AUTOMATION 自 動 化 科 技 學 會 會 刊 2009.09 Human-Computer Interface [ 人 機 互 動 ] Interview 前 美 商 3M 公 司 首 席 科 學 家 兼 資 深 研 發 經 理 - 盧 詩 磊 博 士 Feature Articles 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建 腕 戴 式 加 速 規 動 作 辨 識 模 組 人 機 介 面 的 另 一 選 擇 - 聲 音 中 華 民 國 自 動 化 科 技 學 會
09 2 0 0 9 Contents 理 事 長 的 話 人 物 專 訪 盧 詩 磊 博 士 ( 前 美 商 3M 公 司 首 席 科 學 家 兼 資 深 研 發 經 理 ) 編 者 序 及 簡 歷 : 陳 永 裕 博 士 ( 工 研 院 南 分 院 微 系 統 中 心 微 感 測 部 經 理 ) P.01 P.02 P.11 Automation 發 行 人 / 李 世 光 客 座 主 編 / 洪 瑞 華 編 輯 / 林 致 廷 吳 文 中 唐 珮 寧 林 雅 琪 美 編 / 林 雅 琪 發 行 所 / 中 華 民 國 自 動 化 科 技 學 會 聯 絡 地 址 / 10617 台 北 市 大 安 區 羅 斯 福 路 四 段 一 號 國 立 台 灣 大 學 應 用 力 學 所 425 室 聯 絡 電 話 / (02)3366-5645 傳 真 / (02)3366-5654 < Human-Computer Interface> 專 題 文 章 * 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計 * 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統 * 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建 * 腕 戴 式 加 速 規 動 作 辨 識 模 組 * 人 機 介 面 的 另 一 選 擇 - 聲 音 P.13 P.22 P.30 P.41 P.50
理 事 長 的 話 各 位 會 員 勛 鑒 : 為 了 符 合 現 代 人 使 用 的 習 慣, 使 生 活 更 加 便 利, 許 多 科 技 應 用 在 人 機 介 面 (Human-Computer Interface, HCI) 上 創 新 的 產 品 也 日 漸 增 多, 如 標 準 型 的 觸 碰 式 螢 幕 即 是 眾 所 皆 知 的 例 子, 其 運 用 層 面 從 小 型 的 手 機 到 大 型 螢 幕 的 使 用, 甚 至 在 各 種 新 聞 報 導 中 就 可 以 發 現 到 許 多 創 新 的 相 關 應 用 產 品 因 此, 隨 著 HCI 產 業 的 興 起, 顛 覆 傳 統 的 使 用 方 式 一 一 問 世, 目 前 以 數 位 家 庭 娛 樂 領 域 的 產 品 為 多, 未 來 還 有 什 麼 可 以 加 入 應 用 的 素 材? 還 可 以 如 何 更 人 性 化 的 與 電 腦 互 動? 凡 此 種 種 變 化, 盡 皆 值 得 我 們 拭 目 以 待, 因 此 學 會 本 期 會 刊 主 題 以 HCI 為 主 題, 提 供 讀 者 相 關 訊 息 此 次 學 會 榮 幸 邀 請 HCI 專 家 翹 楚 : 工 研 院 南 分 院 微 系 統 中 心 微 感 測 部 經 理 陳 永 裕 博 士, 擔 任 本 期 會 刊 客 座 編 輯, 針 對 HCI 的 特 性 與 應 用 編 排 五 篇 精 彩 生 動 的 文 章 此 外, 未 來 HCI 必 定 會 與 其 他 產 業 合 作 發 展 新 的 應 用, 因 此 需 要 大 量 的 創 新 創 意 結 合 既 有 的 技 術, 因 此, 亦 邀 請 前 美 商 3M 公 司 首 席 科 學 家 兼 資 深 研 發 經 理 盧 詩 磊 博 士 擔 任 本 期 專 訪 人 物, 暢 談 創 新 研 究 之 發 展 盧 博 士 本 身 在 3M 累 積 相 當 多 實 際 且 成 功 的 創 新 經 驗, 藉 由 這 次 的 主 題 邀 請 盧 博 士 分 享 創 新 經 驗, 對 於 未 來 創 新 所 需 面 對 的 問 題 可 能 遭 遇 的 問 題 先 一 步 了 解, 使 讀 者 未 來 在 HCI 領 域 的 應 用 創 意 能 更 加 順 利 敬 祝 萬 事 如 意 理 事 長 李 世 光 敬 上 1 理 事 長 的 話
人 物 專 訪 - 盧 詩 磊 博 士 ( 前 美 商 3M 公 司 首 席 科 學 家 兼 資 深 研 發 經 理 ) 前 言 : 隨 著 iphone 持 續 熱 銷, 強 調 multi-touch 能 力 的 Windows 7 也 即 將 上 市 觸 控 的 議 題 持 續 發 燒, 台 灣 從 學 界 到 業 界 也 紛 紛 投 入 各 項 資 源 對 touch 相 關 以 及 各 種 創 新 HCI (Human Computer Interface) 的 設 計 與 應 用 iphone 讓 大 家 重 新 思 考 各 種 創 新 HCI 應 用 的 可 能, 未 來 是 否 會 有 比 鍵 盤 滑 鼠 更 好 的 操 作 介 面? 開 啓 大 家 無 限 的 想 像 空 間 從 創 新 創 意 的 思 考 面 出 發,HCI 勢 必 會 遇 到 各 種 問 題, 因 此 這 期 自 動 化 學 會 期 期 刊 專 訪 我 們 特 別 邀 請 從 3M 退 休 的 首 席 科 學 家 - 盧 博 士 詩 磊, 為 大 家 談 談 3M 如 何 可 以 長 期 維 持 持 續 創 新, 如 何 刺 激 員 工 創 新 精 神, 以 及 如 何 營 造 創 新 環 境 的 秘 訣 一 盧 博 士 為 業 界 知 名 3M 公 司 首 席 科 學 家 及 資 深 研 發 經 理, 以 塗 布 材 料 和 製 程 膠 及 塑 膠 產 品 技 術 研 發 為 主, 能 否 請 您 談 談 您 是 在 什 麼 的 機 緣 下 開 始 發 現 創 意 創 新 的 重 要 而 開 始 推 廣 為 什 麼 不 能? 去 了 解 並 找 出 原 因 為 什 麼 別 人 不 能 解 決? 我 的 方 法 和 別 人 有 什 採 訪 時 間 :98 年 8 月 3 日 採 訪 地 點 : 平 山 家 日 式 料 理 店 採 訪 人 員 : 吳 文 中 教 授 資 料 編 輯 : 唐 珮 寧 林 雅 琪 麼 不 同? - 獨 立 思 考 與 判 斷 回 想 當 初 進 3M 的 時 候, 不 知 道 3M 創 新 的 文 化, 是 後 來 從 朋 友 同 事 主 管 那 兒 慢 慢 體 會 出 來 我 是 學 化 學 的, 進 入 3M 的 第 一 份 工 作 是 發 明 一 種 膠, 用 在 紙 尿 褲 2 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
的 膠 帶 當 時 紙 尿 褲 尚 未 問 世, 都 是 使 用 迴 紋 針 固 定 的 布 尿 布 隔 了 半 年 後, 才 有 P&G 發 明 拋 棄 式 紙 尿 布, 便 開 始 注 意 這 方 面 的 訊 息 P&G 所 用 的 膠 帶 是 3M 提 供 的, 是 一 般 工 業 用 的 膠 帶, 不 是 專 門 為 紙 尿 布 而 設 計, 因 此 使 用 上 仍 有 缺 陷, 公 司 便 派 我 負 責 研 究 設 計 可 以 用 在 紙 尿 布 上 的 膠 帶 以 外 行 人 來 看, 可 能 認 為 就 是 一 個 膠 帶, 沒 有 什 麼 了 不 起, 為 什 麼 還 要 請 一 個 博 士 來 研 究? 事 實 上, 這 其 中 有 很 大 的 學 問 我 非 常 感 謝 在 研 究 所 的 學 習 經 歷, 獨 立 思 考 與 判 斷 的 養 成 訓 練 當 老 闆 要 我 研 究 設 計 出 一 個 可 以 重 複 使 用 的 膠 帶, 我 就 開 始 想 為 什 麼 現 在 的 膠 帶 都 不 能 重 複 使 用, 了 解 其 中 的 原 因 後 才 知 道 如 何 改 進 所 以, 首 先 要 瞭 解 問 題 出 在 哪 裡, 找 出 原 因 ; 知 道 原 因 後, 再 思 考 有 沒 有 好 的 方 法 解 決, 別 人 為 何 不 能 解 決? 自 己 的 解 決 方 法 與 別 人 有 何 不 同? 自 此 開 始, 遇 到 問 題 我 就 是 以 這 樣 的 思 維 作 為 研 究 思 考 的 方 向 台, 換 一 個 部 門, 便 能 接 觸 完 全 不 同 的 技 術 我 所 設 計 的 這 個 重 複 使 用 膠 帶 的 計 畫, 從 在 實 驗 室 研 發 一 直 到 產 品 生 產, 請 客 戶 試 用 到 產 品 正 式 上 市, 大 約 進 行 兩 年 半 的 時 間 之 後 我 便 換 到 3M 另 一 個 實 驗 室, 這 個 實 驗 室 給 我 一 個 非 常 大 的 挑 戰 : 研 究 如 何 做 一 個 開 罐 器 這 個 經 驗 讓 我 瞭 解 到 關 起 門 做 實 驗 的 缺 陷 當 時 可 口 可 樂 的 瓶 蓋 拉 環, 因 美 國 有 些 州 考 慮 到 其 安 全 性, 怕 隨 手 丟 棄 的 拉 環 會 割 傷 人, 於 是 可 口 可 樂 便 請 3M 研 發 膠 帶 貼 在 瓶 蓋 上 我 便 發 揮 想 像 力 將 產 品 研 究 出 來, 也 申 請 幾 個 專 利, 但 是 在 提 供 給 可 口 可 樂 時 卻 失 敗 了 因 為 那 時 的 我 們 關 起 門 來 做 實 驗, 團 隊 研 發 出 每 一 分 鐘 可 將 六 百 條 膠 帶 貼 在 可 樂 鋁 罐 上 的 機 器, 研 發 出 來 卻 忘 記 與 客 戶 溝 通 購 買 這 個 設 備 的 預 算 是 多 少, 而 當 時 這 台 機 器 需 要 一 百 萬 美 金 可 口 可 樂 全 球 有 多 少 的 工 廠? 要 花 多 少 的 成 本? 若 所 有 的 工 廠 都 添 購 此 機 器 則 需 要 龐 大 的 成 本 支 出, 這 樣 的 成 本 計 算 是 我 們 當 初 沒 有 想 到 的 了 解 問 題, 解 決 問 題, 最 重 要 的 是 解 決 客 戶 / 使 用 者 的 問 題, 還 是 自 己 / 設 計 者 的 問 題? 3M 公 司 共 有 80 幾 個 不 同 的 技 術 平 我 們 的 產 品 設 計 沒 有 問 題, 雖 然 最 後 的 結 果 卻 因 客 戶 不 願 購 買 硬 體 機 器, 使 產 品 未 上 市 就 直 接 宣 告 失 敗, 但 對 我 來 說 是 一 種 很 好 的 學 習, 可 以 認 知 到 產 品 的 研 發 3 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
不 是 研 究 者 認 為 可 以 使 用 即 可, 還 要 考 慮 到 客 戶 增 加 成 本 支 出 的 意 願 這 也 使 我 認 知 到 除 了 瞭 解 問 題 並 且 找 到 方 法 解 決 它 之 外, 還 要 考 慮 產 品 使 用 者 所 需 面 對 的 問 題 此 後, 我 在 這 方 面 一 直 很 努 力, 凡 所 接 的 專 案 都 會 考 慮 到 是 否 有 達 到 客 戶 的 需 求 願 的, 因 此 員 工 會 更 賣 力 15% 是 一 個 指 導 方 針, 老 闆 也 會 關 注 每 一 年 訂 的 目 標 做 的 如 何, 但 在 同 時 進 行 公 司 與 個 人 的 創 意 研 發 時, 需 注 意 不 能 拿 個 人 研 究 的 部 分 為 理 由 而 延 誤 公 司 的 研 發 工 作 這 個 方 案 的 推 行 即 是 考 慮 到 員 工 有 很 多 想 法 卻 沒 有 時 間 去 發 揮 伸 展, 心 情 上 可 能 無 法 舒 坦, 若 員 工 私 底 下 想 要 完 成 卻 又 二 網 路 上 介 紹 說 您 在 3M 工 作 生 涯 中, 有 一 項 重 大 貢 獻 為 建 立 導 入 於 新 材 料 研 發 及 製 程 改 善, 可 否 請 您 談 談 如 何 建 立 起 這 個 規 則? 以 及 又 是 如 何 實 際 的 運 用 商 品 上? 因 工 作 繁 忙 無 法 繼 續, 因 此 有 了 此 15% rule 鼓 勵 員 工 有 時 間 做 屬 於 自 己 的 創 新 研 發 這 部 份 如 果 能 做 的 好, 幾 年 以 後 便 可 以 成 為 一 個 正 式 的 專 案 ; 做 的 不 好, 也 沒 有 損 失, 至 少 試 過 了 15% rule 後 來 被 許 多 公 司 所 採 用 我 自 己 也 有 許 多 好 的 產 3M 15% rule-ownership, 即 員 工 自 己 擁 有 自 主 權 且 自 願 的 去 做, 因 此 會 更 賣 力 做 的 更 好 3M 運 用 此 15% rule 緣 由 是 因 為 有 時 候 員 工 雖 有 好 的 創 意 想 法, 卻 不 見 得 有 機 會 表 現 公 司 便 提 出 一 個 方 案, 即 員 工 可 以 在 一 個 星 期 之 中 擁 有 半 天 的 時 間, 去 做 屬 於 自 己 創 意 研 發 工 作, 前 提 是 必 須 先 做 完 老 闆 交 代 的 工 作 這 個 方 案 讓 那 些 有 個 人 想 法 卻 沒 有 時 間 實 現 的 員 工, 有 時 間 將 屬 於 自 己 個 人 的 想 法 研 發 創 造 出 來 且 因 為 是 Ownership, 即 員 工 自 己 擁 有 自 主 權 且 是 自 品 專 利 幾 乎 是 從 這 部 分 開 始 發 展 目 前 台 灣 也 有 機 構 進 行 類 似 的 制 度, 其 獎 勵 制 度 以 及 觀 念 作 法 上 與 3M 不 同, 例 如 :3M 是 15% rule, 一 旦 進 入 公 司 便 簽 立 合 約, 任 何 時 間 員 工 所 想 出 的 創 意 想 法 都 屬 於 公 司 沒 有 特 別 的 獎 金 制 度, 發 明 專 利 也 不 是 屬 於 員 工 個 人, 一 切 皆 為 公 司 所 有, 不 會 因 為 員 工 有 多 項 發 明 而 使 其 富 有 表 現 優 良 的 在 公 司 獲 得 的 即 是 個 人 職 務 的 升 遷 及 加 薪 國 內 也 有 其 他 機 構 採 用 10% rule, 研 發 成 功 的 發 明 人 可 分 得 獎 金 雖 然 研 發 很 重 要, 但 還 要 有 配 4 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
