「軍事學校學生研究生學籍規則」部分條文修正草案總說明

Transcription

1 國 防 部 104 年 度 補 助 軍 事 院 校 教 師 ( 官 ) 從 事 學 術 研 究 研 究 計 畫 名 稱 : 合 成 化 戰 場 基 於 GPS 空 間 資 訊 之 行 為 狀 態 感 知 技 術 研 究 委 託 單 位 : 國 防 部 研 究 單 位 : 國 防 大 學 理 工 學 院 資 訊 工 程 系 研 究 計 畫 主 持 人 : 蔡 宗 憲 協 同 研 究 人 : 王 順 吉 陳 文 彬 詹 益 東 國 防 部 編 印 中 華 民 國 104 年 12 月 14 日 第 1 頁, 共 25 頁

2 目 次 圖 次...3 提 要... 4 第 一 章... 5 第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景... 5 第 二 節 研 究 目 的 及 研 究 重 點 第 三 節 研 究 架 構 第 四 節 研 究 對 象 第 五 節 研 究 方 法 及 步 驟 第 六 節 預 期 效 益 與 對 軍 事 教 育 改 革 潛 力 第 七 節 參 考 資 料...21 第 二 章 研 究 結 論 與 建 議...24 第 2 頁, 共 25 頁

3 圖 次 圖 1 Architecture of the Safe & Sound system 6 圖 2 Mixed Reality 的 分 類 8 圖 3 Augmented Reality 的 各 種 座 標 系 9 圖 4 Augmented Reality 的 整 合 結 果 10 圖 5 ARQuake 計 畫 所 使 用 之 視 訊 式 透 視 顯 示 器 10 圖 6 MIT Real-Time Context Engine 以 及 本 計 畫 提 出 之 研 究 架 構 14 圖 7 位 置 感 知 的 分 層 18 第 3 頁, 共 25 頁

4 提 要 合 成 化 戰 場 的 目 的 在 於 有 效 運 用 資 訊 系 統 融 入 真 實 戰 場 中, 亦 即 作 戰 人 員 得 以 隨 時 與 隨 地 且 任 意 於 戰 場 中 使 用 最 新 科 技, 所 以, 隨 地 的 概 念 讓 導 航 定 位 精 準 度 的 需 求 越 來 越 高 在 傳 統 的 導 航 技 術 上 大 致 可 以 分 為 地 形 地 物 導 航 (Pilotage) 方 位 推 估 (Dead Reckoning) 天 體 導 航 (Celestial navigation) 慣 性 導 航 (Inertial navigation) 及 信 號 導 航 (radio navigation) 等 五 大 類, 過 去 在 導 航 技 術 的 研 究 上 通 常 都 包 含 上 述 技 術 的 整 合 研 究, 唯 存 在 一 定 的 累 積 誤 差, 但 是 隨 著 太 空 科 技 的 進 展, 電 波 信 號 可 以 經 由 太 空 衛 星 來 發 射, 大 大 提 升 信 號 導 航 的 準 確 性 與 實 用 性, 此 即 所 謂 的 全 球 定 位 系 統 (Global Position System,GPS) 本 計 畫 所 要 探 討 的 議 題 為 感 知 型 GPS 導 航 技 術, 與 先 前 研 究 不 同 之 處 在 於 利 用 普 及 式 運 算 (Pervasive Computing) 中 情 境 感 知 (context awareness) 技 術, 所 以 不 會 因 輔 助 感 測 器 受 到 重 力 的 影 響 而 影 響 定 位 結 果, 主 要 是 採 用 GPS 資 料 字 串 當 作 人 的 行 為 狀 態 關 鍵 資 訊, 居 間 不 需 建 置 任 何 高 成 本 的 基 地 台, 亦 不 用 任 何 昂 貴 輔 助 設 備, 當 然 更 不 需 要 龐 大 的 地 理 資 訊 系 統 的 導 航 定 位 技 術 計 畫 成 果 為 一 套 行 為 感 知 定 位 系 統, 未 來 可 以 導 入 合 成 化 戰 場 軍 事 作 戰 介 面 系 統 (COP), 整 合 各 式 人 機 介 面 來 提 供 前 端 使 用 者 的 方 位 感 知 技 術, 透 過 確 切 的 位 置 資 訊, 讓 作 戰 人 員 在 前 端 介 面 上 可 以 準 確 地 在 目 標 物 上 顯 示 作 戰 資 訊, 進 一 步 讓 作 戰 人 員 可 以 與 戰 場 環 境 產 生 良 好 的 作 戰 知 覺 與 提 升 作 戰 效 益 關 鍵 字 : 合 成 化 戰 場 全 球 衛 星 定 位 情 境 感 知 作 戰 知 覺 第 4 頁, 共 25 頁

5 第 一 章 第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景 近 來 合 成 化 戰 場 (Synthetic battlefield) 概 念 已 經 逐 步 落 實 於 戰 爭 科 技 中 自 從 Mark Weiser 在 1991 年 於 Scientific American 發 表 The Computer for the 21st Century 一 文 中 首 度 提 出 The most profound technologies are those that disappear. They weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it., 現 代 軍 事 科 學 家 致 力 於 讓 軍 事 科 技 是 消 失 於 無 形, 自 然 應 用 真 實 戰 場 中 因 此, 合 成 化 戰 場 的 目 標 便 是 要 達 到 隨 時 (Anytime) 隨 地 (Anywhere) 用 任 何 設 備 (Any devices) 讓 作 戰 人 員 得 到 所 需 要 的 服 務 (Any services) 運 用 感 測 技 術, 獲 得 作 戰 人 員 的 位 置, 根 據 位 置 提 供 適 切 的 資 訊 服 務, 這 就 是 所 謂 的 位 置 感 知 計 算 (Location-aware computing) 在 定 位 服 務 越 來 越 重 要 的 時 代, 位 置 感 知 計 算 代 表 作 戰 效 能 的 提 升 以 及 讓 各 式 定 位 感 測 設 備 成 為 空 氣 的 一 部 分, 看 不 見 摸 不 著, 卻 充 斥 著 四 周, 深 深 影 響 我 們, 這 也 將 是 現 代 新 興 軍 事 科 技 的 走 向 隨 著 普 及 式 運 算 技 術 的 日 趨 發 展, 行 動 運 算 之 訊 息 背 景 偵 測 與 服 務 (contextawareness) 的 概 念 也 漸 受 重 視,context-awareness 是 邁 向 普 及 式 計 算 環 境 的 重 要 元 件 之 ㄧ 國 外 目 前 在 context-awareness 的 研 究 有 多 種 方 向, 一 是 作 為 辦 公 會 議 工 具, 例 如 Xerox Palo Alto Research Center 所 研 發 的 ParcTab 系 統 [5] 和 喬 治 亞 理 工 學 院 (Georgia Tech) 用 Java 技 術 開 發 的 In/Out board [6] 另 一 個 是 應 用 在 旅 遊 導 覽 方 面, 例 如 喬 治 亞 理 工 學 院 (Georgia Tech) 的 CyberGuide 計 畫 [7] 及 卡 內 基 大 學 (CMU) 的 Smart Sight[8] 旅 遊 小 幫 手 還 有 一 種 是 用 來 輔 助 人 類 記 憶 的 研 究, 像 Xerox Research Center 所 開 發 的 Forget-Me-Not [9] PDA 系 統 此 外, 麻 省 理 工 學 院 多 媒 體 實 驗 室 (MIT Media Lab) 在 1996 年 也 發 展 一 套 穿 戴 式 記 憶 代 理 人 (Remembrance Agent)[10], 諸 多 有 關 情 境 感 知 技 術 的 應 用, 正 雨 後 春 筍 般 地 出 現, 一 步 步 地 影 響 我 們 的 生 活 本 計 畫 中 所 提 出 的 位 置 感 知 (location-awareness) 服 務 則 是 情 境 感 知 (contextawareness) 的 ㄧ 部 份, 核 心 價 值 在 於 能 感 知 使 用 者 目 前 位 置, 並 根 據 偵 測 得 知 的 位 第 5 頁, 共 25 頁

