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研究生:邱字加
研究生(外文):Zih-Jia Ciou
論文名稱:應用人機互動之校園實境導覽技術研究
論文名稱(外文):The Research Of Virtual Reality Schoolyard-Navigation With Human-Computer Interaction
指導教授:任志強任志強引用關係
指導教授(外文):Jyh-Chyang Renn
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:LabVIEW IMAQ校園導覽虛擬實境六軸動感平台人機互動
外文關鍵詞:Six-DOF Motion PlatformHuman-Computer InteractionLabVIEW IMAQVirtual RealitySchoolyard-Navigation
相關次數:
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為了因應現今人們所取得的資訊來源方式從傳統管道的取得方式轉變成為從四面八方管道的取得方式的變化,也間接了影響到大專院校的校園導覽模式。現今校園導覽模式也已經從傳統校園導覽模式朝向了虛擬化校園導覽模式,藉由虛擬實境的技術加上人機互動技術,增添了校園導覽過程當中的趣味性與豐富性,讓使用者可以在具有娛樂效果的情境之下,獲得使用者想要的校園環境相關訊息內容。
現今利用虛擬實境技術的製作的校園導覽模式皆以網頁式(Web Service)方式呈現在使用者面前,使用者可以使用滑鼠或者鍵盤與虛擬校園導覽系統進行互動,但由於使用者的感官上只有視覺與聽覺能融入在虛擬情境當中,對於使用者而言會感覺到系統的擬真度上沒有那麼來的真實,感覺不出來彷彿就在實際校園環境當中。故本次論文將呈現出不同以往模式校園導覽系統,利用了六軸動感平台與LabVIEW IMAQ 影像處理軟體做結合,藉由六軸動感平台的高擬真度的優點並配合多媒體的影音特效優點,製作出一個虛擬校園實境導覽系統,可讓使用者感官系統皆處於虛擬情境當中。此外,使用者可以操作搖桿與系統進行互動,並且系統擁有清楚明瞭的人機介面,此可讓使用者對此系統能夠輕而易舉上手。
誠如上述所提到,本次論文所製作出的虛擬校園實境導覽系統,不同以往的校園導覽模式,希望製做出類似具有模擬機效果的虛擬校園實境導覽系統,藉由如同模擬機的高擬真度特性,讓使用者更有身歷其境的感受。
Because the sources of information change from traditional methods to various methods, the schoolyard-navigation is also affected. By the manners of virtual reality and human-computer interaction, the schoolyard-navigation becomes more interesting and more plentiful. User can get any kinds of information they want about the schoolyard in an environment which is full with entertainments.
When user emploies Web Service schoolyard-navigation system, they can use a mouse or a keyboard to interact with the system; However, vision and hearing can immerse only in the system so that it can not make users feel they are in the reality. In this study, we present a new type of virtual reality schoolyard-navigation system, which combines of Six-DOF Motion Platform with LabVIEW IMAQ software. The system can make the user get into virtual environment. In addition, users can use a joystick to interact with the system and the human-computer interaction of the system is not only easy to know but also easy to apply.
According to above motioned viewpoints, we create a new type of virtual reality schoolyard-navigation system with the similar effect of simulate machine. Due to the advantage of high reality, it can make users feel so true just like in real environments.
目 錄

中文摘要 ----------------------------------------------------------------------------- i
英文摘要 ----------------------------------------------------------------------------- ii
誌謝 ----------------------------------------------------------------------------- iii
目錄 ----------------------------------------------------------------------------- iv
表目錄 ----------------------------------------------------------------------------- vii
圖目錄 ----------------------------------------------------------------------------- viii

一、 緒論 1
1-1 校園導覽簡介----------------------------------------------------------- 1
1-2 研究背景----------------------------------------------------------------- 2
1-3 研究動機與目的-------------------------------------------------------- 3
1-4 文獻回顧----------------------------------------------------------------- 4
1-5 論文架構----------------------------------------------------------------- 8

二、 六軸動感平台與控制理論介紹 9
2-1 六軸動感平台之機構-------------------------------------------------- 9
2-2 伺服液壓系統----------------------------------------------------------- 12
2-3 系統架構----------------------------------------------------------------- 13
2-3-1 供壓系統----------------------------------------------------------------- 13
2-3-2 線性電位計-------------------------------------------------------------- 15
2-3-3 電-液伺服閥------------------------------------------------------------- 16
2-3-4 伺服放大器-------------------------------------------------------------- 19
2-3-5 資料擷取系統----------------------------------------------------------- 19
2-4 六軸動感平台設備----------------------------------------------------- 20
2-5 電腦控制介面架構----------------------------------------------------- 22
2-6 六軸動感平台之運動方程式推導----------------------------------- 24
2-6-1 六軸動感平台之工作空間向量-------------------------------------- 24
2-6-2 六軸動感平台之逆向運動方程式----------------------------------- 26
2-7 控制理論介紹----------------------------------------------------------- 30
2-7-1 六軸動感平台相關控制方式----------------------------------------- 30
2-7-2 PID控制理論------------------------------------------------------------ 30
2-7-3 PID控制------------------------------------------------------------------ 30
2-8 LabVIEW程式語言---------------------------------------------------- 32