套 措 施, 且 搭 配 者 也 很 重 要, 搭 配 者 包 括 生 產 人 員 行 銷 人 員 等, 因 此 還 要 考 慮 到 這 些 人 是 否 也 可 分 得 獎 金 就 3M 公 司 的 作 法 來 看, 合 約 制 度 是 非 常 公 正 的, 因 為 大 家 都 沒 有 獎 金 可 分, 員 工 們 心 甘 情 願 的 開 心 的 一 起 合 作 且 不 會 因 為 分 配 不 均 而 起 爭 執 ; 若 有 獎 金 則 會 造 成 競 爭 與 私 有 的 心 態, 致 使 公 司 的 員 工 們 無 法 彼 此 無 私 地 合 作 事 實 上, 獎 勵 的 方 法 有 很 多, 獎 金 制 度 只 是 其 中 一 種 要 如 何 使 員 工 的 創 意 源 源 不 絕 且 愈 來 愈 好, 公 司 任 用 這 個 員 工 才 值 得 ;3M 公 司 不 僅 給 予 空 間, 也 讓 員 工 的 創 意 之 路 可 以 走 得 更 長 遠, 做 更 大 的 研 究 發 明 15% rule 的 好 處 是 將 該 做 的 工 作 完 成 後, 有 能 力 者 仍 可 以 將 精 力 用 在 創 意 研 發 上,3M 公 司 的 鼓 勵 方 法 : 刺 激 有 創 意 者 愈 做 愈 好, 並 且 建 立 制 度, 撥 入 經 費 幫 助 員 工 完 成 個 人 研 發 計 畫 該 人 員 在 提 出 計 劃 書 後, 便 會 有 相 關 部 門 的 主 管 與 資 深 員 工 來 評 估 是 否 值 得 研 發, 經 審 核 通 過 後 便 會 給 予 一 年 約 五 萬 美 元 的 經 費, 使 此 創 意 研 究 方 案 可 以 開 始 進 行 工 作 者 都 非 常 努 力 在 自 己 的 工 作 崗 位 上, 一 天 的 工 作 量 超 過 十 小 時, 但 此 苦 幹 實 幹 的 精 神 卻 被 美 國 人 嘲 笑, 因 為 這 種 精 神 是 work hard 而 非 work smart, 即 不 是 有 效 率 的 工 作 所 謂 work smart 是 指 善 用 時 間 與 善 用 資 源,work hard 是 不 相 信 別 人, 凡 事 都 自 己 做, 只 相 信 自 己 能 夠 將 事 情 做 好, 結 果 是 累 壞 自 己 我 覺 得 這 是 觀 念 上 的 問 題, 尤 其 是 下 一 代 的 年 輕 人 不 應 該 比 這 一 代 年 輕 人 還 要 辛 苦, 因 此 我 有 一 種 使 命 感, 希 望 好 好 培 養 新 一 代, 將 我 過 去 所 學 發 揮 作 用 影 響 年 輕 人, 讓 他 們 可 以 走 出 一 條 更 好 的 路 15% rule 是 一 個 很 好 的 觀 念 與 制 度, 最 近 剛 進 入 十 週 年 的 Google 也 採 用 3M 的 這 個 概 念 我 們 現 在 廣 泛 使 用 的 google map 衛 星 地 圖 與 gmail, 即 是 google 員 工 20% rule 的 創 意 發 明, 證 明 一 個 公 司 對 員 工 給 予 鼓 勵 贊 助 且 有 一 個 很 好 的 配 套 制 度, 便 可 以 激 勵 出 很 棒 的 創 意 發 明 不 論 是 15% rule 或 是 20% rule, 都 是 自 己 想 要 做 的, 不 是 老 闆 交 代 的 工 作, 而 是 一 個 讓 員 工 有 效 率 的 善 用 時 間 並 且 能 夠 發 揮 個 人 創 意 的 良 性 制 度 Work hard or work smart? 台 灣 近 年 來 向 歐 美 看 齊, 年 輕 一 代 的 台 灣 的 事 業 體 或 許 應 該 思 考 如 何 創 造 一 個 環 境 讓 員 工 留 下, 而 不 會 擔 心 員 工 自 5 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
己 出 去 創 業 而 扼 殺 創 意 一 個 良 好 的 環 境 中 可 以 取 得 資 源 與 時 間 全 心 投 入 而 毋 需 擔 心 資 源 與 經 費 不 足, 畢 竟 如 果 自 己 出 去 創 業 必 須 考 慮 許 多 因 素, 可 能 就 無 法 有 此 良 好 的 環 境 可 以 安 心 研 究 開 發 創 意 情 形, 即 可 避 免 此 情 況 重 覆 發 生 失 敗 為 成 功 之 母, 從 錯 誤 中 學 習 也 是 一 種 方 法 其 二, 敢 冒 險 既 然 已 容 許 失 敗 的 發 生, 就 沒 有 什 麼 可 以 阻 擋 員 工 去 冒 險 其 三, 時 代 在 變 每 個 人 都 要 有 的 觀 念 時 代 在 變 並 非 一 成 不 變, 不 管 是 內 部 或 外 三 上 3M 的 網 站, 有 一 個 核 心 科 技 的 介 紹, 網 頁 頁 面 就 像 是 一 個 透 明 的 觸 碰 式 螢 幕 一 樣, 有 別 於 其 他 的 網 頁 您 一 直 以 來 致 力 於 創 意 環 境 的 塑 造, 請 教 您 創 意 環 境 如 何 的 塑 造 呢?3M 又 是 如 何 的 塑 造 來 激 發 員 工 的 創 意? 在 的 改 變, 要 如 何 因 應 環 境 需 求 做 適 時 的 改 變, 是 每 個 人 的 責 任 其 四, 溝 通 嘗 試 新 東 西 時 心 中 難 免 害 怕 失 敗, 可 透 過 主 管 和 員 工 的 溝 通, 消 弭 心 中 的 恐 懼 其 五, 愉 悅 的 工 作 環 境 提 供 愉 悅 的 工 作 環 境 讓 員 工 樂 於 投 入 工 作 中, 達 成 自 我 實 現 在 3M 約 35~40 個 事 業 部 門, 每 個 事 業 成 功 的 結 果 不 是 個 人 不 是 偶 然 而 是 環 境 造 成 個 人 因 素 很 重 要, 其 他 因 素 造 成 的 結 果 也 很 重 要, 但 更 重 要 的 是 善 用 環 境 資 源 創 意 環 境 是 如 何 的 塑 造? 其 一, 必 需 容 忍 某 種 程 度 的 失 敗 員 工 嘗 試 開 發 新 產 品 若 失 敗 了, 主 管 認 為 盡 力 了, 結 果 卻 不 如 想 像 中 的 完 美, 失 敗 原 因 不 是 個 人 因 素 而 是 其 他 環 境 因 素 造 成, 主 管 要 給 予 空 間 允 許 犯 錯, 否 則 因 興 起 嘗 試 新 產 品 的 開 發, 結 果 因 此 犯 錯 而 丟 了 飯 碗, 其 他 員 工 就 不 敢 再 嘗 試 開 發 新 產 品 了 3M 鼓 勵 員 工 分 享 失 敗 及 成 功 的 原 因, 日 後 若 碰 到 類 似 部 門 的 副 部 長 要 承 擔 該 部 門 的 盈 虧, 每 年 要 訂 定 下 年 欲 達 成 的 目 標 及 開 發 的 新 產 品, 每 年 年 中 要 審 視 是 否 有 達 到 年 度 目 標, 以 及 未 達 成 的 原 因 並 去 做 適 當 的 調 整 例 如 新 產 品 要 達 到 所 有 營 業 額 的 10%, 萬 一 只 達 到 8% 時, 老 闆 並 不 會 因 目 標 沒 有 達 到 而 解 雇 員 工, 而 是 要 能 解 釋 為 何 未 能 達 成 既 定 目 標 3M 給 予 空 間 失 敗, 也 讓 員 工 去 冒 險, 做 不 到 不 會 不 講 理, 會 以 溝 通 方 式 來 解 決 如 何 的 激 發 員 工 的 創 意? 首 先, 提 供 一 個 環 境 給 員 工 挑 戰, 並 提 供 學 習 吸 收 新 知 的 管 道 如 果 老 闆 給 員 工 一 個 6 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
任 務 很 容 易 解 決, 沒 有 挑 戰 性, 員 工 就 無 法 發 揮 他 的 潛 力 如 果 員 工 在 某 一 方 面 無 法 克 服 而 需 加 強 自 己 時, 公 司 就 要 提 供 一 些 管 道 讓 員 工 提 昇 自 己 以 3M 為 例, 會 提 供 許 多 管 道 讓 員 工 去 學 習 去 上 課, 每 年 要 求 員 工 要 去 上 40 小 時 的 課, 提 升 自 己 的 能 力, 如 公 司 內 部 沒 有 所 需 之 課 程 也 可 到 外 部 上 課 第 二, 專 注 於 參 與 感 例 如 : 老 闆 交 待 一 個 新 的 工 作, 並 問 員 工 你 個 人 有 什 麼 想 法?, 員 工 可 提 出 自 己 的 想 法, 使 員 工 有 參 與 感 第 三, 訂 定 公 平 的 回 饋 獎 賞 機 制 公 平 的 奬 勵 非 常 重 要,3M 每 二 ~ 三 年 即 修 正 獎 賞 機 制, 希 望 能 跟 的 上 時 代 及 和 他 人 競 爭 能 力 第 四, 讓 員 工 知 道 過 去 成 功, 並 不 代 表 將 來 一 定 成 功 舊 有 方 法 在 以 前 可 以 成 功, 現 在 可 能 無 法 成 功, 因 為 時 代 變 了, 舊 有 的 觀 念 也 要 隨 之 跟 著 淘 汰 第 五, 團 隊 合 作 透 過 內 部 或 外 部 合 作 案 子, 共 同 合 作 提 升 效 率 而 公 司 如 何 提 供 一 個 環 境, 鼓 勵 團 隊 精 神? 創 四 最 近 因 為 Windows 7 上 市, 照 成 觸 控 界 面 的 議 題 發 燒, 是 不 是 請 您 談 談 各 種 觸 控 技 術 的 看 法 另 外, 有 沒 有 其 他 發 展 中 比 較 創 新 有 可 能 顛 覆 未 來 的 新 科 技? 觸 控 技 術 因 iphone 而 熱 門, 以 往 手 機 或 PDA 觸 控 皆 需 以 觸 控 筆 來 操 作, 後 來 發 現 不 需 用 筆 只 要 用 手 指 就 可 更 容 易 操 控 及 運 用, 因 此 未 來 用 手 操 控 介 面 將 會 取 代 現 有 觸 控 筆, 是 必 然 的 趨 勢 觸 控 技 術 從 小 面 版 到 大 面 版 最 明 顯 的 就 是 電 腦, 現 今 iphone 或 smart phone 仍 侷 限 於 小 的 螢 幕 大 一 點 的 面 版 以 筆 記 型 電 腦 為 例, 將 來 也 是 有 可 能 會 使 用 觸 控 式 技 術 另 外 未 來 大 尺 吋 的 平 面 電 視 也 將 是 個 趨 勢, 或 許 將 來 也 不 需 要 使 用 遙 控 器, 只 需 在 電 視 上 裝 置 一 個 小 型 攝 影 機, 透 過 使 用 者 的 手 勢 來 遙 控, 不 需 近 距 離 的 站 在 電 視 機 前 面, 即 可 遠 端 遙 控 產 品 最 終 客 戶 所 追 求 的 是 簡 單, 所 以 簡 單 是 未 來 必 然 的 趨 勢 造 一 個 良 好 的 環 境 讓 員 工 願 意 留 下, 是 非 常 重 要 的 以 我 自 己 個 案 為 例, 當 團 隊 研 發 新 品 成 功 上 市, 就 會 團 隊 慶 功, 就 很 具 有 鼓 勵 士 氣 的 功 效 五 您 曾 說 過 創 新 是 把 經 驗 與 知 識 應 用 到 可 以 發 揮 有 用 的 地 方, 是 否 可 以 請 您 說 說 您 的 實 際 創 新, 又 是 怎 麼 知 道 這 個 創 新 會 不 會 成 功 7 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
解 決 問 題 所 延 伸 出 來 的 產 品 或 是 服 務 業 就 是 創 新 其 實 創 新 的 定 義 許 多 報 章 雜 誌 到 處 都 有, 且 說 法 都 不 一 樣 目 前 我 的 說 法 是 解 決 問 題 所 延 伸 出 來 的 產 品 或 是 服 務 業 就 是 創 新, 所 以 第 一 要 務 是 人 家 需 要 才 去 做 回 到 我 個 人 的 經 驗, 在 進 3M 的 前 十 六 年 在 研 發 中 心, 是 被 關 在 實 驗 室 裡 的, 是 被 告 知 要 去 做 什 麼 才 做 行 銷 業 務 告 知 這 裡 有 市 場, 然 後 要 想 辦 法 做 出 一 個 新 產 品 基 本 上 在 那 個 實 驗 室 有 很 多 新 的 發 明 新 的 專 利, 現 在 回 想 起 來, 那 些 專 利 還 停 留 在 了 解 客 戶, 知 道 他 們 的 需 求 在 哪 裡, 我 們 有 什 麼 技 術 可 以 解 決 他 的 需 求, 滿 足 他 們 的 需 要 我 們 有 這 個 東 西 可 以 用, 可 以 賣 給 他 們, 價 錢 合 理 客 戶 就 買 了, 這 種 狀 況 下 成 功 機 會 就 很 大 了 所 以 我 的 經 驗 成 功 和 失 敗 的 都 有, 但 是 發 現 成 功 比 較 多 的 還 是 偏 後 面 這 塊, 要 去 了 解 市 場 及 客 戶, 前 面 還 是 有 很 多 空 間 沒 有 把 握 好 總 而 言 之, 也 就 是 過 去 的 經 驗 知 識 是 很 重 要 的 基 本 功, 還 要 加 上 市 場 了 解 這 塊, 了 解 問 題 是 消 費 者 或 是 使 用 者 的 需 求 這 點 每 個 人 都 知 道 很 重 要, 但 是 真 正 去 做 的 人 很 少 保 護 而 已, 沒 有 變 成 一 個 真 正 的 產 品, 我 就 開 始 想 : 為 什 麼? 原 來 那 些 行 銷 業 務 給 的 訊 息 不 是 完 全 正 確, 或 是 不 夠 完 整, 也 有 可 能 是 我 得 到 的 訊 息 有 點 出 入, 做 出 來 的 東 西 可 能 還 有 缺 失 六 HCI 未 來 一 定 會 需 要 與 許 多 其 他 產 業 的 結 合, 勢 必 會 遇 到 各 種 問 題 您 在 創 新 的 過 程 中 是 否 有 遇 到 什 麼 瓶 頸 可 以 與 我 們 分 享? 就 您 所 知, 台 灣 在 創 新 創 意 的 發 展 上 是 否 有 什 麼 優 勢 或 是 待 改 進 的 地 除 了 過 去 的 知 識 和 經 驗, 市 場 的 重 要 性 方? 不 可 輕 乎 例 如 我 有 二 個 專 利, 是 進 入 3M 的 第 一 個 案 子, 我 認 為 是 很 得 意 的 發 明, 竟 然 都 沒 有 人 買, 所 以 說, 按 傳 統 的 想 法 有 這 個 技 術, 我 們 就 可 以 做 這 個 產 品, 發 展 出 這 個 產 品 的 錯 誤 觀 念 一 定 要 改 還 好, 回 台 灣 後 退 休 前 十 三 年 花 很 多 時 間 了 解 市 場, 抗 拒 NIH 改 變 綜 合 起 來 有 三 點 不 管 是 跨 領 域 還 是 跨 公 司 合 作, 常 常 都 會 碰 到 員 工 抗 拒, 第 一 個 抗 拒 就 是 你 嫌 我 不 好 所 以 要 找 外 人 來, 覺 得 我 沒 有 用 一 定 要 靠 別 人 要 把 這 個 顧 慮 拿 掉 第 二 個, 有 個 字 :NIH 症 8 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
