離出一密閉空間，便可以提供多人參與 體驗虛擬情境。
4. 模擬型 VR 系統(Simulation VR)
所謂模擬型，顧名思義是專門作為模擬應用之虛擬實境系統，一 般可以見到的是遊樂場中配有小型動力平台之大型遊戲機台如賽 車，飛行戰鬥等，當使用者操作時，以油門收放、方向盤／操縱桿控 制方式，達到視覺、碰撞以及音效等反應。
2-4-3 虛擬實境的應用
有關於虛擬實境在各界所帶來的便利已經廣泛的出現在許多地 方。由一般網路應用、商品展示，甚至到軍事訓練等。目前市面上應 用範圍我們可整理出表2-4﹝16﹞。
表2-4 虛擬實境的應用﹝16﹞
應用市場 應用類別
網路應用 虛擬銀行、商店、博物館、校園、多人互動式教學、遊戲、分散
式互動模擬(DIS)等。
教育 虛擬科學實驗室、虛擬天文館、青少年數理立體觀念、生活教育、
專業領域的教育訓練等CAI軟體。
訓練 駕駛(一般車輛、吊車、堆土機等)、飛行、滑雪、機械人操作模
擬、火災救災演練及各式儀器、設備操作、安裝與檢修訓練。
醫學 外科手術、遠程遙控手術、身體復健、虛擬超音波影像牙齒校正
及藥物合成等。
設計 器材、室內、景觀、建築、土木、管線工程、機械人輔助設計、
室內音響模擬、噪音測試等。
商業 廣告(動產、不動產、一般業務推銷及企業網頁製作)、財務分析、
電傳會議及虛擬購物中心等。
簡報 博物館、紀念館、捷運車站簡介及遊客導覽系統。
軍事 飛行模擬、各式軍車、軍艦、武器操控及軍事演習與太空訓練、
虛擬駕駛等。
監控 即時性股市行情顯示、分析、電信網路及交通監控等。
藝術 動態藝術、虛擬演員、虛擬音樂等。
科學視覺化 行星表面重建、虛擬風洞試驗、分子結構分析等。
刑事調查 犯罪現場模擬。
娛樂 電腦遊戲、電動玩具機、虛擬電影院。
2-5 虛擬實境在電腦輔助教學之應用
對電腦輔助教學應用「虛擬實境」技術的必要性之評估重點為教 學概念中是否需要包含平面空間、場景概念。當課程只需平面的概 念，建議可應用一般多媒體電腦輔助教學課程軟體即可將課程內容完 全表現。當課程需要空間概念時，表示課程不重視物體上的色調、圖 像，而重視物體相互之位置關係﹝14﹞，僅需一般多媒體的系統輔助 說明即可，例如講授樑受外力的應力分佈情形。當課程屬於互動性 高、真實性強、需特殊裝備器材、或具相當程度之危險性的教學時及 需要場景概念，則適用「虛擬實境」技術，如講授樑漸進受力時應力 的分析情形。
現行教育訓練頂多提供文字、圖形、聲音、動畫、影像等元素的
結合，在「情境認知」與「情境互動」等項因素的融入程度不足，無 法使受教者感同身受。虛擬實境技術應用於教學除足以將上述之缺點 全部改善外，並結合「情境認知」與「情境互動」等項因素的融入，
讓教學環境與學員達到一定程度互動的教學目標且具備即時雙向交 流的目的﹝14﹞。
2-5-1 虛擬實境在電腦輔助教學上的應用方式
1. 教學：由於虛擬實境的技術強調身歷其境，在對使用者所收到感 官刺激的程度而言，遠超過平面媒體的圖文訊息傳遞，對於課程 主題的記憶及領悟有實質加深的效果。
2. 訓練：情境因素為支持實作訓練的要件，藉由反覆的訓練將能夠 降低實作時可能衍生非預期的風險。虛擬實境技術可經由特定領 域的專才參與，提供完善而具體的演練程序，並由物件模型強化 物的設計以刺激使用者的正面反應。
3. 模擬：模擬係於虛擬實境應用中導入時間或獎懲壓力，諸如即時 動作、有時限的任務，再藉由互動性良好的人機介面，讓使用者 有一定的發揮與思考空間。
2-5-2 虛擬實境應用於電腦輔助教學上之優點
1. 虛擬實境技術應用於教學上僅需要電腦模擬系統的成本，相當符 合經濟效益。
