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研究生: 楊正鈺
論文名稱: 導引輔助電子地圖於虛擬實境之研究
指導教授: 王明揚
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工業工程與工程管理學系
Department of Industrial Engineering and Engineering Management
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 導引輔助工具電子地圖虛擬實境
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  • 隨著科技的快速成長,虛擬實境的技術被大量運用在日常生活中。過去,研究改善虛擬實境的導引領域大致可分為兩部份:虛擬實境的設計與導引輔助工具的發展。最普及的導引輔助工具是電子地圖,常可在交通工具GPS、個人PDA或是旅遊資訊類上發現。
    電子地圖根據顯示的方位、與使用者的互動性或顯示的類型等特性,而具有不同的效果,本研究目的是在評估2D與3D兩種電子地圖顯示的類型,對於空間中目標物搜尋績效的影響。研究採取實驗設計的方式,要求受測者在虛擬實境進行四種不同的搜尋作業,並收集每位受測者執行搜尋作業中的任務完成時間、行經距離與主觀者評比,用以比較電子地圖顯示類型之間所造成績效的差異,實驗同時把接觸虛擬實境經驗不同的受測者分為兩群拿來做比較,觀察兩群體作業績效是否有差異,最後觀察到電子地圖對使用者在進行導引時的一些影響。
    實驗結果顯示,電子地圖顯示類型會與使用者接觸虛擬實境的經驗有關,而電子地圖對空間中的導引的確有正面的影響。因此在設計一個虛擬實境時,不僅要考慮目標群體、在虛擬實境中執行的作業,才能提供適當的電子地圖。


    With the advances in technology, virtual reality (VR)has been increasingly used in many field. Previous studies in improving navigation in virtual reality can be divided into two categories:establishing a more navigable environment and providing the navigation aids. A commonly used aid is electronic map which can be seen in global positioning system (GPS), personal digital assistant (PDA) or tour information system,…, etc.
    This study is focus on the effects of presentation styles of electronic map on navigation in VR. A 2Dmap and a 3Dmap were used for four searching tasks in the experiments. The total performance time, the total traveling distance and the subjective ratings were collected as indicators for navigation effects. The subjects’ previous VR experiences were also investigated to better understand the effects of the navigation aids in VR.
    The result showed that the electronic map styles and the previous experiences on virtual reality and affected the navigation performance. Consequently, when designing a virtual reality along with electronic maps as navigation aids, the designers have considered the target users’ characteristics as well as the tasks that users intend to do.