6 置 資 料 提 供 合 宜 適 時 的 資 訊 服 務 Location-awareness 可 分 為 indoor location awareness 和 wireless mobile location awareness Indoor location awareness 指 的 是 早 期 MIT Media Lab, 使 用 紅 外 線 及 超 音 波 在 室 內 進 行 位 置 感 知 應 用 ; 而 wireless mobile location awareness 則 是 透 過 b/g 與 3G 加 上 GPS 的 硬 體 環 境, 主 動 提 供 使 用 者 於 無 線 環 境 下, 與 戶 外 位 置 有 關 的 資 訊 國 外 學 界 在 location-awareness 的 研 究 以 美 國 麻 省 理 工 學 院 多 媒 體 實 驗 室 (MIT Media Lab) 為 首, 將 位 置 感 知 技 術 運 用 在 輔 助 人 類 記 憶 幼 兒 看 護 及 手 錶 電 話 等 ; 在 輔 助 人 類 記 憶 方 面,MIT 提 出 commotion memory aid [11], 藉 由 GPS 追 蹤 使 用 者 路 徑 且 維 護 一 份 結 合 文 字 與 聲 音 的 記 錄 的 To Do 表 單 ; 當 使 用 者 接 近 某 一 地 點 時, To Do 表 單 會 提 醒 使 用 者 此 地 點 有 哪 些 需 要 注 意 的 事 項, 隨 著 位 置 不 同 表 單 也 會 做 更 新 此 外,MIT Media Lab 也 研 究 一 套 Safe & Sound [12] 監 視 系 統 應 用 在 幼 兒 看 護 上, 此 系 統 需 要 兩 支 手 機 透 過 peer-to-peer IP 互 相 溝 通 父 母 須 攜 帶 其 中 一 支 手 機, 並 在 手 機 上 設 定 幼 兒 的 安 全 移 動 範 圍 ; 而 另 一 支 手 機 則 放 在 幼 兒 身 上, 且 間 隔 性 傳 送 小 孩 的 位 置 座 標 經 度 緯 度 朝 向 方 位 及 移 動 速 度 等 資 訊 至 父 母 的 手 機 上, 當 小 朋 友 超 出 所 設 定 的 安 全 範 圍, 兩 支 手 機 就 會 發 出 嗶 嗶 聲, 父 母 可 因 此 而 得 到 警 訊, 避 免 小 孩 發 生 意 外 圖 1 Architecture of the Safe & Sound system 第 6 頁, 共 25 頁

7 MIT 的 另 一 項 發 明 是 WatchMe [13] 手 錶 型 電 話, 讓 使 用 者 可 以 互 相 分 享 各 自 所 在 位 置 的 資 訊 透 過 GPS 顯 示 目 前 使 用 者 所 在 位 置, 經 由 測 震 儀 (accelerometer) 呈 現 目 前 活 動 的 狀 態, 手 錶 表 面 除 了 有 傳 統 時 間 顯 示, 還 有 特 殊 按 鍵 可 讓 使 用 者 發 送 本 身 位 置 給 其 他 人 知 道 WatchMe 是 採 用 Assisted GPS, 可 降 低 雜 訊, 在 某 些 室 內 環 境 也 能 使 用 此 裝 置 也 會 追 蹤 穿 戴 者 的 座 標, 並 建 立 路 線 資 料, 若 WatchMe 發 現 此 穿 戴 者 依 循 相 似 路 線 移 動, 而 當 另 一 人 要 得 知 此 穿 戴 者 資 訊 時, 此 人 的 設 備 便 會 呈 現 穿 戴 者 預 設 的 目 的 地 且 預 估 到 達 時 間 除 了 MIT 之 外, 還 有 許 多 單 位 從 事 相 關 的 研 究 Lancaster University 研 究 一 套 校 園 導 覽 系 統 GUIDE [14], 此 系 統 架 構 在 可 攜 式 電 腦 上, 利 用 WaveLAN 作 資 料 傳 輸, 使 用 者 有 兩 種 方 式 可 以 獲 得 資 訊 一 種 是 每 個 WaveLAN cell 會 自 行 傳 送 相 關 資 訊 到 特 定 地 點, 另 一 種 方 式 是 允 許 使 用 者 回 應 特 殊 資 訊 此 外,Olivetti Research Lab 則 開 發 Active Badge[15] 系 統,Active Badge 可 以 定 位 出 使 用 者 在 辦 公 室 的 位 置, 並 引 導 其 至 最 近 的 電 話 位 置 接 電 話 日 本 NTT DoCoMo 發 展 Friends Finder [16] 的 服 務, 提 示 使 用 者 其 朋 友 的 所 在 位 置 當 一 位 朋 友 距 離 使 用 者 位 置 半 英 哩 近 時, 使 用 者 的 手 持 裝 置 透 過 push 方 式, 將 其 朋 友 的 位 置 呈 現 出 來, 此 服 務 在 日 本 也 已 經 收 費 使 用 了 國 內 在 位 置 感 知 技 術 方 面 的 研 究 相 當 廣, 大 致 可 分 為 用 WLAN 無 線 網 路 GPS GPRS 藍 芽 RFID 來 定 位 等 方 面 的 研 究 其 中 以 無 線 網 路 來 定 位 的 研 究, 包 括 台 灣 大 學 電 機 工 程 研 究 所 利 用 定 位 系 統 及 分 群 技 術 來 協 助 無 線 網 路 的 路 由 計 算, 工 研 院 利 用 無 線 定 位 技 術 來 提 供 服 務 的 以 事 件 為 基 礎 的 位 置 感 知 管 理 系 統 元 智 大 學 提 出 以 GPRS 及 WLAN 來 提 供 具 位 置 感 知 的 雙 網 多 媒 體 簡 訊 服 務, 台 灣 海 洋 大 學 通 訊 與 導 航 工 程 系 則 是 以 GPS 定 位 研 究, 資 策 會 資 訊 工 程 研 究 所 提 出 藉 由 GPS 整 合 GPRS 與 無 線 網 路 的 整 合 使 用 者 要 求 與 系 統 觸 發 來 提 供 位 置 感 知 服 務, 屏 東 商 業 技 術 學 院 資 訊 管 理 系 則 提 出 以 RFID 來 進 行 使 用 者 位 置 感 知 除 了 上 述 位 置 感 知 技 術 之 外, 為 了 有 效 整 合 戰 場 虛 實 資 訊, 軍 事 上 擴 增 實 境 介 面 顯 示 技 術 已 逐 漸 受 到 重 視, 也 就 是 所 謂 的 Mixed Reality(MR)[17] 如 圖 2 所 示, 在 MR 兩 個 端 點 的 整 合 技 術 分 別 是 擴 增 實 境 (Augmented Reality, 簡 稱 AR) 與 第 7 頁, 共 25 頁