2. 每位學者可以自行控制系統訓練與操作學習，不需要教師在旁監 督也可以進行練習。
3. 即使操作不當，也不用擔心會損害真實的設備系統。
4. 訓練場景可以在虛擬場景中設定，可以有需多不同的場景狀況。
學習者可以感覺到非常逼真的情境，可以提高學習的情緒，進而
提升訓練成效。
5. 系統甚具彈性，很容易依照使用者的需求做適當的修正，以符合 使用者的期望。
6. 不受天候影響，隨時都可以從事教育訓練。
7. 不受教育場地不足的影響，即使在最偏遠的校區也可以使用。
8. 可以用較低成本同時訓練很多人。
2-5-3 虛擬實境教學與傳統教學的比較
傳統教學與虛擬實境教學之比較如表2-5﹝15﹞。
表2-5 傳統教學與虛擬實境教學之比較﹝15﹞
傳統式教學 虛擬實境輔助教學
學習方式 y 學習者被動的吸收知識。 y 學習者主動的建構知識。
學生活動 y 學習者複製老師授課內容。 y 學習者在虛擬實境中以互動
學習。
教學方式 y 發講義內附圖片說明。
y 教學者以口述，搭配學習者
以看實物之方式，逐一步驟 介紹操作方式。
y 學習者於設計過的情境中進
行虛擬實境教學。
y 學習者於任何一台電腦上進
行上機學習。
y 教學者從旁輔助學習者上機
學習。
學習流程 y 講師口述→考試→回饋→知
識
y 情境學習→操控→學習→知
識 優缺點比
較
y 受天候影響。
y 學習者可直接親臨現場，觀
看實物狀況。
y 教學者解說步驟時，只能操
控一部儀器，學習者常看不 清楚教學解說細節。
y 學習者必須跟上教師進度，
部份學習者無法跟上進度。
y 學習者通常只能在上課時練
習操作儀器，練習次數有限。
y 學習者錯誤操作可能會造成
儀器損壞。
y 不受天候影響。
y 虛 擬 實 境 雖 可 模 擬 儀 器 狀 況，但與實際儀器上有差異 存在。
y 學習者學習時，如採一人一
機教學，學習者不會看不清 楚教學解說細節。
y 學習者可依自行學習效果，
調整學習進度。
y 學習者可在任意時間練習操
作儀器，練習次數無限制。
y 學習者錯誤操作不會造成儀
器損壞。
2-6 虛擬實境在工程教育上之應用
2-6-1 國內相關研究
陳瓊瑶(1995)以虛擬實境在教育訓練之應用為探討的主題，進行 研究。本研究主要是採取實作方式和分析比較方式。研究結果顯示，
虛擬實境在教育訓練之應用是可行的。
蘇芬雅(1996)承續國內外相關領域的研究結果，繼續探索虛擬實 境於教育應用的可行性，設計出一套專為國中學生設計的虛擬實境地 震學習系統：MOVER。研究結果顯示，MOVER 系統的學習內容可 以適合國中程度的受試者，他們對於虛擬實境的接受性很高，對未來 虛擬實境於教育應用的發展亦持正面態度。
柯廷潔(1997)設計一套個人電腦組裝職訓的虛擬實境系統。使用 時受訓者頭部戴上頭盔顯示器，本系統則即時輸出立體的組裝工作台 場景，可看到工作台上各種逼真貼圖的組件及工具。然後受訓者移動 雙手，開始從事組裝動作。由本研究成果得知，受訓者在接受虛擬組 裝訓練後，對電腦組裝有進一步的認識，並且對虛擬實境的接受度高。
邱明祺(1997)探討虛擬實境於電腦輔助教學上的應用，完成一間 虛擬材料力學實驗室，並評估其可行性及適用範圍。本研究將虛擬實 境結合全球資訊網及超文件格式的技術，提供系統相關的材料力學教 學資源。研究結果顯示，虛擬實境能提供了電腦輔助教學3D 圖形的 觀察介面，而超文件連結則提供了相關的教學說明網頁，藉由兩者的 相輔相成，提供使用者能夠達到更好的學習效果。
陳采穗(1998)嘗試將虛擬實境技術應用在加強國小高年級學童 的空間能力上。依據學者對空間能力的研究及虛擬實境技術的特性，
