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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:梁成章
研究生(外文):Cheng-Chang Liang
論文名稱:阿拉伯數字設計應用於LED顯示看板之視認性評估
論文名稱(外文):The Legibility of Arabic Numerals Applying to LED Display
指導教授:王韋堯王韋堯引用關係
指導教授(外文):Wei-Yao Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:設計研究所
學門:設計學門
學類:產品設計學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:阿拉伯數字字形筆劃特徵LED顯示看板燈點解析度視認績效
外文關鍵詞:Arabic Numeralsthe stroke characteristicsLED displayresolution of LED displaylegibility
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LED顯示看板普遍地被應用於公共空間、交通動線附近,其主要功能是如何在短時間內提供觀看者必要之資訊;而阿拉伯數字是世界共通的文字系統,數字(例如:溫度、速度、時間、股市指數、里程數等)亦是LED顯示看板顯示的主要內容,並經常涉及資訊之精確性,因此如何使觀看者正確而快速地從眾多的資訊中辨認出這些數字,尤其重要。本研究將針對阿拉伯數字設計應用LED顯示看板之視認績效進行評估,並以阿拉伯數字之字形「筆劃特徵」與LED顯示看板「垂直燈點數」對於視認績效之影響進行實驗。
整理發現之事實與推論結果如下:
1.LED顯示看板係由LED燈點以矩陣方式排列構成,決定顯示之成因包括:燈點解析度、燈點尺寸、燈點圓心間距與LED色光。燈點尺寸、圓心間距、色光均可視實際需求調整,而燈點解析度則是影響視認績效最重要的部份。
2.影響阿拉伯數字視認性的主要因素包括:筆劃特徵、筆劃粗細、字高與寬高比。由垂直、水平、弧線與交叉等筆劃構成之阿拉伯數字,過於雷同的特徵常造成數字被誤認。透過LED看板顯示之阿拉伯數字,其視認績效確實受到「筆劃特徵」與LED顯示看板「垂直燈點數」之影響。
3.經由文獻蒐集與分析可見:阿拉伯數字與英文字母通常以「serif」、「sans serif」做為字形分類之依據,其各細部位之名稱包括:serif、stroke、tail、spine、lobe、bowl、counter、beak、stem、kern、ear、teardrop、terminal、final、bar、arm、hairline、spur、nick、link…等,惟各文獻對於上述名詞之定義分歧,各有其不同之認知與詮釋。本研究將「筆劃末端之細部特徵」定義為「線尾」(the end of stroke),並期能藉此明確而具有一致性之界定,以利於相關研究之進行。
4.當「橫豎線粗細相同」之阿拉伯數字字形應用於LED顯示看板時,由於LED顯示看板組成之燈點數過少,無法完整呈現阿拉伯數字字形諸多相近的筆劃特徵;不論筆劃特徵變化,LED垂直點數7點均是視閱之最低閾值,而較適於一般人之視閱的標準為垂直燈點數11點;不論是否具有線尾特徵,正體字形之視認績效均優於斜體字形;線尾特徵的變化應用於斜體時較不利於視認績效。
LED Display generally applies to public space and traffic system. Its major function is how to provide the necessary information to the observer. Numeric is the common word system in the world, and number ( for example: temperature, speed, time, stock quotes, and mileage) is also the main content of LED Display. It involves in the accurate information, so it is important that how to let observer quickly and accurately recognize these numbers form a mass of information. This study will concentrate on the vision recognizable evaluation of Arabic numerals applying to LED Display. I will have an experiment on the effect of “the Stroke characteristics of the Numeric character” and “the Resolution of LED Display” to the results of the vision recognizable evaluation.

Inferring a conclusion from the facts:
1. LED Display arranged by matrix is made by LED dots. The facts to decide how to show it include the resolution of LED Display, the size of LED dots, the dot pitch of LED Display and the color of LED. The size of the dots, the dot pitch and the light color can be adjusted by practical needs, and the resolution of LED Display is the most important part of legibility.
