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教育資料與圖書館學

Journal of Educational Media & Library Sciences http://joemls.tku.edu.tw

Vol. 50 , no. 1 (Fall 2012) : 135-167

可觸式擴增實境輔助博物館

導覽效益之研究

A Study of Using Tangible

Augmented Reality System to Enhance the

Learning Effects on Museum Artifacts

王曉璿* Hsiao-Shen Wang*

Associate Professor E-mail: [email protected]

黃昭儒 Chao-Ju Huang

Teacher E-mail: [email protected]

林志宏 Chih-Hung Lin

Graduate Student E-mail: [email protected]

吳浚瑋 Jiun-Wei Wu

Graduate Student E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]�





English Abstract & Summary see link

at the end of this article


教育資料與圖書館學　50 : 1 (Fall 2012) : 135-167DOI: 10.6120/JoEMLS.2012.501/0476.RS.CM

可觸式擴增實境輔助博物館導覽效益之研究

王曉璿*副教授

國立台中教育大學數位內容科技學系 E-mail: [email protected]

黃昭儒

教師

南投縣平和國小

E-mail: [email protected]

林志宏

研究生

國立台中教育大學數位內容科技學系 E-mail: [email protected]

吳浚瑋

研究生

國立台中教育大學數位內容科技學系

E-mail: [email protected]

摘要

本研究嘗試以擴增實境科技融入博物館文物展示，以改善所展文物

互動性不足與無法任意細察之現象，探究其所提供之效益。據此目

的，本研究分兩階段進行，第一階段探索其應用於文物展的互動機

制與因素，主要透過WiiRemote設計的擴增實境操作介面以了解參觀者的使用經驗與感受。第二階段則據此結果，設計可觸式擴增實

境操作介面以提升導覽效益。經兩年研究發現：㈠導覽設計須特別注意使用者年齡、性別及經驗。㈡導覽系統宜特別注意易用性與互動性。㈢導覽系統的易用性會影響學習功能性及學習者專注度。㈣使用者對此類介面持正向態度。因此本研究建議未來進行博物館文

物導覽系統設計時，可考量將此類介面融入其中以提升整體效益。

關鍵詞：博物館導覽系統，擴增實境系統，互動介面設計，可觸式介面設計

∗本文主要作者兼通訊作者。

2012/03/21投稿；2012/07/16修訂；2012/07/17接受

研究論文


136 教育資料與圖書館學　50 : 1 (Fall 2012)

前　　言

博物館內有許多豐富的文物樣本展覽品讓人目不暇給，館藏文物樣本不僅

提供參觀，也為後代提供典藏保存，促使博物館謹慎將館藏文物樣本呈現在玻

璃櫥窗中，雖然保護展覽工藝品文物樣本，但有些工藝品文物樣本有特別的聲

音和特殊的材料屬性，因此也限制了參觀者更詳細閱覽該文物樣本及與其即時

互動的機會（Figueroa et al., 2009）。同時Koleva等人（2009）研究亦指出，博物

館館藏文物樣本的靜態文字解說（如：傳統解說牌）對於博物館參觀者的吸引

力不足，透過數位資訊呈現方式，提供館藏文物樣本的相關解說和背景素材是

目前博物館教育的重要方式之一，尤其融入具有互動性的導覽裝置，則更會引

起博物館參觀者的閱覽動機與強化其主動參與博物館文物樣本內容學習興趣，

因此本研究嘗試將資訊科技融入博物館的館藏文物樣本導覽應用，並結合資訊

科技與可觸式使用者介面設計的可觸式擴增實境（Tangible Augmented Reality）

（Ishii, & Ullmer, 1997; Billinghurst, 2008; Billinghurst, Grasset, & Seichter, 2010）

技術，以探究其應用於博物館文物樣本導覽效益狀況。是故本研究主要研究

目的分別為㈠分析博物館導覽系統的使用需求為何？㈡擴增實境可觸式導覽系

統介面是否符合參觀者的期望？㈢可觸式擴增實境導覽系統介面對於參觀者而

言，在認知歷程上能否加深其印象，或能否達到參觀者探索的目的？

二、文獻探討

本研究以可觸式擴增實境技術建構博物館內可觸式擴增實境導覽裝置，以

下針對相關理論基礎與技術進行相關文獻探討。

㈠博物館的教育功能與導覽需求曾世昌與高淑貴（2005）認為，博物館具有蒐藏、研究、展示、教育、

娛樂等功能，但前三項功能僅算是被動典藏呈現功能，而教育與娛樂則是博

物館與人民息息相關且能達到寓教於樂的主動功能。蕭顯勝、黃向偉與洪琬諦

（2007）引用Burcaw（1997）之論述，認為博物館內之各種活動如蒐藏、研究與

展示，都應以教育為導向才能彰顯其教育功能；另外就學習角度而言，良好的

博物館在教育這項功能上，不僅在於教導參觀者知識，更應著重在引導與啟發

參觀者的好奇心和學習興趣等態度上（蕭顯勝等，2007）。吳麗玲（2000）的研

究更指出，博物館的功能雖有教育功能，但並非以傳遞學習的資訊為主，而是

在培養參觀者學習的態度與觀念。

然而對於博物館展覽現場的實際參觀情形而言，相關研究（陳茵美，

2004；許世璋與陳淑寶，2004；王啟祥與于瑞珍，2007）卻指出：博物館參觀

者在面對展示區的各個單一展覽品時，所停留的時間都不會太長，如何藉由


137王曉璿、黃昭儒、林志宏、吳浚瑋：可觸式擴增實境輔助博物館導覽效益之研究

適當的設計以抓住參觀者的目光，並進而吸引其注意力以達到博物館教育之功

能，是當前博物館展覽所面臨的重大問題，其中如何針對導覽方式進行改善研

議，是不可忽視的重要議題之一。

目前在博物館內對於導覽的措施，可依照型態上的不同分為人員導覽、

文字導覽、聲音導覽與多媒體導覽（陳宗玄、陸地，2006），Grinder與McCoy（1985）認為，導覽有許多種定義，當然也涵蓋大家印象中「邊走邊講」（walk

and talk toures）的導覽解說，拜現今科技快速發展之賜，在Mendes、Drees、Silva與Bellon（2010）的研究發現，擬真的可視化3D模型不僅成為保存自然與

文化資產的一項重要功能，同時透過包含高層次互動性與可用性功能的呈現，

3D視覺化可支援更具吸引力的教育和科學活動。

雖導覽的類型眾多，但依據宋曜廷、張國恩與于文正（2006）的研究，設

計不良的行動導覽系統容易讓參觀者產生注意力分配困難的情況，且在專注於

人機互動時，忽略了人與境的互動，少掉了人與人之間的互動，不僅增加了孤

立感，也背離了當初進入博物館接受非正式教育的初衷，形成只是來博物館感

受新科技潮流的情況，因此在安排導覽與設計導覽時，必須審慎考慮到新科技

的引入是否有喧賓奪主或模糊主題的問題，造成參觀者注意力在切換虛擬與現

實之間中斷的困擾。而此項困擾又與參觀者的背景知識有直接相關，當參觀者

在觀賞過程中，若不具備相關的知識背景，則很容易陷入孤單、不適的窘況，

相對的，如果具有相關的參觀背景資訊，則參觀者就會以較輕鬆的心情來參觀

瀏覽（吳麗玲，2000），同時若在展場設置互動式裝置並配合實物展出，則更能

發揮寓教於樂的效果（楊哲賓，2010）。Carrozzino等人（2008）的研究也認為，

在博物館中運用虛擬實境（Virtual Reality, VR）及其相關技術如擴增實境（Aug-mented Reality, AR），將能有效用來作為導覽解說與推廣文化遺產，進而發揮博