狀 - Not Invented Here 其 實 學 界 也 有 這 種 現 象, 只 有 自 己 的 意 見 是 最 好 的, 變, 認 為 改 變 是 一 種 風 險 但 其 實 要 能 與 別 人 合 作, 不 要 害 怕 改 變 現 狀 才 能 成 功 其 他 的 都 聽 不 進 去 再 回 到 剛 剛 抗 拒 的 問 題, 嫌 我 不 夠 好 拿 外 面 的 東 西 給 我, 那 麼 不 是 我 發 明 的 所 以 隨 便 做 做 就 交 差 了 事, 反 正 好 的 都 是 他 跟 我 沒 有 關 係 這 種 觀 念 要 不 得 沒 有 錯, 每 個 人 都 有 功 勞, 要 讓 員 工 知 道 1+1 最 好 >2, 不 要 自 認 為 只 有 自 己 最 好, 要 知 道 別 人 也 不 見 得 比 較 差, 要 放 開 心 胸 和 別 人 合 作 這 部 份 其 實 做 的 最 好 的 是 P&G 2000 年 提 倡 的 一 個 口 號 叫 做 Connected Development,3M 這 方 面 也 有 做, 但 是 P&G 做 的 更 好 就 是 說 公 司 內 部 有 很 多 的 工 程 師, 外 面 工 程 師 也 有 很 多 是 很 厲 害 的, 若 能 開 放 二 邊 合 作, 那 將 來 一 定 比 靠 公 司 內 部 工 程 師 做 來 的 更 好 怎 麼 樣 克 服 內 部 的 抗 拒, 要 把 Not Invented Here 的 觀 念 拿 掉, 鼓 勵 員 工 不 要 忘 記, 做 成 功 了 大 家 都 一 樣 有 功 勞, 不 一 定 要 發 明 的 人 才 有 功 勞, 不 管 是 誰 的 結 果 成 功, 參 與 的 每 個 人 都 分 享 的 到 功 勞, 要 多 強 調 這 一 點, 其 實 一 點 都 不 難 那 最 後 一 點 就 是 - 改 變 做 了 二 三 十 年 好 好 的 為 什 麼 要 我 變? 很 多 人 不 喜 歡 多 元 化 投 資 及 改 變 對 台 灣 業 界 的 建 議, 也 有 三 點, 其 中 就 是 台 灣 的 中 小 型 企 業 其 實 是 蠻 多 的, 而 且 很 多 元 化, 這 是 好 處, 在 別 的 國 家 是 沒 有 的 所 以 在 很 多 情 況 下, 像 電 子 產 業, 一 張 訂 單 來, 可 以 做 的 又 快 又 好 又 便 宜, 就 是 因 為 我 們 有 這 種 環 境 那 麼 除 了 電 子 業 其 他 的 行 業 這 方 面 做 的 夠 不 夠? 其 實 台 灣 有 類 似 的 條 件, 可 以 鼓 吹 許 多 產 業 在 這 方 面 多 努 力, 做 到 跟 其 他 國 家 一 起 競 爭, 這 點 是 除 了 電 子 業, 其 他 的 產 業 還 可 以 更 多 的 努 力 第 二 點 就 是 我 剛 剛 說 的, 不 要 認 為 員 工 厲 害 就 不 停 的 丟 工 作 給 他 做, 要 給 他 一 些 空 間, 讓 他 發 揮 他 在 更 厲 害 的 地 方, 說 不 定 這 種 投 資 是 值 得 的, 只 要 訂 一 個 規 矩 不 要 讓 他 亂 來 就 好 了 第 三 點, 很 多 過 去 的 英 雄, 都 會 強 調 我 過 去 可 以 這 樣 做 為 什 麼 現 在 不 能 這 樣 做? 合 作 的 時 候 別 人 希 望 他 可 以 改 變 一 下 就 是 不 肯 改 變 但 還 是 要 讓 他 知 道, 改 變 是 一 種 很 正 常 的 現 象, 不 改 可 能 就 會 被 別 人 淘 汰 這 三 點 是 給 業 界 的 建 議 9 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
七 最 後, 盧 博 士 長 年 在 3M 美 國 聖 保 羅 市 總 部 的 研 發 中 心 開 始 研 發 工 作, 對 您 所 接 觸 的 看 到 的 狀 況, 是 不 是 可 以 給 予 台 灣 學 生 創 新 思 考 上 的 建 議 一 旦 有 機 會 表 現 給 你 的 時 候 不 要 怕 去 問 為 什 麼 有 這 個 體 驗? 不 管 在 哪 間 學 校 開 課, 要 學 生 發 問 是 痛 苦 的 為 什 麼 要 大 家 發 問 呢? 不 管 是 覺 得 不 懂 或 是 需 要 澄 清 的 問 題, 說 不 定 連 講 者 自 己 也 沒 想 到 這 部 份, 這 種 互 動 結 果 搞 不 好 1+1>2, 所 以 一 旦 有 這 種 機 會 就 不 要 怕, 不 要 錯 過, 老 師 或 是 有 人 願 意 開 放 這 種 時 間 讓 學 生 發 問, 就 表 示 這 個 老 師 很 有 份 量 才 敢 開 放 讓 學 生 問, 因 為 不 怕 被 問 倒 了 第 二, 其 實 台 灣 學 生 讀 書 是 很 會 讀, 把 學 習 這 種 態 度 當 作 一 件 好 事 情, 既 然 讀 了 這 麼 多 書, 以 前 讀 的 不 管 是 限 於 某 一 方 面, 還 是 跨 領 域 的 讀, 至 少 東 西 要 讀 的 越 來 越 多, 不 要 侷 限 的 太 狹 小, 要 把 讀 書 當 成 一 個 長 處 去 擴 充 比 如 說 國 外 先 進 國 家, 博 士 生 碩 士 生 還 沒 有 我 們 台 灣 多, 為 什 麼 他 們 能 有 現 在 的 社 會 經 濟 結 構? 既 然 我 們 學 生 讀 那 麼 多, 那 應 該 比 他 們 更 有 條 件 變 得 更 好, 只 是 我 們 沒 有 善 用 而 已, 這 是 我 觀 察 到 的 很 多 年 輕 人 很 氣 餒, 覺 得 讀 這 麼 多 書 沒 用, 然 後 過 一 天 算 一 天 其 實 二 十 幾 歲 年 輕 人 一 晃 就 三 十 幾 歲, 再 一 晃 就 四 十 幾 歲, 四 十 歲 還 沒 有 一 技 之 長 就 會 很 難 生 存 了 很 多 年 輕 人 會 發 生 所 謂 的 高 不 成 低 不 就 的 問 題, 讀 了 碩 士 就 一 定 要 拿 多 少 薪 水 才 要 做 但 現 在 學 士 很 多, 薪 水 不 升 反 降, 唉 聲 嘆 氣 覺 得 讀 了 這 麼 多 書 才 拿 這 一 點 錢 前 幾 天 有 一 個 年 輕 人 到 我 家 修 電 腦, 唉 聲 嘆 氣 的, 一 問 之 下 才 知 道, 他 覺 得 做 了 一 年 多 都 還 不 曉 得 什 麼 時 候 可 以 買 房 子 我 說 不 要 看 那 麼 近, 要 看 遠 一 點, 應 該 想 二 十 幾 歲 開 始 打 拼 的 時 候, 可 以 學 多 少 東 西, 可 以 把 自 己 的 技 能 提 昇 到 什 麼 程 度, 將 來 想 要 做 什 麼, 不 管 是 做 老 闆 或 是 什 麼 特 別 的 表 現, 以 這 個 目 標 來 看 需 要 增 加 什 麼 樣 特 別 技 能, 需 要 什 麼 特 別 的 能 力, 應 該 以 這 個 為 主, 而 不 是 有 前 景 的 家 公 司 少 給 二 千 元 就 不 去, 而 到 另 一 家 多 給 三 千 元 的 公 司, 到 那 裡 做 的 工 作 只 是 敲 鐘 的 事 情, 這 樣 能 夠 得 到 什 麼? 等 時 間 過 了 可 能 損 失 更 大 所 以 要 以 長 遠 的 眼 光 來 看 將 來, 現 在 只 管 投 資, 結 果 好 是 將 來 才 能 知 道, 不 管 選 什 麼, 只 要 是 喜 歡 的 愛 的 東 西 都 一 定 可 以 做 的 好 第 三, 是 這 二 三 年 來 看 到 經 濟 蕭 條, 10 人 物 專 訪 - 盧 詩 磊
編 者 序 陳 永 裕 根 據 市 場 研 究 報 告 指 出, 全 球 遊 戲 市 場 營 收 將 以 每 年 13% 的 速 度 持 續 成 長 相 信 高 互 動 性 與 高 臨 場 感 將 是 未 來 遊 戲 的 新 趨 勢 此 外, 搭 配 新 一 代 3D 作 業 系 統 以 及 周 邊 多 媒 體 人 性 化 介 面 開 發, 數 位 家 庭 影 音 互 動 娛 樂 中 心 儼 然 逐 步 成 型, 故 以 PC Base 為 主 的 數 位 家 庭 娛 樂 中 心 勢 必 逐 步 取 代 電 視 成 為 新 一 代 影 音 娛 樂 中 心 由 上 述 可 知, 高 智 慧 性 與 高 互 動 性 之 友 善 的 人 機 互 動 介 面 已 是 未 來 各 種 輸 入 介 面 的 發 展 趨 勢, 而 具 動 作 與 語 音 辨 識 功 能 之 人 機 互 動 技 術 其 可 將 互 動 控 制 以 人 性 直 覺 式 肢 體 表 現 與 語 言 來 達 成 連 動 / 互 動 的 特 性 相 當 有 機 會 成 為 人 機 互 動 設 計 中 之 主 流 此 一 趨 勢 可 由 現 今 之 任 天 堂 遊 戲 控 制 器 Wii 3D 作 業 系 統 3D 互 動 平 台 的 虛 擬 實 境 網 路 社 群 等 產 品 與 網 站 得 到 證 實 永 裕 很 榮 幸 能 有 此 機 會, 針 對 此 議 題, 邀 請 到 1. 國 內 於 人 機 互 動 方 面 之 學 術 研 究 團 隊 : 國 立 成 功 大 學 電 機 工 程 學 系 王 振 興 教 授 與 國 立 中 興 大 學 電 機 工 程 學 系 林 俊 良 教 授, 與 2. 優 秀 研 發 專 家 : 工 研 院 南 分 院 人 機 互 動 中 心 : 鄭 憲 君 博 士 創 意 中 心 : 張 耀 元 博 士 以 及 微 系 統 科 技 中 心 : 凃 景 翔 工 程 師, 就 目 前 最 熱 門 的 遊 戲 互 動 加 速 度 規 動 作 辨 識 手 寫 軌 跡 電 聲 應 用 發 展, 進 行 詳 細 的 介 紹 與 研 發 經 驗 的 分 享 相 信 於 文 章 中, 各 位 可 輕 易 發 現 不 論 是 語 音 辨 識 與 合 成 手 寫 體 與 手 勢 辨 識 虛 擬 實 境 等 技 術, 上 述 各 團 隊 於 產 品 / 技 術 之 研 究 均 朝 高 智 慧 化 介 面 設 計 邁 進, 並 配 合 多 元 簡 單 自 然 的 操 作 設 計, 達 成 高 穩 定 辨 識 率, 與 大 幅 降 低 系 統 失 誤 機 率 之 目 標 這 些 重 要 的 應 用 與 企 圖 心 相 信 將 為 人 類 創 造 更 便 利 舒 適 與 無 障 礙 的 溝 通 環 境 文 末, 本 人 再 次 對 本 期 作 者 能 應 邀 撰 稿 特 此 致 謝, 亦 期 望 未 來 於 人 機 互 動 技 術 這 領 域 能 有 各 位 先 進 的 加 入 並 創 造 更 高 之 產 業 應 用 價 值 11 編 者 序
編 者 簡 歷 - 陳 永 裕 博 士 現 職 : 工 研 院 南 分 院 微 系 統 中 心 微 感 測 部 經 理 研 究 領 域 : 人 機 互 動 技 術 研 發 微 系 統 設 計 非 線 性 系 統 估 測 與 控 制 慣 性 導 航 與 導 引 律 設 計 學 經 歷 : 清 華 大 學 電 機 博 士 歷 : 工 研 院 微 系 統 中 心 研 究 員 東 方 技 術 學 院 電 子 系 兼 任 助 理 教 授 清 華 大 學 電 機 系 兼 任 講 師 榮 譽 : 2009 工 研 院 柳 蔭 獎 2008~2009 獲 選 為 工 研 菁 英 2009 工 研 院 品 質 獎 佳 作 2008 經 濟 部 價 值 領 航 獎 2008 工 研 院 成 果 貢 獻 獎 銀 牌 1999 中 華 扶 輪 獎 學 金 12 編 者 簡 歷 - 陳 永 裕 博 士
由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計 張 耀 元 工 研 院 創 意 中 心 一 前 言 筆 者 在 十 年 前 開 始 接 觸 遊 戲 設 計 的 時 候, 發 覺 滑 鼠 和 鍵 盤 在 人 機 介 面 中 實 在 是 極 其 偉 大 的 發 明, 不 論 在 近 二 十 餘 種 的 遊 戲 類 型 中 都 吃 的 開, 甚 至 只 有 滑 鼠 鍵 盤 的 操 作 才 會 讓 玩 家 覺 得 好 玩 的 遊 戲 類 型 也 不 在 少 數 因 此 在 遊 戲 設 計 中, 被 定 型 的 人 機 介 面 互 動 變 得 不 是 那 麼 的 自 由, 也 就 不 是 那 麼 的 重 要, 在 這 個 市 場 裡, 大 家 不 外 乎 就 是 追 求 畫 面 特 效 故 事 的 極 致 想 到 人 機 介 面? 似 乎 是 大 型 電 玩 設 計 才 需 要 頭 痛 的 事 隨 著 遊 戲 越 來 越 制 式 化, 改 革 創 新 的 浪 潮 不 斷, 有 一 個 印 象 很 深 刻 的 案 例 是, 當 初 有 一 位 同 事 很 勇 敢 的 提 出 一 個 使 用 雙 手 加 上 " 雙 滑 鼠 " 玩 的 遊 戲 提 案 我 會 稱 之 為 勇 敢, 是 因 為 在 PC Game 領 域 裡 大 家 都 知 道, 要 玩 家 多 買 一 個 " 搖 桿 " 或 是 搭 一 點 額 外 的 " 硬 體 " 都 是 一 件 要 人 命 的 事, 玩 家 與 設 計 師 幾 乎 被 鍵 盤 與 滑 鼠 給 刻 上 了 咒 印, 這 種 提 案 都 被 視 為 是 毒 藥 但 我 卻 覺 得 好 像 得 到 救 贖, 異 常 的 興 奮, 不 是 因 為 那 個 提 案 很 棒, 相 反 的 是 它 非 常 大 膽 且 不 成 熟 與 愚 蠢, 但 卻 愚 蠢 到 足 以 提 醒 自 己 被 制 約 得 好 辛 苦 因 為 在 框 架 裡 的 創 新, 只 能 稱 之 為 " 設 計 ", 而 永 遠 無 法 達 到 " 創 造 " 的 層 次 我 相 信 滑 鼠 與 鍵 盤 還 會 繼 續 存 在 於 地 球 上 五 十 年, 甚 至 是 一 百 年, 或 許 永 遠 不 滅, 因 為 它 真 是 很 棒 的 人 機 介 面 在 這 邊 要 提 醒 的 是, 請 不 要 誤 以 為 鍵 盤 滑 鼠 是 抹 殺 創 意 的 禍 首, 如 果 你 想 達 到 的 人 機 介 面 設 計 目 標, 用 鍵 盤 滑 鼠 是 最 佳 設 計 的 話, 那 就 請 不 要 客 氣 並 且 別 在 意 別 人 的 眼 光 用 下 去 吧 在 市 場 上, 人 機 介 面 最 大 的 設 計 阻 礙 是 使 用 者 的 " 操 作 慣 性 ", 畢 竟 你 我 都 是 很 懶 的 學 新 東 西 新 操 作 的 人 類, 這 是 我 們 的 天 性 而 在 過 去, 鍵 盤 滑 鼠 是 大 家 最 普 及 學 電 腦 的 入 門 介 面, 連 關 鍵 報 告 都 還 沒 上 映 的 當 時, 遊 戲 人 機 介 面 的 創 新, 大 多 只 能 出 現 在 電 影 劇 情 或 互 動 藝 術 裡 才 容 易 讓 人 買 單 13 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