8 Augmented Virtuality(AV) AR 的 技 術 已 經 發 展 多 年, 其 目 的 是 將 虛 擬 的 物 件 放 入 真 實 的 影 像 內, 而 AV 則 是 反 過 來, 在 虛 擬 場 景 中 放 入 真 實 影 像 產 生 的 物 件, 例 如 MR Lab 的 cybermirage[18] 圖 2 Mixed Reality 的 分 類 Augmented Virtuality(AV) 的 做 法 中, 最 有 名 的 例 子 就 是 在 幾 何 式 虛 擬 實 境 中 的 物 件 貼 圖 (texture mapping)[19] 但 是 這 種 做 法 仍 然 需 要 一 個 幾 何 形 狀, 因 此 對 於 複 雜 的 物 件 而 言, 還 是 無 法 做 到 逼 真 度 與 效 能 兼 顧 因 此 目 前 發 表 的 系 統 中, 利 用 了 影 像 式 虛 擬 實 境 的 另 一 種 技 術, 也 就 是 將 物 件 放 在 旋 轉 台 上, 然 後 依 序 拍 攝 物 件 每 一 個 面 的 影 像 當 使 用 者 在 幾 何 式 虛 擬 實 境 的 場 景 中 瀏 覽 而 看 到 一 個 影 像 物 件 時, 就 根 據 運 算 求 得 該 物 件 適 當 角 度 的 影 像 呈 現 給 使 用 者 看, 而 達 到 幾 何 式 虛 擬 實 境 與 影 像 式 虛 擬 實 境 整 合 的 效 果 Peloton System[20] 是 一 個 整 合 幾 何 式 虛 擬 實 境 與 video 的 系 統, 是 屬 於 AV 技 術 的 一 種 Peloton 系 統 是 先 沿 著 公 園 內 的 道 路 取 得 了 video 的 影 像, 然 後 再 以 幾 何 式 虛 擬 實 境 將 道 路 周 圍 的 場 景 製 作 出 來, 並 在 適 當 的 地 方 放 置 了 video 節 點, 讓 使 用 者 不 僅 能 看 到 3D 的 物 件, 也 能 由 video 中 得 到 真 實 的 場 景 擴 增 實 境 (AR)[1] 技 術 是 藉 由 電 腦 產 生 影 像 的 技 術 來 增 加 使 用 者 的 視 覺 效 果, 其 主 要 的 特 性 在 於 合 成 了 真 實 的 影 像 和 虛 擬 的 物 件 比 起 傳 統 的 虛 擬 實 境 系 統 ( 指 幾 何 式 虛 擬 實 境 ),AR 的 好 處 是 在 製 作 場 景 時, 對 於 背 景 的 處 理 可 以 由 影 像 來 代 替, 而 不 需 要 將 每 一 個 物 件 都 製 做 出 來 由 於 是 使 用 影 像 來 處 理 背 景, 因 此 幾 何 式 虛 擬 實 境 所 遭 遇 的 問 題, 也 就 是 系 統 效 能 受 限 於 場 景 複 雜 度 與 顯 示 品 質 的 問 題, 就 能 夠 解 決, 同 時 系 統 的 效 能 可 以 完 全 地 運 用 在 虛 擬 物 件 的 表 現, 而 使 其 逼 真 度 能 夠 提 升 第 8 頁, 共 25 頁

9 在 擴 增 實 境 (AR) 的 技 術 中, 整 合 了 很 多 種 不 同 的 視 訊 設 備 與 顯 示 裝 備, 例 如 顯 示 系 統 video Camera 等 由 於 每 一 種 設 備 都 有 自 己 的 座 標 系 統, 因 此 在 整 合 時, 有 必 要 對 圖 形 物 件 與 影 像 在 不 同 的 座 標 系 統 之 間 進 行 計 算 與 處 理, 這 個 工 作 稱 為 Calibration, 也 就 是 將 真 實 影 像 與 虛 擬 物 件 在 不 同 設 備 之 間 不 同 的 座 標 系 進 行 轉 換 的 工 作, 使 得 它 們 能 一 致 的 顯 示 在 相 同 的 畫 面 上 如 圖 3 所 示, 在 這 樣 的 整 合 過 程 中, 將 存 在 著 四 種 座 標 系, 分 別 為 World Coordinate System Camera Coordinate System Image Plane Coordinate System 及 Pixel Coordinate System 在 經 過 複 雜 的 運 算 之 後, 即 可 完 成 calibration 的 工 作 如 圖 4 所 示, 將 兩 個 虛 擬 的 物 件 整 合 到 image, 其 中 書 和 磁 碟 片 為 虛 擬 的 3D 物 件, 而 其 他 的 部 份 則 為 image Object Coordinates(3D) World Coordinates(3D) EXtrinsic camera parameters Camera Coordinates(3D) Intrinsic camera parameters 透 視 投 影 Image Plane Coordinates(2D) Pixel Coordinates(2D) 圖 3 Augmented Reality 的 各 種 座 標 系 第 9 頁, 共 25 頁

10 圖 4 Augmented Reality 的 整 合 結 果 擴 增 實 境 (AR) 的 缺 點 是 由 於 此 技 術 是 將 真 實 影 像 與 虛 擬 物 件 整 合 在 同 一 個 畫 面 中, 因 此 如 何 使 兩 者 完 美 的 結 合 就 是 一 項 複 雜 的 工 作 在 [21] 中 有 介 紹 到 AR 在 結 合 兩 種 系 統 時 所 作 的 運 算, 這 樣 的 運 算 不 僅 複 雜, 而 且 需 要 人 工 來 做 方 程 式 的 處 理, 其 他 相 關 的 AR 理 論 已 成 為 熱 門 研 討 議 題 例 如, 圖 5 所 示 為 ARQuake 計 畫 [22] 所 設 計 的 具 情 境 感 知 能 力 之 行 動 式 擴 增 實 境 系 統, 使 用 者 戴 上 全 罩 式 頭 戴 式 顯 示 器 ( 如 圖 5(a) 所 示 ), 其 所 看 到 的 畫 面 是 由 視 訊 攝 影 機 所 拍 攝 到 的 畫 面 與 電 腦 畫 面 合 成 的 影 像 ( 如 圖 5(b) 所 示 ), 在 劇 情 的 設 計 下, 透 過 情 境 感 知 能 力, 模 擬 怪 物 會 從 相 對 的 環 境 出 現, 與 使 用 者 即 時 互 動 圖 5 ARQuake 計 畫 所 使 用 之 視 訊 式 透 視 顯 示 器 國 內 在 擴 增 實 境 技 術 方 面 的 研 究, 大 致 偏 向 用 固 定 式 顯 示 裝 置 來 展 現 畫 面, 包 第 10 頁, 共 25 頁