開發一套可以加強積木旋轉能力的三度空間物體操控軟體。統計結果 顯示，接受本研究所開發之軟體訓練的國小高年級學童，其積木旋轉
能力有顯著的增強。
吳銘輝(1998)嘗試著透過一個建築設計的實驗來分別測試傳統 繪圖與虛擬實境兩項媒材，並根據實驗的過程與最終的結果來比較兩 種媒材的差異性，及找出虛擬實境在建築設計過程中的一些特性。研 究結果顯示，虛擬實境中具有三維空間的即時視覺感受，在空間的處 理與空間的安排利用上都可以有比較仔細的考慮。
葉儒智(1998)從虛擬實境學習環境的深入探討，配合學習理論及 教學設計之系統化方法，利用虛擬實境塑形語言(VRML)發展出一個 可以透過網際網路來學習的虛擬實境學習環境線上課程。經過實際施 測之程式追蹤及使用者回饋問卷之分析，有 85.1%的使用者認同本虛 擬實境學習環境系統之內容設計。
劉勝民(1998)研究之目的在建構一套三維虛擬實境的課程軟體 發展模式，並以所建構之發展模式，設計製作識圖教學課程軟體系統 雛形。為達成研究目的，本研究首先探討課程軟體之建構模式與設計 原則，並以國民中學生活科技課程中識圖與設計單元之教學活動構思 當作應用實例，再以雛形法進行課程軟體開發，最後再進行評估與應 用。本研究課程軟體的發展模式、人機界面設計原則、方法與技術，
可做為其他需要空間能力配合之課程提供發展課程軟體的參考。
蕭丞鈞(2001)運用虛擬實境技術發展一套在個人電腦操作環境 下之靜脈注射虛擬實境模擬系統。在學生模擬操作結束後，系統將詳 細列出在整個注射程序中使用者操作行為之評估報告。研究結果顯 示，本系統可增進醫護學員對靜脈注射的瞭解，於實地操作時更具備 精進之技術。
林政佑(2002)透過多媒體與網際網路結合工業設計課程，發展出 一套可學習、測驗的網路教學模式，以有助於工業設計教育的教學與
學習。研究結果發現，以網路虛擬實境的方式做為學習後的練習、測 驗，並搭配不同的媒體類型做為解說之教學模式，對於教學滿意度有 正向偏好的影響。
陳世峰等(2003) 研發一套「虛擬實境數值地形測量電腦輔助教 學系統」ICALS。學生可在虛擬實境的環境中進行選取地形特徵要點 及編輯三角網，如臨現場般的進行測量作業，並在作業完成後立即了 解學習狀況、達到即時回饋的效果。並對使用系統的學生進行問卷，
以評估系統的實用性。研究結果顯示，系統對學習有良好的貢獻性。
鍾日欣等(2003)描述一個在全球定位系統(GPS)儀器與量測之領 域的互動式多媒體之發展經驗。這個系統的主要目標是，經由以多媒 體技術為基礎的教學系統的智慧型互動，幫助學生獲得 GPS 操作的 基礎，以補野外教學之不足。這個系統被設計成一個具有智慧的、使 用者友善的互動之自我控制進度的虛擬教師。課程軟體包括在模擬真 實儀器的虛擬儀器上作練習的單元，因此學生能夠沒有實際儀器下，
進行虛擬的操作實習。根據對學生的問卷，學生對這個系統有良好的 反應。
唐為灝(2004)藉由虛擬實境互動性、個人化回饋、參與感及融入 感等特性，建立一套虛擬全站儀，可以定心、定平與照準等全站儀功 能，使初學者不會被傳統測量實習中時間與空間條件所限制，以達成 更佳的學習效果，並提升學習興趣，進而改善教學的品質與效果。唐 為灝所開發之系統展示於圖2-5~圖 2-6。
圖2-5 概略定平與精確定平(唐為灝開發)
圖2-6 粗略照準與精確照準(唐為灝開發)
江宗原(2005)建立一套導線測量教學系統，這套互動式系統中包 含：(1)測量學教學(導線測量與細部測量部分)模組(2)導線測量實習模 組(3)地物測量實習模組，並採用模擬式遊戲教學法(SG)搭配虛擬實境 建構。江宗原所開發之系統展示於圖2-7~圖 2-8。