二 人 機 介 面 的 設 計 轉 折 大 約 在 1998 年, 日 本 Konami 的 DDR 遊 戲 (DanceDanceRevolution) 逐 漸 的 熱 了 起 來, 也 相 繼 的 出 現 一 股 音 樂 遊 戲 炫 風, 甚 至 在 電 玩 遊 戲 類 別 裡 面 被 正 式 定 義 為 一 種 " 遊 戲 類 別 ", 就 有 如 對 戰 遊 戲 運 動 遊 戲 角 色 扮 演 遊 戲 一 樣, 成 為 一 個 獨 立 的 大 宗 之 後 有 大 家 很 熟 悉 的 節 奏 DJ 太 鼓 達 人 甚 至 是 近 幾 年 在 美 國 爆 紅 的 吉 他 英 雄 鍵 放 在 類 似 吉 他 操 作 的 位 置 去 讓 他 完 成 一 樣 的 事 情 時, 就 能 大 幅 降 低 玩 家 的 自 我 否 定, 就 會 得 到 更 大 的 成 就 感 與 樂 趣 音 樂 遊 戲 的 商 品 成 立 不 只 是 創 意, 因 為 遊 戲 的 軟 體 開 發 成 本 與 難 度 相 對 較 低, 人 機 介 面 的 硬 體 成 本 也 低, 但 提 供 其 他 遊 戲 所 沒 有 的 樂 趣, 所 以 才 能 漸 漸 的 佔 有 一 片 天, 對 於 遊 戲 設 計 者 來 說, 這 是 好 消 息, 至 少 推 翻 了 以 前 認 定 脫 離 鍵 盤 滑 鼠 就 完 蛋 的 思 維 我 想 大 家 不 用 想 也 知 道, 這 類 音 樂 遊 戲 用 它 配 套 的 硬 體 來 玩, 必 然 會 比 用 鍵 盤 搖 桿 玩 來 得 有 趣 十 倍 原 因 很 簡 單, 因 為 音 樂 遊 戲 的 訴 求 是 真 實 世 界 上 本 來 就 存 在 的 音 樂 演 奏 與 表 現 感 音 樂 遊 戲 本 身 的 規 則 並 不 足 以 成 為 好 玩 的 條 件, 操 作 規 則 本 身 是 無 聊 的, 真 正 的 好 玩 在 於 " 感 覺 好 像 是 專 業 演 奏 家 ", 以 及 " 我 也 能 達 到 達 人 演 出 者 " 的 成 就 樂 趣 但 大 家 都 知 道, 很 會 玩 吉 他 英 雄 與 會 不 會 彈 電 吉 他 沒 有 關 係, 讓 玩 家 覺 得 自 己 很 神 才 是 重 點 那 你 可 能 會 問, 用 鍵 盤 滑 鼠 玩 吉 他 英 雄 得 高 分, 也 是 很 神 啊? 沒 錯, 但 是 用 鍵 盤 滑 鼠 玩 吉 他 英 雄 得 高 分, 玩 家 會 覺 得 那 是 鍵 盤 滑 鼠, 自 己 會 啟 動 比 較 嚴 重 的 否 定 機 制 但 你 讓 他 手 握 類 似 比 例 的 吉 他, 把 按 圖 一 吉 他 英 雄 遊 戲 介 面 ( 圖 片 來 源 Gamespot) 市 場 上 新 人 機 介 面 的 崛 起 有 一 個 常 見 的 原 因 : 由 科 幻 電 影 或 是 品 牌 廠 商 所 造 成 的 介 面 流 行 驅 勢 很 明 顯 的, 就 像 近 年 上 映 的 關 鍵 報 告 iphone 與 Wii 上 市 所 造 成 的 炫 風 一 般, 但 其 實 這 些 概 念 並 不 一 定 新, 透 過 單 一 應 用 突 破 ( 如 Wii sports) 造 成 一 種 差 異 與 流 行, 在 技 術 上 有 其 改 良 或 突 破 點, 以 及 成 本 結 構 的 關 係, 才 能 在 對 的 時 機 造 成 炫 風, 這 個 概 念 成 本 在 十 年 前 並 不 能 實 現, 但 在 大 型 電 玩 場 所 並 不 新 14 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
鮮 而 且 在 任 天 堂 的 行 銷 與 品 牌 的 加 持 之 下, 動 作 感 應 似 乎 將 要 取 代 搖 桿 了 但 是 在 當 時, 以 遊 戲 設 計 者 的 角 度 來 看 這 件 事, 你 就 會 發 現, 動 作 感 應 並 不 能 對 所 有 遊 戲 造 成 改 變, 更 令 人 意 外 的 是, 對 某 些 遊 戲 有 扣 分 的 效 果 例 如 對 傳 統 的 RPG( 角 色 扮 演 ) 遊 戲, 由 於 遊 戲 的 重 點 在 故 事 劇 情 以 及 打 怪 拿 寶 的 成 就 感, 隨 著 RPG 本 身 的 劇 本 設 定 不 因 此 動 作 感 應 本 身 只 是 " 特 別 適 用 " 於 某 些 遊 戲, 並 不 是 " 萬 用 " 對 於 " 魔 物 獵 人 3" 來 說, 傳 統 搖 桿 是 比 較 好 的 人 機 介 面 設 計, 當 然, 這 也 是 與 一 般 玩 家 玩 過 第 一 與 第 二 代 所 養 成 的 操 作 習 慣 ( 也 就 是 前 述 的 操 作 慣 性 ) 有 關 但 反 觀 運 動 遊 戲 以 前 也 是 用 搖 桿 操 作, 但 Wii Sport 就 能 勝 出, 也 就 表 示, 動 作 感 應 的 人 機 介 面, 並 不 是 全 面 性 的 遊 戲 介 面 同, 這 種 虛 擬 角 色 模 仿 真 人 動 作 的 操 作, 反 而 挶 限 住 RPG 本 身 的 戰 鬥 特 效 例 如 我 要 召 喚 怪 獸 出 來 幫 我 作 戰, 揮 一 揮 手 勢 對 原 本 按 按 鈕 差 異 並 不 大, 而 我 的 反 應 太 慢 或 是 體 力 不 繼, 造 成 遊 戲 內 的 困 難 度 提 升 ( 因 為 一 般 RPG 的 戰 鬥 時 間 非 常 冗 長 ), 另 外 RPG 中 的 帥 氣 戰 鬥 演 出 通 常 是 靠 不 同 分 鏡 與 剪 接 手 法 來 達 成, 但 一 轉 鏡 頭, 玩 家 就 無 法 很 順 利 的 判 斷 要 擺 的 姿 勢 或 揮 舞 的 方 向 所 以 你 如 果 仔 細 觀 察 Wii Sports, 你 就 會 發 覺, 在 玩 家 輸 入 的 時 機, 鏡 頭 都 是 不 動 的 也 因 此, 雖 然 wii 的 普 及 率 很 高, 但 很 多 既 有 遊 戲 卻 很 難 發 揮, 更 明 顯 的 一 點 是, 日 本 Capcom 近 期 在 Wii 上 發 售 的 超 級 大 作 " 魔 物 獵 人 3"(Monster Hunter3), 還 推 出 傳 統 搖 桿 同 綑 組, 並 且 供 不 應 求 圖 二 魔 物 獵 人 三 ( 圖 片 來 源 巴 哈 姆 特 ) 或 許 有 些 人 會 認 為, 是 遊 戲 軟 體 創 作 者 本 身 不 夠 創 新 或 認 真 去 設 計 配 合 的 遊 戲 但 如 果 你 去 思 考, 任 天 堂 既 然 推 出 了 動 作 感 應, 理 應 會 想 把 這 個 介 面 變 成 萬 用, 讓 使 用 者 成 為 操 作 慣 性, 但 任 天 堂 本 家 的 軟 體, 依 然 有 大 半 不 需 要 用 到 這 種 介 面 例 如 其 後 續 推 出 的 殺 手 級 軟 體 "Wii Fit", 也 是 另 外 再 推 出 一 個 平 衡 板, 來 符 合 遊 戲 本 身 的 訴 求 也 就 是 說, 傳 統 的 遊 戲 操 作 慣 性 依 然 存 在, 遊 戲 設 計 的 樂 趣 與 思 維 在 傳 統 的 人 15 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
機 介 面 依 然 成 立 假 設 利 用 傳 統 的 人 機 介 面 帶 來 的 樂 趣 是 90 分, 以 我 們 現 在 的 時 代 來 看, 針 對 單 一 類 型 遊 戲 去 進 行 人 機 介 面 突 破, 能 夠 造 成 該 遊 戲 的 樂 趣 達 到 120 分 的 效 果 但 這 個 介 面 可 能 僅 適 用 於 此 遊 戲 類 別, 不 過 市 場 性 也 是 有 的, 我 認 為 遊 戲 人 機 介 面 市 場 會 漸 漸 轉 成 讓 創 意 專 攻 的 niche market 這 也 是 在 一 片 紅 海 的 遊 戲 產 業 裡 面, 適 合 人 力 與 成 本 都 不 大 的 組 織 或 國 家, 目 前 是 可 以 利 用 創 意 突 圍 勝 出 的 時 代 難 因 為 遊 戲 設 計 本 身 就 已 經 是 個 跨 領 域 整 合 度 高 的 題 目, 必 須 在 人 文 ( 企 劃 ) 美 術 技 術 ( 軟 體 程 式 ) 進 行 完 善 的 整 合, 雖 然 同 屬 於 軟 科 技, 但 在 上 訴 三 個 項 度 的 執 行 與 設 計 思 維 大 不 相 同 一 般 很 出 色 的 遊 戲 設 計 者 或 製 作 人 已 經 很 難 求, 如 果 你 再 要 求 設 計 者 本 身 具 備 有 廣 泛 的 人 機 介 面 知 識 或 對 硬 體 技 術 原 理 進 行 了 解, 又 是 一 項 挑 戰 於 2007 年 中, 工 研 院 內 部 啟 動 了 一 個 Toy & Game 的 關 鍵 計 劃, 在 該 計 劃 內 嘗 試 實 踐 上 述 的 科 技 與 遊 戲 設 計 的 整 合 與 突 三 遊 戲 介 面 的 創 新 設 計 條 件 破, 以 下 針 對 該 計 劃 的 執 行 心 得 作 分 享 前 述 的 針 對 某 類 型 的 遊 戲 介 面 突 破, 利 用 創 意 專 攻 niche market 有 兩 個 先 決 條 件 : 1. 有 獨 門 的 介 面 技 術 與 整 合 能 力 這 對 一 般 台 灣 的 廠 商 來 說 並 不 困 難, 甚 至 針 對 某 些 特 殊 要 求 去 做 客 制 化 設 計 與 成 本 降 低 在 世 界 上 都 有 極 高 的 競 爭 力 2. 對 於 某 特 定 類 型 遊 戲 具 有 獨 特 的 Insight 這 對 一 般 廠 商 來 說 就 非 常 困 難 了 以 台 灣 現 階 段 的 產 業 結 構 來 看, 軟 體 與 硬 體 大 多 是 分 家 的, 尤 其 在 遊 戲 整 合 上 更 是 困 四 案 例 分 享 工 研 院 內 的 技 術 選 擇 性 非 常 多, 從 最 前 瞻 到 20 年 後 才 有 可 能 可 以 量 產 的 技 術 到 實 驗 失 敗 的 技 術 或 發 現, 都 有 可 能 會 成 為 一 種 創 意 全 新 的 人 機 介 面 但 是, 這 個 計 劃 不 打 算 從 技 術 去 想 遊 戲 應 用 我 們 回 到 從 玩 家 的 心 理 去 出 發, 去 探 尋 那 個 遊 玩 的 Insight, 至 於 技 術 與 solution, 等 找 到 有 價 值 的 創 意 後 再 去 " 挑 選 ", 也 因 為 這 樣, 創 造 新 遊 戲 介 面 的 框 架, 才 不 會 被 眼 前 的 技 術 清 單 限 制 16 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
但 或 許 有 人 會 認 為, 這 樣 想 出 來 一 個 很 棒 的 idea, 會 不 會 一 點 可 行 性 都 沒 有, 只 是 淪 為 空 談? 這 當 然 有 可 能, 但 如 前 面 所 說 的, 如 果 組 織 中 同 時 具 備 有 遊 戲 設 計 與 洞 察 Insight 的 能 力, 以 及 整 體 技 術 規 劃 與 整 合 能 力, 就 有 機 會 產 出 既 原 創 又 可 行 的 新 人 機 介 面 idea 以 下 述 的 這 個 計 劃 名 稱 很 希 望, 有 一 個 虛 擬 小 Baby, 類 似 她 的 孫 子 的 感 覺 一 樣, 能 夠 陪 伴 她, 讓 她 能 夠 重 溫 與 孫 子 歡 樂 的 感 覺 這 樣 的 需 求 或 許 很 多 人 都 有, 但 我 腦 中 浮 現 的 想 法 是, 如 何 讓 我 奶 奶 有 辦 法 玩 電 子 寵 物 遊 戲 呢? 如 果 是 傳 統 的 文 字 與 選 單 輸 入, 根 本 是 不 可 能 的 事 這 個 想 法 經 過 了 設 計 與 思 考, 最 後 得 到 的 養 成 遊 戲 人 機 介 面 結 論 是 : 為 "Baby", 我 目 前 不 敢 說 這 個 計 劃 的 產 出 是 成 功 的, 因 為 它 正 準 備 接 受 市 場 挑 戰 但 是 在 執 行 過 上 述 這 種 高 度 跨 領 域 與 整 合 的 過 程, 即 使 是 失 敗, 我 相 信 仍 然 有 許 多 的 參 考 價 值 Baby" 簡 單 的 來 說, 它 是 一 個 虛 擬 的 電 子 寵 物 養 成 遊 戲, 你 可 以 說 它 像 電 子 雞, 或 者 是 一 個 次 世 代 的 電 子 雞, 我 們 如 同 前 述 去 選 定 一 個 遊 戲 類 別, 針 對 這 個 遊 戲 類 別 做 人 機 介 面 的 突 破, 在 計 劃 名 稱 上, 我 們 稱 之 為 " 養 成 平 台 ", 也 就 是 說, 希 望 藉 由 這 樣 的 介 面 概 念, 去 讓 養 成 類 型 的 遊 戲 產 生 以 前 所 沒 有 的 互 動 感 情 投 射 以 及 樂 趣, 並 且 期 待 會 吸 引 新 的 遊 戲 族 群 這 個 概 念 的 起 源 來 自 於 我 對 我 96 歲 奶 奶 的 觀 察, 當 時 她 一 個 人 住 在 南 部 的 鄉 下, 非 常 拒 絕 北 上 與 我 父 母 同 住, 我 突 然 有 沒 有 可 能 把 手 伸 進 去 螢 幕 裡? 有 沒 有 可 能 任 天 狗 咬 我 的 鑰 匙 不 放? 有 沒 有 可 能 皮 卡 丘 告 訴 我 :" 你 媽 媽 站 在 你 後 面 瞪 你 " 有 沒 有 可 能 我 的 手 機 其 實 是 變 形 金 剛 也 就 是 我 希 望 虛 擬 電 子 寵 物 不 會 再 讓 人 以 為 它 是 虛 擬 的, 我 想 要 嘗 試 的 去 打 破 電 子 雞 那 個 螢 幕 與 框 架, 如 果 我 手 能 伸 進 去 螢 幕 與 它 互 動, 那 就 足 以 證 明 電 子 寵 物 是 真 的 了 吧!! 我 以 玩 家 的 身 份 天 真 的 想 著 這 件 事 而 且 這 個 介 面,96 歲 的 奶 奶 也 能 上 手 這 樣 的 概 念 再 進 一 步 的 釐 清, 就 變 成 了 : 一 種 新 的 電 子 寵 物 互 動 介 面, 玩 家 能 夠 把 真 實 世 界 的 東 西 放 進 去 螢 幕 裡 跟 電 子 17 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