物館教育之功能。

Grinder與McCoy提出導覽解說之功能應包括下六項（吳佩修、朱斌妤，

2001）：資訊（information）、引導（guiding）、教育（educational）、娛樂（enter-tainment）、宣導（propaganda），以及鼓舞人心（inspirational）。Scott進一步指出

配合博物館導覽解說功能，現今博物館之導覽系統發展可歸納為三點（林宏

熒，2006）：㈠博物館導覽解說方式從過去的語音導覽解說方式邁向結合影音

科技的新方式。㈡自出現互動式多媒體資訊站（KIOSK）之後，結合影音與多

媒體導覽方式逐漸流行於博物館之間。㈢利用電腦作為互動平台，傳遞相關資

訊給予來訪參觀者以利其學習，已是世界上博物館應用多媒體的既定模式。

Figueroa等人（2009）的研究則認為，擁有視覺、聽覺與觸覺的多重感官介面讓

博物館參觀者在場域中體驗虛擬物件，比起觀看放置在玻璃窗後真實工藝品的

方式更有吸引力，且多感官的體驗與特別的觸碰科技對於一般大眾而言是非常



新鮮的，藉由正確引導都能很容易的克服新科技之學習曲線並享受這樣的互動

體驗。

由上述研究可發現，互動式展覽能提供博物館參觀者更多樂趣以及在學習

方面更多經驗與印象，當參觀者與展覽文物樣本的互動性增加，不僅可加深參

觀者對展覽文物樣本的印象，透過更直接與直覺的文物樣本呈現方式，更可讓

參觀者因新鮮、有趣的展覽方式而對學習產生興趣。因此規劃一套良好的導覽

系統以供參觀者認識文物樣本，並進而引發他們的學習興趣就顯得十分重要。

但導覽系統的規劃與設置並不是要取代既有的導覽人員，而是讓導覽解說功能

更臻完善，尤其一些無法透過言語描述清楚的空間與抽象概念，藉由導覽人員

與導覽系統的相輔相成，可讓參觀者有更具體與實際的概念。此外，當參觀者

於非人員導覽時間參觀時，這些互動式導覽系統則能提供參觀者一個可自由探

索、學習與研究的服務。而想要達到上述功能，則導覽系統中的人機介面設

計，便扮演相當重要的角色，何種人機介面才能符合導覽系統的需求則是需要

進一步探討的方向。

㈡人機介面的互動性與使用性探討Lauesen（2005 /曾俊儒、張世敏譯，2008）對於使用者介面的定義為：整

個系統扣除隱性的數值運算、資料儲存、資料傳輸等，其所有能看見的、聽見

的以及感覺到的就是使用者介面。而在許多研究中對於使用者介面（user inter-face）也有許多不同稱呼，例如：man-machine interface（MMI）、human interface或human computer interaction（HCI）（許淑貞，2008），因此使用者介面，主要

關連到設計者、使用者以及使用系統之間的關聯。Norman曾提出一個概念模

型（如圖1），以說明設計者、使用者與系統三者之間的關係（Preece, Rogers, & Sharp, 2007 /陳建雄譯，2009）。

圖1　Norman概念模式資料來源：互動設計：跨越人—電腦互動（Interaction design:

Beyond human-computer interaction），Preece, Rogers, & Sharp, 2007，（陳建雄譯， 2009），頁58。



從圖1可知，由於使用者模式和設計模式之間對於系統意象會因認知模式

不同而存在著落差，所以探討人機介面的可用性一直是相關領域研究者十分關

注的議題。Benyon、Turner與Turner（2005）認為，系統或產品的可用與否，應

在人（People）、行為（Activities）、場合環境（Contexts）、科技（Technologies），

即PACT之間取得平衡。也就是說，人機介面是介於人和機器之間的橋樑，藉

由發送訊息與接收訊息來和機器溝通，若要獲得使用者的青睞，人機之間的

「溝通方式—互動性」與「操作過程—使用性」，都是設計者所不能忽略的，尤

其融入多媒體資訊與互動性於良好介面設計之中，更能在導覽解說的過程上，

肩負起適當的學習引導功能。Schwier與Misanchuk（1993）於「互動式多媒體教

學」專論中特別針對互動式多媒體教學定義出五項設計要點，分別是教學性的

（instructional）、多媒體來源的（multiply-sourced）、片段式的（segmented）、有意

義設計的（intentionally designed）與具連貫性的（coherent）。

同樣的，Kristof與Satran（1995）亦將互動性依程度高低，由最低的控制步

伐速度到最高的控制模擬區分為七個等級，並認為越高的互動性控制能力會讓

使用者產生越高的沉浸效果。而在博物館視覺設計呈現上，Foni、Papagianna-kis與Magnenat-Thalmann（2010）則進一步對傳統工具的使用到現今2D、3D數

位科技之呈現做更詳細分類。從圖2模型可看出，R（red）代表精確程度，G（green）代表互動程度，B（blue）代表自動程度。此外，每一個點上的骨架顏色

代表它們虛擬的程度，黑色表示真實，灰色表示混合，白色表示虛擬，當需要

進行開發系統時，設計者就可依照這個4D立體模型所指示的各個向度，很快

規劃出相符之導覽系統，以縮短開發時程。

圖2　博物館視覺呈現的4D分類模型Note. From “A taxonomy of visualization strategies for

cultural heritage applications,” by Foni et al., 2010, Journal of Computing and Cultural Heritage, 3(1), p3.



互動性越高的人機介面在操作過程可讓人產生越高的沉浸效果，Michael等人（2010）在博物館中設計了六種不同的博物館互動式導覽 ICT系統以進行

研究，經評估後發現：具互動性的 ICT展示比傳統導覽方式有較高的得分，且

大部分學童想要再體驗一次，而在其他的研究報告也有類似的發現（Wrzesien, & Raya, 2010; Tost, & Economou, 2007; Tost, & Economou, 2009）。有吸引力的互

動性設計能讓使用者注意力被牢牢抓住並產生樂趣，增加參觀者再次體驗的意

願，而一個良好介面設計功能則在於引導使用者產生良好的互動性操作經驗，

就是說若要開發良好的介面就必須注重使用性工程的設計原則。

綜合上述宋曜廷、張國恩與于文正（2006）、Michael等人（2010）、Wrze-sien與Raya（2010）、Tost與Economou（2007）及Tost與Economou（2009）之論

點，互動裝置的設計不佳可能存有干擾參觀者學習的潛在風險，但若能適當的

安排與設計，對參觀者而言，則具有增進探索、學習與研究意願的功能，並

能讓參觀者於往後參觀時樂於再次操作與體驗，因此在設計互動裝置時必須考

量各種層面與因素，符合參觀者對導覽系統之需求，過與不及皆非適當。

良好的介面使用性對使用者產生吸引力，讓他們在操作時能將注意力專注

在系統的操作，不會因中斷（break down）而跳出系統情境中，進而對系統操作

失去興趣與意願，因此Nielsen（1993）認為，設計的好壞可從兩方面來評估；

使用性（usability）和功能性（utility），使用性可從「1.學習性（Learnability）；

2.效率性（Efficiency）；3.記憶性（Memorability）；4.錯誤率（Errors）；5.滿意度

（Satisfaction）」五個效標來評量，而功能性，則可從內容來評估。

隨著資訊科技的快速發展，更多結合互動性、吸引性與虛擬性的資訊科技

應用不斷產生，其中虛擬實境（Virtual Reality, VR）與擴增實境（Augmented Re-ality, AR）技術，由於具有多元的人機介面應用吸引因素，更是受到重視與發展