圖2-7 導線定位模式之執行畫面(導線測量)
圖2-8 瞄準鏡模式執行畫面(導線測量)
鍾勁威(2005)使用物件導向程式設計以及 3Ｄ電腦繪圖技術來開 發一個有互動式及視覺化等特性之虛擬實境，來呈現的結構動力分析 系統，讓使用者能以最有效率的方式設計建物、並且模擬建物在地震 力作用下的動力反應。
許啟彬(2005)建立可套用於汽車駕駛模擬器之車輛模擬軟體，此 軟體分成車輛動力傳輸、車輛動態與操控運動感覺等三個次模組。
回顧2000~2006 年與虛擬實境相關的研究，國內博碩論文如表 2-6，國科會專題研究如表 2-7。
表2-6 2000~2006 年虛擬實境相關研究國內博碩士論文整理表
作者 指導教授 年代 標題 學校 學位 備註
鍾勁威 洪士林 2005 虛擬實境應用於結構動力 分析模擬
國立交通
大學 碩士 土 木 工 程 系 所
許啟彬 馮君平 2005 駕駛模擬器之車輛模擬系 統研究
國防大學 中正理工
學院
碩士 兵 器 系 統 工 程研究所
鄭傳璋 李良輝 2005 船舶操縱模擬系統視景資 料庫建置之研究
國立高雄 應用科技
大學
碩士
土 木 工 程 與 防 災 科 技 研 究
江宗原 葉怡成 2005 虛擬實境在測量實習之應
用 中華大學 碩士 土 木 與 工 程
資訊學系 張聖裕 何明果 2004 直昇機飛行模擬環境之建
構與發展
國立臺北
科技大學 碩士 機 電 整 合 研 究所
程永富 何明果 2004
平面三自由度動感模擬載 具於虛擬實境系統之設計 與控制研究
大同大學 碩士 機 械 工 程 研 究所
林重宏 陳詩豐 2004 虛擬實境技術應用於視障 者定向行動輔助之研究
龍華科技
大學 碩士 機械研究所 徐文俊 陳五洲 2004
Web 3D/VR太極拳教學系 統之開發研究－以四十二 式太極拳競賽套路為例
國立體育
學院 碩士 運 動 科 學 研 究所
黃傅旻 趙銘 2004 以虛擬環境為架構之數位
學習系統 逢甲大學 碩士 資訊工程所
唐為灝 葉怡成 2003 虛擬實境在全站儀測量實
習教學之應用 中華大學 碩士 土 木 與 工 程
資訊學系 陳世峰 葉怡成 2003 虛擬實境在測量實習教學
之應用 中華大學 碩士 土 木 與 工 程
資訊學系 邱欽融 葉怡成 2002 虛擬實境在數值地形測量
電腦輔助教學系統之應用 中華大學 碩士 土 木 與 工 程 資訊學系 吳駿翔 陳俊達 2002 戰車操控訓練模擬器之虛
擬實境系統研究 大葉大學 碩士 自 動 化 工 程
研究所 王柏棋 黃正清 2002 虛擬實境應用於船舶避碰
訓練系統之研究 成功大學 碩士 造 船 及 船 舶
機械工程系 許嘉修 方銘川 2002 波浪中船體運動之虛擬實
境操縱模擬 成功大學 碩士 造 船 及 船 舶
機械工程系 林政佑 柯志祥 2002 虛擬實境於工業設計教育
之應用
台灣科技
大學 碩士 設計研究所 林克衛 方銘川 2001 虛擬實境於船舶操縱模擬
系統之應用 成功大學 碩士 造船及船舶
機械工程系 盧泰均 林進燈 2001 虛擬實境即時船舶動態模
擬系統之場景與模型建立 交通大學 碩士 電 機 與 控 制 工程系
表 2-6 2000~2006 年虛擬實境相關研究國內博碩士論文整理表(續)
作者 指導教授 年代 標題 學校 學位 備註
蕭丞鈞 鄭銘章 2001 靜脈注射虛擬實境模擬系
統 中央大學 碩士 機械工程研
究所 周松瑞 黃俊仁 2001 駕駛模擬系統中高速公路
虛擬實境場景開發之研究 中央大學 碩士 機 械 工 程 研 究所