2. The factor affects the numeric legibility including: the characteristic of stroke, the stroke width, character height and character width-to-height ratio. The numeric strokes of vertical, horizontal, curve, and crisscross always misunderstood by their identical with characteristic. When the numeric applying to LED Display, the legibility really affected by “the characteristics of the Numeric character” and the lights of vertical of LED Display.
3. The study of related documents and records always uses “serif” and “sans serif” as the classifying script basis, but it differs from the meaning of the detail strokes characteristic, including different recognition and explanation of “serif”. For the convenience of later study of consistency, I give the definition of “the characteristic of the end detail strokes” as “the end of stroke”.
4. When numeric of “the same thickness of the horizontal and vertical line” applies to LED Display, the lights of LED Display are less, and it can’t display the familiar numeric stroke characteristic. The lowest legibility is 7 vertical points, and it is also the lowest threshold. The standard of ordinary people is 11 vertical points. No matter there is the end of stroke characteristic, the legibility of a word in standardized form is much better than a word in italic type. When the changing of the characteristic of the end of stroke applies in italic type, it is disadvantageous to legibility.
第一章 緒論…………………………………………………………………………1
1.1 研究背景與動機…………………………………………………………1
1.2 研究目的…………………………………………………………………3
1.3 研究問題…………………………………………………………………3
1.4 研究假設…………………………………………………………………3
1.5 研究名詞詮釋……………………………………………………………4
1.6 研究範圍與限制…………………………………………………………9
1.7 研究架構與流程…………………………………………………………11
第二章 文獻探討……………………………………………………………………12
2.1 LED顯示看板……………………………………………………………12
2.1.1 發光二極體(LED)的發展過程………………………………12
2.1.2 LED顯示看板之使用現況………………………………………13
2.1.3 LED顯示看板之燈點組成方式…………………………………15
2.1.4 LED顯示看板之懸掛高度與法規限制…………………………18
2.2 人類認知能力與視知覺發展………………………………………19
2.2.1 認知能力與特徵覺察理論………………………………………19
2.2.2 人類的記憶能力…………………………………………………21
2.2.3 視知覺發展………………………………………………………23
2.3 阿拉伯數字設計……………………………………………………32
2.3.1 阿拉伯數字設計的發展過程……………………………………32
2.3.2 阿拉伯數字之字形結構…………………………………………34
2.3.3 筆劃特徵對於阿拉伯數字視認性的影響………………………39
2.3.4 影響阿拉伯數字視認性的其他因子……………………………40
第三章 阿拉伯數字字形之分類與研究…………………………………45
3.1 阿拉伯數字字形分類之原則與取樣方法…………………………45
