应用虚拟实境模拟都市人行徒步区之研究.docx
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应用虚拟实境模拟都市人行徒步区之研究
應用虛擬實境模擬都市人行徒步區之研究
指導教授：
何友鋒
王小璘
研究生：
陳國勤
摘要
虛擬實境為一種電腦模擬的三度空間環境，而設計本身是一種複雜與片斷的活動，由於數位媒體的介入，讓設計過程中提供更大量的資訊與媒材，也愈頻繁的跨越了兩個相似但不同的真實與虛擬的設計空間，因此利用數位媒體整合都市環境設計，並建立真實與虛擬的設計空間的互動關係，為近年來許多建築與景觀教育學者都在思考的課題。
目前虛擬實境所提供的經驗已逐漸生活化與多元化，因此運用電腦輔助虛擬實境研擬出一個可測試都市景觀與其環境屬性的評估方法，來探討視覺感知過程中人與環境的互動關係，讓使用者透過不同的視覺模擬方式各有不同的視覺感受，因此觀賞者對於模擬方式的知覺感受是一個重要且值得深入探討的議題。
本論文研究目的主要以探討虛擬實境如何創造情境化環境空間的特性、潛力與限制，依據環境心理學探討街道環境因子與情緒體驗對環境知覺偏好之關係，運用虛擬實境模擬人行徒步區，並依照空間秩序與複雜性的改變來建構空間結構，本研究將設計一條不同形式都市景觀街道，而都市人行徒步區在街道設計的過程中，應該有一套設計準則與其擬定之程序，作為日後相同性質都市人行步道區之街道景觀設計之參考。
另一方面，虛擬實境空間特徵與現實生活的世界有所不同，已有不少媒體空間設計者與建築師利用此一現象創造出有趣的虛擬環境，近代數位建築的思潮受到不少虛擬實境的影響。
同時近年來因電腦發展迅速，運用電腦模擬都市景觀已成為新的趨勢，都市設計者利用電腦的運算與彩現，作出與傳統不同的評估方式，效率與效果皆可作為現今街道設計的極佳工具。
。
【關鍵詞】：
虛擬實境電腦視覺模擬徒步空間環境心理學
目錄
摘要
2
壹、
研究計畫之背景及目的
一、
研究動機與目的
4
二、
研究重要性與限制
5
三、
研究內容與範圍
7
貳、
重要文獻
8
參、
研究方法與流程
一、
研究方法
17
二、
研究流程
18
肆、
預期完成之工作項目與具體成果
20
伍、
預定進度甘梯圖（GanttChart）
21
陸、
論文目錄
22
參考文獻
23
壹、研究計畫之背景及目的
一、研究動機與目的
（一）研究動機
人與環境互動的關係是動態的，因此，景觀之評估應該建立在觀察者處於動態的過程中，運用電腦模擬虛擬實境，或許可以發展出一套評估模式，作為制定都市人行徒步區景觀管理策略之依據，而虛擬實境為一種電腦模擬的三度空間環境，建立真實與虛擬的設計空間的互動關係，為近年來許多建築與景觀教育學者都在思考的課題，探討視覺心理過程中，人與環境的互動關係，讓使用者透過不同的視覺模擬方式中，有不同的視覺心理感受，因此觀賞者對於模擬方式的心理感受是一個重要且值得深入探討的議題。
虛擬實境（VirtualReality）夾帶著兩種想法，一個是由CAD（ComputerAidedDesign）的繪圖技術建構出擬真的真實世界，另一種為利用CAD創造出非現實物理生活的虛擬世界，有人也以實境虛擬（RealityVirtual）來稱呼。
不論是哪一種作者筆下創造的虛擬環境，虛擬實境目的都是以人為使用的對象，創造出3D互動的即時介面。
虛擬實境即是參與者與電腦的互動（簡稱人機介面），藉由運用數位媒材在使用者與電腦的互動機制過程，提升設計者可以真實的沉浸於創作的空間與資訊中進行互動，予以增加設計者在實體空間與資訊空間中進行互動的經驗與感知。
數位媒材也提供了快速建構模型與描繪的優勢，模擬真實性空間的能力，並使參與者更容易與直接地建構對空間性組構的檢驗及瞭解。
建築師對於虛擬實境更是有著無限的想像，例如MarcosNavko操弄虛擬空間的形體，Asymptote所設計的紐約證券交易所等等（Hani&Anne,2002）。