11 括 銘 傳 大 學 互 動 媒 體 實 驗 室 採 用 新 加 坡 大 學 混 合 實 境 實 驗 室 發 展 的 MXRToolKit 來 進 行 建 築 設 計 應 用, 長 庚 大 學 於 2004 年 成 立 醫 療 擴 增 實 境 研 究 中 心 來 進 行 應 用 醫 療 的 擴 增 實 境 技 術 研 究, 台 灣 大 學 建 築 與 城 鄉 研 究 所 的 建 築 應 用, 國 立 台 北 藝 術 大 學 科 技 藝 術 研 究 所 在 藝 術 方 面 的 應 用 等 等 在 合 成 化 戰 場 中 可 以 運 用 位 置 感 知 技 術 推 論 出 作 戰 人 員 的 動 態 行 為, 其 中 最 大 的 問 題 是 整 體 計 算 的 複 雜 度 與 分 類 的 準 確 度, 一 般 而 言,Model 越 複 雜 則 分 類 會 越 準 確, 相 對 計 算 複 雜 度 亦 會 越 加 提 昇 如 能 有 效 結 合 擴 增 實 境 技 術, 將 虛 擬 與 實 體 環 境 資 訊 進 行 相 互 比 對 與 整 合, 將 可 有 效 降 低 計 算 複 雜 度, 更 容 易 提 升 作 戰 人 員 作 戰 效 能 第 11 頁, 共 25 頁

12 第 二 節 研 究 目 的 及 研 究 重 點 美 軍 從 第 二 次 世 界 大 戰 結 束 後, 在 戰 後 的 幾 次 大 型 檢 討 會 議 中, 發 現 美 軍 投 入 在 歐 陸 作 戰 時 傷 亡 大 多 都 是 因 為 第 一 線 作 戰 人 員 對 於 歐 陸 複 雜 的 地 形 不 熟 悉 所 造 成, 以 致 於 後 方 指 揮 官 對 於 前 線 部 隊 無 法 下 達 的 正 確 的 作 戰 指 導, 而 造 成 許 多 不 必 要 的 傷 亡, 爾 後 美 軍 逐 漸 重 視 衛 星 定 位 系 統 的 發 展, 並 於 1991 年 第 一 次 波 灣 戰 爭 中, 首 度 運 用 遠 距 導 引 精 準 炸 彈 得 到 驗 證, 而 進 一 步 擴 大 全 球 衛 星 定 位 系 統 的 運 用, 美 國 國 防 部 並 於 1997 年 發 布 導 航 戰 (Navigation Warfare) 專 案, 目 的 在 於 : 阻 止 敵 方 使 用 定 位 導 航 和 時 序 (Positioning, Navigation, and Timing) 資 訊, 我 軍 使 用 順 暢 無 礙, 戰 區 外 的 使 用 平 靜 無 波 之 作 戰 指 導, 至 此 全 球 衛 星 定 位 技 術 遂 成 新 世 代 合 成 化 戰 場 上 最 關 鍵 技 術 之 一 本 計 畫 是 結 合 位 置 感 知 運 算 (Location-aware computing) 與 擴 增 實 境 (Augmented Reality, 簡 稱 AR) 的 研 究 擴 增 實 境 (AR) 指 的 是 會 把 虛 擬 資 訊 加 到 使 用 者 感 官 知 覺 上 的 電 腦 顯 示 器 [1] 在 以 往 的 擴 增 實 境 研 究 中, 大 多 數 研 究 都 集 中 在 透 視 裝 置, 此 裝 置 通 常 是 戴 在 使 用 者 的 頭 部, 把 電 腦 圖 像 和 文 字 加 到 使 用 者 觀 察 周 遭 環 境 所 攝 得 之 影 片 上 AR 系 統 會 追 蹤 使 用 者 頭 部 的 位 置 與 方 向, 好 讓 重 疊 上 去 的 圖 像 能 對 準 使 用 者 看 到 的 世 界 透 過 這 種 稱 為 註 冊 的 程 序, 繪 圖 軟 體 可 以 加 上 一 些 物 件, 例 如 把 一 個 三 維 的 茶 杯 電 腦 圖 像 放 在 一 個 真 實 的 碟 子 上, 而 且 隨 著 使 用 者 在 房 間 裡 走 動, 還 要 讓 這 個 虛 擬 茶 杯 固 定 在 那 個 位 置 AR 系 統 採 用 某 些 和 虛 擬 實 境 (Virtual Reality, 簡 稱 VR) 一 樣 的 硬 體 技 術, 但 其 中 有 一 項 根 本 的 差 異 :VR 企 圖 取 代 真 實 的 世 界, 而 AR 卻 是 在 真 實 情 境 上 擴 增 資 訊 隨 著 電 腦 科 技 的 進 步, 電 腦 硬 體 朝 向 輕 薄 短 小 但 功 能 倍 增 的 方 向 發 展, 而 在 軟 體 發 展 方 面 則 朝 向 個 人 化 與 生 活 化 的 應 用 不 斷 在 研 究, 此 趨 勢 的 發 展 使 得 擴 增 實 境 (AR) 的 研 究 可 以 走 出 實 驗 室, 進 入 人 類 的 生 活, 使 得 擴 增 實 境 (AR) 的 研 究 可 以 進 一 步 實 用 化 與 生 活 化, 而 在 此 方 面 的 研 究 是 以 美 國 的 Columbia University 之 Computer Graphics and User Interfaces Laboratory[2] 以 及 MIT 之 Media Laboratory[3] 為 先 驅 普 及 式 計 算 與 擴 增 實 境 (AR) 的 結 合 是 電 腦 科 技 的 下 一 個 發 展 趨 勢, 其 中, 普 第 12 頁, 共 25 頁

