臺灣博碩士論文加值系統

　　在空間設計的過程中，人們會有許多空間感的討論。而隨著數位科技的發展，3D虛擬模型及電腦渲染的擬真透視影像成為了現在主要的溝通工具。也由於虛擬實境設備逐漸普及，虛擬實境設備很有機會成為未來討論空間的重要工具。但3D的數位虛擬模型、擬真透視影像及虛擬實境空間這三種虛擬空間，皆與實體空間的感知有落差，因此本研究提出了兩個問題（1）造成虛擬空間與實體空間之距離感知差異的主要因素為何?（2）如何降低虛擬空間與實體空間之距離感知的差異？
　　為了回應上述的兩個問題，本研究共執行了兩次距離感知實驗：距離感知實驗（一）及距離感知實驗（二）。兩次實驗的前置作業皆為：將一個挑選的空間作為研究的實體空間，接著測量空間並使用Sketchup及Blender這兩個3D建模軟體將空間及空間中的物件建成3D的數位虛擬模型，然後使用Twinmotion這個渲染軟體將3D模型渲染成可以旋轉視角或是在裡面移動的演示檔案。而正式的實驗過程是：抽選數位具有不同程度之空間專業背景的受測者來透過「平面的電腦螢幕顯示」、「頭戴顯示器」觀看虛擬空間，以及進入「實體空間」體驗。在觀看及體驗的過程中，會請受測者估測空間中的各種尺寸，並回答他們估測的方法及依據。而在距離感知實驗（二）則是再加上了讓他們判斷不同題目之間的空間是否為同一空間。藉此來測試不同的受測者在「平面螢幕的虛擬空間」、「虛擬實境的虛擬空間」及在「實體空間」中的感知差異。
　　本研究之受測人數共有12位，其中：距離感知實驗（一）為3位（第一階段1位；第二階段2位）、距離感知實驗（二）為9位（第一階段1位；第二階段為9位，其中1位為第一階段之受測者）。
　　造成虛擬空間與實體空間之距離感知差異的研究結果為：（1）「性別」、「具空間專業背景與否」及「是否使用過虛擬實境設備」這三者的差異對於距離感知沒有明顯的影響；（2）造成「平面螢幕的虛擬空間」與「實體空間」之距離感知差異的主要因素為「觀看視角」、「空間的元素或擺放的物件」及「物件擺放的位置」；（3）造成「虛擬實境的虛擬空間」與「實體空間」之距離感知差異的主要因素為「空間中的物件或元素」。另一方面，針對降低虛擬空間與實體空間之距離感知的差異的研究結果為：（1）透過「讓觀看者從空間中不同的定點觀看螢幕中的虛擬空間」、「在同一個虛擬空間中有不同空間物件的情境」及「螢幕中的虛擬空間中置入能夠提供給觀看者不同的空間向度都能作為判斷依據的物件」這三個方法可以降低「平面螢幕的虛擬空間」與「實體空間」之間的距離感知差異；（2）在透過虛擬實境設備觀看空間的過程中，讓觀看者清楚地了解及認知空間中的物件或元素，可以降低「虛擬實境的虛擬空間」與「實體空間」之間的距離感知差異。

People have many discussions about the feeling of space during the space design process.With the development of digital technology, 3D virtual models and realistic perspective images rendered by computers have become the main communication tools. Because of the increasing popularity of VR devices, VR devices will become an important tool in the future. However, 3D virtual models, realistic perspective images, and VR devices are all different from the perception of real space. Therefore, what are the main factors that cause the difference in distance perception between virtual space and real space are the main research questions of this study. This study uses Twinmotion to render the 3D model into a presentation file and compares the difference in distance perception between subjects on a computer screen display, a head-mounted display, and in real space through an experimental method.Therefore, this study has two questions: (1) What are the main factors that cause the difference in distance perception between virtual space and real space? (2) How to reduce the difference in distance perception between virtual space and real space?