MariaLuisaPalumbo著「新居住體：
電子化的身體與失序的建築」一書中提及渾沌的設計方案討論虛擬空間的問題，非尺度（Dismeasurement）、失根（Uprooting）、流動（Fluidity）、虛擬（Virtual）、敏感度（Sensitivity）（Palumbo,陳珍誠譯,2002）讓我們體驗到虛擬空間有著與物理空間不一樣的差異性。
已有研究學者Givaty等人，提出透過顯示器呈現的虛擬實境，研究圖形與顏色在虛擬實境中相關認知課題（Givaty&Christou&Veen,1998）。
DavidNunez和EdwinBlake對於虛擬實境提出了認知存在（CognitivePresence）的看法。
使用者在虛擬環境的影響下衝擊著使用者的心理狀態，所以並非單純的產生一種行為（Nunez&Blake,2001），藉由日益普及的模擬工具進步提供設計者與使用者有效的溝通管道，這些新工具在設計和構築的原則之間改進了溝通的過程，圖象化能吸引公眾參與計畫和設計（Wiltshire&Mahdoubi,2001）。
且隨著時代進步，電腦硬體及週邊設施在速度及效能的提昇，使得電腦應用範圍不斷擴張，因此電腦設備的精進除提供了傳統的實質與心理評估模式的分析外，更可利用先進的生理回饋儀對於視覺生理反應進行測量，如DeLucio,Mohamadian,Ruiz,Banayas,&Bernaldez（1996），李素馨、何英齊（2000），藉此設計者運用虛擬實境或景觀視覺感受已成為未來新的趨勢，並可作出與傳統不同的評估方式，效率與效果皆可作為現今人行徒步區設計的參考。
所以本研究除了探討如何建構一個有彈性而又有互動性的都市人行徒步區之虛擬實境，並利用虛擬實境之工具，評估環境心理學之景觀偏好與情緒體驗，對都市人行徒步區的關係之研究。
（二）研究目的
由於近年來因電腦發展迅速，運用電腦模擬已成為新的趨勢，設計者利用電腦的運算與彩現，作出與傳統不同的評估方式，效率與效果皆可作為現今都市人行徒步區設計的極佳工具。
人類對鄰近實質環境的心理體驗，會一個種環境刺激而定，而有不同的情緒體驗與偏好，Lynch（1927）指出，行動中的景觀是人們體驗環境的最基本方式，因此本研究以「應用虛擬實境模擬都市人行徒步區設計之研究」作為研究方向，目的是從模擬研究中得到：
1.探討虛擬實境如何創造情境化環境空間的特性、潛力與限制。
2.依據環境心理學探討街道環境因子與情緒體驗對環境知覺偏好之關係。
3.運用虛擬實境模擬人行徒步區，並依照空間秩序與複雜性之景觀設計元素的改變來建構空間結構。
4.擬定出一項動態的分析工具用來評估都市人行徒步區，協助管理策略的制定幫助找出最適合之人行徒步區。
二、研究重要性與限制
（一）研究重要性
在日新月異的電腦能力提升以及精密複雜的運算下，3D動態環境模擬能力更實際可行，且接近於實際環境。
近十年來，環境以及都市景觀領域的研究者已經開始採用新科技，去傳達其設計概念、進行資源管理、以及探討人對環境的主觀反應後，提供做設計的決策模式，其中模擬工具更為都市規劃、設計及不動產開發案所普遍使用，建築師與業主、使用者、建築開發許可審議機關、乃至於一般大眾，普遍使用的溝通工具，這個部份影響實甚鉅，所以能描述真實情況，以及越能引起正確主觀反應的電腦3D動態模擬，越能提供正確的溝通媒介，並且降低決策錯誤的機會。
面對都市設計審議施行，以及景觀法即將實施，勢必也將借重電腦3D動態環境模擬，預作環境竣工後觀賞者感官的主觀反應試驗，以作為都市景觀評審之重要工具，將會在都市設計審議各階段有更多的應用，這個部分將影響深遠。