（李孟軒，2007；Chen等人，2009；江東霖，2010）。其中將虛擬實境與擴增實

境技術應用於導覽解說學習，依然獲得許多良好成效（Wrzesien, & Raya, 2010; Tost, & Economou, 2007; Tost, & Economou, 2009; Gabbard, & Swan, 2008; Dünser, Grasset, & Billinghurst, 2008），使用者對於擴增實境的導覽解說普遍感受新奇及

趣味性高，因此如何將此資訊科技應用於博物館導覽系統，將是未來不可忽視

的重要議題之一。

㈢擴增實境應用在博物館導覽系統設計探討本節主要探討擴增實境發展與可觸式擴增實境應用，以了解可觸式擴增實

境技術應用於博物館導覽系統之可行性與相關技術。

1. 擴增實境現況發展探討自Sutherland的The Ultimate Display發表以來，因擴增實境具有強化使用

者知覺以及與現實世界互動的能力，其相關研究越來越多（Parhizkar, & Zaman,



2009），隨著軟硬體效能的提升與相關技術的成熟，擴增實境的應用案例也越

來越普遍，不論商業、教育、建築、軍事、科學、醫療和娛樂等領域均可發

現其蹤跡（Billinghurst, 2008; Parhizkar, & Zaman, 2009）。為了與原本的虛擬實

境做出區隔，Milgram與Kishino（1994）嘗試以虛擬連續圖（Virtuality Continum, VC）的方式解釋現實環境、擴增實境、擴增虛擬與虛擬實境的不同，並將整個

虛擬連續圖統稱為混和實境，如圖3：

圖3　Milgram與Kishino（1994）的虛擬連續圖

Azuma（1997）則進一步定義擴增實境的系統必須符合三個特徵：結合真實

和虛擬、即時互動，與3D定位。而在擴增實境的發展趨勢上，從Zhou、Duh與Billinghurst等人（2008）的研究可發現過去十年間（1998-2007）擴增實境技術

約略朝向兩個群組發展，一為包含五個主要研究領域：追踪、互動、校準、

AR應用及顯示，二為包含評估 /測試、移動 /可穿戴AR、AR創作、可視化、

多重模態AR及貼圖渲染研究領域，經整理後亦發現有兩個發展趨勢，即強調

互動性與移動式AR。而在擴增實境的「顯示」技術則可分四個類型：頭戴式顯

示器 (Head Mounted Display, HMD)、投影顯示器、手持式顯示器，與螢幕顯示

（Vallino, 1998; Azuma, 1997; Zhou et al., 2008）。Vallino（1998）認為，螢幕顯示

的擴增實境在沉浸度上雖不如其他HMD，但它卻提供了最簡單達成擴增實境效

果的方式，且在多人協同時可簡單的分享視角以及交換彼此的眼神和表情等社

交符號，這在其他HMD中則是需要許多其他額外設定才能達到相同的效果。

擴增實境在標籤（marker）外觀上雖有所不同（鄭邦堅，2010；郭桐霖，

2009），但其同樣功能都在提供攝影機可以擷取並進行標記定位的作用，其運

作過程大略分為五個步驟（Kato, Billinghurst, Poupyrev, Imamoto, & Tachibana, 2000; Billinghurst, Kato, & Poupyrev, 2008）：

⑴ 輸入影像：放置marker於攝影機前供擷取。

⑵ 影像閾值化：將攝影機所擷取的影像畫面二值化。

⑶ 偵測marker：與儲存於系統的marker資料進行比對。

⑷ 建構並估量3D位置：若比對的資料無誤，則開始依照X、Y、Z軸之相

對應位置建構或載入3D物件。

⑸ 虛擬影像輸出疊覆：將即時繪製的3D物件或外部3D物件與攝影機擷取

的畫面相疊覆。



其中在建置3D物件方面，可使用一般常見的3ds MAX或Maya進行3D建

模，完成建模後再以OpenCOLLADA for 3ds Max或OpenCOLLADA for Maya等外掛將建好模型轉換成Action Script 3.0可接受的 .dae（digital asset exchange）

檔案；另外，若要進行快速建模或對於上述3D建模軟體不熟，則可考慮使用

相片建模軟體，例如：3D SOM進行（利用相機以固定角度繞著實體物件拍攝

一圈，接著將所拍攝相片進行去背後，匯入相片建模軟體中，接著透過相片建

模軟體建構出3D物件）。

在Sylaiou、Mania、Karoulis與White（2010）的透過虛擬實境和擴增實境技

術讓使用者知覺文物樣本的呈現感與樂趣之關係研究發現，這些技術是新奇且

受歡迎的，能提供使用者一個符合成本效益且具有吸引力的體驗，且擴增實境

物件及虛擬實境的呈現感與樂趣之間有顯著正相關，當參與者越能體驗到「身

處其中」，他們就越能體驗到樂趣。也就是說，當與一個科技系統互動時，高

層次的臨場知覺將會緊密的與滿意度和滿足感相關聯。

2. 可觸式擴增實境的應用Ishii與Ullmer在1997年提出可觸式使用者介面概念（Tangible User Inter-

face, TUI）。TUI是一種新型態的人機互動介面，其最終目的在於擺脫鍵盤、滑

鼠以及圖形使用者介面的羈絆，讓使用者能更自由的往返於虛擬與現實之間。

Fishkin（2004）則進一步以分類方式說明可觸式使用者介面的不同型態，並

將TUI分析歸納為體現（embodiment）與隱喻（metaphor）兩個向度來做探討與

分類，雖TUI的理念相當良好，但TUI仍有其限制（Billinghurst, 2008），主要為

⑴難以改變物件的屬性，⑵有限的顯示能力，⑶實體與顯示是分開的。而擴增

實境（AR）具有強化顯示介面與結合實體與顯示功能，正可彌補TUIs的限制，

因此Billinghurst（2008）整合了 TUI 與 AR 概念，發展出可觸式擴增實境的操

作模式。

早期的可觸式擴增實境可以Kato等人（2000）的VOMAR研究為代表，主

張「使用一般的物件操作來控制虛擬物件」，而Billinghurst等人（2008）則將可

觸式擴增實境的發展分為兩種介面原型，空間多工介面和分時多工介面，並定

義七個原則：⑴運用實體控制器作為操作虛擬內容之用，⑵支援空間3D的互

動技術（例如：使用物體接近的方式），⑶同時支援分時多工與空間多工的互動

性，⑷支援多手的操作互動，⑸支援符合實體物件對互動工作需求的限制，

⑹在支援平行活動的能力中，多重物件應能被操作；⑺當多位參與者時能協同

操作。結合可觸式使用者介面以及擴增實境後，Billinghurst等人（2010）的研

究進一步指出，理想的可觸式擴增實境介面能達到無接縫的顯示和互動，它能

消除傳統擴增實境以及可觸式使用者介面在功能上與認知上被發現的接縫，可

觸式使用者介面使用上相當直覺，由於使用者已知如何操作現實世界的物件，



所以能藉由將互動方法建立在這些物件的操作上，產生非常直覺的人機操作

介面。另外，Slay、Thomas與Vernik（2002）則將可觸式擴增實境介面分為三

種：⑴markers陣列（Array of Markers）；⑵選單系統（Menu System）；⑶撥動

開關（Toggle Switches），並認為這三種方法中，以撥動開關最為易用且其隱喻

性最好。

綜上所述，可觸式擴增實境介面具有兩個特點（Billinghurst et al., 2010; Parhizkar, & Zaman, 2009）：⑴每個虛擬物件都被註記到一個實體物件上；⑵使

用者藉由操作相對應的可觸式物件而與虛擬物件互動。同時依據Billinghurst等人（2010）研究，設計可觸式擴增實境介面有三個關鍵要素必須考慮（如圖4），

分別為系統中的實體要素、視覺和聽覺的顯示要素，以及互動隱喻上必須讓現

實世界的互動對應到虛擬物件的操作，如此將更能讓可觸式擴增實境介面發揮

直覺式無接縫人機操作介面的效果。

圖4　可觸式擴增實境的關鍵要素Note. From “Tangible Interfaces for Ambient Augmented

Reality Applications,” by Billinghurst et al., 2010, Human-Centric Interfaces for Ambient Intelligence, p.9.