    目錄 目錄 i 圖目錄 iii 表目錄 v 摘要 vi Abstract vii 第一章、緒論 1 1.1研究背景 1 1.2研究動機 1 1.3研究目的 2 1.4研究架構 3 第二章、文獻探討 4 2.1虛擬實境 4 2.1.1虛擬實境的定義 4 2.1.2虛擬實境的三要素 4 2.1.3虛擬實境的類型 6 2.1.4虛擬實境應用 7 2.2導引 (NAVIGATION) 9 2.2.1定義 9 2.2.2路線找尋 10 2.2.3動作控制 13 2.2.4導引任務的類型 14 2.3導引輔助工具 15 2.3.1導引輔助工具之概念介紹 15 2.3.2現存導引輔助工具 16 2.4電子地圖 19 2.5小結 23 第三章、研究方法 24 3.1實驗架構 24 3.2實驗假設 25 3.3實驗對象 26 3.4實驗設備 27 3.6實驗設計 27 3.7實驗限制 32 3.8實驗流程 32 3.9觀測變項 36 3.9.1客觀資料 36 3.9.2主觀者評比問卷 36 3.10小結 37 第四章、實驗結果與分析 38 4.1任務完成時間 39 4.1.1專家在不同電子地圖的類型之比較 39 4.1.2生手在不同電子地圖的類型之比較 40 4.2行經距離 42 4.2.1專家在不同電子地圖的類型之比較 42 4.2.2生手在不同電子地圖的類型之比較 43 4.3有無電子地圖輔助之比較 45 4.3.1比較使用2D電子地圖與3D電子地圖的專家間之差異 45 4.3.2比較使用2D電子地圖與3D電子地圖的生手間之差異 47 4.4主觀者評比 48 4.5方向迷失的次數 49 4.6小結 50 第五章、結果與討論 51 5.1主觀者評比 51 5.2無電子地圖輔助之搜尋作業 52 5.3有指定順序之搜尋作業 53 5.4無指定順序之搜尋作業 55 5.5無提示之搜尋作業 58 5.6有無電子地圖所造成的差異 60 5.7實驗檢討 62 5.8小結 63 5.8.1電子地圖顯示的類型 63 5.8.2專家與生手的差異 63 5.8.3電子地圖的效用 63 第六章、結論與建議 64 參考文獻 66 附錄A 正式實驗中四個搜尋作業的安排順序 69 附錄B 主觀者評比問卷 70 附錄C 主觀者評比問卷結果 71 圖目錄 圖一 研究架構 3 圖二 虛擬實境的三個I 5 圖三 導引的層面 10 圖四 空間知識的三類 11 圖五 Chittaro & Scagnetto的半透視法 16 圖六 Worldlet 17 圖七 WIM 17 圖八 詢問對話框使用者介面 18 圖九 同樣的場景以不同的地圖型態表現的方式 22 圖十 世紀帝國遊戲畫面(取自:新世紀帝國~~台灣分部) 22 圖十一 交通工具的GAPS 23 圖十二 TellMarisGuide呈現模式 23 圖十三 實驗四部分 24 圖十四 虛擬環境中的實驗場景 28 圖十五 實驗中的螢幕顯示介面 29 圖十六 找到目標物的前後差異 30 圖十七 有順序之電子地圖顯示方式 30 圖十八 無順序之電子地圖顯示方式 31 圖十九 無提示之電子地圖顯示方式 31 圖二十 實驗流程示意圖 35 圖二十一 專家之無提示任務完成時間比較圖 40 圖二十二 生手之無順序任務完成時間比較圖 41 圖二十三 生手之無提示任務完成時間比較圖 41 圖二十四 專家之無提示行經距離比較圖 43 圖二十五 生手之無順序行經距離比較圖 44 圖二十六 生手之無提示行經距離比較圖 44 圖二十七 2D電子地圖下的專家在有無電子地圖輔助間之差異圖 45 圖二十八 3D電子地圖下的專家在有無電子地圖輔助間之差異圖 46 圖二十九 2D電子地圖下的生手在有無電子地圖輔助間之差異圖 47 圖三十 3D電子地圖下的生手在有無電子地圖輔助間之差異圖 48 圖三十一 各任務下主觀評比的主效應圖 49 圖三十二 專家與生手在無輔助之比較 52 圖三十三 專家與生手在無輔助之行走路線 53 圖三十四 專家與生手在有順序之比較 53 圖三十五 專家與生手在有順序之時間分配比例 54 圖三十六 專家與生手在無順序之比較 55 圖三十七 專家與生手在無順序之時間分配比例 57 圖三十八 專家與生手在無順序之行走路線 57 圖三十九 專家與生手在無提示之時間分配比例 58 圖四十 專家與生手在無提示之行走路線 59 圖四十一 專家在有無地圖輔助之比較 60 圖四十二 專家在有無地圖輔助下之行走路線 61 圖四十三 生手在有無地圖輔助之比較 61 表目錄 表一 虛擬實境應用範圍 8 表二 Lynch城市形象的五項要素 12 表三 實體環境應用到虛擬環境中的兩個原則 13 表四 導引輔助工具 18 表五 北朝上與前朝上地圖的優缺點比較 20 表六 受測者分派方式 26 表七 2D與3D電子地圖之定義 28 表八 二因子受測者間效應項之檢定 38 表九 以不同地圖輔助專家之任務完成時間雙尾獨立T檢定 39 表十 以不同地圖輔助生手之任務完成時間雙尾獨立T檢定 40 表十一 以不同地圖輔助專家之行經距離雙尾獨立T檢定 42 表十二 以不同地圖輔助生手之行經距離雙尾獨立T檢定 43 表十三 2D電子地圖下的專家在有無電子地圖輔助的成對樣本檢定 45 表十四 3D電子地圖下的專家在有無電子地圖輔助的成對樣本檢定 46 表十五 2D電子地圖下的生手在有無電子地圖輔助的成對樣本檢定 47 表十六 3D電子地圖下的生手在有無電子地圖輔助的成對樣本檢定 48 表十七 主觀者評比的受測者間檢定 49 表十八 實驗中的迷向次數及人次 50