目前的電腦工具在3D動態模擬的製作上，對於材料、質感、色彩、光影、鏡頭可達到不錯的效果，這類技術的進步可以協助預先展現場景，讓觀賞者觀看並且逼真的感覺到實際完成的形貌，但是電腦3D動態模擬影像與其竣工後的實景影像，給觀賞者的感受存在著差異是不爭的事實，據此，針對視覺受刺激後所引起生理與心理反應要素中之情緒因子與偏好程度，將是本研究所需要探討之重點。
（二）研究限制
本研究中之應用虛擬實境模擬都市人行徒步區之研究的過程將面臨的困難，主要提出之研究限制與基本假設如下：
1.實際的都市環境是非常多變的，由於時間、經費的限制，以及為避免現地無法控制因子變化的干擾，如：
噪音、人、車、攤販….等，故本研究虛擬實境模擬之方法。
2.依據第一點為使研究變項單純化，採用視覺模擬技術虛擬出人行徒步區環境，故基本假設為此一虛擬環境能代表真實的人行徒步環境。
3.由於觀賞角度、步行速度會影響景觀偏好，藉此本研究將面臨虛擬實境環境硬體上的限制。
4.根據文獻指出當人們行走於街道上時，大多數的人通常是看著前方，偶而會瀏覽街道兩側的景象；若沿路沒有突出的地標，其視線會系統性的投往道路消失的方向，故本研究將以虛擬實境模擬之方法，達到一般3D模擬無法做到之限制。
5.受限媒體播放儀器無法攜出戶外使用；且依據相關文獻得知，以學生團體的景觀偏好可以作為民眾的代表，且統計分析的結果亦相似。
故假設將以朝陽科技大學學生進行測試，與一般民眾之結果相同。
三、研究內容與範圍
（一）研究內容
本研究的重點在建構都市人行徒步區模擬模式，期望藉由模式的模擬，讓觀察者在整體環境中，體驗虛擬實境的過程中都市人行徒步區景觀運行情形，以瞭解模擬虛擬實境時的變化趨勢，並依此趨勢分析使用者在環境心理上情緒體驗與景觀偏好課題層面上的實質需求，提供都市人行徒步區景觀管理者與決策者研擬政策的參考，制定確實符合需求的規畫發展計畫。
應用虛擬實境模擬都市人行徒步區本質上是一種動態的，與環境心理上的影響是有一種互動的關係，藉此達到運用環境心理學的理論架構，來分析評估虛擬實境中的都市人行徒步區，並利用虛擬工具加以實驗設計與運用，本論文研究主要內容項目：
1.探討人行徒步區相關理論
人行徒步區最重要的改變在於徒步環境情境刺激了感性特質，以達到鼓勵行人在街道中感受活絡性、有趣性及多樣化的步行空間。
2.探討環境心理學相關理論
應用環境心理學知覺理論與情緒體驗，探討在都市人行徒步區景觀環境差異下的觀察者的知覺變化以及偏好程度，藉由虛擬實境的模擬將可更真實的讓觀察者體驗其中，達到觀察者在景觀偏好上的評價，本研究將對景觀偏好程度來了解人行徒步區景觀的特性、個人的喜好，以作為規劃設計之依據。
3.探討都市人行徒步區設計元素規範
影響都市行人選擇不同類型人行徒步區之因素，不外乎硬體設施的基本要求以及維護、視覺美感、活動性、其他等，就對視覺美感來說其綠化植栽程度、鋪面樣式顏色材質、沿步道景觀美醜、採光明暗的情形，這些設計元素也將依據明確的規範下進行人行徒步區的規劃設計，本研究比較值得關切的是視覺美感對於人行徒步區選擇作為考慮因素當作後面的研究變項。
4.應用虛擬實境操作人行徒步區擬定替選方案
虛擬實境做到的環繞真實感覺，是近年來電腦科技進展的成果，一個模擬的環境，可以讓人們隨時做快速且有系統的改變，同時觀賞者又可交互地對其偏好做評斷，此外，利用視覺模擬的方式將有助研究環境體驗與實質環境屬性的互動關係與動態特質。
（二）研究範圍
本研究主要之範圍以台中市都市計畫區為研究範圍如下圖1-1，並找出做研究設計的實證地點，其研究主要分為兩大部分，第一部份將對該區域進行都市景觀構成分析，第二部份，則以民眾的角度，進行街道附加物景觀之視覺影響研究，並應用「視覺模擬理論」與「環境心理學理論」，作為理論基礎。
圖1-1台中市都市計畫圖
貳、重要文獻
本章分為三個部份探討與本研究相關之理論及文獻。
第一部份是人行徒步區之發展沿革；第二部份則探討環境心理學相關理論；第三部份就是針對虛擬實境與視覺模擬發展與應用做探討。
