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研究生: 張晃銘
Huang-Ming Chang
論文名稱: 虛擬環境中使用者空間知識與尋路策略的探討—以地理標籤與聽覺符號為例
An Investigation on User’s Spatial Knowledge and Wayfinding Strategy in Virtual Environment—A Case Study of Geotag and Earcon
指導教授: 陳建雄
Chien-Hsiung Chen
口試委員: 陳玲鈴
Lin-Lin Chen
孫春望
Chun-Wang Sun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 設計學院 - 設計系
Department of Design
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 134
中文關鍵詞: 虛擬環境空間知識尋路策略後設認知
外文關鍵詞: Virtual environment, Spatial knowledge, Wayfinding, Strategy, Metacognition
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隨著資訊技術的進步與電腦設備的提昇,虛擬實境亦日漸普及。不僅是在科技領域,亦漸漸拓展到一般民眾的日常生活之中。而虛擬環境為透過電腦模擬而建構的虛構空間,因此,空間知識與尋路研究亦從實質環境延伸到了虛擬環境,而產生了許多新的議題與研究方向。過去已有許多研究探討人類的空間知識的建立與尋路,然而,在虛擬環境中的空間知識建立與尋路仍需深入探討研究。

本研究之研究目的有二,首先是探討虛擬環境所附加之資訊(地理標籤與聽覺符號)對使用者空間知識建立與尋路策略、績效、與後設認知之影響,以提供未來虛擬環境尋路應用與研究之參考;其次為探討使用者於虛擬環境中之空間知識的建立與尋路策略的內在認知歷程,包括策略、後設認知、與績效,並建立使用者心智模式。

首先進行文獻探討歸納相關研究以確立研究方向,並且透過現況調查與情境調查法(Contextual Inquiry)調查目前網路地理資訊系統對於地理標籤的應用現況以及使用者的互動經驗。根據以上成果,接著進行實驗驗證。本研究實做模擬一大規模、高密度之3D虛擬城市以進行實驗,針對「地理標籤」與「聽覺符號」進行實驗設計,實驗結果分析可分為「地理標籤與聽覺符號之於受測者在虛擬環境中尋路的影響」、「屏除操縱變因的影響,探討受測者其內在認知歷程與外在績效表現的關係」兩部份。第一部份關於地理標籤與聽覺符號的研究結果如下:

(1) 聽覺符號對使用者的空間知識與尋路績效均產生顯著差異,證實其提供了正面助益,地理標籤則否。主要原因在於聽覺符號較為直覺,不被環境中的建築物所遮擋,且提高使用者的愉悅程度。

(2) 對於空間知識與尋路,歸納出於虛擬環境中附加資訊的基本原則:呈現方式必須直覺、不易被環境干擾、辨識程度高、資訊量適中。

第二部份透過問卷、訪談與績效量測,藉以觀察紀錄受測者之內在認知歷程,包括了建立空間知識策略、後設認知、空間知識等,研究成果如下:

1. 使用者在虛擬環境之中建構空間知識最基本的策略為:以地標為基礎的「點」,透過地標與地標之間的決定點,以相對方向串接,進而構築成「路徑」的概念,累積足夠之路徑知識並且逐漸建立絕對方向概念,透過使用者本身的組織能力以轉化為俯瞰知識,進而成為「面」的概念。

2. 「路徑策略」與「路徑知識得分」相關性最高,「絕對方向策略」與「俯瞰知識得分」相關性最高。由此可知,路徑知識或俯瞰知識並非單獨受某種特殊策略所影響,其與多個策略均有相關性,不同的空間知識建立策略使用程度組合將會影響受測者的空間知識。

本研究根據外在環境(虛擬環境附加資訊)與內在認知(策略使用與後設認知)對使用者在虛擬環境中建立空間知識與尋路進行全面的觀察與分析,根據研究結果建立一使用者心智模式,期望能作為未來設計師在虛擬環境相關應用上提供參考,有助於使用者在虛擬環境中建立空間知識並成功順暢地進行尋路。