13 及 式 計 算 的 相 關 技 術 提 供 了 擴 增 實 境 (AR) 更 有 彈 性 的 發 展 平 台, 而 擴 增 實 境 (AR) 則 提 供 了 普 及 式 計 算 環 境 的 更 具 親 和 力 使 用 者 介 面 例 如, 美 國 海 軍 研 究 實 驗 室 (Naval Research Laboratory) 針 對 未 來 可 能 發 生 的 城 鎮 作 戰, 委 託 哥 倫 比 亞 大 學 開 發 了 一 套 BARS 系 統 [4],BARS 是 屬 於 擴 增 實 境 的 穿 戴 式 電 腦 系 統,BARS 利 用 影 像 處 理 技 術 來 將 使 用 者 所 看 到 的 影 像 與 相 對 應 的 相 關 3D 圖 形 資 訊 疊 合 在 一 起, 進 而 達 到 戰 場 感 知 (situation awareness) 的 作 用 BARS 系 統 使 後 方 的 指 揮 官 能 更 輕 易 掌 握 戰 場 情 況, 而 士 兵 們 也 能 藉 此 加 強 團 隊 合 作, 克 服 複 雜 的 作 戰 環 境, 達 成 上 級 所 交 付 任 務 總 而 言 之, 在 正 確 的 時 間 與 地 點 取 得 正 確 的 資 訊, 正 是 普 及 式 計 算 應 用 程 式 的 關 鍵 諸 如 一 般 的 智 慧 型 行 動 裝 置, 利 用 無 線 網 路 與 全 球 定 位 系 統 (GPS) 接 收 器, 就 可 以 適 時 提 供 資 訊, 但 是 不 同 於 智 慧 型 行 動 裝 置, 普 及 式 計 算 所 探 討 的 穿 戴 式 電 腦 是 強 調 不 需 人 類 驅 動, 而 是 主 動 在 使 用 者 的 背 景 環 境 幫 使 用 者 收 集 相 關 訊 息, 並 加 以 判 斷, 然 後 提 供 適 當 的 訊 息 此 外, 在 資 料 呈 現 方 面, 擴 增 實 境 (AR) 的 重 點 是 在 於 呈 現 資 訊 的 方 式, 不 必 使 用 獨 立 的 電 腦 螢 幕, 而 是 和 使 用 者 的 感 官 結 合 在 一 起 當 使 用 者 的 注 意 力 在 真 實 世 界 與 電 腦 畫 面 間 來 回 切 換 時, 這 種 整 合 介 面 可 以 讓 作 戰 人 員 所 花 的 額 外 心 力 減 到 最 少 換 句 話 說, 在 擴 增 實 境 (AR) 裡, 使 用 者 看 到 的 世 界 是 和 電 腦 介 面 是 合 而 為 一 的 如 今, 研 究 人 員 使 用 小 型 液 晶 顯 示 器 和 先 進 的 光 學 設 計, 建 造 出 來 的 頭 戴 顯 示 器 系 統 只 有 幾 十 公 克 重 因 此, 我 們 可 以 確 信 隨 著 電 腦 科 技 的 快 速 發 展 與 顯 像 技 術 的 日 新 月 異, 配 戴 頭 戴 式 顯 示 器 很 可 能 會 變 成 日 常 生 活 的 一 部 分, 使 得 電 腦 可 以 隨 時 隨 地 提 供 生 活 最 新 訊 息 [1] 而 普 及 式 計 算 環 境 的 日 趨 成 熟, 上 面 所 描 述 的 合 成 化 戰 場 訓 練 情 景 或 是 數 位 教 育 瀏 覽 場 景 情 形 是 不 容 置 疑 將 會 在 不 久 的 將 來 實 現 因 此, 本 計 畫 的 研 究 成 果 對 於 我 國 未 來 的 軍 事 科 技 與 教 育 研 究 發 展 具 有 不 可 忽 視 的 重 要 性 第 13 頁, 共 25 頁

14 第 三 節 研 究 架 構 為 了 整 合 合 成 化 戰 場 多 方 技 術, 提 升 整 體 作 戰 性 能, 本 計 畫 藉 由 MIT Media Lab 於 2003 年 提 出 了 一 個 Real-time Context Engine 的 系 統 化 方 法 作 為 移 動 式 計 算 平 台 的 motion classification 在 移 動 式 計 算 載 台 或 可 攜 式 計 算 應 用 上, 情 境 感 知 (Context Awareness) 是 一 個 重 要 的 關 鍵 技 術, 它 能 降 低 人 機 互 動 的 複 雜 度, 縮 減 人 類 與 機 器 隔 閡 因 此,MIT Media Lab 利 用 機 器 學 習 的 技 術, 對 Context 進 行 歸 類 與 建 模, 簡 化 classification model 的 開 發, 讓 情 境 感 知 應 用 的 系 統 架 構 更 具 彈 性 與 模 組 性, 本 計 畫 所 提 出 之 研 究 架 構 如 下 圖 6 MIT Context Awareness Proposed Approach Data Flow STEP 1 Sensing Data Collecting GPS position data STEP 2 Feature Extraction First-Level Filtering Not Noisy Noisy STEP 3 Modeling Motion Prediction... State 1 State 2 State n STEP 4 Inference Second-Level Filtering and DR Different States have different filtering methods and filtered data is replaced with DR data 圖 6 MIT Real-Time Context Engine 以 及 本 計 畫 提 出 之 研 究 架 構 本 計 畫 依 循 MIT Real-Time Context Engine 的 四 個 步 驟, 導 入 慣 性 理 論 的 概 念, 提 出 圖 6 中 間 欄 位 的 四 個 對 應 步 驟 來 執 行 位 置 認 知 工 作, 其 中 : 步 驟 I. Data collection: 此 步 驟 對 應 到 所 提 之 Sensing 步 驟, 亦 即 收 集 GPS 資 料 步 驟 II. First-Level Filtering: 此 步 驟 對 應 到 所 提 之 Feature Extraction 步 驟, 亦 即 進 行 初 步 資 料 過 濾, 將 雜 訊 過 濾, 以 突 顯 可 用 資 料 的 特 徵 步 驟 III. Motion Prediction: 此 步 驟 對 應 到 所 提 之 Modeling 步 驟, 本 計 畫 提 出 第 14 頁, 共 25 頁

15 利 用 Clustering 與 Classification 的 方 法 來 建 立 資 料 Model 的 Status Rules 步 驟 IV. Second-Level Filtering and DR: 此 步 驟 對 應 到 所 提 之 Inference 步 驟, 本 計 畫 提 出 利 用 前 一 步 驟 所 建 立 的 Rules 來 進 一 步 進 行 資 料 過 濾, 達 到 提 升 資 料 準 確 度 的 目 的 第 15 頁, 共 25 頁

16 第 四 節 研 究 對 象 本 計 畫 主 要 目 的 是 希 望 以 移 動 慣 性 的 理 論 來 加 強 GPS 的 定 位 準 確 度 研 究 對 象 包 含 作 戰 載 具 是 數 位 戰 士 或 是 行 動 作 戰 載 具, 理 想 狀 態 下, 從 起 始 位 置 移 動 到 另 一 目 的 地 的 過 程 中 會 有 一 個 循 環 的 狀 態 流 程 : 靜 止 加 速 等 速 減 速 靜 止 利 用 這 個 原 理, 可 依 據 使 用 者 所 屬 的 狀 態, 給 予 不 同 的 過 濾 條 件 來 剔 除 誤 差 資 料, 提 升 GPS 的 定 位 準 確 度 本 計 畫 導 入 MIT 提 出 的 Context Engine 系 統 化 步 驟 來 進 行 狀 態 的 Modeling, 首 先 利 用 First Level Filtering 的 技 術 來 初 步 過 濾 原 始 資 料, 將 誤 差 甚 大 的 資 料 予 以 濾 除, 留 下 較 為 可 靠 的 資 料, 而 後 藉 由 Model-Based Clustering 的 演 算 法 將 可 靠 的 資 料 分 群, 找 出 四 種 狀 態 各 自 的 資 料 特 徵, 便 可 利 用 NNR 的 方 法 進 行 資 料 分 類, 資 料 所 屬 的 類 別 便 是 目 前 使 用 者 的 狀 態, 最 後, 依 據 不 同 的 狀 態 設 定 不 同 的 過 濾 條 件, 亦 即 進 行 Data Rectification, 此 時, 被 濾 除 的 資 料 可 利 用 Dead Reckoning 的 方 法 來 替 補, 經 由 所 述 步 驟 與 移 動 慣 性 的 理 論 便 可 提 升 GPS 定 位 的 準 確 度 故 本 計 畫 研 究 對 象 包 含 如 下, 1. 合 成 化 戰 場 訓 練 環 境 下 定 位 資 訊 之 研 究 與 探 討 2. 感 知 型 全 球 定 位 技 術 之 研 究 與 探 討 3. 軍 事 作 戰 人 員 行 為 感 知 狀 態 分 析 與 驗 證 第 16 頁, 共 25 頁