In response to these two questions, this study conducted two distance perception experiments: distance perception experiment (1) and distance perception experiment (2). The pre-work of the two experiments is:to take a selected space as the real space of the study, then measure the space and use the two 3D modeling software Sketchup and Blender to build the space and the objects in the space into a 3D digital virtual model. Then use Twinmotion, a rendering software, to render the 3D model into a demo file that can move inside. The formal experimental process is to choose some subjects with varying degrees of spatial professional background to view the virtual space through a "computer screen " and a "Head Mounted-Display", before entering the "real space". In the process of viewing, the subjects will be asked to estimate distances in the space, and they will answer what method and object they use to estimate distance. In the distance perception experiment (2), let them judge whether the space between different topics is the same space. It is used to test the differences in perception of different subjects in the "virtual space of screen", "virtual space of virtual reality" and "real space".

There are 12 subjects in this study, including 3 subjects in the distance perception experiment (1) (1 in the first stage; 2 in the second stage), and 9 subjects in the distance perception experiment (2) (1 in the first stage; The second stage consists of 9 subjects, one of whom is the subject of the first stage).

The research results that cause the difference in distance perception between virtual space and real space are: :(1) There is no discernible difference in distance perception between "gender", "spatial professional background" and "use of virtual reality equipment"; (2) The main factors that cause the difference in distance perception between "virtual space of the screen" and "real space" are "viewing angle", "elements of space or placed objects "," the location of the object". (3) The main factor causing the difference in perception of distance between “virtual space of virtual reality” and "real space" is "objects or elements in space".On the other hand, the results for the question "How to reduce the difference in perception of distance between virtual space and real space?" :(1)The three methods of "allowing viewers to view the virtual space on the screen from different points in the space","situations where there are different spatial objects in the same virtual space" and "putting objects in the virtual space on the screen that can provide viewers with different spatial dimensions that can be used as a basis for judgment" can reduce the differences in distance perception between the virtual space of the screen and the real space; (2) In the process of viewing the space through the virtual reality device, allowing the viewer to understand and recognize the objects or elements in the space can reduce the distance perception difference between "virtual space of virtual reality" and "real space".

摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目次 IV
圖目次 VI
表目次 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機、問題與目的 1
1.2 名詞釋義 2
1.3 研究流程 3
1.4 研究方法與步驟 5
1.5 研究範圍 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 空間：實體空間與虛擬空間 7
2-1-1 實體空間的定義 7
2-1-2 實體空間的空間感知 7
2-1-3 虛擬空間的定義 8
2-1-4 虛擬空間的空間感知 9
2-1-5 虛擬實境 11
2.2 距離感知 15
2-2-1 距離感知的定義 15
2-2-2 距離感知的研究方法 15
2.3 實體空間與虛擬空間的距離感知相關研究 17
2-3-1 近年來與本研究相關性高的研究 21
第三章 距離感知實驗（一） 23
3.1 實驗說明 23
3.2 實驗目的 23
3.3 實驗工具 24
3-3-1 實驗設備 24
3-3-2 實驗軟體 24
3.4 實驗前置作業 26
3-4-1 空間選定的條件說明 26
3-4-2 將實體空間轉成虛擬空間 27
3.5 問卷設計 28
3-5-1 基本資料內容 28
3-5-2 問卷之平面圖 28
3.6 實驗流程 28
3-6-1 距離感知實驗（一）－第一階段實驗 28
3-6-2 距離感知實驗（一）－第二階段實驗 34
3-6-3 一、二階段實驗結果綜合分析 35
3.7 小結 39
第四章 距離感知實驗（二） 40
4.1 實驗說明 40
4-1-1 實驗工具 40
4-1-2 實驗對象 40
4-1-3 實驗之實體空間的選定 40
4-1-4 根據距離感知實驗（一）的調整 40
4.2 實驗目的 41
4.3 實驗之階段流程 41
4.4 距離感知實驗（二）－第一階段實驗 42
4-4-1 實驗說明 42
4-4-2 實驗流程 42
4-4-3 第一階段實驗之實驗結果分析 43
4.5 距離感知實驗（二）－第二階段實驗 44
4-5-1 實驗說明 44
4-5-2 實驗及問卷設計 47
4-5-3 實驗流程 48
4-5-4 距離感知實驗（二）-第二階段實驗受測者與分析內容 49
4.6 距離感知實驗（二）－實驗結果與分析 51
4-6-1 在實體空間中 51
4-6-2 平面螢幕與虛擬實境的比較 53
4-6-3 平面螢幕、虛擬實境與實體空間的比較 62
4.7 小結 64
第五章 結論與建議 65
5.1 結論 65
5-1-1 造成虛擬空間與實體空間之距離感知差異的主要因素 65
5-1-2 降低虛擬空間與實體空間之距離感知差異的方法 66
5.2 研究限制 67
5.3 建議 67
5-3-1 對以平面螢幕作為空間討論的建議 67
5-3-2 對以虛擬實境作為空間討論的建議 68
5-3-3 對未來研究的建議 68
參考文獻 69
附錄一－實驗之實體空間平面圖與尺寸 75
附錄二－距離感知實驗（一）第一階段之問卷 76
附錄三－距離感知實驗（一）第二階段之問卷 85
附錄四－距離感知實驗（一）之實驗數據 93
附錄五－距離感知實驗（二）第二階段之問卷 104
附錄六－距離感知實驗（二）之實驗數據 114
附錄七－距離感知實驗（二）各受測者估測依據整理 177
附錄八－投稿研討會之論文 182
 