As the rapid development of information technology (IT) and digital equipment, virtual environment (VE) keeps going popular progressively. VE not only can help the progress in high-tech field, but also can extend to people’s daily lives. Since VE is a synthetic cyberspace built based on computer simulation, research on spatial knowledge and wayfinding also extends from physical environment to virtual environment, which brings more new issues for exploration. Lots of research studies related to human spatial knowledge and wayfinding behavior in physical environment has been done in the past, however, human spatial knowledge and wayfinding behavior in virtual environment still needs to be investigated further.
These are the two purposes of this study. The first one is to discuss the influence of the metadata regarding Geotag and Earcon adopted in the virtual environment pertinent to users’ strategy, performance, and metacognition for spatial knowledge and wayfinding behavior. The findings can be good reference for future VE application. The second one is to investigate human cognitive process of constructing spatial knowledge and wayfinding behavior while navigating in VE, including performance, strategy, metacognition as well as metal model built based on the research findings.
In this study, relevant literatures were first reviewed to help establish the topic of this study. How Geotag applied in geographic information system (GIS) was investigated. In addition, users’ experience in interacting with it was also examined by means of the technique of contextual inquiry. According to the generated results, the experiment was conducted afterward. A large-size, high-density synthetic cybercity was built for the experimental purpose. The first portion of the generated results pertaining to the influence of Geotag and Earcon on users’ spatial knowledge and wayfinding behavior in VE revealed that:
1. There existed significant difference on both users’ spatial knowledge and wayfinding behavior in terms of the Earcon variable. It means that incorporating the Earcon in the VE is beneficial for user’s wayfinding behavior. The reason can be that the influence from Earcon is more intuitive. It is not blocked by buildings and can raise users’ pleasure perceptions.
2. The basic principles of using metadata attachment in VE are: enabling intuitive representation, not being interfered by the environment, providing high level of recognition, and offering appropriate information quantity.
The second portion of the research findings is about the results generated from questionnaire, interview, and observation regarding users’ cognitive process in terms of wayfinding strategy, metacognition, and task performance. They are discussed as follows:
1. Users’ basic strategy for building up their spatial knowledge is to adopt the “landmark” as the basic position and set up “decision points” among landmarks. Then they would connect these decision points with “relative direction” and the concept of “route” could be constructed. After accumulating enough route knowledge and the concept of “absolute direction”, users could transform them into “survey knowledge” based on their own thinking and problem-solving capability. The concept of “surface” could be formed.
2. There exists strong correlation between the wayfinding strategy regarding “paths” and “route knowledge”, and also between the strategy of “absolute direction” and “survey knowledge.” It means that both route knowledge and survey knowledge are not affected by single specific strategy, but by many strategies instead. Different combination of strategies would also influent the spatial knowledge that users had built.
This research study intends to investigate how users construct their spatial knowledge which would affect their wayfinding behavior based on external environment (i.e., metadata attached in VE) and their internal cognitive processes (i.e., strategy use and metacognition). The author hopes that the research results can be good references for interaction designers when they design future virtual environment that can help users construct correct spatial knowledge effectively and conduct wayfinding tasks efficiently.