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    3D地圖, Available at:
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    附錄A 正式實驗中四個搜尋作業的安排順序
    電子地圖 人員 經驗 無輔助 有順序 無順序 無提式
    3D 1 專家 4 2 3 1
    2 專家 1 3 2 4
    3 專家 4 2 3 1
    4 專家 4 3 2 1
    5 專家 1 3 2 4
    6 專家 1 3 2 4
    7 專家 1 2 3 4
    8 專家 4 2 3 1
    3D 1 生手 1 3 2 4
    2 生手 1 2 3 4
    3 生手 4 2 3 1
    4 生手 1 3 2 4
    5 生手 4 2 3 1
    6 生手 4 2 3 1
    7 生手 1 3 2 4
    8 生手 4 3 2 1
    2D 1 專家 1 3 2 4
    2 專家 4 2 3 1
    3 專家 1 2 3 4
    4 專家 1 3 2 4
    5 專家 4 3 2 1
    6 專家 4 3 2 1
    7 專家 4 2 3 1
    8 專家 1 2 3 4
    2D 1 生手 4 2 3 1
    2 生手 4 3 2 1
    3 生手 1 2 3 4
    4 生手 1 2 3 4
    5 生手 1 3 2 4
    6 生手 4 2 3 1
    7 生手 1 3 2 4
    8 生手 4 3 2 1

    附錄B 主觀者評比問卷

    大螢幕 找尋目標的策略 備註
    使用時機
    無輔助 大螢幕
    電子地圖VS.大螢幕 找尋目標的策略 備註
    時間分配比例與使用時機
    有順序 電子
    地圖
    大螢幕
    電子地圖VS.大螢幕 找尋目標的策略 備註
    時間分配比例與使用時機
    無順序 電子
    地圖
    大螢幕
    電子地圖VS.大螢幕 找尋目標的策略 備註
    時間分配比例與使用時機
    無提示 電子
    地圖
    大螢幕

    附錄C 主觀者評比問卷結果

    專家 生手
    使用電子地圖時機 相同 1. 確定自己的位置。
    2. 確定自己與環境的相對位置。
    3. 確定目標物的位置。
    4. 決定前進的方向。
    5. 決定搜尋路線。
    相異 1. 做路徑的決策與確認會用到電子地圖。
    2. 確認走過的區塊。 1. 行走過程中都注視電子地圖,依循所顯示的路徑行走。
    2. 注視電子地圖較不容易找不到路。
    使用大螢幕時機 相同 1. 確認目標物位置。
    2. 搜尋過程。
    相異 1. 行走的過程。
    2. 注視大螢幕較不容易撞到障礙物。
    3. 往顏色球前進。 1. 快接近顏色球標明的方位才會注意。
    2. 撞到障礙物時。
    搜尋目標物的策略 相同 1. 在交叉口環顧四周。
    2. 一排一排的檢視。
    相異 1. 繞外圍居多。
    2. 若有顏色球顯示時,會先決定行走路線。
    3. 猜測、推敲。 1. 邊走邊找,沒有特定行走路線。
    2. 地毯式繞行。
    3. 一排一排的走。
    備註 地圖一直轉造成困擾。

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