寵 物 遊 玩 我 希 望 虛 擬 的 小 Baby 肚 子 餓 的 時 候, 我 直 接 把 我 桌 上 的 奶 瓶 拿 去 餵 他 老 實 說, 聽 起 來 很 有 趣, 但 當 初 講 出 這 個 想 法 時, 其 實 大 家 都 笑 翻 了 因 為 直 覺 不 可 能 否 則 七 夜 怪 談 裡 面 貞 子 跑 出 來 的 劇 情 可 能 就 會 成 真 吧 當 創 意 人 員 提 出 想 法 時, 常 常 會 因 為 邏 輯 上 不 成 立 而 放 棄, 這 是 必 然 的 然 而 有 些 時 候 只 需 要 真 正 的 認 真 去 想 一 想, 堅 持 一 下, 可 能 就 會 有 轉 機 我 問 大 家, 如 果 真 的 做 得 到, 這 樣 好 不 好 玩, 大 家 的 反 應 都 是 超 好 玩 其 實 這 樣 就 夠 了 接 下 來 就 表 示, 如 果 能 讓 玩 家 有 這 種 操 作 體 驗, 一 定 能 帶 來 巨 大 遊 戲 價 值 與 改 變 然 而 創 意 設 計 往 往 很 簡 單, 只 是 需 要 稍 微 轉 一 下 腦 袋 : 如 果 真 實 的 東 西 不 是 從 螢 幕 的 正 面 放 進 去, 而 是 從 螢 幕 的 旁 邊 放 進 去 呢? 我 想 有 相 關 技 術 背 景 的 人, 可 能 就 有 solution 了 介 面 概 念 示 意 如 下 圖 : 圖 三 虛 實 穿 透 介 面 概 念 示 意 圖 這 個 介 面 原 理 有 點 類 似 魔 術 中 常 用 的 障 眼 法, 簡 單 來 說, 讓 真 實 物 件 在 虛 擬 空 間 中 複 製 出 來 就 行 了, 因 為 實 體 會 因 為 進 入 螢 幕 而 漸 漸 消 失, 虛 擬 的 部 份 再 漸 漸 出 現, 因 此 就 能 產 生 虛 擬 物 件 與 實 體 物 件 為 同 一 物 件 的 感 覺 由 於 遊 戲 是 用 real-time 3D 去 做 Rendering, 因 此 在 實 體 ( 例 如 奶 瓶 ) 再 進 一 步 利 用 shader 去 計 算 材 質 與 光 影, 讓 實 體 在 虛 擬 與 真 實 環 境 中 看 起 來 幾 乎 一 模 一 樣, 更 進 一 步 讓 玩 家 有 真 實 感 在 螢 幕 的 背 後, 這 個 介 面 的 硬 體 感 測 原 件, 是 採 用 工 研 院 電 光 所 的 影 像 辨 識 與 18 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
定 位 技 術, 能 夠 利 用 物 體 的 輪 廓 與 特 徵 去 辨 識 該 物 體 的 ID, 然 後 用 影 像 追 蹤 與 分 析 去 求 出 該 物 體 在 空 間 中 的 位 置 與 角 度, 也 就 是 說, 提 供 3D 運 算 去 複 製 一 模 一 樣 的 虛 擬 奶 瓶 時 所 需 要 的 實 體 資 料, 都 經 由 這 個 感 測 器 與 軟 體 去 偵 測 與 運 算 完 成, 最 後 再 將 所 得 到 的 ID Position Orientation 資 訊 與 遊 戲 軟 體 做 整 合, 即 real-time, 幾 乎 無 接 縫 的 去 產 生 真 實 實 體 進 入 螢 幕 的 遊 戲 感 覺 陪 伴 或 照 顧 感 覺 而 這 樣 虛 實 穿 透 的 介 面, 因 為 實 體 的 輸 入, 讓 玩 家 在 瞬 間 對 於 螢 幕 裡 的 電 子 寵 物 產 生 了 一 種 立 體 的 空 間 感, 就 好 像 這 個 虛 擬 角 色 在 真 實 世 界 佔 有 一 個 空 間 的 感 覺, 而 只 有 存 在 的 物 體 才 會 佔 有 空 間, 也 因 此 讓 電 子 寵 物 的 " 存 在 感 " 大 幅 增 加, 隨 後 的 樂 趣, 例 如 一 般 電 子 寵 物 的 互 動, 都 會 因 更 多 或 更 容 易 的 情 感 投 射 而 變 的 更 真 實 有 趣 或 許 有 些 人 會 問, 為 什 麼 這 樣 會 好 玩 呢? 屏 除 掉 新 鮮 感 與 噱 頭 來 看 這 樣 的 介 面, 我 們 才 有 辦 法 察 覺 " 寵 物 遊 戲 " 的 最 重 要 元 素 我 發 覺 一 個 成 功 的 電 子 寵 物 遊 戲 的 關 鍵 在 於 玩 家 對 這 個 摸 不 到 的 虛 擬 角 色 有 多 大 的 認 同 感 而 認 同 感 的 來 源, 是 電 子 寵 物 的 " 存 在 感 ", 因 為 玩 遊 戲 的 人, 必 然 要 對 自 己 說 服, 這 個 電 子 寵 物 相 對 於 自 己 是 有 意 義 的, 在 遊 玩 的 脫 離 現 實 時 刻, 這 個 電 子 寵 物 其 實 是 活 著 的, 有 生 命 的 當 這 個 情 感 因 素 成 立 以 後, 玩 家 才 有 辦 法 對 虛 擬 角 色 做 情 感 投 射, 後 續 所 有 的 遊 戲 設 計 內 容, 例 如 餵 食 受 傷 生 病 對 主 人 的 回 應 遊 戲 裡 發 生 的 喜 怒 哀 樂 事 件, 才 能 成 立, 才 有 辦 法 成 為 回 饋 玩 家 的 成 就 與 圖 四 Baby 操 作 奶 嘴 餵 食 實 例 也 因 此, 計 劃 中 就 一 直 圍 繞 著 如 何 增 加 電 子 寵 物 的 存 在 感 在 設 計 一 般 的 電 子 寵 物 分 成 兩 種, 一 種 是 實 體 的, 就 像 小 恐 龍 Pleo, 一 種 是 虛 擬 的, 就 像 是 電 子 雞 19 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
由 於 成 人 與 小 孩 對 於 " 存 在 感 " 有 不 同 深 度 的 定 義, 你 會 發 覺 虛 擬 的 電 子 寵 物 比 較 適 合 低 年 齡 或 習 慣 接 觸 虛 擬 遊 戲 的 年 輕 族 群 對 於 一 般 不 玩 遊 戲 的 成 年 人 來 說, 實 體 的 電 子 寵 物 對 他 們 接 受 度 比 較 高, 因 為 摸 得 到 的 實 體 的 存 在 感 在 成 年 人 來 說, 是 不 需 要 自 我 催 眠 就 能 投 入 的, 其 實 也 就 是 比 較 不 需 要 想 像 力 的 這 也 表 示 電 子 寵 物 的 存 在 感 是 這 類 型 遊 戲 所 要 解 決 的 第 一 要 項 實 體 電 子 寵 物 的 一 個 缺 點 就 是, 要 做 到 仿 生 的 動 作 非 常 的 困 難, 但 是 在 虛 擬 遊 戲 裡, 卻 是 非 常 簡 單 的 技 術 尤 其 是 現 在 的 電 腦 圖 學 技 術 越 來 越 以 假 亂 真, 而 這 個 計 劃 就 是 希 望 去 補 足 虛 擬 寵 物 的 存 在 感 這 一 塊 而 在 市 場 測 試 方 面, 我 們 也 得 到 成 年 人 非 常 喜 愛 的 回 應, 小 孩 族 群 有 了 這 樣 的 介 面 更 是 瘋 狂 這 個 計 劃 的 另 一 個 互 動 介 面 創 新 是 在 語 音 方 面, 首 先 我 們 引 用 南 分 院 的 陣 列 式 麥 克 風 技 術 去 提 高 語 音 辨 識 率, 再 整 合 工 研 院 資 通 所 的 辭 語 辨 識 系 統, 這 是 一 個 能 以 自 然 口 吻 去 做 語 音 互 動 與 辨 識 的 技 術, 在 遊 戲 設 定 的 範 圍 內, 玩 家 可 以 隨 意 的 以 自 己 的 口 吻 去 與 Baby 交 談, 例 如 我 想 叫 Baby 爬 過 來 看 我, 我 可 以 說 : 過 來 " Baby 過 來 " hello 請 過 來 一 下 " 給 我 過 來!!" 甚 至 可 以 更 自 由 的 隨 你 想 要 怎 麼 講,Baby 會 自 動 去 補 捉 你 的 關 鍵 字 命 令 這 樣 玩 家 就 不 會 覺 得 好 像 在 背 指 令, 因 為 背 指 令 本 身 會 降 低 電 子 寵 物 的 存 在 事 實 而 除 了 自 然 交 談, 更 進 一 步 的, 我 希 望 Baby 的 知 識 成 長, 是 來 自 於 你 的 教 導, 而 且 遊 戲 本 身 並 不 跟 玩 家 套 招, 也 就 是 玩 家 臨 時 教 什 麼,Baby 就 學 什 麼 例 如 我 在 畫 面 上 寫 "6", 然 後 故 意 告 訴 Baby 那 個 字 是 7, 下 次 你 寫 6 問 Baby, 你 會 發 覺 他 告 訴 你 那 是 7 一 般 的 寵 物 遊 戲 AI 都 是 故 意 不 懂, 然 後 玩 家 執 行 了 正 確 指 令 後 才 變 成 懂 的 樣 子, 其 實 玩 家 心 裡 還 是 會 有 一 定 的 懷 疑 感 而 透 過 這 樣 的 互 動 設 計, 可 以 讓 玩 家 真 的 覺 得 自 己 在 " 教 ", 因 為 教 錯 會 學 錯 一 般 的 設 計 人 員 希 望 在 無 限 的 知 識 領 域 去 教 AI 學 會 任 何 事, 但 在 這 個 時 代, 只 有 在 世 界 頂 尖 的 實 驗 室 裡 才 有 可 能 漸 漸 實 現, 因 此 在 遊 戲 設 計 時, 要 給 玩 家 感 覺 他 教 什 麼,Baby 都 會 學 的 成 就, 其 實 就 很 難 成 立 20 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
上 述 的 教 學 互 動 裡, 其 實 玩 家 有 一 個 被 設 計 進 入 情 境 的 情 感 盲 點, 遊 戲 設 定 是 玩 家 要 告 訴 小 Baby" 我 要 教 你 數 字 ( 或 英 文 字 母 )" 才 會 進 入 教 學 模 式, 也 就 是 說, 玩 家 會 下 意 識 的 限 制 自 己 所 講 話 的 行 為 都 是 在 教 " 數 字 或 英 文 ", 這 個 自 我 限 制 的 交 談 內 容, 被 遊 戲 所 事 先 掌 握, 但 是 玩 家 會 覺 得 Baby 在 學 習 一 種 " 非 預 測 " 的 內 容, 因 此 它 的 真 實 度 又 更 高, 仿 佛 Baby 真 的 聽 得 懂 我 所 亂 講 的 內 容 一 樣, 但 其 實 玩 家 行 為 已 經 被 介 面 引 導 而 變 的 可 被 預 測 這 是 一 種 使 用 玩 家 操 作 慣 性 的 心 理 所 做 的 設 計 五 結 論 上 述 的 Baby 計 劃 是 一 個 針 對 養 成 遊 戲 Insight 所 做 的 人 機 介 面 創 新 嘗 試, 就 如 同 前 面 所 說 的, 這 樣 的 介 面, 拿 來 玩 Sports, 可 能 不 一 定 會 好 玩, 或 者 會 需 要 另 一 種 新 的 Sports 遊 戲 設 計 才 會 成 立 人 機 介 面 本 身 是 中 性 的, 不 會 自 己 存 在, 每 個 介 面 都 有 其 目 的 性 用 途, 因 此, 在 設 計 人 機 介 面 時, 若 是 由 技 術 出 發, 則 創 新 的 難 度 相 對 很 高 而 若 是 由 現 有 的 應 用 去 改 良 出 發, 則 需 要 有 更 深 的 一 層 使 用 者 洞 察, 但 是 畢 竟 世 界 上 做 人 機 介 面 與 設 計 的 人 非 常 多, 想 要 有 所 突 破, 必 須 經 過 很 多 的 研 究 與 嘗 試 比 較 容 易 產 生 原 創 的 方 式, 是 有 點 類 似 藝 術 創 作 的 心 態, 將 只 屬 於 你 自 己 的 個 人 感 受, 情 感 或 興 趣 做 觀 察 整 理, 然 後 不 要 輕 易 地 放 棄 可 能 聽 起 來 很 好 笑 的 想 法, 因 為 哪 天 可 能 轉 個 彎, 你 就 會 想 到 能 夠 解 決 的 solution, 那 就 是 屬 於 你 個 人 的 原 創 介 面 21 由 遊 戲 設 計 看 人 機 介 面 設 計
發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統 凃 景 翔 工 研 院 南 分 院 微 系 統 科 技 中 心 微 慣 性 感 測 部 摘 要 : 近 年 來, 任 天 堂 Wii 的 熱 賣 和 相 關 慣 性 應 用 產 品 的 問 世, 充 分 顯 示 MEMS 已 成 功 跨 入 消 費 性 市 場 的 領 域, 此 外 隨 著 宅 經 濟 的 發 燒, 全 球 遊 戲 市 場 非 但 不 受 金 融 風 暴 影 響 反 而 逆 勢 成 長, 未 來 的 數 位 遊 戲 產 值 受 到 廠 商 的 高 度 期 待 本 技 術 開 發 主 要 探 討 如 何 將 MEMS 慣 性 感 測 技 術 結 合 互 動 遊 戲, 整 合 成 一 兼 具 娛 樂 健 身 和 真 實 體 感 操 作 的 數 位 娛 樂 系 統 本 文 將 介 紹 兩 套 慣 性 互 動 遊 戲 系 統, 其 中 包 含 硬 體 模 組 設 計 慣 性 動 作 辨 識 技 術 和 相 關 測 試 結 果 一 前 言 隨 著 任 天 堂 遊 戲 控 制 器 Wii 的 熱 賣 和 市 面 上 其 他 類 似 體 感 遊 戲 的 出 現, 遊 戲 玩 家 和 一 般 消 費 者 已 經 愈 來 愈 喜 愛 此 種 真 實 體 感 的 遊 戲 操 作 體 驗, 可 見 國 際 數 位 遊 戲 發 展 已 逐 漸 朝 著 高 度 互 動 和 真 實 體 感 的 方 向 前 進 和 傳 統 的 遊 戲 操 作 方 式 相 比, 體 感 遊 戲 能 將 人 體 最 自 然 的 肢 體 動 作 轉 換 成 遊 戲 操 作 的 輸 入, 其 不 僅 兼 具 運 動 健 身 娛 樂 瘦 身 等 功 能, 更 比 現 有 電 玩 遊 戲 的 的 輸 入 介 面 可 對 應 玩 家 身 體 移 動 揮 舞 以 及 跑 跳 等 動 作, 此 種 型 態 的 遊 戲 不 但 讓 喜 好 電 玩 的 玩 家 增 加 了 一 種 新 選 擇, 還 同 時 吸 引 了 偏 好 遊 戲 規 則 簡 單 具 趣 味 及 偏 好 運 動 健 康 的 族 群 為 了 達 到 真 實 捕 捉 人 體 動 作 的 功 能, 一 般 來 說 有 光 學 感 測 和 慣 性 感 測 兩 種 方 式, 使 用 光 學 感 測 的 方 式 會 容 易 受 到 環 境 光 影 和 背 景 顏 色 的 干 擾, 而 且 在 感 測 器 和 操 作 者 之 間 不 可 有 任 何 遮 蔽, 使 用 者 被 限 制 一 定 要 面 對 鏡 頭 或 光 學 感 測 器 來 動 作, 這 等 於 間 接 限 制 了 使 用 者 的 操 作 範 圍, 因 此 本 文 中 採 用 慣 性 感 測 技 術, 藉 由 慣 性 感 測 模 組 量 測 到 的 慣 性 訊 號 加 以 處 理 分 析 來 辨 識 使 用 者 的 動 作, 作 為 人 機 互 動 之 輸 入 訊 號, 透 過 回 饋 的 方 式 於 電 玩 遊 戲 的 情 節 中 產 生 高 度 的 同 步 互 動 效 果, 藉 此 來 達 到 遊 戲 操 控 者 隨 心 所 欲 自 由 揮 灑 之 目 標 以 下 將 會 介 紹 兩 套 互 動 遊 戲 系 統, 其 一 為 體 感 式 揮 擊 遊 戲, 另 一 套 為 互 動 體 感 式 大 富 翁 遊 戲 搖 桿 操 作 介 面 更 具 臨 場 感, 具 3D 操 控 能 力 22 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統