第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 4 1.3 研究範圍與限制 6 1.4 研究目的 8 1.5 研究流程與研究架構 9 第二章 文獻探討 12 2.1 虛擬環境 12 2.2 人機介面互動 12 2.3 地標 13 2.4 尋路 16 2.4.1 尋路績效的評估方式 19 2.4.2 航位推算法 ( Dead-reckoning method ) 19 2.4.3 迷失 ( Disorientation ) 20 2.5 認知地圖 (Cognitive map) 20 2.6 空間知識 (Spatial knowledge) 21 2.7 建立空間知識的策略 21 2.8 後設認知 (Metacognition) 23 2.9 後設資料 (Metadata) 24 2.9.1 地理標籤 (Geotag) 25 2.9.2 聽覺符號 (Earcon) 25 第三章 研究方法 27 3.1 研究主題與實驗流程 27 3.2 研究進行步驟 29 3.3 研究第一階段:情境調查法(Contextual Inquiry) 29 3.4 研究第二階段:實驗驗證 31 3.4.1 實驗目的 31 3.4.2 研究變項 31 3.4.3 實驗設計 34 3.4.4 實驗硬體設備與軟體環境 35 3.4.5 實驗之虛擬環境設計 36 3.4.6 受測對象選擇 45 3.4.7 實驗任務設計 46 3.4.8 實驗第一階段 47 3.4.9 實驗第二階段 49 第四章 現況調查與情境調查法結果 52 4.1 現有服務整理 52 4.1.1 Google Maps簡介 52 4.1.2 Google Earth 簡介 54 4.1.3 Flickr World Map 簡介 55 4.2 各服務延伸應用整理 57 4.3 情境調查法 59 4.3.1 受測者篩選 59 4.3.2 情境設計 59 4.3.3 實驗限制與實驗任務 59 4.4 小結 61 4.5 初步使用者心智模式 63 第五章 實驗分析與討論 64 5.1 自我評估問卷分析 64 5.1.1 空間知識建立策略—路徑 65 5.1.2 空間知識建立策略—決定點 68 5.1.3空間知識建立策略—相對方向 71 5.1.4空間知識建立策略—絕對方向 74 5.1.5空間知識建立策略—地標 77 5.1.6 各項策略使用程度與後設認知之差異 82 5.1.7 受測者自我評估總結 86 5.2 尋路任務時間績效分析 87 5.2.1 任務一之分析:路徑知識尋路測驗 87 5.2.2 任務二之分析:俯瞰知識尋路測驗 90 5.2.3 小結 91 5.3 認知地圖繪製結果分析 92 5.3.1 評分方式說明 94 5.3.2路徑知識分析 97 5.3.3俯瞰知識分析 98 5.3.4 小結 100 5.4 愉悅程度語意差異問卷 100 5.4.1 詞組一:呆板vs.生動 100 5.4.2 詞組二:無聊vs.有趣 102 5.4.3 詞組三:難受vs.舒服 103 5.4.4 詞組四:沮喪vs.開心 105 5.4.5 詞組五:沉悶vs.活潑 107 5.4.6 小結 108 5.5 相關性分析 108 5.5.1 時間績效與空間知識的相關性 109 5.5.2 任務績效與受測者後設認知之相關性 110 5.5.3 空間知識建立策略使用程度與空間知識得分之相關性 111 5.6 實驗結果討論 112 5.6.1 受測者間之實驗結果討論 112 5.6.2 受測者內之實驗結果討論 114 第六章 結論與建議 116 6.1 研究結論 116 6.1.1 「地理標籤」與「聽覺符號」延伸至虛擬環境中的附加資訊 117 6.1.2策略使用程度與其空間知識的關係 118 6.1.3使用者心智模式 119 6.2 後續研究發展建議 120 【附錄一】虛擬環境互動實驗說明 126 【附錄二】互動實驗測後問卷 132 圖 1.1 研究流程圖 10 圖 2. 1尋路行為決策過程與各階段內容 ( 王人弘,1993) 20 圖 2. 2 GOOGLE EARTH 25 圖 2. 3 FLICKR 25 圖 3. 1本研究之實驗流程 28 圖 3. 2 正式實驗前之練習用虛擬環境 35 圖 3. 3 實驗虛擬環境俯瞰圖 36 圖 3. 4實驗虛擬環境特殊地標分佈圖 39 圖 3. 5地點與地標之地理標籤呈現方式 40 圖 3. 6實驗介面設計 46 圖 3. 7實驗第一階段任務二之特殊路口關卡 48 圖 4. 1 GOOGLE MAPS(左側欄位為路徑規畫服務GOOGLE RIDE FINDER) 53 圖 4. 2 商業尋找服務 53 圖 4. 3 GOOGLE EARTH 3D建築模式、貼圖、與陰影(WILIPEDIA) 54 圖 4. 4 GOOGLE EARTH中的地理標籤 55 圖 4. 5 FLICKR所提供之關鍵字標籤 56 圖 4. 6 FLICKR所提供之WORLD MAP中的地理標籤 56 圖 4. 7 GOOGLE MAPS之洛杉磯市區俯瞰圖 60 圖 4.8 GOOGLE EARTH之洛杉磯俯瞰景象 60 圖 4.9 FLICKR WORLD MAP之洛杉磯俯瞰圖 61 圖 4. 