經由以上博物館的教育功能與導覽需求探究發現，提供適當的互動式導覽

系統於博物館參觀者，對提升其參觀動機與導覽興趣具有潛在的效益。同時若

能針對不同導覽文物樣本，提供更具互動性、吸引性，與擬真性的可觸式擴增

實境導覽環境，不僅可讓參觀者維持一定的空間感與學習情境脈絡，也能降低

建置情境的成本，且新奇、趣味、高互動性的可觸式擴增實境，對參觀者而言

更適於學習與適應，預期將對博物館的教育功能效益更為提高。因此本研究主

要嘗試針對博物館的自然生物樣本，希望讓參觀者能自由翻轉、縮放觀看，展

示樣本的整體樣貌或其細部紋理。同時考量日後在博物館內實際邀請參觀者親

自操作特性，以及參觀者年齡層的廣泛度，所以選擇以大家常見的蝶類標本為

主題，進一步深入探討發現在相關的昆蟲博物館或自然科學博物館中，常會見

到皇蛾的標本，因它是世界上最大的蛾類，在早期台灣以蝴蝶為外銷出口時，

部分彰化、南投地區的農民在芭樂價格收購價格欠佳期間，轉而以芭樂樹葉養

殖皇蛾，其價格高於芭樂價格甚多，因此衍生出專職養殖皇蛾的果園農場。時

至今日，隨著人類對生態棲息地的開發與不斷破壞，目前在野外已很難看見皇

蛾的蹤跡，而皇蛾農場也在時空背景轉換下早已不復見，希望藉由此導覽，讓

參觀者對於皇蛾有更進一步認識，同時體驗應用科技於博物館文物樣本導覽的

效果。



三、研究方法

本研究共分為兩個階段的實證研究，第一階段主要進行初探性互動式擴增

實境導覽系統設計（王曉璿、黃昭儒、蔡秉昆、謝京偉，2010），以學習曲線

較低且在當時甚受歡迎的WiiRemote為操作介面，目的在探討結合擴增實境技

術導覽系統於博物館的可行性，並經參觀博物館人員實際應用，然後以問卷、

訪談的方式收集關鍵要素，以了解參觀者的接受程度。第二階段則進行可觸式

擴增實境導覽系統設計，旨在改善第一階段的錯誤率與直覺性，並考量實際建

置於博物館的可能成本問題，以多點觸控物件操作方式，讓參觀者具備新奇、

有趣且直覺的使用者經驗，進而讓參觀者願意再次使用與體驗，同樣經博物館

參觀人員實證應用，並以問卷、訪談與觀察等方式，進行資料彙編與分析，相

關研究過程分述如下。

㈠第一階段研究1.互動式擴增實境系統設計：據林豪鏘、廖俊凱、陳世偉與朱昱融（2009）

之研究，相較於ARToolkit，FLARToolKit能透過Flash輸出成網頁可接受的格

式，易於往後透過網路流傳，故本實驗採用FLARToolKit建置互動式擴增實境

導覽系統並以WiiRemote作為操作介面（如圖5），以便讓參觀者能透過WiiRe-mote自由的翻轉、縮放3D物件。

2.研究對象：為求研究樣本與數據能有一定的代表性，本實驗依據王啟祥

與朱仕甄（2010）之研究，博物館的參觀人潮會在上午十點到十一點間，以及

下午兩點到三點間呈現雙峰現象，因此將實驗時間控制在上午十點至下午三點

之間，以求樣本能涵蓋各層級年齡與性別（如圖6）。

圖5　WiiRemote操作介面圖6　第一階段WiiRemote實驗

3.研究過程：在系統評估方面，本研究以李克特量表（Likert Scale）為評分

方式，並依Nielsen（1993）之系統評估理論為基礎，設計符合系統使用性與功

能性之評估問卷，分為兩個評估群組：使用性評估群組：可學習性（第1題）、



效率性（第2題）、可記憶性（第3題）、錯誤率測謊題（第4題）、錯誤率（第5題）、

滿意度（第6題）。功能性評估群組：3D物件探索四題（第7、8、9、11題）、導

覽內容測謊題（第10題）以及影音導覽內容評估（第12題）；並設計一題半結構

式訪談以了解參觀者對擴增實境互動式系統的接受度與建議為何。

4.資料處理與分析：內部一致性信度以SPSS進行檢驗，內容效度則請一

位專家學者及兩位任職於科博館的研究人員進行評估，整體系統評估問卷信度

Cronbach’s α值0.813，使用性評估群組信度Cronbach’s α值0.779，功能性評估

群組信度Cronbach’s α值0.718皆合於量表工具可用之水準；所得原始資料再以

獨立樣本 t檢定及交叉分析表進行分析，以驗證其顯著性。

5.初探性結果：參觀者對互動式擴增實境的導覽都很喜歡，但在操作上的

錯誤率稍微偏高，有造成參觀者操作中斷（break down）進而影響其認知歷程的

可能性。因此，為讓參觀者在操作上更直覺並降低錯誤率，於第二階段時將操

作介面改為可觸式擴增實境導覽系統，並對此作更進一步的評估與研究。

㈡第二階段研究本研究經過第一階段的實證研究發現，互動式擴增實境導覽系統對參觀者

而言，具有高互動性、新奇、有趣，且能提高參觀者的認知興趣與印象之優

點，但在操作的直覺性與錯誤率上仍有需要改進之處，因此在參考相關研究設

計後（Slay et al., 2002; Lee, Nelles, Billinghurst, & Kim, 2004; Ha et al., 2010; Juan, Toffetti, Abad, & Cano, 2010; Henderson, & Feiner, 2010），繼續進行第二階段的實

證研究。

1. 可觸式擴增實境系統設計相較於EZFLAR，FLARToolKit套件相對簡潔易用，可依既有的Flash語法

編寫對應的擴增實境作品，但FLARToolKit在呈現可觸式AR與處理多個3D物

件時則顯得過程繁複；因此在第二階段時，為達到multi marker與可觸式的效

果及輸出成Flash，並進一步降低編寫的複雜度，故採用整合性更高的EZFLAR套件（https://github.com/tcha-tcho/EZFLAR）。FLARToolKit與EZFLAR兩者雖