二 體 感 式 揮 擊 遊 戲 ( 一 ) 開 發 目 標 本 體 感 式 揮 擊 遊 戲 採 用 慣 性 動 作 識 別 輸 入, 優 點 在 於 將 直 覺 性 的 動 作 轉 換 成 輸 入 訊 號 與 遊 戲 做 直 接 的 互 動, 可 以 省 去 繁 雜 的 按 鍵 組 合 本 技 術 動 作 識 別 演 算 法 規 劃 要 完 成 以 下 的 目 標 : 1. 手 部 動 作 判 別 > 12 種 2. 測 試 誤 判 率 < 20% 各 種 手 部 揮 擊 動 作 需 依 照 遊 戲 動 畫 的 效 果 來 配 合 完 成, 以 貼 近 動 畫 人 物 的 效 果 來 達 到 目 標 然 而 遊 戲 有 時 為 了 強 調 視 覺 上 的 特 效, 在 畫 面 中 動 作 的 展 示 會 較 為 複 雜, 因 此 本 技 術 開 發 過 程 中 採 用 一 互 動 式 遊 戲 來 做 驗 證 測 試, 根 據 遊 戲 中 的 動 作, 設 計 一 套 貼 近 擬 真 的 識 別 演 算 法, 來 完 成 遊 戲 互 動 的 介 面, 本 遊 戲 中 各 種 可 判 別 的 手 部 動 作 整 理 於 表 一 ( 二 ) 慣 性 感 測 器 硬 體 設 計 利 用 MEMS 加 速 度 計 感 測 手 部 的 運 動 訊 號 並 透 過 適 當 的 訊 號 處 理 技 術 及 演 算 法 的 設 計, 開 發 一 具 有 三 軸 感 測 自 由 度 的 微 慣 性 感 測 模 組 實 施 方 法 如 下 : 1. 根 據 設 計 目 標, 界 定 加 速 度 計 感 測 方 向 及 加 速 度 計 元 件 規 格 2. 經 由 對 元 件 的 分 析, 使 用 校 正 儀 器 完 成 包 括 加 速 度 計 線 性 度 和 靈 敏 度 的 特 性 校 準 3. 設 計 類 比 濾 波 器 及 利 用 數 位 訊 號 處 理 技 術, 將 元 件 本 身 及 產 生 於 電 路 的 雜 訊 加 以 過 濾 4. 針 對 所 使 用 之 MEMS 加 速 度 計 在 三 維 度 空 間 中 操 作 時 的 反 應 特 性, 以 及 使 用 者 揮 擊 的 特 徵 波 形 加 以 深 入 研 究, 開 發 適 當 的 控 制 演 算 法, 反 應 遊 戲 動 畫 呈 現 的 動 作 5. 以 六 軸 測 試 平 台, 測 試 所 開 發 的 模 組 是 否 達 到 空 間 三 個 自 由 度 運 動 感 測, 如 無 法 達 成 設 計 目 標 則 重 複 步 驟 1 ~ 4 此 外, 為 了 讓 使 用 者 在 3D 空 間 的 操 作 不 會 因 傳 輸 線 的 阻 礙 而 顯 得 不 自 然, 因 此 將 開 發 的 微 慣 性 感 測 模 組 無 線 化, 採 用 單 表 一 各 種 手 部 揮 擊 動 作 整 理 晶 片 處 理 器 來 進 行 RF 收 發 模 組 的 控 制, 利 用 單 晶 片 處 理 器 控 制 RF 模 組 將 訊 號 由 發 23 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統
送 端 傳 送 至 接 收 端,RF 發 射 端 及 接 收 端 必 須 使 用 相 同 之 操 作 頻 率 相 同 位 址 相 同 之 資 料 長 度 相 同 之 功 率 相 同 之 傳 輸 速 率 以 及 相 同 之 操 作 模 式, 發 射 出 去 後 之 資 料 才 可 被 接 收 端 接 收, 這 些 參 數 可 由 發 射 及 接 收 端 之 微 控 制 器 來 進 行 調 整 及 輸 入, 如 RF 模 組 的 電 源 開 啟 (Power up) 內 部 初 始 設 定 (Configuration model) 通 訊 資 料 位 址 設 定 (Address) 訊 號 擷 取 及 傳 輸 (Payload) 執 行 各 動 作 時 的 模 式 切 換 控 制 以 及 時 脈 訊 號 產 生 (Clock) 等 ( 三 ) 慣 性 動 作 辨 識 技 術 本 技 術 中 的 慣 性 動 作 辨 識 技 術 採 一 三 軸 加 速 度 感 測 器 偵 測 人 體 在 3D 空 間 中 的 自 然 肢 體 動 作, 將 感 測 器 所 量 測 到 的 訊 號 經 由 動 作 判 別 流 程, 其 中 包 含 狀 態 判 定 按 鍵 偵 測 和 動 作 判 別 演 算 法, 最 後 輸 出 一 對 應 的 動 作 結 果, 詳 細 流 程 如 圖 一, 以 下 再 詳 細 說 明 各 種 動 作 1. 動 作 招 式 : 左 攻 擊 倒 地 時 由 右 至 左 逆 時 鐘 翻 起 左 格 擋 說 明 : 感 測 器 向 左 揮 動, 如 圖 二 為 了 減 少 模 組 電 路 所 產 生 的 雜 訊, 利 用 數 位 訊 號 處 理 (Digital-Signal-Process) 和 過 度 取 樣 (Oversampling) 的 技 術 將 慣 性 訊 號 取 樣, 並 以 平 均 運 算 濾 波 方 式 處 理 該 訊 號, 來 降 低 元 件 本 身 及 經 數 位 化 後 的 雜 訊 影 響, 達 到 降 低 雜 訊 之 目 的 圖 二 向 左 揮 動 圖 一 動 作 判 別 流 程 圖 三 向 右 揮 動 24 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統
2. 動 作 招 式 : 右 攻 擊 倒 地 時 由 左 至 右 順 時 鐘 翻 起 右 格 擋 說 明 : 感 測 器 向 右 揮 動, 如 圖 三 3. 動 作 招 式 : 前 刺 說 明 : 感 測 器 向 前 刺 出, 如 圖 四 圖 六 向 上 揮 動 6. 動 作 招 式 : 向 後 翻 滾 說 明 : 感 測 器 向 下 揮 動, 如 圖 七 圖 四 向 前 刺 出 4. 動 作 招 式 : 連 續 左 右 攻 擊 說 明 : 感 測 器 左 右 來 回 持 續 揮 動, 如 圖 五 圖 七 向 下 揮 動 7. 動 作 招 式 : 連 續 攻 擊 說 明 :α 型 揮 動 ( 感 測 器 先 向 左 下 揮 動, 再 向 上 提 起 後 向 右 下 揮 動 ), 如 圖 八 圖 五 連 續 左 右 揮 動 5. 動 作 招 式 : 大 格 擋 前 翻 滾 說 明 : 感 測 器 向 上 揮 動, 如 圖 六 圖 八 α 型 揮 動 25 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統
動 作 由 開 發 人 員 示 範 操 作 ) 4. 正 確 率 判 定 標 準 : 經 過 演 算 法 判 斷 後 由 程 式 輸 出 結 果 判 斷 是 否 正 確 最 後 的 圖 九 先 向 上 再 向 左 下 揮 動 測 試 結 果 如 表 二 和 表 三 圖 十 集 氣 向 前 刺 8. 動 作 招 式 : 連 續 劈 說 明 : 感 測 器 先 揮 動 向 上 再 揮 動 向 左 下, 如 圖 九 9. 動 作 招 式 : 連 續 刺 說 明 : 感 測 器 上 舉 2 ~ 3 秒 集 氣 後 向 前 刺, 如 圖 十 表 二 前 五 種 動 作 的 辨 識 結 果 ( 四 ) 測 試 結 果 測 試 條 件 : 1. 測 試 樣 本 數 :15 名 未 參 與 演 算 法 開 發 的 人 員 2. 由 動 作 辨 識 列 表 中 取 出 9 種 動 作 進 行 測 試, 測 試 人 員 每 種 動 作 都 要 重 複 作 10 次, 記 錄 下 正 確 被 判 斷 出 來 的 次 數 3. Test A: 未 經 訓 練 前 10 次 動 作 ( 僅 簡 單 說 明 所 有 的 動 作 ) Test B: 經 訓 練 後 10 次 動 作 ( 提 醒 使 用 者 注 意 感 測 器 表 三 後 四 種 動 作 的 辨 識 結 果 Test A 平 均 正 確 率 :75.6% Test B 平 均 正 確 率 :88.2% 不 要 翻 轉, 但 不 限 制 力 道 大 小, 複 雜 的 26 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統
四 互 動 體 感 式 大 富 翁 遊 戲 ( 一 ) 開 發 目 標 為 了 進 一 步 驗 證 慣 性 感 測 技 術 應 用 的 多 元 性, 不 單 純 只 能 用 在 揮 擊 類 的 動 作 遊 ( 三 ) 慣 性 動 作 辨 識 技 術 設 計 本 遊 戲 一 開 始 會 進 入 主 畫 面 如 圖 十 二, 經 丟 擲 慣 性 骰 子 決 定 遊 戲 關 卡, 共 設 計 有 八 種 不 同 的 遊 戲 關 卡 如 圖 十 三 戲 上, 工 研 院 與 南 台 科 技 大 學 多 媒 體 與 電 腦 科 學 所 進 行 互 動 體 感 式 大 富 翁 遊 戲 之 開 發, 將 慣 性 感 測 動 作 辨 識 技 術 搭 配 南 台 方 面 3D 遊 戲 設 計 的 能 力, 建 立 一 更 豐 富 有 趣 的 互 動 式 遊 戲 系 統 本 遊 戲 採 取 類 似 大 富 翁 遊 戲 進 行 的 模 式, 設 計 一 具 有 慣 性 裝 置 的 骰 子, 用 來 決 定 遊 戲 關 卡 或 當 作 遊 戲 輸 入 裝 置, 藉 由 擲 骰 子 產 生 點 數 來 進 行 多 種 互 動 遊 戲 關 卡, 每 個 關 卡 的 遊 戲 內 容 可 以 獨 立, 並 搭 配 含 有 慣 性 感 測 模 組 的 兩 個 慣 性 手 把, 可 設 計 單 人 或 雙 人 遊 戲 ( 二 ) 慣 性 感 測 裝 置 設 計 仿 照 體 感 式 揮 擊 遊 戲 的 硬 體 設 計 方 式 設 計 一 包 含 三 軸 加 速 度 計 和 三 軸 陀 螺 儀 的 慣 性 感 測 模 組, 分 別 裝 置 在 兩 個 手 把 和 一 個 骰 子 型 裝 置 中, 組 裝 後 整 體 外 觀 如 圖 十 一 圖 十 二 互 動 體 感 式 大 富 翁 遊 戲 主 畫 面 本 互 動 體 感 式 大 富 翁 遊 戲 的 系 統 較 為 龐 大, 在 設 計 動 作 辨 識 技 術 時 會 先 針 對 八 個 個 不 同 的 遊 戲 獨 立 開 發, 根 據 遊 戲 中 所 需 的 操 作 動 作 來 設 計 動 作 辨 識 演 算 機 制, 最 後 再 整 合 起 來, 以 下 分 別 簡 述 八 個 關 卡 的 遊 戲 內 容 1. 翻 盒 子 遊 戲 進 行 時 使 用 骰 子 型 裝 置 拿 在 手 上 翻 轉, 使 畫 面 中 地 長 方 體 進 行 上 下 左 右 翻 轉 前 進, 直 到 到 達 終 點 格, 若 是 行 進 路 線 不 在 畫 面 的 地 板 格 子 上, 長 方 體 會 掉 出 畫 面, 此 時 即 為 失 敗, 所 以 必 須 將 長 方 體 進 行 適 當 的 翻 轉, 目 前 遊 戲 設 計 關 卡 為 三 關 圖 十 一 互 動 體 感 式 大 富 翁 遊 戲 硬 體 外 觀 27 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統
2009. 09 自動化科技學會會刊 2.搖滾鼓王 網移動 當金魚進入紙網範圍時 利用 此遊戲設計類似大型電玩的太鼓達人 適當力道向上拉 動作相同於坊間夜市 必須以雙手持遊戲手把 正確的敲下節 裡面的撈魚攤位情境 奏即為得分 設計動作分為正敲 側敲 旋轉三種動作 關卡設計為三關 3.園遊會保安 5.校園尬車 玩家需要雙手橫握手把 按上鍵即為加 速 放開加速鍵則會慢慢減速 左右方 此遊戲進行時玩家先經由類似牛仔的上 向的控制則是透過左右手的高低差異控 舉旋轉動作來做集氣 待集氣完成後 制 類似操作方向盤的方式來進行賽車 可以朝米字八方向揮動手把來抓取壞小 遊戲 孩 目前遊戲設計為雙人單手的競賽競 6.視力檢查 爭模式 此遊戲的主要是藉由畫面中由小而大出 現的指示方向 透過手部的揮動 來符 合畫面指示 如同現實生活中的視力檢 查 本遊戲為單人模式遊戲 有左眼測 試與右眼測試兩種進行方式 左眼測試 方式時 需將右手的裝置遮蓋右眼才能 開始進行 反之 右眼測試方式則需將 左手裝置遮蓋左眼 7.益智問答 此遊戲為雙人競爭模式 畫面上方會出 現益智問題 同時夾帶回答此問題所需 要的動作類型 而畫面中間則顯示四種 選擇答案 透過裝置的按鍵選擇心目中 圖十三 八種遊戲關卡畫面 4.撈金魚 玩家可利用慣性手把來控制遊戲中的紙 的答案後 再快速做出此題目所需搭配 的動作類型來充滿試瓶 如此才算是完 整作答 28 發展慣性感測技術應用於互動遊戲系統
8. 扯 鈴 達 人 此 遊 戲 進 行 時 玩 家 必 須 以 雙 手 持 遊 戲 手 把 當 作 扯 鈴 棍, 根 據 畫 面 的 提 示 做 出 正 種 不 同 類 型 的 遊 戲 中, 成 功 結 合 慣 性 感 測 技 術 與 互 動 遊 戲, 帶 給 玩 家 和 使 用 者 具 有 高 度 趣 味 性 和 真 實 體 感 性 的 遊 戲 體 驗 確 的 拉 扯 鈴 動 作 或 是 一 些 特 殊 的 扯 鈴 招 式, 正 確 地 做 出 每 種 要 求 的 動 作 可 得 到 較 高 的 分 數 六 參 考 文 獻 1. 江 志 宗 凃 景 翔 許 益 嘉 陳 偉 生, 十 二 種 慣 性 動 作 識 別 報 告, 工 研 院 技 資 編 五 結 論 本 文 介 紹 了 兩 套 慣 性 互 動 遊 戲 系 統, 由 第 一 套 體 感 式 揮 擊 遊 戲 的 測 試 結 果 中 可 看 出 使 用 者 在 未 經 訓 練 時, 一 些 比 較 簡 單 的 動 作 辨 識 率 都 可 達 到 八 成 以 上, 而 較 為 複 雜 一 點 的 動 作 只 要 經 過 稍 微 的 訓 練 也 可 提 升 到 超 過 八 成 的 正 確 辨 識 率, 由 此 可 知, 動 作 辨 識 率 會 隨 使 用 者 對 於 動 作 的 熟 悉 度 而 提 升, 這 就 好 像 遊 戲 中 的 經 驗 值 系 統 一 樣, 使 用 者 累 積 較 多 的 經 驗 後, 可 以 成 功 的 做 出 動 作, 也 可 以 在 遊 戲 中 有 較 好 的 表 現 此 外, 第 二 套 互 動 體 感 式 大 富 翁 遊 戲 設 計 了 多 款 不 同 情 境 的 關 卡, 充 分 驗 證 慣 性 動 作 辨 識 技 術 可 以 應 用 在 多 號 :27-3-97-0206-01 2. 江 志 宗 凃 景 翔 許 益 嘉 陳 偉 生, 慣 性 互 動 遊 戲 開 發 研 究 報 告, 工 研 院 技 資 編 號 :27-3-98-0065-01 3. Gyration. Inc., Saratoga. California. http://www.gyration.com/en-us. 4.J. Yang, E.S. Choi, W. Chang, W.C. Bang, S.J. Cho, J.K. Oh, and D.Y. Kim, A Novel Hand Gesture Input Devices Based on Inertial Sensing Technique." IECON 2004. 30th Annual Conference of IEEE, Vol. 3, pp. 2786-2791, 2004. 29 發 展 慣 性 感 測 技 術 應 用 於 互 動 遊 戲 系 統
