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研究生:黃聖元
研究生(外文):Shen-Yuan Huang
論文名稱:傳動機構結合數位互動裝置於遊具之設計研究-以螺旋體和齒輪結構為例
論文名稱(外文):A Study of Combining Transmission Mechanism and Digital Interaction Device in Playground Equipment Design - A Case Study of Spiral Lift Model and Gear Devices
指導教授:巴白山巴白山引用關係
指導教授(外文):Pai-Shan Pa
口試委員:陳圳卿修芳仲
口試委員(外文):Chun-Ching ChenFang-Jung Shiou
口試日期:2013-06-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北教育大學
系所名稱:數位科技設計學系(含玩具與遊戲設計碩士班)
學門:電算機學門
學類:軟體發展學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:螺旋體齒輪玩遊具數位內容
外文關鍵詞:Spiral Lift ModelGear DevicesPlayground EquipmentDigital Content
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玩遊具是孩童在學習過程中一個很好的工具,而互動裝置,可以將訊息和使用者做一個很好的連結,對於孩童而言,即是吸收資訊很好用的工具。本研究文獻探討以傳動結構作為開端,了解螺旋體與齒輪所發展出的工藝和孩童之間的關聯性,並以玩遊具和數位內容匯集出多面向的元素,作為後續設計之基礎。配合騎士堡公司的新穎性遊具開發專案,以室內兒童遊戲場的球池區作為設計情境。利用互動遊具設計,能讓孩童在遊玩時做中學,達到寓教於樂的目的。本互動遊具的比例模型以透明的外殼包覆,透過正、反旋轉握把,由傘齒輪機構帶動中心的圓柱旋轉,讓球順著螺旋外壁滾動,進而擁有將球向上、向下運輸的功能,透過裝置的運作,希望讓孩童在安全的操作過程中得到成就感,並藉由Phidget互動套件中的RFID裝置,驅動動畫產生影像和聲音的娛樂效果。研究結果顯示:(1)透明的外殼設計可以讓孩童窺視遊具裡面的機構,進而看到齒輪傳動,使孩童擁有基本動力機械概念。(2)傘齒輪的設計可以將握把正反旋轉,讓球順著螺旋外壁上或下輸送,除了視覺上可以讓孩童建立起類似立體結構的概念外,也能夠透過此機構將球從低處往高處來回運送,具有實質運輸功能。(3)透過Phidget互動套件中的RFID裝置感應靠近的球,播放動畫產生互動效果,並利用動畫中方塊顏色的變化和一段歌曲旋律,促進孩童對於視覺色彩以及聽覺音感的成長。本研究設計的互動遊具比例模型,藉由2013 Maker Faire:Taipei展覽,來探討互動遊具設計的成效,並透過問卷調查來驗證本互動遊具能符合本研究的設計目的。未來開發實體大型遊具時,可望將互動效果與機體本身更密切結合,將室內兒童遊戲場打造得更有趣、漂亮,讓遊戲型態更多元。
Playroom equipment can be very good learning tools for children. Digital interaction devices are an excellent means of connecting users to information especially in the case of children who absorb information readily. This paper reports our work with spiral lift models and gears as a starting point for understanding the relationship between children and the technology associated with these devices. This research project was carried out in close cooperation with Kidsburgh the famous indoor playroom company in Taiwan. The project uses the ball pool area of the playroom to achieve the purpose of both entertaining and allowing children to play using interactive equipment. This interactive concept model has a transparent housing. Rotating a handle turns a pair of bevel gears that turn a cylinder, this causes a ball to roll around a spiral wall. Operation of the device allows children to feel a sense of accomplishment, in a safe operating process, and a Phidget RFID device on a ball triggers the generation of images and music. The attributes of this creation can be summed up as follows: (1) The design of the transparent housing cover allows the children to see inside the body and observe the gears moving. This gives them an insight into the basic concepts of powered machinery. (2) Rotating the handle to allow the ball to roll along the outer spiral wall adds a visual appreciation of a three-dimensional structure. They understand that this is a mechanism by which means the ball can be transported back and forth in a practical way. (3) When the RFID tag on the ball is detected by the Phidget RFID device, the monitor plays an animation and generates images and music. This promotes the growth and appreciation of musical notes and color vision in the child. This interactive concept model was displayed in the “2013 Maker Fair: Taipei” exhibition, and the effectiveness of the design was explored by means of surveys. Interaction is expected to be more closely integrated with future playground equipment to promote creativity and provide more fun.
目錄

摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
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 研究範圍與限制 4
1.4 研究架構 4
第二章 文獻探討 7
2.1 螺旋體 7
2.1.1 螺旋體於工藝上的用途 7
2.1.2 阿基米德螺旋 11
2.1.3 小結 13
2.2 齒輪 14
2.2.1 齒輪的種類 14
2.2.2 孩童學習階段對於齒輪的理解 18
2.2.3 小結 18
2.3 玩遊具 19
2.3.1 玩遊具的定義 19
2.3.2 玩遊具的類別與功能 20
2.3.3 孩童的認知與行為 21
2.3.4 小結 23
2.4 數位內容 24
2.4.1 數位內容特點 24
2.4.2 互動裝置於遊具上的應用 24
2.4.3 小結 26
第三章 研究方法 27
3.1 研究方法 27
3.1.1 焦點團體法 27
3.1.2 實驗研究法 28
3.1.3 問卷調查法 28
3.1.4 SPSS統計 29
3.2 研究工具 30
3.2.1 硬體製作工具 30
3.2.2 互動硬體 32
3.3 數位內容影音編輯軟體 35
3.4 研究對象與問卷調查 40
3.4.1 研究對象 40
3.4.2 問卷調查 41
第四章 結果與討論 43
4.1 互動遊具設計 43
4.1.1 遊具硬體設計 43
4.1.2 互動內容設計 65
4.2 安全人因 71
4.3 實體遊具 72
4.3.1 實體遊具開發 72
4.3.2 遊戲場域中延伸的互動概念 73
4.4 設計評估 75
4.4.1 Maker Faire Taipei展 75
4.4.2 設計評估 76
第五章 結論與建議 91
5.1 研究結論 91
5.2 研究建議與展望 91
參考文獻 93
附錄 95

表目錄
表 2-1 螺旋體於工藝上的各種用途 8
表 2-2 齒輪的分類 15
表 2-3 認知發展理論的階段 22
表 3-1 新穎性遊具開發提案過程 27
表 3-2 硬體製作工具 30
表 3-3 互動感應裝置 33
表 3-4 數位內容影音編輯軟體 35
表 3-5 機構創意認同度之衡量題目 41
表 3-6 硬體設計認同度之衡量題目 41
表 3-7 軟體設計與互動概念認同度之衡量題目 42
表 4-1 手繪發想草圖 45
表 4-2 草模製作 47
表 4-3 紙玩具衍伸性商品 49
表 4-4 手繪尺寸比例圖 54
表 4-5 尺寸設計圖 56
表 4-6 後續的打磨與接合部分 58
表 4-7 3D動畫設計 65
表 4-8 3D動畫設計 66
表 4-9 遊具感應流程示意 68
表 4-10 遊具感應流程示意 69
表 4-11 性別百分比表 76
表 4-12 年齡百分比表 76
表 4-13 婚姻狀況百分比表 77
表 4-14 教育程度百分比表 77
表 4-15 職業百分比表 77
表 4-16 機構創意認同度百分比表一 78
表 4-17 機構創意認同度百分比表二 78
表 4-18 機構創意認同度百分比表三 79
表 4-19 機構創意認同度百分比表四 79
表 4-20 機構創意認同度百分比表五 80
表 4-21 硬體設計認同度百分比表一 81
表 4-22 硬體設計認同度百分比表二 81
表 4-23 硬體設計認同度百分比表三 82
表 4-24 硬體設計認同度百分比表四 82
表 4-25 硬體設計認同度百分比表五 83
表 4-26 硬體設計認同度百分比表六 83
表 4-27 硬體設計認同度百分比表七 84
表 4-28 硬體設計認同度百分比表八 84
表 4-29 硬體設計認同度百分比表九 85
表 4-30 軟體設計與互動概念認同度百分比表一 86
表 4-31 軟體設計與互動概念認同度百分比表二 86
表 4-32 軟體設計與互動概念認同度百分比表三 87
表 4-33 軟體設計與互動概念認同度百分比表四 87
表 4-34 軟體設計與互動概念認同度百分比表五 88
表 4-35 軟體設計與互動概念認同度百分比表六 88

圖目錄
圖 1-1 新竹巨城百貨公司球池 2
圖 1-2 麥當勞餐廳兒童遊樂區 2
圖 1-3 本研究之研究架構 5
圖 2-1 螺旋 7
圖 2-2 阿基米德螺旋抽水機 11
圖 2-3 螺旋輸送機 12
圖 2-4 阿基米德螺旋抽水機 12
圖 2-5 阿基米德螺旋遊具之一 13
圖 2-6 阿基米德螺旋遊具之二 13
圖 2-7 齒輪 14
圖 2-8 模型車齒輪箱 17
圖 2-9 咖啡磨豆機 17
圖 2-10 互動展覽中的玩遊具之一 19
圖 2-11 玩具設計要素 20
圖 2-12 互動展覽中的玩遊具之二 23
圖 2-13 博物館中的互動裝置 25
圖 2-14 互動展覽中的玩遊具之三 25
圖 2-15 互動展覽中的玩遊具之四 26
圖 3-1 展覽現場介紹 28
圖 3-2 SPSS統計 29
圖 3-3 Phidgets控制面板 Phidget InterfaceKit 32
圖 3-4 Adobe Flash 38
圖 3-5 人機互動關係圖 39
圖 3-6 2013 Maker Faire:Taipei展覽 40
圖 4-1 時程演進的硬體設計進度 44
圖 4-2 尺寸設計圖 55
圖 4-3 系統示意圖 63
圖 4-4 遊具實體示意 64
圖 4-5 遊具互動感應流程圖 67
圖 4-6 判斷程式碼 69
圖 4-7 安全人因 71
圖 4-8 實體遊具尺寸比例關係圖 73
圖 4-9 畫面對應概念 74
圖 4-10 遊戲場域中的互動概念 74
圖 4-11 2013 Maker Faire:Taipei展覽 75
圖 4-12 創意認同度 80
圖 4-13 硬體設計認同度 85
圖 4-14 軟體設計與互動概念認同度 89
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