1、人行徒步區相關研究
行徒步區最重要的改變在於徒步環境情境刺激了感性特質，以達到鼓勵行人在街道中感受活絡性、有趣性及多樣化的步行空間。
根據Gehl（1996）的看法，步行是一種人們通達四處的最原始、最重要的運輸方式「行人徒步區」是街道空間使用型態的一種，也是汽車時代所產生的特殊名詞，在專業的人稱之為「TrafficFreeZone」，意即都市裡沒有汽車行駛的區域。
但一般的稱謂都叫「步行街」，英文稱為「PedestrianMall」，「Pedestrian」一字的原意是「onfoot」，亦即走路的意思；「Mall」則是指一種寬敞而供步行的林蔭大道。
「Pedestrianmall」合起來講，即指供人徒步而不受汽車干擾的街道（游明國，1985）。
行人徒步區的用意即是想在都市裡某些人群聚集的地區，特別是商業區的街道，去除汽車對行人造成的生命威脅，而使行人能自由地漫步其間，由於我國發展行人徒步區方面，尚屬起步階段，因此有關行人徒步區之法令定義可以說付諸闕如。
而散見於各專題研究報告中之稱謂，亦紛雜不一，有「步行街」、「徒步街」、「步行者專用道路」等之稱謂，而對於其呈面狀規模發展者，則以「區」稱之，亦即本研究所稱之「行人徒步區」。
一般人行徒步區開發方式依其對車輛管制程度或方式之不同，約可分類為四種：
類型形式
定義
完全行人徒步區（Fullmall）
這種道路行走的路面，完全是為人而舖設的，且是恆久性的步行設施，配合永久性的街道傢俱及商店櫥窗設計，使整條街道充滿特色。
半行人徒步區（Semi-mall）
此種開發方式的徒步區，以時段管制汽車進入區內，但因需考慮汽車的進入活動，其設計深受汽車道之限制，故半徒步區的設置在景觀上不像全徒步區那樣可以發揮。
巴士專行道徒步區（Transitmall）
汽車不得駛入區內，但准許公共巴士進入，或在徒步街上設專用駁運巴士（Shuttlebus）；來回行駛駁運行人，主要使用於較大範圍隻行人徒步區，提供步行者較長距離的旅次。
拓寬人行步道（Widenpedestriansidewalk）
如合併安全島，或縮減車道數，而將道路幅面分配至兩旁的人行道，增加人行道寬度，以利行人步行及街道美化之工作。
亦可算比較狹義的徒步區。
資料來源：
游明國，1985
人行徒步區街道分類方式若依不同目的而有不同之分類依據，其所分類之類型如下表所示：
分類
研究者
分類之依據
分類之形式
空間型式
Kostof（1992）
地形
河道（Waterway）、林蔭大道（theBoulevard）、橋街（theBridgeStreet）、有頂蓋的街道（Covered
Street）
機能
Thiis-Evensen（1992）
機能
穿越型街道（throughstreet）、邊界街道（boundarystreet）、連續型街道（sequencestreet）、基本街道（foundationstreet）
景觀及人文活動
李素馨（1996）
道路因素
環境因素
交通因素
運輸型街道景觀、商業型街道景觀、重劃區型街道景觀、鄰接綠地型街道景觀、聯絡型街道景觀
資料來源：
蕭向吟，2003
（1）國內外研究對人行徒步區相關研究
作者
年代
內容
Lynch
1959
街道的基本性格，除了可作為連通及組構都市之外，更進一步的成為城市居民認知環境的參考指標
JaneJacobs
1961
認為街道和其人行道為都市中的主要公共空間，是都市的維生器官。
當人們回想一個都市時，其印象受街道的影響最大，若都市的街道是有趣的，都市
亦是有趣的。
黃健二
1982
德國的Essen市首先建立行人徒步區，為歐洲第一個建立徒步區的都市，主要觀念是將行人在都市空間中的移動系統與活動系統結合，使人們步行的地位受到尊重，而市中心商業區因人氣的活絡，才得以重現它的魅力。