利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建 王 振 興 許 煜 亮 劉 俊 男 莊 芳 甄 國 立 成 功 大 學 電 機 工 程 學 系 一 前 言 近 年 來, 由 於 微 慣 性 感 測 器 在 微 機 電 製 程 的 突 破 技 術 上 已 臻 成 熟, 因 此 造 就 了 微 慣 性 感 測 器 在 穩 定 度 大 幅 地 提 升 體 積 縮 小 及 價 格 降 低 由 於 微 慣 性 感 測 器 的 低 成 本 小 體 積 輕 重 量 及 低 耗 能 等 特 性, 微 慣 性 感 測 器 現 今 已 成 功 地 應 用 於 各 種 不 同 的 產 品, 如 :1) 振 動 感 測 2) 姿 勢 輸 入 3) 硬 碟 磁 頭 損 毀 保 護 4) 導 航 系 統 5) 顯 示 器 定 位 6) 影 像 穩 定 7) 生 物 監 測 及 8) 人 類 肢 體 動 作 辨 識 等 另 外, 在 我 們 日 常 生 活 中 許 多 家 用 電 子 不 乏 有 微 慣 性 感 測 器 的 存 在, 例 如 : 計 步 器 iphone 手 機 任 天 堂 Wii 電 腦 硬 碟 及 汽 車 安 全 氣 囊 中 的 加 速 度 計 等 基 於 微 慣 性 感 測 器 的 特 性, 如 何 直 接 利 用 微 慣 性 感 測 器 擷 取 人 類 肢 體 動 作 訊 號 來 形 成 新 穎 式 人 機 互 動 介 面, 進 而 取 代 傳 統 人 類 直 覺 行 為 的 人 機 介 面 是 當 前 極 熱 門 的 議 題 [2],[6] 以 手 寫 文 字 辨 識 技 術 而 言, 如 何 利 用 微 慣 性 感 測 器 量 測 人 類 手 部 動 作, 並 將 所 量 測 的 加 速 度 值 經 由 兩 次 積 分 獲 得 重 建 軌 跡, 並 且 避 免 傳 統 影 像 處 理 技 術 所 需 大 量 的 硬 體 資 源 及 運 算 複 雜 度 等 缺 點, 來 進 行 人 機 互 動 或 操 作, 亦 是 近 來 競 相 討 論 的 議 題 [1],[3] 在 微 慣 性 感 測 訊 號 軌 跡 重 建 系 統 方 面, 主 要 可 分 為 短 時 間 及 長 時 間 的 軌 跡 重 建 系 統 ; 在 短 時 間 的 軌 跡 重 建 系 統 方 面, 以 手 寫 文 字 軌 跡 重 建 為 主 由 於 人 類 書 寫 每 各 文 字 的 時 間 區 間 相 當 短 ; 因 此, 可 以 使 用 離 線 式 的 演 算 法 來 完 成 短 時 間 的 軌 跡 重 建 任 務 而 在 長 時 間 的 軌 跡 重 建 系 統 方 面, 其 主 要 以 行 人 行 走 軌 跡 重 建 或 慣 性 導 航 為 主 由 於 行 人 行 走 或 慣 性 導 航 的 時 間 區 間 相 當 長 ; 因 此, 其 往 往 需 要 即 時 演 算 法 提 供 即 時 性 的 訊 號 誤 差 補 償 來 完 成 此 任 務 然 而, 微 慣 性 感 測 器 應 用 於 軌 跡 重 建, 仍 存 在 了 誤 差 累 積 的 問 題 一 般 而 言, 只 要 微 慣 性 感 測 訊 號 含 有 些 微 的 雜 訊 或 漂 移 等 誤 差, 其 會 經 由 積 分 而 造 成 了 不 可 預 估 的 誤 差, 且 這 些 誤 差 亦 會 隨 著 時 間 增 加 30 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建
而 累 積 這 些 誤 差 主 要 來 自 於 1) 微 慣 性 感 測 器 在 微 製 程 上 的 缺 陷 2) 微 慣 性 感 測 器 本 身 的 不 確 定 性 ( 例 如 : 比 例 因 子 與 偏 差 值 ) 3) 微 慣 性 感 測 器 本 身 存 在 的 隨 機 雜 訊 與 漂 移 4) 週 邊 電 路 的 溫 度 雜 訊 5) 時 間 取 樣 6) 量 化 誤 差 及 7) 震 動 或 摩 擦 等 因 此, 如 何 有 效 的 消 除 上 述 微 慣 性 感 測 器 本 身 的 誤 差 來 源 及 積 分 誤 差, 並 準 確 地 重 建 人 類 手 寫 軌 跡 將 是 一 大 挑 戰 為 了 改 善 重 建 軌 跡 的 準 確 性, 基 於 微 慣 性 感 測 器 的 相 關 誤 差 補 償 演 算 法 紛 紛 被 提 出 並 應 用 於 相 關 主 題 上 在 目 前 文 獻 中 較 常 見 的 誤 差 補 償 演 算 法 為 1) 零 速 度 補 償 (zero velocity compensation, ZVC)[1],[7];2) 零 速 度 更 新 (zero velocity updates, ZUPTS)[4] 及 3) 卡 爾 曼 濾 波 器 (Kalman filter)[5] Yang 等 人 [7] 提 出 零 速 度 補 償 演 算 法 來 補 償 短 時 間 內 所 積 分 的 軌 跡, 其 利 用 加 速 度 及 角 速 度 訊 號 的 標 準 差 來 設 定 門 檻 值, 並 且 根 據 此 門 檻 值 定 義 一 段 動 作 訊 號 的 起 始 及 終 止 點 對 於 起 始 及 終 止 點 間 ( 動 作 區 間 ) 的 訊 號, 加 速 度 訊 號 可 以 經 過 一 次 及 兩 次 積 分 分 別 得 到 速 度 及 軌 跡 另 外, 對 於 起 始 點 之 前 及 終 止 點 之 後 ( 靜 止 區 間 ) 的 訊 號 而 言, 則 不 對 加 速 度 進 行 積 分 並 將 速 度 設 來 進 行 離 線 式 誤 差 補 償 ; 雖 然 零 速 度 補 償 法 對 於 姿 態 及 速 度 的 誤 差 有 很 顯 著 的 改 善, 但 其 缺 點 為 離 線 式 並 無 法 依 據 當 下 的 環 境 狀 況 進 行 誤 差 補 償 或 更 新 Foxlin[4] 開 發 了 NovShoe 系 統, 並 將 其 放 在 腳 背 上 來 進 行 行 人 行 走 軌 跡 追 蹤 與 重 建 NovShoe 系 統 包 含 了 微 慣 性 感 測 器 及 磁 力 計 並 結 合 個 人 數 位 助 理 (PDA), 來 記 錄 行 人 行 走 時 的 微 慣 性 感 測 訊 號, 並 將 其 行 走 過 的 路 徑 軌 跡 加 以 重 建, 來 提 供 任 意 環 境 的 行 人 導 航 追 蹤 其 演 算 法 結 合 了 零 速 度 更 新 及 擴 展 型 卡 爾 曼 濾 波 器 來 進 行 微 慣 性 感 測 訊 號 的 線 上 式 誤 差 補 償, 其 原 理 為 將 動 作 停 頓 時 的 零 速 度 視 為 一 感 測 量, 一 但 偵 測 到 動 作 停 頓 時 便 將 零 速 度 之 感 測 值 送 入 卡 爾 曼 濾 波 器 即 時 誤 差 補 償 演 算 法, 進 而 改 善 姿 態 和 軌 跡 的 誤 差 累 積 ; 一 般 而 言, 零 速 度 更 新 法 的 限 制 為 其 較 適 合 使 用 於 有 動 作 停 頓 的 姿 態 和 軌 跡 積 分 程 序 上 由 以 上 文 獻 探 討 可 知, 利 用 微 慣 性 感 測 器 來 重 建 手 寫 軌 跡, 其 非 但 要 需 要 一 套 有 效 的 軌 跡 重 建 系 統, 亦 須 配 合 有 效 的 誤 差 補 償 演 算 法 來 進 一 步 地 提 升 準 確 性 因 此, 本 文 將 探 討 如 何 利 用 微 慣 性 感 測 器 準 確 地 重 建 手 寫 文 字 軌 跡 的 相 關 演 算 法 為 零 [1] 而 零 速 度 補 償 法 會 在 終 止 點 之 後 31 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建
二 手 寫 文 字 軌 跡 重 建 演 算 法 本 文 將 著 重 於 開 發 一 適 用 於 手 寫 文 字 辨 識 人 機 介 面 之 手 寫 文 字 軌 跡 重 建 演 算 法 為 了 重 建 三 維 空 間 中 六 個 自 由 度 的 運 動 軌 跡, 在 一 個 慣 性 導 航 系 統 (inertial navigation system, INS) 中 的 慣 性 感 測 元 件 須 包 含 至 少 三 個 互 相 垂 直 ( 三 個 軸 向 ) 的 加 速 度 計 與 三 個 互 相 垂 直 ( 三 個 軸 向 ) 的 陀 螺 儀 ; 其 中, 加 速 度 計 主 要 為 量 測 加 速 度 值, 而 陀 螺 儀 則 是 量 測 角 速 度 值 在 微 慣 性 感 測 訊 號 軌 跡 重 建 演 算 法 中, 加 速 度 值 可 經 由 一 次 與 兩 次 積 分, 分 別 獲 得 速 度 及 軌 跡 ; 而 角 速 度 值 則 可 以 經 由 一 次 積 分 而 獲 得 轉 動 的 姿 態 角 本 文 之 手 寫 文 字 軌 跡 重 建 演 算 法 分 為 以 下 三 個 階 段 :1) 微 慣 性 感 測 訊 號 收 集 2) 微 慣 性 感 測 訊 號 前 處 理 及 3) 軌 跡 重 建, 如 圖 1 所 示 在 微 慣 性 感 測 訊 號 收 集 階 段, 微 慣 性 感 測 訊 號 可 經 由 微 控 制 器 及 無 線 射 頻 傳 輸 模 組 將 所 量 測 到 的 加 速 度 值 或 是 角 速 度 值 傳 輸 至 電 腦 端 進 行 訊 號 處 理 與 分 析 在 微 慣 性 感 測 訊 號 前 處 理 階 段, 為 了 得 到 較 準 確 的 微 慣 性 感 測 值, 微 慣 性 感 測 器 必 須 先 經 過 校 正 的 工 作, 接 著 再 經 過 低 通 濾 波 器 來 加 以 濾 除 高 頻 雜 訊 待 微 慣 性 感 測 訊 號 經 過 初 步 的 訊 號 處 理 後, 在 軌 跡 重 建 階 段 可 以 分 為 姿 態 估 測 座 標 轉 換 與 重 力 補 償 及 軌 跡 估 測 等 三 個 階 段 最 後, 即 可 獲 得 手 寫 文 字 的 重 建 軌 跡 1. 微 慣 性 感 測 訊 號 收 集 在 本 文 中, 基 於 微 機 電 製 程 之 慣 性 量 測 元 件 所 形 成 的 慣 性 手 寫 筆 為 手 寫 文 字 軌 跡 重 建 系 統 之 微 慣 性 感 測 訊 號 收 集 裝 置, 其 被 應 用 來 量 測 三 維 空 間 中 的 手 寫 文 字 運 動 訊 號, 硬 體 裝 置 規 格 如 表 1 所 示 此 硬 體 裝 置 之 研 發 是 與 工 業 技 術 研 究 院 南 分 院 微 慣 性 感 測 部 進 行 產 學 合 作 之 成 果 此 慣 性 手 寫 筆 包 含 了 一 個 慣 性 感 測 元 件 (inertial measurement unit, IMU) 一 個 微 控 制 器 (C8051F206 with 12 bits A/D converter) 及 一 個 無 線 射 頻 傳 輸 模 組 (nrf2401) 此 慣 性 感 測 元 件 是 由 一 個 三 軸 加 速 度 計 (LIS3L02AQ3) 一 個 X-Y 方 向 雙 軸 陀 螺 儀 (IDG-300) 及 一 個 Z 方 向 單 軸 陀 螺 儀 (ADXRS300) 所 組 成 加 速 度 計 主 要 是 感 測 物 體 的 靜 態 及 動 態 加 速 度 值, 靜 態 的 加 速 度 值 泛 指 當 物 體 靜 止 時 加 速 度 計 所 量 測 到 的 重 力 加 速 度 值 ; 而 動 態 加 速 度 則 是 加 速 度 計 量 測 物 體 有 動 作 時 的 加 速 度 值, 此 時 的 加 速 度 值 同 時 包 含 了 重 力 加 速 度 值 及 物 體 本 身 的 運 動 加 速 度 值 陀 螺 儀 則 是 量 測 物 體 運 動 時 的 旋 轉 角 速 度 值 其 手 寫 32 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建
所 產 生 的 加 速 度 及 角 速 度 輸 出 訊 號 皆 經 由 微 控 制 器 中 的 類 比 / 數 位 轉 換 器 轉 換 而 得, 其 取 樣 頻 率 為 100Hz; 並 經 由 無 線 射 頻 傳 輸 及 USB 介 面 傳 輸 至 電 腦 中, 進 一 步 地 進 行 訊 號 處 理 與 分 析 螺 儀 出 廠 時 產 品 規 格 表 中 每 一 軸 向 的 比 例 因 子 及 偏 差 值 數 值 來 當 加 速 度 計 及 陀 螺 儀 校 正 中 的 比 例 因 子 及 偏 差 值 其 中 加 速 度 計 之 比 例 因 子 SFacc 的 單 位 為 每 重 力 加 速 度 所 對 應 之 電 壓 (V/g), 加 速 度 計 之 偏 差 值 Bacc 的 單 位 為 電 壓 (V); 而 陀 螺 儀 之 比 例 因 子 SFgyro 的 單 位 為 每 角 速 度 所 對 應 之 電 壓 (V/ /s), 其 偏 差 值 Bgyro 的 單 位 為 電 壓 (V) 最 後, 可 以 經 由 線 性 方 程 式 來 分 別 加 以 校 正 加 速 度 計 及 陀 螺 儀 : A c Vacc Bacc =, (1) SF acc Vgyro Bgyro ωc =, (2) SF gyro 圖 1 軌 跡 重 建 演 算 法 流 程 圖 元 件 名 稱 表 1 慣 性 手 寫 筆 之 硬 體 裝 置 規 格 主 要 規 格 2. 微 慣 性 感 測 訊 號 前 處 理 2.1 微 慣 性 感 測 器 校 正 在 微 慣 性 感 測 器 的 校 正 方 面 有 兩 個 重 要 的 參 數, 分 別 為 比 例 因 子 (scale factor) 與 偏 差 值 (bias) 比 例 因 子 的 定 義 為 慣 性 元 件 所 受 的 物 理 量 ( 加 速 度 角 速 度 ) 變 化 時 與 相 對 應 的 輸 出 電 壓 變 化 之 比 值 ; 偏 差 值 的 定 義 為 某 一 特 定 時 間 的 感 測 器 平 均 輸 出 並 且 與 輸 入 沒 有 關 係 在 加 速 度 計 及 陀 螺 儀 的 校 正 方 面, 我 們 直 接 參 考 加 速 度 計 及 LIS3L02AQ3 三 軸 加 速 度 計 IDG-300 X-Y 軸 陀 螺 儀 ADXRS300 Z 軸 陀 螺 儀 操 作 電 壓 : 2.4V ~ 3.6V 量 測 範 圍 : 2g ~ +2g 操 作 電 壓 : 3.0V ~ 3.3V 靈 敏 度 : 2 mv/ o /s 量 測 範 圍 : 500 o /s ~ +500 o /s 操 作 電 壓 : 4.75V ~ 5.25V 靈 敏 度 : 5 mv/ o /s 量 測 範 圍 : 300 o /s ~ +300 o /s 33 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建