17 第 五 節 研 究 方 法 及 步 驟 目 前 許 多 GPS 定 位 校 正 的 研 究 [23][24][25] 著 重 在 硬 體 設 備 的 整 合, 而 一 味 追 求 硬 體 的 提 升, 往 往 忽 略 使 用 者 週 遭 可 用 的 資 訊, 以 及 使 用 者 真 正 的 需 求 普 及 計 算 (Pervasive Computing) 的 出 現, 帶 給 我 們 創 新 理 念 與 思 維 的 方 向 以 人 為 本 是 普 及 計 算 的 立 論 宗 旨, 最 終 期 望 所 有 的 科 技 能 消 失 於 無 形, 使 用 科 技 像 是 呼 吸 一 樣 簡 單 容 易 而 其 關 鍵 技 術 為 周 遭 感 知 (Context-awareness), 自 動 判 別 使 用 者 的 需 求, 自 動 提 供 適 切 的 服 務 目 前 在 位 置 感 知 方 面 的 研 究 都 是 朝 向 用 GPS 來 達 到 情 境 感 知 服 務 的 應 用, 而 本 計 畫 則 是 要 運 用 周 遭 感 知 (Context-awareness) 的 概 念 獲 得 使 用 者 的 移 動 狀 態, 以 統 計 分 析 方 法 並 配 合 慣 性 原 理, 找 出 使 用 者 合 理 的 運 動 狀 態 行 為 模 式, 再 由 所 獲 得 之 行 為 模 式 來 修 正 GPS 定 位 誤 差, 因 此, 本 項 研 究 的 重 點 是 運 用 數 學 模 式 找 出 合 理 的 載 具 移 動 行 為 利 用 歷 史 資 料 來 進 行 學 習 的 研 究 在 Machine-learning 領 域 [26] 已 經 被 廣 泛 討 論, 所 謂 的 Machine-learning 是 指...a computer program that can learn from experience with respect to some class of tasks and performance measure... [26], 而 其 主 要 的 研 究 議 題 是 利 用 計 算 方 法 以 及 統 計 方 法 由 擷 取 的 資 料 自 動 萃 取 所 需 資 訊, 且 已 經 成 功 的 應 用 在 自 然 語 音 處 理 (natural language processing) 句 法 樣 式 辨 識 (syntactic pattern recognition) 搜 尋 引 擎 (search engines) 醫 療 診 斷 (medical diagnosis) 生 物 與 生 化 科 技 (bioinformatics and cheminformatics) 偵 測 信 用 卡 詐 欺 (detecting credit card fraud) 股 票 市 場 分 析 (stock market analysis) DNA 序 列 分 析 (classifying DNA sequences) 語 音 與 手 寫 辨 識 (speech and handwriting recognition) 電 腦 視 覺 的 物 件 辨 識 (object recognition in computer vision) 遊 戲 以 及 機 器 人 的 行 走 而 各 種 應 用 所 使 用 的 統 計 分 析 模 式 不 盡 相 同, 其 中 以 語 音 辨 認 研 究 與 我 們 所 要 解 決 的 GPS 定 位 問 題 最 類 似, 而 其 所 使 用 的 Hidden Markov Model[27] 在 初 步 研 讀 後, 似 乎 很 符 合 本 計 畫 所 要 達 到 之 收 集 使 用 者 運 動 行 為 的 方 法, 因 此 本 計 畫 將 朝 此 模 式 深 入 研 究 本 計 畫 所 欲 研 究 的 ( 具 位 置 感 知 能 力 )GPS 定 位 感 知 系 統 所 需 技 術 抽 象 的 表 示 成 四 個 層 面, 分 別 為 : 位 置 感 測 (Sensing) 資 料 校 準 (Calibration) 資 訊 發 掘 第 17 頁, 共 25 頁

18 (Context-fetching) 及 資 訊 呈 現 (Context-presentation), 如 圖 6 所 示 圖 7 位 置 感 知 的 分 層 位 置 感 測 (Sensing) 是 最 底 層 的 技 術, 主 要 是 各 種 位 置 感 測 裝 置, 以 取 得 最 基 本 的 定 位 資 料 ; 資 料 校 準 (Calibration) 則 是 將 收 到 的 raw data, 進 行 過 濾 與 處 理, 藉 此 得 到 更 準 確 的 數 值, 由 於 行 動 擴 增 實 境 系 統 (Mobile Augmented Reality System) 最 主 要 的 關 鍵 技 術 是 精 確 的 位 置 定 位, 本 計 畫 的 研 究 重 點 在 於 提 出 校 正 演 算 法 來 用 GPS 接 收 器 及 視 訊 系 統 進 行 精 確 定 位 ; 而 資 料 發 掘 (Context-fetching) 是 在 眾 多 資 料 中, 擷 取 適 時 適 用 的 資 訊, 以 符 合 使 用 者 當 下 的 需 求 因 此, 本 年 度 計 畫 的 研 究 重 點 與 步 驟 依 序 如 下 : I. GPS 定 位 及 位 置 感 知 技 術 相 關 論 文 研 讀 由 於 本 計 畫 是 以 GPS 作 為 底 層 的 Sensing 設 備, 而 目 前 民 用 的 GPS 技 術 有 100 公 尺 誤 差 的 問 題, 因 為 唯 有 準 確 的 定 位 資 料 才 能 達 到 位 置 感 知 的 服 務, 因 此 本 步 驟 的 重 點 在 研 究 快 速 的 Calibrating 方 法 來 過 濾 GPS 誤 差 II. 以 Machine learning 理 論 以 及 使 用 者 行 為 模 式 來 輔 助 GPS 定 位 資 料 校 正 誤 差 技 術 探 討 經 仔 細 研 討 及 資 料 研 讀, 發 現 GPS 校 正 問 題 比 較 接 近 Machine learning 所 欲 解 決 的 問 題, 因 此, 本 計 畫 將 對 Machine learning 理 論 的 深 入 研 究, 尤 其 是 Hidden Markov Model(HMM) 應 用 在 語 音 辨 識 與 手 寫 辨 識 上 已 經 有 相 當 好 的 成 果, 而 本 計 畫 所 想 要 以 使 用 者 行 為 來 輔 助 GPS 定 位 校 正 的 問 題 與 語 音 辨 識 及 手 寫 辨 識 問 題 相 當 類 似 因 此, 本 計 畫 預 計 藉 由 Hidden Markov Model(HMM) 理 論 來 協 助 圖 7 sensing 層 所 獲 得 之 位 置 資 料 歸 納 使 用 者 行 為, 以 及 在 圖 7 之 第 二 層 的 Calibrating 層 以 HMM 第 18 頁, 共 25 頁