3.2 阿拉伯數字字形分類之過程與結果………………………………46
3.3 阿拉伯數字字形之線尾特徵………………………………………49
第四章 研究方法…………………………………………………………52
4.1 實驗假設……………………………………………………………53
4.2 實驗對象……………………………………………………………53
4.3 研究工具……………………………………………………………54
4.3.1 實驗刺激物取樣與色彩設定……………………………………54
4.3.2 實驗設備…………………………………………………………56
4.3.3 實驗環境…………………………………………………………59
4.4 實驗程序……………………………………………………………62
4.4.1 預試………………………………………………………………62
4.4.2 正式實驗…………………………………………………………64
4.4.3 實驗程序…………………………………………………………64
4.5 資料分析方法………………………………………………………69
第五章 結果與討論………………………………………………………70
5.1 阿拉伯數字筆劃特徵應用於不同垂直燈點數之描述性統計……70
5.2 阿拉伯數字筆劃特徵應用於不同垂直燈點數之二因子重複量數變異數分析…………………………………………………………………72
5.3 阿拉伯數字筆劃特徵應用於不同垂直燈點數之事後比較分析……76
5.4 綜合討論………………………………………………………………86
第六章 結論與建議…………………………………………………………89
6.1 結論……………………………………………………………………89
6.2 後續研究建議…………………………………………………………93
參考文獻………………………………………………………………………96
附錄
附錄一 字形設計相關名詞釋義
附錄二 工業技術研究院產業經濟與資訊服務中心產業分析師鄭嘉隆先生訪談記錄
附錄三 系統整合業者陳國輝先生訪談記錄
附錄四 阿拉伯數字結構各部位之相關名稱
附錄五 負責數字字形分類專業人士之相關資料及分類原則(依姓氏筆劃排列)
附錄六 實驗記錄表

表目錄
表1 字形設計相關名詞釋義摘要…………………………………………………4
表2 解析度(resolution)之相關名詞定義………………………………………5
表3 視認性(legibility)之相關名詞解釋摘要…………………………………8
表4 我國目前使用裝設LED顯示看板之應用場合與尺寸分類……………14
表5 1995年-1999年我國政府部門及民間企業裝設LED顯示看板佔有率比較……………………………………………………………………………15
表6 各項刺激向度其絕對區辨的平均數與相應的傳送位元數………………23
表7 阿拉伯數字的字形範例……………………………………………………33
表8 阿拉伯數字結構各部位之相關名稱摘要…………………………………35
表9 Berger針對不同之文字與背體色彩建議之文字粗高比…………………41
表10 McCormick針對不同的照明水準提出英文及數字字母的字體種類與粗高比建議………………………………………………………………………41
表11 在各種不同觀看距離和不同筆劃粗高比下建議之文字高度……………42
表12 不同狀況下之字元高度建議………………………………………………43
表13 阿拉伯數字外形特徵分類原則、分類代碼、實際受測樣本字形名稱……………………………………………………………………………49
表14 應用「有線尾」字形之實驗刺激物阿拉伯數字內容……………………54
表15 應用「無線尾」字形之實驗刺激物阿拉伯數字內容……………………55
表16 16組實驗刺激物應用於LED看板顯示時之實際字形與尺寸…………56
表17 阿拉伯數字筆劃特徵各水準在不同燈點中之統計結果…………………62
表18 垂直燈點數各水準在不同筆劃特徵之統計結果…………………………63
表19 實驗預試之前後兩次測試Pearson相關係數………………………………63
表20 實驗指導語…………………………………………………………………65
表21 實驗流程說明………………………………………………………………68
表22 實驗各組受測刺激物觀測時間之描述性統計量…………………………71
表23 二因子變異數分析摘要表…………………………………………………72
表24 受試者間效應項檢定………………………………………………………73
表25 個別主要效果檢定明細表…………………………………………………76
表26 單純主要效果變異數分析摘要表…………………………………………77
表27 當筆劃特徵為「正體有線尾」之條件下,各項垂直燈點數水準之LSD多重比較…………………………………………………………………………78
表28 當筆劃特徵為「正體無線尾」之條件下,各項垂直燈點數水準之LSD多重比較…………………………………………………………………………79
表29 當筆劃特徵為「斜體無線尾」之條件下,各項垂直燈點數水準之LSD多重比較…………………………………………………………………………80
表30 當筆劃特徵為「斜體有線尾」之條件下,各項垂直燈點數水準之LSD多重比較…………………………………………………………………………81