是不同的擴增實境套件，但皆以Action Script3.0為語法，且EZFLAR套件是以

FLARToolKit為基礎所開發與整合而成，對開發者而言，將可更專注於想要呈

現的擴增實境效果，而不被繁複的Array邏輯所困。

2. 可觸式擴增實境系統設計程序與功能⑴ marker設計：依據介面設計原則，本研究於Photoshop製作一邊長六公

分左右之正方形，每邊外圍各留下約1公分白邊，內部則設計一黑框白底黑圖

帶有隱喻性符號的 JPG檔，以便於參觀者操作。

⑵ 3D物件設計：為求做出擬真度較高的3D皇蛾物件，首先以數位單眼相

機高解析度方式拍下皇蛾標本每一部分，接著再於3ds Max中建好皇蛾的模型



與骨架，最後將已利用Photoshop去背完成的高解析度圖片依照皇蛾各部位相對

位置，於3ds Max中完成貼圖，並設定好翅膀揮動的秒數及存成EZFLAR可讀

取的 .dae檔。

⑶ marker與3D物件連結設計：本研究透過使用MakerGenerator.air（http://saqoosha.net/lab/FLARToolKit/MarkerGenerator/MakerGenerator.air）製作各個

marker的 .pat檔，並將各個 .pat檔與3D物件置於EZFLAR的圖形與物件資料夾

中，完成marker與3D物件的對應關係設計。

⑷ 可觸式擴增實境系統功能

在導覽系統方面，操作方式改為可觸式擴增實境介面，總計需要 9 個

marker，包括：上、下、左、右、放大、縮小、影片播放、影片停止以及3D皇蛾，根據相關研究者之研究，決定將編號1~6號的marker按鈕控制功能整合

成一個群組並貼在正方體6個面上；編號7、8的marker導覽影片播放停止功能

整合成一個群組黏貼在同一張卡片正反面；當要控制3D皇蛾時，一手握住立方

體，另隻手碰觸朝上的marker，則系統即可透過偵測marker的有無，控制3D皇蛾的放大、縮小和左右旋轉；若要影片播放與停止，則可翻轉7、8號marker卡片。此部分由於可讓參觀者透過marker物件直接操弄，並具有即時多點觸發

功能，比之使用互動電子白板或觸控面板，皆較為直覺與具實際參與感。其系

統雛型發展可分為三個階段。

A. 單一按壓單一動作：首先設計出單一按壓單一動作的可觸式擴增實境

按鈕（如圖7），但進行內容效度評估後，認為頻繁的按壓與WebCam偵

測皆須等待時間，在操作上較不順暢，可能影響使用者的使用意願與

心情，所以將系統運作模式改為觸發後連續動作。

B. 單次觸發連續動作：由於單一按壓單一動作操作不流暢，經過內容效

度評估後將操作方式改為單次觸發連續動作（如圖8），解決了流暢性問

題，但其缺點在於以WebCam偵測立方體上marker做觸發，對於使用

者而言，除需要時間熟記各面的對應關係外，再加上一般WebCam鏡

圖7　單一按壓單一動作圖8　單次觸發連續動作



頭廣角度不足，在操作立方體上marker時，常會干擾、遮蔽到3D皇蛾

物件的marker，造成操作上不連貫，因此將操作模式再進一步改良。

C. 單次按壓連續動作：由於以立方體為操作模式不完全符合需求，因此

將操作介面由立體介面改為平面按鈕介面，並考量鏡頭廣角度問題，

將擴增實境按鈕數由原本6個改為4個；在測試也發現，複雜度較高的

marker，容易因現場光源與光影的影響而產生誤判，因此一併修改影片

播放的對應marker。透過文獻探討，建立了以立方體為操作介面的導覽

系統，卻又無法讓使用者產生流暢、簡單、易用的使用者經驗；因此

將操作介面修改為平面4個按鈕和1個3D皇蛾物件，若要播放影片則

將紙張翻面即可，不過進行內容效度評估時卻發現，原本考量人體工

學而採用U字形排列的按鈕，可能因手指要按上方按鈕卻未習慣AR按

鈕不可遮蔽的特性而誤觸下方按鈕，形成同時觸發兩個按鈕的狀態（如

圖9），有影響使用者操作意願與心情的疑慮，因此進一步將按鈕排列

方式調整為一字形排列（如圖10），而影片播放方式則未變（如圖11，

影片改編自：http://www.youtube.com/watch?v=9r9Laslf4hc&NR=1）。

圖9　U形排列可能產生誤觸情況圖10　一字形排列的AR按鈕

圖11　marker對應皇蛾生態解說影片



3.研究對象：與第一階段研究同樣為上午十點至下午三點之間的參觀者。

4.研究過程：以第一階段之系統評估問卷實施問卷調查，其後再輔以結構

性訪談以及參與式觀察法進行驗證。訪談部分考量第一階段之訪談結果，有回

饋者僅佔有效回收問卷的22/47，不及全部的一半，因此本次研究採用結構性訪

談，以增加參觀者對此部分回應的意願與效率，其內容包括四個面向：⑴認知

性問題（第1、2題），旨在了解參觀者能否經由導覽系統的影片介紹獲得相關的

知識；⑵導覽的易用度調查（第3題）；⑶真實度與使用意願之關聯性（第4題）；

⑷擴增實境的普及度調查（第5題）。而觀察記錄部分，則以DV記錄參觀者在

操作可觸式擴增實境系統時的反應，並以滿分4分為基礎，每當參觀者因操作

而出現一次負向反應則扣1分，直至4分扣完為止。

5.資料處理與分析：系統評估問卷與第一階段相同，僅針對部分文字做微

調，故信度與效度皆與第一階段相同；以上所得之原始資料再以獨立樣本 t檢定及交叉分析表進行分析，探討其顯著性。

四、結果與討論

經由兩年兩階段實驗之後，本研究主要以國立自然科學博物館的展示樣本

為研究範圍，以下針對各個階段所收集到的資料進行說明與比對，以探討本研

究所發現的相關問題。

㈠問卷量化統計分析1. 描述性統計由表1可知，第一階段與第二階段回收有效問卷樣本，平均數大部分都落在4

分以上或接近4分，可見對參觀者而言，無論以WiiRemote為操作介面的擴增實境

導覽系統或可觸式擴增實境的按鈕操作介面，普遍來說都很受到參觀者喜歡。

表1　各題得分統計表第一階段第二階段

系統評估題組樣本數平均數標準差樣本數平均數標準差

使用性評估群組

1. 可學習性 47 4.45 .619 55 4.45 .6032. 效率性 47 4.21 .720 55 4.27 .7063. 可記憶性 47 4.36 .705 55 4.56 .5364. 錯誤率測謊題 47 3.775 .9205 55 4.391 .59255. 錯誤率 47 3.72 .926 55 3.75 .9666. 滿意度 47 4.02 .944 55 4.36 .649

功能性評估群組

7. 3D物件探索 47 4.28 .902 55 4.07 .7668. 3D物件探索 47 4.38 .709 55 4.07 .9009. 3D物件探索 47 4.06 .942 55 3.89 .89610.導覽內容測謊題 47 4.029 .6074 55 3.921 .522911.3D物件探索 47 4.19 .924 55 3.82 .96412.影音導覽 47 4.26 .736 55 4.35 .700