R.Brambilla&G.Longo
1985
行人徒步區的由來，引入交通自由區的觀念，並說明就商業區實施行人徒步區在交通管理、經濟復甦、環境改善、社會利益等方面的助益。
並強調成功的徒步區除要考慮良好的步行環境外，還要有活絡的商業活動來配合。
賀陳旦、王德生
1985
街道之汽車通行使用機能予以程度上的降低或解除，重新使街道成為市民活動與移動之空間。
游明國
1985
都市裡某些人群聚集的地區，特別是商業區的街道，去除汽車對行人所造成的生命威脅，使行人能自由漫步其間。
Rapoport
1987
認為步行空間（PedestrianSpaces）可分為移動與休息的空間。
移動空間是動態的，是供人們步行與移動，而休息的空間是靜態的，是供人們席坐、休息及其它活動。
CyrilB.Paumier
1995
在「成功的市中心設計」書中提到，要經營一個
成功的市中心商業區必須從創造豐富多元具吸引力的消費休閒市場、良好的步行環境、平衡的人車系統三方面來著手。
華昌琳
1995
行人徒步區興建藉此來挽回失去的人潮，主要由於道路的面積讓給行人，使得可供規劃放置各項設施的可利用空間變大，同樣也使兩旁的商家受益，提供多樣化的服務。
林上閔
1997
依照都會區商業空間之步道類型，可分為五類：
1.騎樓、2.鋪面人行道、3.徒步道、4.人車共存道、5.騎樓與人行道組合等五類。
葉光毅、吳永隆
1998
依據地區性交通計畫分類，對於步行空間的組成，分為步道、行人專用道路、有時間限制之行人專用道路、人車混合道路等四大類。
陳志豪
1999
「電腦影像模擬」的真實性，建構一個預期的環境，透過此模擬出來的環境，易於設計者溝通，並瞭解其對徒步街道空間的想法。
王姵琪
2000
透過深入觀察與探討過程，檢討徒步區之實質環境現況、規劃策略與維護管理機制。
期望藉由發展構想與設計準則的初步提出，以建構完整街道網絡理念，並為行人徒步空間提出具體建議。
EinarLillebye
2001
認為應對徒步區設計有一些基本的考量因素，如交通機能、提供機能、社會狀況、實質型式等等
資料來源：
本研究整理
2、環境心理學
環境心理學研究的是人和環境的相互作用，在這個相互作用中，個體改變了環境，反過來他們的行為和經驗也被環境所改變，對應這個定義，環境心理學有兩個目標：
一是了解「人－環境」的相互作用，二是利用這些知識來解決復雜和多樣的環境問題。
（一）情緒體驗
人主要是依賴視覺及各種感官接受環境所傳達的刺激，此種刺激的傳達與接收是知覺活動的本質。
環境知覺是指人與四週環境的初步接觸，對環境所提供訊息的初步收集，在此環境為知覺刺激的供給物，觀察者為環境訊息的接收器。
環境認知則是對訊息的進一步處理，如儲存、組織、回憶訊息等，然後再使用環境的訊息來形成個人對環境的評價，如情緒上的感受、對景觀的偏好等。
在人與環境的互動過程中，這是一連串且密不可分的動作在同時進行著。
MehrabianandRussell（1974）以環境心理學為基礎，提出愉悅（Pleasure）、喚起（Arousal）及支配性（Dominance）三個類似語義空間的基本情緒體驗向度，發展出一種測量情緒的語意差別法，稱為情緒三因子，包括18對雙極形容詞，以三個向度來衡量情緒如下表所示，愉悅相當直接，它反映出個人是否感到快樂和滿足，或是覺得不高興或不滿意；喚起向度可以被想成是活動以及警覺性的綜合；支配性則反映出個人認為自己在某一情境中是否有控制力、自由且無拘無束，而不會感到被他人限制、威脅和控制。
三個向度彼此之間是互相獨立的，即使其中兩個向度維持一定，第三個向度上的感受仍有可能變化。
激發、愉快和支配的不同組合形成不同的情緒體驗。
例如：
不愉快、低度激發和高支配的感受可能導致煩悶；而不愉快、高度激發和低支配的感受卻反映出焦慮（引自危芷芬，1995）。