19 方 法 來 修 正 GPS 誤 差 本 計 畫 資 訊 系 統 實 作 及 分 析 方 法, 將 以 行 人 及 行 動 載 具 為 研 究 對 象, 實 作 本 計 畫 所 提 出 演 算 法, 並 透 過 行 動 擴 增 實 境 系 統 進 行 驗 證, 據 以 分 析 各 種 感 知 運 動 狀 態 對 於 數 位 戰 士 顯 示 介 面 之 影 響 第 19 頁, 共 25 頁

20 第 六 節 預 期 效 益 與 對 軍 事 教 育 改 革 潛 力 經 過 本 計 畫 的 研 究 分 析, 後 續 運 用 面 向 和 預 期 成 果 期 望 值 可 具 體 落 實 在 三 個 方 面, 1. 提 升 數 位 戰 士 於 合 成 化 戰 場 中 的 定 位 精 確 度 2. 降 低 數 位 戰 士 於 戰 場 迷 霧 中 的 迷 路 程 度 3. 有 效 過 濾 擴 增 實 境 適 性 介 面 資 訊 另 對 軍 事 教 育 改 革 潛 力 如 下 : 1. 擴 大 合 成 化 戰 場 教 育 訓 練 與 深 化 聯 合 作 戰 訓 練 課 程 2. Machine learning 理 論 之 深 入 研 究 3. Hidden Markov Model(HMM) 理 論 之 深 入 研 究 4. 作 戰 移 動 載 具 合 理 運 動 行 為 之 探 討 5. GPS 定 位 的 Calibrating 方 法 改 良 6. 整 合 GPS 與 合 成 化 戰 場 位 置 感 知 技 術 研 究 未 來 將 透 過 上 述 指 標 對 本 計 畫 所 提 方 法 與 既 有 文 獻 進 行 比 較, 以 驗 證 計 畫 所 提 方 法 之 效 能, 並 落 實 於 合 成 化 戰 場 訓 練 環 境, 以 期 未 來 提 升 聯 合 作 戰 效 益 第 20 頁, 共 25 頁

21 第 七 節 參 考 資 料 [1] J. Wither, Y. T. Tsai, and R. Azuma, Indirect augmented reality, Comput. Graph., vol. 35, no. 4, pp , Aug [2] T. Höllerer, S. Feiner, T. Terauchi, G. Rashid, and D. Hallaway, Exploring MARS: developing indoor and outdoor user interfaces to a mobile augmented reality system, Comput. Graph., vol. 23, no. 6, pp , Dec [3] R. DeVaul, M. Sung, J. Gips, and A. Pentland, MIThril 2003: applications and architecture, in Seventh IEEE International Symposium on Wearable Computers, Proceedings., 2003, pp [4] S. Julier, Y. Baillot, M. Lanzagorta, D. Brown, and L. Rosenblum, BARS: Battlefield Augmented Reality System, NATO Symposium on Information Processing Techniques for Military Systems, October 2000, Istanbul, Turkey. Available [5] P. J. Brown, J. D. Bovey, and X. Chen, Context-Aware Applications: from the Laboratory to the Marketplace, IEEE Personal Communications, 4(5), 1997, pp [6] D. Salber, A. K. Dey, and G. D. Abowd, The Context Toolkit: Aiding the Development of Context-Enabled Applications, the Proceedings of the 1999 Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI '99), Pittsburgh, PA, May 15-20, pp [7] S. Long, R. Kooper, G. D. Abowd, and C. G. Atkeson, Rapid Prototyping of Mobile Context-aware Applications: The Cyberguide Case Study, 2nd ACM International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom'96) 1996 November 10-12, [8] J. Yang, W. Yang, M. Denecke, and A. Waibel, Smart sight: a tourist assistant system, 3rd International Symposium on Wearable Computers, San Francisco, California, October, 1999, pp [9] M. Lamming and M. Flynn, Forget-me-not: Intimate Computing in Support of Human Memory, Proceedings of FRIEND 21: International Symposium on Next Generation Human Interfaces, Tokyo, pp [10] B. J. Rhodes, The wearable remembrance agent: a system for augmented memory, 1st International Symposium on Wearable Computers, Cambridge, Massachusetts, October 13-14, 1997, pp [11] N. Marmasse and C.Schmandt, Location-aware information delivery with commotion, Handheld and Ubiquitous Computing: Second International Symposium, HUC 2000, Bristol, UK, September [12] N. Marmasse and C.Schmandt, Safe & Sound: a wireless leash, CHI '03 extended abstracts on Human factors in computing systems. Ft. Lauderdale, Florida, USA [13] N. Marmasse, C. Schmandt, and D. Spectre, WatchMe: communication and awareness between members ofa closely-knit group, The Sixth International 第 21 頁, 共 25 頁

22 Conference on Ubiquitous Computing, 2004 in Nottingham, England. [14] N. Davies, K. Mitchell, K. Cheverest, and G. Blair, Developing a Context Sensitive Tourist Guide, First Workshop on Human Computer Interaction with Mobile Devices, GIST Technical Report G98-1, [15] R. Want, A. Hopper, V. Falcao, and J. Gibbons, The Active Badge Location System, ACM Transactions on Information Systems 10(1) pp [16] R. Boswell, Location-Based Technology Pushes the Edge, June Available online at [17] P. Milgram, A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays, IEICE Transactions on Information Systems, Vol. E77-D, No12, December 1994, pp [18] Mixed Reality Systems Laboratory Inc. Available [19] H. Tamura and H. Yamamoto, Vision and Graphics in Producing Mixed Reality Worlds, Proceedings of Computer Vision for Virtual Reality Based Human Communications '98, 1998, pp [20] G. U. Carraro, J. T. Edmark, and R. Ensor, Techniques for Handling Vide in Virtual Environments, Proceedings of the 25th annual conference on Computer Graphics, 1998, pp [21] M. Tuceryan, Calibration Requirements and Procedures for a Monitor-Based Augmented Reality System, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 1. No 3, Sep. 1995, pp [22] The ARQuake Project. Available [23] V. Gabaglio, Q. Ladetto, and B. Merminod, Kalman Filter Approach for Augmented GPS Pedestrian Navigation, GNSS, [24] R. Jirawimut, P. Ptasinski, V. Garaj, F. Cecelja, and W. Balachandran, A Method for Dead Reckoning Parameter Correction in Pedestrian Navigation System, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 52, No.1, February 2003 [25] K. Kitazawa, Y. Konishi, R. Shibasaki A Method Of Map Matching For Personal Positioning Systems, Center for Spatial Information Science, Tokyo, Japan, [26] T. Mitchell, Machine Learning, McGraw Hill, [27] L. R. Rabiner, A Tutorial on Hidden Markov Models and Selected Applications in Speech Recognition, Proceedings of the IEEE, Vol. 77, No.2, February 1989, pp [28] J. L. Barron, D. J. Fleet and S. S. Beauchemin, Performance of optical flow techniques, International Journal of Computer Vision, Vol. 12, No.1, February 1994, pp [29] J. Heuer and A. Kaup, Global motion estimation in image sequences using robust motion vector field segmentation, Proceedings of the seventh ACM international conference on Multimedia (Part 1) MULTIMEDIA '99, October 1999, pp 第 22 頁, 共 25 頁