10 初步使用者心智模式 63 圖 5. 1地標策略使用程度之交互作用 79 圖 5. 2地標後設認知之交互作用 81 圖 5. 3虛擬環境中之特徵評分列表 93 圖 5. 4認知地圖評分案例(路徑知識12分;俯瞰知識4分) 95 圖 5. 5認知地圖評分案例(路徑知識14分;俯瞰知識13分) 96 圖 5. 6 受測者感受之交互作用-難受或舒服 105 圖 6. 1 虛擬環境中使用者心智模式 120 表 2. 1 地標的種類與功能 14 表 2. 2 可提高建築可記程度的特性 14 表 2. 3 建築的位置對可記性的影響 16 表 2. 4 虛擬環境中的尋路輔助方式 18 表 2. 5 空間知識建立的策略 23 表 3. 1 實驗組別 32 表 3. 2 依變項 34 表 3. 3 特殊地標-咖啡店 40 表 3. 4 特殊地標-橋樑(北) 41 表 3. 5特殊地標-餐廳 41 表 3. 6 特殊地標-賣場 42 表 3. 7 特殊地標-學校 42 表 3. 8 特殊地標-診所 43 表 3. 9 特殊地標-音樂廳 43 表 3. 10 特殊地標-橋樑(南) 44 表 3. 11 特殊地點-叉路 44 表 3. 12 特殊地點-路口 45 表 3. 13 實驗第一階段之任務列表 47 表 3. 14 實驗第二階段之步驟 49 表 4. 1 服務整理列表 58 表 5. 1 實驗資料列表 64 表 5. 2 路徑策略使用程度之敘述統計 65 表 5. 3 路徑策略使用程度之雙因子變異數分析 66 表 5. 4路徑後設認知之敘述統計 67 表 5. 5路徑後設認知之雙因子變異數分析 67 表 5. 6 決定點策略使用程度之敘述統計 68 表 5. 7 決定點策略使用程度之雙因子變異數分析 69 表 5. 8 決定點後設認知之敘述統計 70 表 5. 9 決定點後設認知之雙因子變異數分析 70 表 5. 10相對方向策略使用程度之敘述統計 72 表 5. 11相對方向策略使用程度之雙因子變異數分析 72 表 5. 12相對方向後設認知之敘述統計 73 表 5. 13相對方向後設認知之雙因子變異數分析 73 表 5. 14絕對方向策略使用程度之敘述統計 75 表 5. 15絕對方向策略使用程度之雙因子變異數分析 75 表 5. 16 絕對方向策略後設認知之敘述統計 76 表 5. 17 絕對方向策略後設認知之雙因子變異數分析 76 表 5. 18 地標策略使用程度之敘述統計 78 表 5. 19 地標策略使用程度之雙因子變異數分析 78 表 5. 20地標後設認知之敘述統計 80 表 5. 21地標後設認知之雙因子變異數分析 80 表 5. 22 全體受測者之策略使用程度之敘述統計 82 表 5. 23 全體受測者之策略使用程度之單因子變異數分析 83 表 5. 24 全體受測者之策略使用程度之SCHEFFE事後檢定分析結果 83 表 5. 25 全體受測者之績效自我評估之敘述統計 84 表 5. 26 全體受測者之績效自我評估之單因子變異數分析 84 表 5. 27 全體受測者之績效自我評估之SCHEFFE事後檢定分析結果 85 表 5. 28 地理標籤與聽覺符號對空間知識建立的影響 86 表 5. 29 路徑知識尋路測驗錯誤次數之敘述統計(單位:次) 88 表 5. 30 路徑知識尋路測驗錯誤次數之雙因子變異數分析結果(單位:次) 88 表 5. 31 路徑知識尋路測驗思考時間之敘述統計(單位:秒) 89 表 5. 32 路徑知識尋路測驗思考時間之雙因子變異數分析結果(單位:秒) 89 表 5. 33 執行任務二平均時間之雙因子變異數分析結果之平均數與標準差(單位:秒) 90 表 5. 34 執行任務二平均時間之雙因子變異數分析結果之F值與P值(單位:秒) 90 表 5. 35 路徑知識之雙因子變異數分析之平均數與標準差 97 表 5. 36 路徑知識之雙因子變異數分析之F值與P值 98 表 5. 37 俯瞰知識之雙因子變異數分析之平均數與標準差 99 表 5. 38 俯瞰知識之雙因子變異數分析之F值與P值 99 表 5. 39 詞組一(呆板VS.生動)之敘述統計 101 表 5. 40 詞組一(呆板VS.生動)雙因子變異數分析 101 表 5. 41詞組二(無聊VS.有趣)之敘述統計 102 表 5. 42 詞組二(無聊VS.有趣)雙因子變異數分析 103 表 5. 43 詞組三(難受VS.舒服)之敘述統計 104 表 5. 44 詞組三(難受VS.舒服)雙因子變異數分析 104 表 5. 45 詞組四(沮喪VS.開心)之敘述統計 106 表 5. 46 詞組四(沮喪VS.開心)雙因子變異數分析 106 表 5. 47 詞組五(沉悶VS.活潑)之敘述統計 107 表 5. 48 詞組五(沉悶VS.活潑)雙因子變異數分析 108 表 5. 49 時間績效與空間知識正確程度之相關性 110 表 5. 50 空間知識得分與後設認知之相關性 111 表 5. 51 策略使用程度與空間知識得分之相關性 112 表 6. 1 地理標籤與聽覺符號比較整理 117

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