三、 國立雲林科技大學簡介 35
3-1 國立雲林科技大學----------------------------------------------------- 35
3-1-1 校史----------------------------------------------------------------------- 35
3-1-2 辦校理念及教學目標-------------------------------------------------- 36
3-2 國立雲林科技大學組織簡介----------------------------------------- 37
3-2-1 工程學院----------------------------------------------------------------- 37
3-2-2 管理學院----------------------------------------------------------------- 38
3-2-3 設計學院----------------------------------------------------------------- 38
3-2-4 人文與科學學院-------------------------------------------------------- 39
3-2-5 行政單位----------------------------------------------------------------- 40
3-3 校園建築物分佈介紹-------------------------------------------------- 40
3-4 校園導覽路徑規劃----------------------------------------------------- 42
3-4-1 自動校園導覽路徑規畫----------------------------------------------- 42
3-4-2 自由導覽路徑規畫----------------------------------------------------- 43
3-5 RS-232串列通訊控制-------------------------------------------------- 44
3-5-1 RS-232通訊原理的簡介----------------------------------------------- 44
3-5-2 通訊的種類-------------------------------------------------------------- 45
3-5-3 RS-232串列通訊-------------------------------------------------------- 46
3-5-4 RS-232腳位定義及方向----------------------------------------------- 47
3-6 LabVIEW對RS-232控制---------------------------------------------- 49
3-6-1 虛擬儀器軟體架構VISA--------------------------------------------- 50

四、 虛擬校園實境導覽系統設計 51
4-1 虛擬實境----------------------------------------------------------------- 51
4-1-1 虛擬實境簡介----------------------------------------------------------- 51
4-1-2 虛擬實境系統的分類-------------------------------------------------- 55
4-2 電腦互動性-------------------------------------------------------------- 58
4-2-1 電腦互動性定義-------------------------------------------------------- 58
4-2-2 電腦互動性設計-------------------------------------------------------- 58
4-3 人機介面----------------------------------------------------------------- 60
4-3-1 人機介面定義----------------------------------------------------------- 60
4-3-2 介面使用性原則-------------------------------------------------------- 60
4-3-3 人機介面種類與形式-------------------------------------------------- 61
4-4 校園導覽虛擬化背景-------------------------------------------------- 62
4-5 虛擬校園實境導覽研究架構----------------------------------------- 63
4-6 校園導覽環境規劃與目的-------------------------------------------- 64
4-6-1 資訊表達設計----------------------------------------------------------- 64
4-6-2 校園實境拍攝規劃----------------------------------------------------- 64
4-7 校園實境拍攝器材介紹----------------------------------------------- 67
4-7-1 硬碟式HDD數位攝影機--------------------------------------------- 67
4-7-2 電動機車----------------------------------------------------------------- 68
4-7-3 HDD數位攝影機用腳架---------------------------------------------- 70
4-8 繪聲繪影影片剪輯軟體介紹----------------------------------------- 72
4-9 LabVIEW IMAQ VIISION 影像處理軟體套件------------------ 74
4-10 虛擬校園實境導覽系統操作軟體設計----------------------------- 75
4-10-1 虛擬校園實境導覽系統操作軟體設計功能介紹----------------- 76
4-11 六軸動感平台作動控制程式設計----------------------------------- 83
4-12 虛擬校園實境導覽系統系統整合----------------------------------- 85

五、 六軸動感平台與虛擬校園實境導覽之系統整合實作 86
5-1 虛擬校園實境導覽系統操作裝置及操作方式介紹-------------- 86
5-1-1 虛擬實境導覽系統操作裝置----------------------------------------- 86
5-1-2 虛擬校園實境導覽系統作動方式介紹----------------------------- 87
5-1-3 虛擬校園實境導覽系統操作方式介紹----------------------------- 88
5-2 虛擬校園實境導覽系統實際操作測試結果----------------------- 94

六、 結論與未來展望 103
6-1 結論----------------------------------------------------------------------- 103
6-2 未來展望----------------------------------------------------------------- 104
參考文獻 ----------------------------------------------------------------------------- 106
附錄一 VISA程式結構--------------------------------------------------------- 110
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16.2002年,徐熊源,虛擬實境模擬機之研製,南台科技大學電機工程研究所碩士論文。
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18.2003年,史家昀,史都華平台之阻抗控制結合模糊類神經網路補償器之設計與模擬,中原大學機械工程學系碩士論文。
19.2003年,陳建宏,虛擬實境動態模擬器之嵌入式即時控制系統,國立交通大學電機與控制工程學系碩士論文。
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22.2007年,林松崑,六軸動感平台應用於虛擬實境之控制,國立雲林科技大學機械工程學系碩士論文。
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24.1997年,林宗賢,歷史建築之虛擬導覽在2D與3D的表現手法比較之研究,國立雲林科技大學設計運算研究所碩士論文。
25.1998年,馮志豪,虛擬實境技術於網際網路導覽之應用研究,國立中央大學機械工程研究所碩士論文。
26.1999年,蔡卓宣,影像式虛擬實境軟體使用者介面設計與發展-以「淡江大學虛擬海事博物館」導覽為例,淡江大學教育科技學系碩士論文。
27.2001年,王泓斌,互動超媒體設計應用於虛擬空間之研究,國立成功大學工業設計系碩士論文。
28.2002年,余少卿,個人化行動數位導覽之互動設計探討-以故宮博物院「乾隆皇帝的文化大業」特展為例,元智大學資訊傳播學系碩士論文。
29.2002年,易斌,虛擬設計博物館之互動導覽設計,國立成功大學工業設計系碩士論文。
30.2006年,王敏玉,導覽機器人之自主導航與互動式操作,國立中興大學電機工程系碩士論文。
31.2007年,蔡宗泓,結合行動條碼辨識與互動多媒體之行動校園導覽平台應用與探討-以崑山科技大學為例,崑山科技大學視覺傳達設計研究所碩士論文。
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