3. 軌 跡 重 建 3.1 姿 態 估 測 本 文 使 用 了 四 元 素 法 來 表 示 慣 性 手 寫 筆 的 姿 態 為 了 選 擇 正 確 的 感 測 器 來 進 行 姿 態 估 測, 我 們 使 用 了 適 應 性 門 檻 值 方 USB 圖 2 為 慣 性 手 寫 筆 硬 體 系 統 之 概 要 圖 其 中,Vacc 為 加 速 度 計 每 一 軸 向 的 電 壓 輸 出 值, 單 位 為 電 壓 (V);Ac 為 加 速 度 值, 單 位 為 重 力 加 速 度 (g);vgyro 為 陀 螺 儀 每 一 軸 向 的 電 壓 輸 出 值, 單 位 為 電 壓 (V);ωc 為 角 速 度 值, 單 位 為 每 秒 度 ( /s) 經 由 (1) 及 (2) 式, 則 校 正 過 後 的 加 速 度 計 及 陀 螺 儀 之 三 個 軸 向 的 感 測 值 (Acx Acy Acz ωcx ωcy ωcz) 即 可 獲 得 2.2 微 慣 性 感 測 訊 號 濾 波 將 校 正 過 後 的 加 速 度 與 角 速 度 感 測 值 分 別 經 過 低 通 濾 波 器 來 加 以 濾 除 微 慣 性 感 測 訊 號 中 的 高 頻 雜 訊 本 文 所 使 用 的 為 移 動 平 均 濾 波 器 : N 1 1 y[ n] = x[ n i], (3) N i= 1 其 中 x[n] 為 輸 入 訊 號 (Acx Acy Acz ωcx ωcy ωcz) y[n] 為 輸 出 訊 號 (Abx Aby Abz ωbx ωby ωbz) N 為 移 動 平 均 濾 波 器 的 資 料 點 法 來 判 斷 經 濾 波 後 的 微 慣 性 感 測 訊 號 屬 於 靜 態 或 動 態 狀 況 在 靜 態 狀 況 下, 我 們 使 用 經 過 濾 波 後 的 加 速 度 值 來 進 行 姿 態 估 測, 反 之 則 使 用 經 過 濾 波 後 的 角 速 度 值 來 進 行 姿 態 估 測 加 速 度 及 角 速 度 的 振 幅 分 別 定 義 於 (4) 及 (5) 式 中 藉 由 比 較 加 速 度 及 角 速 度 與 門 檻 值 的 大 小, 我 們 可 以 得 知 目 前 慣 性 手 寫 筆 的 訊 號 狀 態, 若 兩 種 感 測 值 皆 小 於 門 檻 值, 則 狀 態 為 靜 態 狀 況, 反 之 則 為 動 態 狀 況 E k A k A k A k 2 2 2 Ab( ) = bx ( ) + by ( ) + bz ( ) 1, (4) 2 2 2 b( ) = bx ( ) + by ( ) + bz ( ), Eω k ω k ω k ω k (5) 其 中 EAb(k) 和 Eωb(k) 分 別 代 表 時 間 k 的 加 速 度 及 角 速 度 訊 號 振 幅 接 著, 我 們 分 別 將 加 速 度 及 角 速 度 之 門 檻 值 設 為 2EAb(k) 及 2Eωb(k) 一 旦 判 斷 出 慣 性 手 寫 筆 為 靜 態 或 動 態 狀 況 後, 我 們 即 可 分 別 利 用 靜 態 及 動 態 姿 態 估 測 演 算 法 來 估 測 慣 性 手 寫 34 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建
筆 在 三 維 空 間 中 的 姿 態 3.1.1 靜 態 姿 態 估 測 θ = A 1 bx tan ( ). 2 2 A by + A bz (9) 當 慣 性 手 寫 筆 靜 置 時, 加 速 度 計 只 會 量 測 到 重 力 加 速 度, 而 重 力 加 速 度 的 方 向 正 好 與 參 考 座 標 中 的 第 三 各 基 底 平 行 因 此 我 們 可 以 利 用 這 樣 的 關 係 找 出 加 速 度 計 相 對 於 參 考 座 標 系 的 兩 個 姿 態 角 根 據 感 測 器 座 標 轉 換 至 參 考 座 標 的 旋 轉 順 序 為 (φ θ ψ), 我 們 可 先 求 得 滾 轉 角 (φ ) 再 求 得 俯 仰 角 (θ) 由 於 反 正 切 函 數 (arc tan) 的 值 域 限 制, 因 此 我 們 必 須 考 慮 以 下 三 種 情 形 來 計 算 滾 轉 角 (φ ): (1) 當 加 速 度 計 Z 軸 讀 值 (Abz) 大 於 零 且 Y 軸 讀 值 (Aby) 小 於 零 時, 滾 轉 角 (φ ) 為 A 1 by φ = π + tan ( ). (6) A (2) 當 加 速 度 計 Z 軸 讀 值 (Abz) 大 於 零 且 Y 軸 讀 值 (Aby) 大 於 零 時, 滾 轉 角 (φ ) 為 bz A 1 by φ = π + tan ( ). (7) A (3) 當 加 速 度 計 Z 軸 讀 值 (Abz) 小 於 零 時, 滾 轉 角 (φ ) 可 藉 由 加 速 度 計 Y 軸 讀 值 (Aby) 與 Z 軸 讀 值 (Abz) 來 加 以 求 得 : bz bz A 1 by φ = tan ( ). (8) A 求 得 滾 轉 角 (φ ) 後, 反 正 切 函 數 的 值 域 便 足 夠 用 來 計 算 俯 仰 角 (θ), 其 計 算 式 如 下 : 但 是 由 於 利 用 加 速 度 計 來 估 測 姿 態 角 時, 並 無 法 得 知 偏 航 角 (ψ) 因 此, 通 常 皆 會 將 偏 航 角 (ψ) 設 定 為 零 接 著 我 們 透 過 (10) 式 將 姿 態 表 示 法 轉 換 為 四 元 素 表 示 法 以 利 後 續 計 算 q = cos( α)cos( β)cos( γ) + sin( α)sin( β)sin( γ); 0 q = cos( α )cos( β)sin( γ) sin( α)sin( β)cos( γ); 1 q = cos( α)sin( β)cos( γ) + sin( α)cos( β)sin( γ); 2 q = sin( α)cos( β)cos( γ) cos( α)sin( β)sin( γ), 3 (10) 其 中 α = ψ 2, β = θ 2, andγ = φ 2 3.1.2 動 態 姿 態 估 測 當 慣 性 手 寫 筆 的 狀 態 為 動 態 時, 加 速 度 計 量 測 值 包 含 了 重 力 加 速 度 及 慣 性 手 寫 筆 本 身 的 運 動 加 速 度, 因 此 避 免 加 速 度 計 的 姿 態 誤 判, 我 們 將 角 速 度 進 行 一 次 積 分 來 估 測 慣 性 手 寫 筆 的 動 態 姿 態 (11) 式 為 四 元 素 的 動 態 更 新 方 程, 1 q( k+ 1) = exp( Ω( k) Ts ) q ( k), (11) 2 其 中 q(k) = [q0(k), q1(k), q2(k), q3(k)] T, 0 ωbx ( k) ωby ( k) ωbz ( k) ωbx( k) 0 ωbz ( k) ωby ( k) Ω( k) =, ωby ( k) ωbz ( k) 0 ωbx( k) ωbz ( k) ωby ( k) ωbx ( k) 0 35 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建
而 Ts 為 感 測 器 的 採 樣 時 間 (Ts=1/fs) 我 們 可 以 使 用 泰 勒 展 開 式 (Taylor Series) 來 近 似 上 述 動 態 更 新 方 程 3.2 座 標 轉 換 及 重 力 補 償 由 於 慣 性 手 寫 筆 所 量 測 的 加 速 度 值 包 含 了 運 動 所 產 生 的 加 速 度 及 重 力 加 速 度 ; 因 此 必 須 經 由 重 力 補 償 將 濾 波 後 的 加 速 度 值 中 的 重 力 加 速 度 成 分 加 以 去 除, 以 獲 得 真 實 的 手 寫 運 動 加 速 度 因 為 在 手 寫 運 動 期 間, 加 速 度 計 的 姿 態 是 動 態 地 改 變, 為 了 去 除 重 力 加 速 度, 必 須 將 所 有 濾 波 後 的 ωz 一 旦 獲 得 (12) 式 後, 我 們 就 可 以 進 行 空 間 中 微 慣 性 感 測 訊 號 的 座 標 轉 換 A, r = TA b (13) 其 中 Ab = [Abx, Aby, Abz] T 為 感 測 器 座 標 中 濾 波 後 的 加 速 度 值 Ar = [Arx, Ary, Arz] T 為 參 考 座 標 中 濾 波 後 的 加 速 度 值 濾 波 過 後 的 加 速 度 旋 轉 至 參 考 座 標 後, 我 們 接 著 根 據 (14) 式 來 移 除 重 力 加 速 度 A= Ar G, (14) 其 中 A = [Ax, Ay, Az] T 重 力 補 償 後 的 加 速 度 值,G = [0, 0, 1] T 為 參 考 座 標 中 的 重 力 加 速 度 值 ωx Ax 3.3 軌 跡 估 測 : 微 慣 性 感 測 器 在 手 寫 運 動 中 的 速 度 及 ωy 軌 跡 是 隨 著 時 間 而 改 變, 重 力 補 償 後 的 加 AZ Ay Xb 速 度 可 經 由 一 次 及 兩 次 積 分 分 別 得 到 其 速 Zr Zb Yb Body coordinate (b) (b) 度 及 軌 跡, 如 (15) 及 (16) 式 所 示 Yr Xr Reference coordinate (r) (r) 圖 3 慣 性 手 寫 筆 之 座 標 轉 換 示 意 圖 加 速 度 訊 號 從 感 測 器 座 標 系 (b) 轉 換 至 參 考 座 標 系 (r) 上 慣 性 手 寫 筆 之 座 標 轉 換 示 意 圖, 如 圖 3 所 示 首 先 我 們 可 以 透 過 (12) 式 所 示 的 轉 置 矩 陣 來 進 行 座 標 轉 換 : 2 2 2 2 q0 + q1 q2 q3 2( qq 1 2 qq 0 3) 2( qq 1 3+ qq 0 2) 2 2 2 2 T= 2( qq 1 2+ qq 0 3) q0 q1+ q2 q3 2( qq 2 3 qq 0 1), 2 2 2 2 2( qq 1 3 qq 0 2) 2( qq 2 3+ qq 0 1) q0 q1 q2+ q 3 (12) 1 V[ tn] = ( tn tn 1)( A[ tn] + A[ tn 1]) + V [ tn 1], (15) 2 1 P[ tn] = ( tn tn 1)( V[ tn] + V[ tn 1]) + P [ tn 1], (16) 2 其 中 tn 代 表 終 止 時 間 點,tn-1 代 表 起 始 時 間 點,A 為 重 力 補 償 後 加 速 度 值,V 為 一 次 積 分 後 的 速 度 及 P 為 兩 次 積 分 後 得 到 的 軌 跡 另 外, 由 於 微 慣 性 感 測 器 會 因 為 微 製 程 或 其 週 邊 電 路 的 特 性 影 響, 具 有 漂 移 及 36 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建
隨 機 誤 差 等 其 他 不 確 定 的 誤 差 因 素, 其 皆 會 經 由 積 分 的 程 序 而 形 成 軌 跡 重 建 時 的 積 分 誤 差 為 了 有 效 地 消 除 積 分 誤 差 的 效 應, 我 們 開 發 了 一 多 軸 動 態 開 關 來 準 確 地 判 斷 出 微 慣 性 感 測 元 件 的 動 態 區 間, 並 擷 取 此 動 態 區 間 的 加 速 度 值 加 以 積 分 獲 得 手 寫 文 字 動 作 所 產 生 的 速 度 及 軌 跡 其 主 要 觀 念 在 於 當 我 們 使 用 慣 性 手 寫 筆 進 行 書 寫 時, 手 寫 動 作 的 開 始 前 及 結 束 後, 加 速 度 計 量 測 到 的 加 速 度 與 一 次 積 分 後 的 速 度 都 應 該 接 近 於 零 我 們 藉 由 這 個 觀 念 找 出 積 分 訊 號 的 起 始 點 和 終 止 點, 並 只 對 這 兩 時 間 點 內 的 時 間 區 間 之 加 速 度 訊 號 進 行 積 分, 並 且 將 區 間 外 的 速 度 都 設 定 為 零, 以 降 低 積 分 誤 差 的 影 響 的 軌 跡 進 行 比 較 接 著, 我 們 將 以 慣 性 手 寫 筆 書 寫 出 0 至 9 等 十 個 阿 拉 伯 數 字, 並 藉 由 軌 跡 重 建 演 算 法, 進 行 手 寫 數 字 的 軌 跡 重 建 與 辨 識 1. 六 自 由 度 運 動 平 台 之 移 動 軌 跡 重 建 在 此 實 驗 中 我 們 以 重 建 一 圓 形 軌 跡 為 例 首 先, 我 們 將 對 六 自 由 度 運 動 平 台 輸 入 一 圓 形 軌 跡 ; 接 著, 我 們 將 所 收 到 的 訊 號 利 用 軌 跡 重 建 演 算 法 進 行 重 建 圖 4 為 軌 跡 重 建 演 算 法 之 過 程 結 果 圖 圖 5 為 三 個 不 同 訊 號 擷 取 開 關 演 算 法 所 擷 取 之 加 速 度 訊 號 積 分 出 來 的 結 果 由 實 驗 結 果 中 我 們 發 現 使 用 多 軸 動 態 開 關 法 時 在 軌 跡 重 建 部 分 會 比 無 訊 號 擷 取 開 關 及 一 般 起 始 終 止 區 間 法 [1] 有 較 佳 的 軌 跡 重 建 結 果 三 實 驗 結 果 與 分 析 在 實 驗 結 果 的 部 分, 我 們 利 用 兩 個 例 子 來 驗 證 慣 性 手 寫 筆 及 其 軌 跡 重 建 演 算 法 之 有 效 性 此 兩 各 例 子 分 別 為 六 自 由 度 運 動 平 台 移 動 路 徑 的 軌 跡 重 建 與 真 實 手 寫 文 字 軌 跡 之 重 建 在 六 自 由 度 運 動 平 台 移 動 路 徑 軌 跡 重 建 方 面, 我 們 會 先 將 慣 性 手 寫 筆 固 定 在 六 自 由 度 運 動 平 台 上, 並 藉 由 六 自 由 度 運 動 平 台 的 移 動 收 集 六 自 由 度 運 動 平 台 的 理 想 移 動 軌 跡, 最 後 與 實 際 重 建 出 37 利 用 微 慣 性 感 測 訊 號 進 行 手 寫 軌 跡 重 建