圖目次
圖 1- 1研究架構圖 3
圖 1- 2研究流程圖 4
圖 2- 1視角說明圖 8
圖 2- 2虛擬空間的空間感知發展歷史 9
圖 2- 3使用遠近法之壁畫，（古埃及墓道壁畫） 9
圖 2- 4局部使用了遮掩法，《女神哈索爾和法老賽提一世》 9
圖 2- 5使用了空氣透視法，《戴歐尼修斯之密儀圖》 10
圖 2- 6喬托在阿列那教堂所作的壁畫 10
圖 3- 1體驗空間的方式 23
圖 3- 2 GIGABYTE AERO 15 XB 24
圖 3- 3 Oculus QUEST 2 24
圖 3- 4 Sketchup 2020 軟體畫面 25
圖 3- 5 Blender 3.0 軟體畫面 25
圖 3- 6 Twinmotion 2022.1.2 軟體畫面 25
圖 3- 7實體空間之照片 27
圖 3- 8空間尺寸圖 27
圖 3- 9將實體空間轉成虛擬空間之步驟圖 27
圖 3- 10虛擬空間之渲染圖 27
圖3- 11問卷中未符合實際比例之平面圖 28
圖 3- 12距離感知實驗（一）第一階段實驗之實驗流程圖 29
圖 3- 13「一個定點可移動視角、無家具」之情境示意圖 29
圖 3- 14「一個定點可移動視角、有桌子」之情境示意圖 29
圖 3- 15「一個定點可移動視角、有桌椅」之情境示意圖 29
圖 3- 16「四個定點可移動視角、有桌椅」之情境示意圖 30
圖 3- 17距離感知實驗（一）-第二階段之實驗流程圖 34
圖 4- 1視角定點調整之示意圖 41
圖 4- 2距離感知實驗（二）第一階段實驗之實驗流程圖 42
圖 4- 3距離感知實驗（二）第一階段實驗之物件示意圖 42
圖 4- 4距離感知實驗（二）第一階段實驗之物件位置示意圖 43
圖 4- 5「無輕鋼架天花板、空間中心照明」 44
圖 4- 6「無輕鋼架天花板、四周牆面照明」 44
圖 4- 7「無輕鋼架天花板、均勻照明、白色牆面」 45
圖 4- 8「無輕鋼架天花板、均勻照明、深灰色牆面」 45
圖 4- 9「無輕鋼架天花板、白牆、桌椅」 45
圖 4- 10「無輕鋼架天花板、白牆、白立方體」 45
圖 4- 11「無輕鋼架天花板、深灰牆、白立方體」 45
圖 4- 12「無輕鋼架天花板、白牆、深色立方體」 45
圖 4- 13「無輕鋼架天花板、白牆、邊框立方體」 45
圖 4- 14「有輕鋼架天花板、無地上物」 46
圖 4- 15「有輕鋼架天花板、邊框立方體」 46
圖 4- 16「有輕鋼架天花板、桌椅」 46
圖 4- 17「有輕鋼架天花板、邊框立方體」 46
圖 4- 18「有輕鋼架天花板、邊框立方體」 46
圖 4- 19「有輕鋼架天花板、邊框立方體」 46
圖 4- 20「有輕鋼架天花板、桌椅、邊框立方體」 46
圖 4- 21「有輕鋼架天花板、邊框立方體」 46
圖 4- 22看向地板的初始畫面 47
圖 4- 23空間中的物件在不同情境中左右調換 47
圖 4- 24距離感知實驗（二）第二階段之實驗流程圖 48
圖 4- 25 15.6吋螢幕體驗之紀錄照 48
圖 4- 26 Oculus Quest 2體驗之紀錄照 48
圖 4- 27實體空間體驗之紀錄照 48
圖 4- 28受測者背景分布長條圖 49
圖 4- 29虛擬空間之數據比較 示意圖 50
圖 4- 30虛擬空間與實體空間之數據比較 示意圖 50
圖 4- 31實體空間中「空間寬度的距離判斷」人數分布圓餅圖 51
圖 4- 32實體空間中「空間深度的距離判斷」人數分布圓餅圖 51
圖 4- 33實體空間中「空間中的擺放物件對於距離感知的影響」人數分布圓餅圖 52
圖 4- 34「平面螢幕的空間 與 虛擬實境的空間 之大小差異」人數分布圓餅圖 57
圖 4- 35「輕鋼架天花板對空間感知的影響」人數分布圓餅圖 58
圖 4- 36「輕鋼架天花板對估測依據的影響」人數分布圓餅圖 58
圖 4- 37「空間照明方式對空間感知影響」人數分布圓餅圖 59
圖 4- 38「空間牆面顏色對空間感知影響」人數分布圓餅圖 59
圖 4- 39「空間中擺放之物件的顏色與牆面顏色之差異」人數分布圓餅圖 60
圖 4- 40「空間中擺放之物件對空間感知的影響」人數分布圓餅圖 61
圖 4- 41「空間中擺放之物件的型態對空間感知的影響」人數分布圓餅圖 61
圖 4- 42「平面螢幕、虛擬實境兩者與實體空間之距離感知差異」人數分布圓餅圖 62
圖 4- 43「平面螢幕、虛擬實境及實體空間之空間大小的視覺感受」人數分布圓餅圖 63
 