23 [30] M. Mata, J. M. Armingol, A. de laescalera, and M. A. Salichs, Mobile robot navigation based on visual landmarks recognition, in Proc. 4th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles (IAV 01), Sapporo, Japan, September [31] Datasheet for Agilent ADNS-2610 Optical Mouse Sensor. Available [32] F. G. Yang, Optimal Design and Manufacturing of the Anti-Shake Mechanism for Digital Cameras in Mobile Phones, Master thesis, Chung Yuan Christian University, September [33] S. J. Ko, S. H. Lee, and K. H. Lee, Digital image stabilizing algorithms based on bit-plane matching, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 44, Issue 3, August 1998, pp [34] L. M. Po and W. C. Ma, A novel four-step search algorithm for fast block motion estimation, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 6, Issue 3, June 1996, pp 第 23 頁, 共 25 頁

24 第 二 章 研 究 結 論 與 建 議 本 計 畫 提 出 基 於 GPS 空 間 資 訊 之 行 為 狀 態 感 知 方 法, 稱 做 為 感 知 型 GPS(Perceptive GPS), 所 提 出 之 PGPS 首 先 由 GPS 資 料 中 擷 取 特 徵 資 料 以 分 類 出 使 用 者 目 前 運 動 狀 態 ; 接 著, 整 合 牛 頓 運 動 定 律 與 隱 藏 式 馬 可 夫 模 式 之 牛 頓 隱 藏 式 馬 可 夫 模 式 (NHMM), 用 以 建 構 使 用 者 運 動 狀 態 模 型 ; 然 後, 運 用 牛 頓 隱 藏 式 馬 可 夫 模 式 (NHMM),PGPS 紀 錄 GPS 使 用 者 行 為 習 性 至 機 率 轉 換 矩 陣 (TPM) 中, 最 後, 機 率 轉 換 矩 陣 (TPM) 用 以 即 時 推 論 GPS 使 用 者 行 為 本 計 畫 透 過 一 連 串 實 驗 用 以 驗 證 PGPS 演 算 法 可 行 性 及 相 關 適 合 參 數, 且 透 過 有 效 感 知 使 用 者 行 為, 驗 證 系 統 得 以 提 供 更 為 友 善 的 服 務, 例 如, 改 善 現 有 GPS 定 位 精 確 度 及 提 供 實 景 導 航 系 統 有 效 偵 測 迷 路 狀 態 本 計 畫 所 提 出 的 感 知 定 位 系 統 是 第 一 套 採 用 GPS 資 料 字 串 當 作 人 的 行 為 狀 態 關 鍵 資 訊, 居 間 不 需 建 置 任 何 高 成 本 的 基 地 台, 亦 不 用 任 何 昂 貴 輔 助 設 備, 當 然 更 不 需 要 龐 大 的 地 理 資 訊 系 統 的 導 航 定 位 技 術 所 提 出 之 GPS 定 位 修 正 方 法 融 合 牛 頓 運 動 定 律 與 情 境 感 知 (Context-aware) 技 術, 在 訓 練 階 段 時, 用 牛 頓 運 動 定 律 來 歸 納 GPS 資 料 並 定 義 出 行 為 特 徵 資 料, 然 後 運 用 行 為 特 徵 資 料 推 導 出 符 合 剛 體 載 具 行 為 的 牛 頓 馬 可 夫 模 式, 並 引 用 隱 藏 馬 可 夫 模 式 針 對 載 具 習 性 設 計 一 套 計 算 局 部 穩 定 習 性 的 演 算 法, 以 求 得 局 部 穩 定 狀 態 的 轉 換 機 率 矩 陣, 雖 然 牛 頓 運 動 定 律 的 慣 性 原 理 提 供 推 論 載 具 運 動 行 為 上 有 很 大 的 助 益, 但 是 由 於 GPS 資 料 時 常 受 到 環 境 飄 移 誤 差 的 影 響, 致 使 慣 性 原 理 並 無 法 適 切 的 運 用 於 GPS 即 時 定 位 上, 為 了 有 效 消 弭 GPS 飄 移 誤 差 與 掌 握 載 具 行 為 狀 態 變 化, 本 計 畫 更 進 一 步 於 線 上 階 段 時, 根 據 GPS 使 用 行 為 進 行 研 析, 包 含 當 GPS 資 料 受 到 飄 移 誤 差 時 載 具 行 為 ambiguous 時 及 載 具 行 為 受 到 慣 性 效 應 影 響 時, 設 計 一 套 行 為 推 論 演 算 法 進 行 推 論, 提 供 線 上 階 段 時, 配 合 載 具 行 為 所 訓 練 的 局 部 穩 定 狀 態 的 轉 換 機 率 矩 陣, 推 論 驗 證 載 具 合 理 行 為 最 後 根 據 實 測 數 據 來 驗 證 本 計 畫 所 提 出 的 PGPS 方 法 的 可 行 性 未 來 PGPS 可 以 導 入 擴 增 實 境 行 動 導 覽 系 統, 擴 增 實 境 行 動 導 覽 系 統 是 運 用 第 24 頁, 共 25 頁

25 GPS 技 術 整 合 擴 增 實 境 技 術 來 提 供 使 用 者 的 方 位 感 知 技 術, 而 註 冊 問 題 是 擴 增 實 境 中 最 大 的 挑 戰, 然 而 因 為 PGPS 可 以 提 供 準 確 的 行 為 資 訊 與 定 位 資 訊, 解 決 過 去 GPS 飄 移 誤 差 所 產 生 的 跳 動 問 題, 更 可 以 有 效 解 決 擴 增 實 境 中 因 定 位 不 準 確 的 註 冊 問 題, 另 外 一 方 面 PGPS 所 提 供 確 切 的 運 動 狀 態, 讓 使 用 者 在 運 用 景 點 資 訊 時, 不 會 因 為 位 置 與 方 位 跳 動 干 擾, 而 致 使 所 提 供 的 不 是 使 用 者 所 期 望 的 景 點 資 訊, 讓 實 體 世 界 的 使 用 者 的 介 面 上 可 以 準 確 地 在 目 標 物 上 顯 示 虛 擬 影 像, 讓 使 用 者 在 導 覽 時 即 可 運 用 PGPS 即 時 提 供 正 確 的 導 覽 方 向, 進 一 步 讓 使 用 者 可 以 與 環 境 產 生 良 好 的 互 動 PGPS 無 須 任 何 實 體 成 本, 運 用 推 導 出 的 牛 頓 隱 藏 式 馬 可 夫 模 式, 可 直 接 進 行 使 用 者 的 行 為 感 知 第 25 頁, 共 25 頁