莊中安 林彥君 2001 虛擬實境場景建構程式之 設計與製作
台灣科技
大學 碩士 電子工程系 黃德昌 黃俊仁
董基良 2001 影像處理與虛擬實境在醫
學上的應用 中央大學 碩士 機 械 工 程 研
究所 陳文慶 陳義男
吳聰能 2000 運動模擬與虛擬實境之整
合研究 臺灣大學 博士
造 船 及 海 洋 工 程 學 研 究 所
黃銘聰
吳忠霖 莊華益 薛文證
2000 虛擬實境應用於汽車駕駛 遊戲機之研究
台灣科技
大學 碩士 機械工程系
蔡卓軒 李世忠 2000
影像式虛擬實境軟體使用 者介面設計與發展─以
「淡江大學虛擬海事博物 館」導覽為例
淡江大學 碩士 教 育 科 技 學 系
表2-7 2000~2006 年度國科會虛擬實境於訓練與學習專題研究
年度 姓名 執行機關 計畫名稱
2006 黃幹忠 崑 山 科 技 大 學 不 動 產 經 營系
虛擬實境運用於敷地設計與開發之系統 建構
2005 劉有德 國 立 臺 灣 師 範 大 學 體 育 學系(所)
虛擬實境練習對學習多肢段協調技能之 影響
2005 楊世偉 國 立 陽 明 大 學 醫 學 工 程 研究所
具訓練、評估、復健功能之虛擬實境輪 椅模擬系統研發
2005 董基良 義 守 大 學 生 物 醫 學 工 程 學系
虛擬實境心肺復甦術教學訓練系統之研 究
2005 張惠欽 德 霖 技 術 學 院 機 械 工 程 系
虛擬實境技術應用於數控工具機實務操 作教學之研究
2004 賴進松 國 立 臺 灣 大 學 水 工 試 驗 所
洪氾淹水模擬與 3D 地形地貌結合之虛
擬實境即時展示技術研發 2003 董基良 國 立 中 央 大 學 機 械 工 程
學系
腹腔鏡手術之虛擬實境數位學習系統之 研究
2003 葉怡成 中華大學土木工程學系 測量實習虛擬實境學習系統之研究 2003 江宏志 清 雲 科 技 大 學 工 業 工 程
與管理系(科)
應用虛擬實境技術建構多媒體醫學知識 庫學習系統之研究
2002 張金堅 國立台灣大學醫學院 產學合作計畫：虛擬實境於外科醫療及
教學之應用
表 2-7 2000~2006 年度國科會虛擬實境於訓練與學習專題研究(續)
年度 姓名 執行機關 計畫名稱
2002 方銘川 國 立 成 功 大 學 造 船 及 船 舶機械工程學系(所)
船舶於波浪中之虛擬實境操縱模擬系統 之研發
2002 謝凱生 高雄榮民總醫院小兒科 建立血管內超音波影像自動分析系統與
虛擬實境的血管導管手術模擬訓練系統 2001 李天浩 國 立 臺 灣 大 學 土 木 工 程
學系暨研究所
應用雷達資料進行降雨系統之辨識與平 移速度估計技術研究及其虛擬實境展示 2001 柯志祥 國 立 臺 灣 科 技 大 學 工 商
業設計系 虛擬實境在遠距教育上的應用
2000 張俊彥 國 立 臺 灣 師 範 大 學 地 球
科學系(所) 地球科學「虛擬實境」學習之初探
2000 蔡文祥 國 立 交 通 大 學 資 訊 科 學 學系
以電腦視覺技術作人與虛擬實境場景之 互動
2000 李逢春 國 立 台 南 師 範 學 院 自 然 科學教育學系
地球科學網際網路之虛擬實境遠距教學 研究-以「台灣河流侵蝕」之 3D 虛擬實 境及其地理資訊系統為例-淡水河 2000 董基良 國 立 中 央 大 學 機 械 工 程
學系
火箭發射系統全程操控虛擬實境技術之 研製
2000 許蒼嶺 國 立 中 山 大 學 電 機 工 程 學系(所)
配電系統運轉決策支援系統─子計畫二:
調度員訓練系統的虛擬實境模擬器 2000 高富建 私 立 吳 鳳 工 商 專 科 學 校