2. 獨立樣本 t檢定⑴ 性別變項獨立樣本 t檢定

在第一階段實驗中，男女生在「效率性」得分上，F=0.426 ＞ α=0.05，

t=2.925，p=0.0025＜α=0.05，接受男女生在操作的效率性上有顯著差異；在

「3D物件探索」得分上，F=0.123＞α=0.05，t=1.712，p=0.047＜α=0.05，顯示

男女在3D物件探索上有顯著差異。

在第二階段實驗中，男女之間對於可觸式擴增實境導覽介面的使用性與功

能性分析，以p是否＜α=0.05進行判斷，經獨立樣本 t檢定發現，男女之間對

於可觸式擴增實境在使用性與功能性上並無顯著差異，意味著本系統功能並不

會因男性或女性之使用而出現差異。

⑵ 年齡編組（不同求學階段 /學歷）變項獨立樣本 t檢定

在第一階段實驗中，於「錯誤率」得分上，F=0.507＞α=0.05，t=2.304，

p=0.013＜α=0.05，顯示不同求學階段 /學歷在使用錯誤率上有顯著差異；在「導

覽內容」得分上，F=0.318＞α=0.05，t=-1.717，p=0.0465＜α=0.05，顯示不同

求學階段 /學歷在導覽內容學習上有顯著差異；依據第一階段實驗中「不同求學

階段/學歷」變項的顯著差異，進一步將參觀者的使用範圍限縮於「年齡」變項。

在第二階段實驗中，受限於樣本數所以在比較時將樣本合併為18歲以下組

和19歲以上組，以檢定不同年齡編組在使用性與功能性上是否有差異；在「錯

誤率」得分上，F=0.806＞α=0.05，t=-2.129，p=0.038＜α=0.05，顯示不同年齡

層間之「錯誤率」具有顯著差異，由得分結果，18歲以下組對此得分3.46，19歲以上組得分4.00，發現兩組使用者皆趨向滿意情況。而從這階段使用者資料

進一步發現以成年人為主的19歲以上組，隨著心智年齡的成熟與社會化加深，

對於類似鍵盤「盲打」的可觸式擴增實境按鈕適應情況相當不錯，但對於以未成

年為主的18歲以下組參觀者來說，類似鍵盤「盲打」的可觸式擴增實境按鈕，

則因心智年齡上尚未完全成熟，社會化程度不若成年人深，對於按鈕操作仍

須比成年人多一點時間操作與比對以完成導覽操作，因此在設計此類擴增實境

導覽介面時，應針對不同年齡層之間的心智發展程度加以考量，才能符合不同

年齡層的需求。另外在「3D物件探索」得分上，F=0.543＞α=0.05，t=-2.549，

p=0.014＜α=0.05，顯示不同年齡層之間對於「3D物件探索」得分具顯著差異，

同樣的，由得分結果 (18歲以下組得分3.81，成年參觀者為主的19歲以上組得

分4.31)，發現兩組皆趨向於滿意。

⑶ 遊戲機使用經驗變項獨立樣本 t檢定

在第一階段實驗中，經由 t 檢定後可知，不論有無遊戲操作經驗，p 值

都沒有顯著性差異。在第二階段實驗中，經由「錯誤率」得分上，F=0.853＞

α=0.05，t=2.045，p=0.047＜α=0.05，且有遊戲機使用經驗參觀者得分為4.467，

無遊戲機使用經驗參觀者得分為4.039，顯示遊戲機使用經驗的有無在使用介面



上有顯著差異，但皆趨向於滿意；因此，在設計可觸式擴增實境導覽介面上，

應考量將操作經驗融入遊戲操作元素以吸引參觀者的注意，但仍應避免參觀者

因沒有相關使用經驗而產生不知如何操作的窘況。

㈡訪談量化分析在第一階段實驗中，採半結構式訪談，其中，有40.91%參觀者對導覽系

統持肯定態度；27.27%參觀者認為感應的靈敏度可再加強；18.18%參觀者認為

操作介面可再改進；9.09%參觀者認為貼圖可再精緻些；另有4.55%參觀者認為

可應用於其他領域。

在第二階段實驗中，依據第一階段訪談結果，分四個面向做進一步探討：

1.認知性問題調查：針對使用者對文物樣本了解的認知問題總分成兩題訪

談 48 人，第一題答對的有 47 人，佔全部的 97.9%，答錯的有 1 人，佔全部的

2.1%，可見大部分參觀者都能在觀賞生態解說影片後，正確回答相關知識。第

二題答對的有43人，佔全部的89.6%，答錯的有5人，佔全部的10.4%，為分析

錯誤的5人是否顯著集中在某一自變項，再進一步作交叉分析及卡方檢定；在

性別、年齡、遊戲機使用經驗自變項中，經讀取Fisher’s精確檢定之精確顯著

性（吳明隆、涂金堂，2006；邱皓政，2009），分別為顯著性1.000＞α= 0.05、

1.000＞α= 0.05，與0.315＞α= 0.05，顯示錯誤類型並無顯著集中於性別、年齡

及遊戲機使用經驗有無特定群組上。

2.導覽的易用度調查：針對可觸式擴增實境介面的易用度調查，無論在性

別、年齡，與遊戲機使用經驗有無，經統計皆無顯著使用差別。但所有組別得

分皆在4分以上或趨近於4分，可見得此工具介面對於各組實驗人員皆具有易用

的感覺。

3.真實度與使用意願之關聯性：在使用意願與真實度卡方檢定中，經讀

取Fisher’s精確檢定之精確顯著性（吳明隆、涂金堂，2006；邱皓政，2009），

顯著性0.490＞α= 0.05，顯示真實度與使用意願間並無顯著性；此結果與其他

研究相似，3D物件真實度對操作意願的影響並不大，對於使用者而言，擴增

實境對於參觀者有吸引力在於它的互動性、易用性以及樂趣（許純蓓，2010；

Kato et al., 2000）。

4.擴增實境的普及度調查：為了解擴增實境的普及狀況，經訪談使用者得

知有9人聽過，佔全部18.8%，沒聽過的有39人，佔全部的81.3%；為進一步

分析是否顯著集中在某一自變項，再以交叉分析表進行比對，發現性別、年齡

與遊戲機使用經驗有無並無差別。由上述普及度百分率與三個自變項交叉分析

可看出，雖目前擴增實境的普及度還不太高，但並不會顯著集中在某個自變項

中，未來仍有繼續推動的空間。



㈢觀察記錄量化分析在第二階段實驗中，參觀者在滿分為4分的專注度評分中，整體專注度為

3.78，趨近於4分，可看出大部分參觀者對於可觸式擴增實境的導覽介面呈現正

向反應居多。以下從性別、年齡編組和遊戲機使用經驗等三個自變項分析其對

使用者專注度之影響。

1.性別自變項中參觀者專注度分析：F= 0.342 ＞ α= 0.05，t= -0.419，p= 0.678＞α= 0.05，顯示男女組別間在專注度上表現並無顯著差異；也就是說，