表目次
表 1- 1 距離感知的測量方法及使用其方法的相關研究 6
表 2- 1 虛擬實境的類型分類表 12
表 2- 2 虛擬實境的應用 13
表 2- 3 實驗法的實驗步驟與設計類型 16
表 2- 4 認知心理學的資料收集方法 16
表 2- 5 過去實體空間距離感知的研究結果 17
表 2- 6 影響距離感知的因素 18
表 2- 7 過去虛擬空間距離感知的研究結果 19
表 3- 1 數據表格說明表 32
表 3- 2 第一階段　受測者A實驗數據之節錄 33
表 3- 3 第一階段　受測者A實驗數據之節錄 33
表 3- 4 受測者A、B、C實驗數據之節錄 35
表 3- 5 受測者A、B、C實驗數據之節錄 36
表 3- 6 受測者A、B、C實驗數據之節錄 37
表 3- 7 受測者A、B、C實驗數據之節錄 38
表 4- 1 受測者之基本資料 49
表 4- 2 「沒有擺放物件的情境」之空間寬度的距離判斷差異統計表 53
表 4- 3 「有擺放物件、沒有輕鋼架天花板的情境」之空間寬度的距離判斷差異統計表 53
表 4- 4 「有輕鋼架天花板的情境」之空間寬度的距離判斷差異統計表 54
表 4- 5 「沒有擺放物件的情境」之空間深度的距離判斷差異統計表 54
表 4- 6 「有擺放物件、沒有輕鋼架天花板的情境」之空間深度的距離判斷差異統計表 55
表 4- 7 「有輕鋼架天花板的情境」之空間深度的距離判斷差異統計表 55
表 4- 8 「沒有擺放物件的情境」之空間高度的距離判斷差異統計表 56
表 4- 9 「有擺放物件、沒有輕鋼架天花板的情境」之空間高度的距離判斷差異統計表 56
表 4- 10 「有輕鋼架天花板的情境」之空間高度的距離判斷差異統計表 56

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