電子工程科
整合基本電學理論與實習教學之多媒體 虛擬實境電腦輔助教學系統設計
2-6-2 國外相關研究
Arduino等人(1997)將虛擬實境應用在大地工程中三軸土壤試 驗，製作一個可做為訓練工具的土壤三軸試驗虛擬實境模式，讓使用 者可透過系統了解試驗的整個進行過程與限制。本研究成功設計出一 個以個人電腦為平台的虛擬實境土壤三軸試驗系統，使學生能在系統 中模擬學習實驗室中所進行的步驟及狀況。
Câmara等人(1998)研究目的為透過虛擬實境的技術，將水資源分 佈及水資源利用充分展示，最終期能透過網際網路提供設計者及一般 市民水資源規劃資訊的參考。
Hashash & Ghaboussi(2002)以離散元素法建立一套即時的土壤反
到與大地工程相關的知識。
Phillips & Thompson(2002)以虛擬實境的方式模擬出暴風雨水的 管理方式。系統允許使用者可定義土地使用情況，系統再據以模擬暴 風雨水的影響，以提供研究者與管理者規劃與防制的參考資訊。
Arslan(2003)設計一套為土木工程學生教育，以網路為基礎的虛 擬營建工地參訪系統，使學生能透過網路與虛擬實境的技術，學習營 建工地中的相關知識。
Ayaho Miyamoto & Masa-aki Konno(2005)建立一套訓練學生判斷 並修復受損橋樑的系統，可再未來幫助學生更快找出橋樑的問題所 在，與修復的辦法。
Mehdi Setareh等人(2005)發展出一套虛擬建築分析軟體(VSAP)
，可以增對虛擬實境中的建築物之耐震力作出分析，在針對使用者做 回饋後發現，該軟體的學習成效是非常顯著，應可以運用在建築物的 設計與建造過程。
1990~2006年之ASCE土木領域虛擬實境相關之期刊論文與研討 會列於表2-8。
表2-8 2000~2006 年 ASCE 土木領域 VR 相關期刊論文與研討會
作者 篇名 出處
Guoqing Zhou and Zenyu Tan and Minyi Cen and Chaokui Li (2006)
Customizing Visualization in Three-Dimensional Urban GIS via Web-Based Interaction
Journal of Urban Planning and
Development, Vol. 132, No. 2, June 2006, pp. 97-103
Javier Irizarry and Dulcy M.
Abraham (2005)
Application of Virtual Reality Technology for the Improvement of Safety in the Steel Erection Process
Proceedings of the 2005 International Conference; July 12.15, 2005, Cancun, Mexico.
Mehdi Setareh, P.E. and Doug A. Bowman and Alex Kalita and Matthew Gracey and John Lucas (2005)
Application of a Virtual Environment System in Building Sciences Education
Journal of Architectural Engineering, Vol.
11, No. 4, December 2005, pp. 165-172