無論男性或女性在操作，其專注度都能集中在可觸式擴增實境的操作介面上。

2.年齡編組自變項中參觀者專注度分析：F= 0.001＜α= 0.05，t= -1.795，

p= 0.0405＜α= 0.05，且18歲以下組平均得分為3.67，19歲以上組平均得分為

3.90，皆趨近於4分，但兩者之間仍有顯著差異。再與訪談資料的年齡編組自變

項交叉分析表與卡方檢定相印證，參觀者在專注度上表現雖有顯著差異，但都

覺得易於使用。若與第二階段問卷中年齡自變項獨立樣本 t檢定比對更可發現，

不同年齡編組間有顯著差異情況，顯示對不同年齡層參觀者而言，隨著其不同

的心智發展與社會化程度，對於可觸式擴增實境導覽系統介面操作有很大的影

響力。綜合以上問卷、訪談與觀察三者而言，從問卷可看出不同年齡層間對於

擴增實境導覽系統在學習錯誤率的操作上有顯著差異，在3D模型細緻度也有不

同需求，但對於操作上的易用性則無顯著差異。整體而言，不同年齡層在可觸

式擴增實境導覽系統的操作中，雖會受到年齡因素的影響，但由於可觸式擴增

實境的易用性，使得不同年齡層間雖在專注度上有差異，但仍讓參觀者維持高

專注度與不錯的問卷得分。

3. 遊戲機使用經驗有無自變項中參觀者專注度分析：F=0.221＞α=0.05，

t=1.152，p=0.257＞α=0.05，顯示遊戲機使用經驗的有無在專注度上表現並無顯

著差異；無論是否具有遊戲機使用經驗，對於操作可觸式擴增實境導覽系統而

言，並不會影響其專注度之表現。若與第二階段問卷中遊戲經驗自變項獨立樣

本 t檢定可發現，遊戲機使用經驗的有無對於可觸式擴增實境的按鈕錯誤率而

言有顯著性差異，但兩者在滿分5分的五點量表上，有遊戲機使用經驗者本題

得分為4.467，無遊戲機使用經驗者本題得分為4.039，雖皆超過4分，然使用者

在操作時依舊受到遊戲機使用經驗的影響。進一步依交叉分析表與卡方檢定對

照更可發現：遊戲機使用經驗的有無會影響到錯誤率，但對使用者而言，遊戲

機使用經驗的有無對於易用性的影響並無顯著性，也就是說，無論參觀者是否

有遊戲機使用經驗，在易用性上並無顯著差異，可觸式擴增實境介面對兩者而

言都是易於互動的。



五、結論與建議

本研究主要探究應用擴增實境科技融入博物館文物樣本導覽展示之效益。

分兩個階段進行實證性研究，第一階段在探索擴增實境輔具應用於博物館文物

樣本展覽的互動機制與因素。第二階段則依據前一階段研究結果，設計可觸式

擴增實境操作介面，以輔助博物館參觀者提升文物樣本導覽的效益。綜合相關

研究資料，提出以下結論及具體建議，期能給往後研究者在從事相關研究時的

參考。

㈠結論1. 博物館導覽設計須特別注意使用者年齡、性別及經驗因素由實驗資料發現，無論第一階段或第二階段的研究都有一共通點：「年

齡」、「性別」或「遊戲機使用經驗有無」皆可能成為影響操作的變項。由研究資

料發現：當上述變項在使用性評估群組出現顯著性時，該變項在功能性評估群

組中也會有出現顯著差異的現象，因此在進行博物館導覽設計時，針對上述變

項之間若無法取得平衡，則參觀者在瀏覽時就很可能因介面操作上的問題而影

響其對導覽物件的探索與操作。此研究結果與之前研究（Nielsen, 1993）結果類

似，亦即當操作介面出現顯著差異或中斷時，將會影響使用者的情緒與意願，

因此博物館導覽設計在諸多人機介面設計考量因素中，需特別注意使用者的年

齡、性別及使用經驗因素。

2. 博物館導覽系統發展宜特別注意易用性與互動性因素在結構性訪談資料上發現，在認知性的題目中，參觀者的答對率都很高。

在探討易用度的題目中，我們發現可觸式擴增實境導覽系統的易用度在部分題

目上有顯著差異，但整體而言，參觀者的得分皆是趨向於喜歡。在探討真實度

是否會影響使用者意願的題目中，發現兩者之間並無顯著關係，參觀者並不會

因真實度的關係而影響其使用意願，在其他文獻（許純蓓，2010；Kato et al., 2000）也可看出，擴增實境真正吸引人之處是其互動性、易用性與樂趣。從研

究結果可發現，易用度是操作介面不可或缺的重要因素，參觀者最關心的是：

能否容易的操作3D物件，至於真實度如何則居次要考量；若再與問卷的獨立樣

本 t檢定相對照，則更可發現這個觀點，當使用者因性別、年齡或遊戲機使用

經驗自變項而產生使用性上顯著差異時，則很容易在功能性上也跟著出現顯著

差異情形。

3. 博物館導覽系統的易使用性會影響學習功能性及學習者專注度由參與式觀察資料上處理再經獨立樣本 t檢定後發現，性別、遊戲機使用

經驗自變項在專注度上無顯著差異，但年齡編組在專注度上卻有顯著差異；再

與問卷調查結果對照，可發現當年齡編組自變項在問卷的使用性評估上出現顯



著差異，問卷的功能性評估也會出現顯著差異，反映在專注度上，則出現年齡

編組在專注度上有顯著差異情況。由以上可看出，當自變項在使用性上出現顯

著差異時，自變項在功能性上也很容易出現顯著差異，而若自變項在功能性出

現顯著差異，則使用者專注度往往也會因此受到影響並出現顯著差異，我們將

上述「使用性」、「功能性」與「專注度」三者間的關係歸納為兩種情況，如圖12及圖13所示：

圖12　專注度無受使用性與功能性影響情況

圖13　專注度受使用性與功能性影響連動關係

4. 使用者對於可觸式擴增實境博物館導覽系統介面具有正向使用態度經由第一、二階段實驗發現，參觀者對於可觸式擴增實境博物館導覽系統

介面的使用態度評估，以及對於結合3D物件與影片的導覽探索應用喜好皆出現

顯著差異，顯示對於參觀者而言，以擴增實境技術作為博物館導覽系統是個相

當不錯的正面態度，未來極具輔助博物館文物樣本導覽系統發展的潛在效益功

能。

5. 配合擴增實境科技應用的博物館導覽系統設計考量本研究主要以自然科學博物館展示樣本為研究設計範圍，綜合可觸式擴增

實境技術發展，以及於博物館中實際供參觀者互動操作範圍大小與限制，目前

較適合應用擴增實境技術的展示樣本仍以小型展示樣本為佳，在建置與使用過

程仍需考量兩項重點：

⑴ 現場環境光源的複雜度：由於WebCam所擷取比對的資料為二值閾化

後之畫面，因此當現場環境光源過於複雜或變化較多時，會使系統

對marker產生誤判。

⑵ marker設計的複雜度：marker雖可依需求做設計，但過於相近或圖像

過於複雜，同樣會使系統產生誤判現象。

因此適當選擇要設計的樣本物件以及未來展示互動操作環境，將是未來應

用擴增實境於博物館導覽系統須特別注意考量的重點。



㈡建議經由本研究實驗過程與資料分析，提供相關如下建議：

1. 對於可觸式擴增實境系統之建議⑴ 就系統軟體發展而言，參考 Action Script3.0 的相關文獻後（Adobe,

2011；Hawkes, 2011），軟體設計上以Dictionary object類別取代array和object，對於系統而言也許會有較佳的效能。另外就硬體執行速度而言，在開發系統過

程中，發現Adobe Flash CS5能利用GPU對3D物件做更有效的加速，同時配合

不同的外掛系統模組連結，對於擴增實境系統的設計整合性與降低複雜性皆有

輔助效益可考量應用。

⑵ 就擴增實境系統的實際應用發展而言，研究者發現：可經由系統中對

不同的兩個marker值，做一些依據不同相對距離而產生的交互影響效果，如以

擴增實境說明太陽對地球之照射與陰影關係（http://www.unic8.com/labs/flarplan-ets-interactive-lightning）或以擴增實境解釋磁力與距離間的關係，讓國小學童建