愉悅因子
喚起因子
支配性因子
快樂的－不快樂的
愉悅的－煩惱的
滿意的－不滿意的
滿足的－憂鬱的
充滿希望的－絕望的
放鬆的－煩擾的
刺激的－放鬆的
興奮的－平靜的
瘋狂的－懶散的
緊張的－單調乏味的
清醒的－睏倦的
喚起的－未被喚起的
控制的－被控制的
支配的－服從的
有影響的－被影響的
重要的－敬畏的
自主的－被領導的
控制中的－被照料的
資料來源：
MehrabianandRussell，1974，AnApproachtoEnvironmentalPsychology，P.25
（二）景觀偏好
所謂偏好（preference）乃是一種態度，一種表示喜好程度的態度，即〝比較喜歡"，偏好的態度常反應在選擇的行為上。
景觀偏好乃是個人或團體對一個地方形貌的喜歡與不喜歡之程度（施夙娟，1995）。
景觀偏好的研究乃經由觀賞者對景觀加以評價的一種主觀心理判斷，其目的在於了解景觀的特性、個人的喜好，做為景觀規劃設計及管理的依據，它可以是有形具體的景物，也可以是無形的心理意象（李素馨，1997）。
Kaplan&Kaplan&Brown（1989）主張環境提供大量的資訊，人們在處理環境資訊時藉由空間所提供的組織情形來幫助人們理解環境，並激發人們去探索（exploration）更深層的環境組織，為了解釋不確定的資訊，引介理解與探索這兩個層次的推論方式（立即的、推論以及預測）是同樣重要的，如表所示，在資訊處理及推論方式兩個範圍下，偏好矩陣產生了一致性（coherence）、複雜性（complexity）、易識性（legibility）、神秘性（mystery）等四個不同的環境偏好預測元素。
Kaplan等人（1989）賦予這四個變數簡要的敘述:
一致性:
有秩序的，聚集在一起、重複的元素及區域。
複雜性:
豐富的、複雜的、不同的元素數量。
易識性:
找到出路和原點、明確的方向。
神秘性:
確保新且相關的資訊。
理解（Understanding）
探索（Exploration）
立即（Immediate）
一致性（coherence）
複雜性（complexity）
推論預測（Inferred）
易讀性（legibility）
神秘性（mystery）
資料來源：
Kaplan&Kaplan&Brown（1989）
3、虛擬實境與視覺模擬
JamesTrefil提出，利用資訊流來模擬真實經驗，叫做虛擬實境。
虛擬實境的概念基於兩點：
其一，任何人類經驗有賴於感覺；其二，任何感覺都可以看成一種資訊流，最終有賴於大腦的詮釋（Trefil,賴慈芸譯,1997），事實上虛擬實境這個名詞最早在1970年代MassachusattsInstituteofTechnology（MIT）出現（嚴子翔，2001），主要表示人類存在於電腦中的概念。
Burdea在VirtualRealityTechnology提出虛擬實境的三項定義：
類型
內容描述
沉迷度（immersion）
於虛擬實境創造的空間有精神上的投入，像是給予自己深入其境的感覺，猶如沉迷於小說或是戲劇之中。
互動性（interaction）
畫面與使用者的即時互動，越多的互動越能相似現實的環境，所以不只是場景的互動，包含物件與場景中的人物互動都讓虛擬實境更真實。
想像力（imagination）
不是一個全方位的虛擬實境的時候，我們都需要靠點想像力來補足畫面的不足，事實上有時候想像力還超越了原本畫面所提供的資訊。
資料來源：
嚴子翔，2001
我們可以體驗到，虛擬實境給予沉迷的強度在於硬體提供的生動能力與互動能力。
既然目前的虛擬實境在某個程度下，還是需要個人的想像力去體驗，無法做到如同電影駭客任務（TheMatrix）般完
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