表31 當垂直燈點數為7點之條件下各項筆劃特徵水準間之LSD多重比較……82
表32 當垂直燈點數為9點之條件下各項筆劃特徵水準間之LSD多重比較……83
表33 當垂直燈點數為11點之條件下各項筆劃特徵水準間之LSD多重比較……………………………………………………………………………85
表34 當垂直燈點數為13點之條件下各項筆劃特徵水準間之LSD多重比較……………………………………………………………………………86
表35 在阿拉伯數字字形筆劃特徵各水準下,不同LED顯示看板垂直燈點數所需視認時間比較…………………………………………………………………………92
表36 在LED顯示看板垂直燈點數各水準下,不同阿拉伯數字字形筆劃特徵所需視認時間比較…………………………………………………………………………93

圖目錄
圖1 由不同數量之LED燈點所構成之LED顯示看板實例…………………………6
圖2 以seven segments為標準的8字型LED數字顯示看板……………………7
圖3 研究架構及流程圖……………………………………………………………11
圖4 LED顯示看板之應用實例……………………………………………………13
圖5 由單顆(左)或多顆(右)組成之LED燈點尺寸示意圖…………………16
圖6 目前全球最小的Φ1.8 mm LED(上)………………………………………16
圖7 傳統CRT映像管點距示意圖…………………………………………………17
圖8 5x7點構成之文數字尺寸示意圖……………………………………………17
圖9 LED燈點圓心間距示意圖……………………………………………………18
圖10 數字訊息處理階段,顯示外在現象及內在處理之結構……………………19
圖11 記憶的多重儲存模式…………………………………………………………22
圖12 藍道爾環式視力表(Landolt Ring)(左)與藍道爾環氏表視力測驗示意圖(右)…………………………………………………………………………25
圖13 視閱角度(viewing angle)說明圖…………………………………………27
圖14 頸部關節極度伸展角度圖………………………………………………………28
圖15 視覺角度(visual angle)說明圖…………………………………………29
圖16 視網膜桿狀細胞與錐狀細胞對波長之感光度…………………………………31
圖17 Garamond設計之舊體(Garamond Old Style)阿拉伯數字………………34
圖18 成列數字(lining-figures)…………………………………………………34
圖19 美軍MIL-M-18012B文數字標準字體……………………………………………43
圖20 以垂直7pixels、水平5pixels組成之特殊阿拉伯數字字形………………44
圖21 提供文字設計相關專業人士進行數字字形分類之字形樣本…………………45
圖22 與會專業人士建議阿拉伯數字字形分類方式…………………………………46
圖23 阿拉伯數字字形分類三步驟……………………………………………………47
圖24 阿拉伯數字筆劃粗細變化挑選標準……………………………………………48
圖25 完成分類作業後之三項阿拉伯數字字形特徵…………………………………50
圖26 阿拉伯數字字形線尾特徵示意圖………………………………………………51
圖27 實驗變項說明圖…………………………………………………………………52
圖28 本研究實驗之實體LED顯示看板尺寸說明……………………………………57
圖29 電源控制器(A)及受測者操作示意圖(B-D)………………………………59
圖30 視覺角度與LED顯示看板關係圖………………………………………………60
圖31 男性之視認距離與LED顯示看板關係圖………………………………………61
圖32 女性之視認距離與LED顯示看板關係圖………………………………………61
圖33 實驗過程模擬圖…………………………………………………………………66
圖34 實驗流程圖………………………………………………………………………67
圖35 LED電子看板垂直燈點數(point)在不同阿拉伯數字筆劃特徵(stroke)中之變化………………………………………………………………………………74
圖36 阿拉伯數字筆劃特徵(stroke)在不同的LED電子看板垂直燈點數(point)中之變化……………………………………………………………………………75
圖37 在筆劃特徵為「正體有線尾」之條件下垂直燈點數關係圖………………78
圖38 在筆劃特徵為「正體無線尾」之條件下垂直燈點數關係圖………………79
圖39 在筆劃特徵為「斜體無線尾」之條件下垂直燈點數關係圖………………80
圖40 在筆劃特徵為「斜體有線尾」之條件下垂直燈點數關係圖………………81
圖41 在垂直燈點數為7點之條件下筆劃特徵關係圖………………………………82
圖42 在垂直燈點數為9點之條件下筆劃特徵關係圖………………………………84
圖43 在垂直燈點數為11點之條件下筆劃特徵關係圖………………………………85
圖44 在垂直燈點數為13之條件下筆劃特徵關係圖…………………………………86
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