立看不見的磁力大小概念，具有將抽象概念具體化的潛在學習效益（http://www.unic8.com/labs/flarmagnet-full-interactive-experience）。

2. 對於可觸式擴增實境系統未來可能發展方向之建議⑴ 依據Zhou等人（2008）之研究，若採用多模態AR（Multimodal Aug-

mented Reality），對提高追蹤效果與辨識率相當具有效果，因此整合 RGB CMOS的與紅外線3D深度感應器的Kinect攝影機，對在雜亂光源或複雜環境中

提高marker的辨識度與正確率應具有相當大的幫助，其SDK不僅可以手勢操作

取代鍵盤與滑鼠，甚至可用語音聲控，若以此作為導覽系統的介面，對參觀者

而言應會有更高的吸引力與沉浸感。

⑵ Miyashita等人（2008）進一步以markerless技術，在博物館規劃路徑導

覽與工藝品導覽，評估後所得的回饋都不錯，不過仍有些地方需要進一步探討

以及做更大規模的使用者樣本評估，相當值得往後的研究者以此為議題做進一

步研究。

⑶ 從訪談可發現，參觀者對於認知性題目正確率很高，且擴增實境的易

用度以及互動性相當的吸引人，因此有些研究者將擴增實境運用於兒童書籍上

（Grasset, Dünser, & Billinghurst, 2008），希望透過運用擴增實境技術以強化視覺

感受，以達到寓教於樂的閱讀效果，經初步訪談與觀察評估後，認為以使用者

樂趣、參與感和使用性而言是極佳的設計選擇，若以此作為繪本教學應會有相

當不錯的學習效果。

3. 對博物館導覽或相關服務應用之建議⑴ ICT的展示應與參觀者之既有經驗相結合，一方面可降低學習曲線，減

少認知負荷，另一方面也可提高參觀者的使用意願，增加導覽系統的使用率。



⑵ 除了室內的展示文物樣本外，國內外也不乏將擴增實境技術應用在室

外的案例，例如在舊有建築遺址上重現古代建築風貌，讓參觀者對於其原始

外觀與風貌有更進一步認識。是故針對未來擴增實境導覽系統開發，除可進行

3D物件的載入與操控外，若能於系統中內嵌以資料庫為基礎的影音互動展示內

容，對於參觀者而言，應更有其潛在效益。

參考文獻

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A Study of Using Tangible Augmented Reality System to Enhance the

Learning Effects on Museum ArtifactsHsiao-Shen Wang*

Associate ProfessorDepartment of Digital Content & TechnologyNational Taichung University of EducationTaichung, TaiwanE-mail: [email protected]

Chao-Ju HuangTeacherPin-He Elementary SchoolNantou, TaiwanE-mail: [email protected]

Chih-Hung LinGraduate StudentDepartment of Digital Content & TechnologyNational Taichung University of EducationE-mail: [email protected]

Jiun-Wei WuGraduate StudentDepartment of Digital Content & TechnologyNational Taichung University of EducationTaichung, TaiwanE-mail: [email protected]

AbstractThe purpose of this study was based on our WiiRemote system study results to improve the human-machine interface and to develop the tangible augmented reality system for the learning effects on museum artifacts. The system prototype of tangible augmented reality system for butterfly’s specimens was examined in National Museum of Natural Science. Through the research method of questionnaire, interview and observation, we gathered the different aspects of the data and the information from visitors of National Museum of Natural Science. Based on the analysis of research data, the important conclusions are as follows: 1. All visitors highly satisfied with the tangible augmented reality system and met their needs of use: high interaction, easy to use and enjoyment; 2. The system usability impacted the system utility. Furthermore both of system usability and system utility affected the users’ attention in tangible augmented reality system.

Keywords: Museum guide system; User interface; Tangible augmented reality

* Principal author for all correspondence.


160 Journal of Educational Media & Library Sciences 50 : 1 (Fall 2012)

SUMMARY

IntroductionDelivering museum guides digitally is currently an important method

for museum education. In particular, interactive museum guides can intensify visitors’ enthusiasm and interest. Therefore, this study intends to incorporate information technology into museum guides, specifically Tangible Augmented Reality technology, in order to investigate the benefits of applying these technologies to designing guides for museum artifacts.

Literature ReviewMain functions of museums are to provide educational and recreational

experiences so that visitors can learn and have fun at the same time. However literature review shows that visitors don’t stay very long for artifacts on exhibit. How to effectively design and attract visitors’ attention so that they can be cultivated by the exhibit? An important issue here is to improve delivering methods for museum guides.

Interactive exhibits can provide enhanced entertainment and make a deep impression on the visitors through a direct and intuitive way of presenting the artifacts. In addition, interactive exhibits apply a refreshing and enjoyable ICT approach so that visitors become interested in learning and are willing to go through the exhibits repeatedly. Museum guides are not to replace existing museum tour guides but to provide enhanced features for the guides. Also there are some dimensional or abstract concepts that are beyond describable. In this case interactive museum guides can help rendering a more tangible presentation about the artifacts. In addition, when museum tour guides are not available, the guides allow visitors to freely explore, learn and research in the museums. Therefore the human-machine interface for the museum guides is very important.

Research also shows that museum guides developed using Tangible Augmented Reality technology often increase visitors’ curiosity and interests as well as higher interactivity with the guides. As such, if we provide more interactive, attractive and stimulating Tangible Augmented Reality guide systems, not only the visitors can be assured with consistent sense of space and learning environment, but also the cost for creating such environment can be reduced. Hence the education function of museums can be enhanced in the future. Therefore, for this study the researchers focused on developing applications that had the capabilities of rotating and zooming on museum specimens as well as examining specimens’ detail textures. In view of the future needs of the research, “Altas moth” specimens was selected as the representing artifacts. In the past


161Hsiao-Shen Wang et al.: A Study of Using Tangible Augmented Reality System......

butterfly products, such as Altas moth samples, was once major exporting goods from Taiwan.

Research MethodsPhase IThere were two phases of the research. Phase I focused on conducting an

initial investigation on the design of interactive Tangible Augmented Reality systems (Wang et. al., 2010) and used WiiRemote. For the WiiRemote had a low learning curve and was popular at that time. The results showed that the museum visitors liked the system however it had a high error rate which caused “break downs” during operation and could affected cognitive processes.

Phase IIDuring Phase II we designed a Tangible Augmented Reality museum guide

system with the goal to improve the errors and intuitiveness identified during Phase I. The system design of the second phase of the experiment consists of three main parts, namely makers, 3D objects, and the TAR system. EZFLAR package was used as the source function library and three Tangible Augmented Reality system interface prototypes were designed: “single press triggers single motion”, “single trigger for continuous motion” and “single press triggers continuous motion”. The prototypes were evaluated by the museum visitors. The “single press triggers continuous motion” prototype was selected as the system interface and was tested by conducting surveys, interviews and observations in order to explore the users’ cognitive understanding of the use of this system, the ease of use of the system, the authenticity of the system object, the willingness to use of the system, and the feasibility of the Tangible Augmented Reality application.

Results and Discussion1.The visitors liked both operating interfaces used in Phase I and Phase II.2. When designing Tangible Augmented Reality museum guide systems,

elements of gaming can be incorporated in order to attract visitors.3. Visitors’ sex, age or level of experience with gaming consoles had no

clear effect on whether they found the Tangible Augmented Reality interface user-friendly.

4. The “reality” factor had no clear impact on willingness to use the system. For visitors the most attractive factors were interactivity, user-friendliness and enjoyment.

5. The error rate varied based on the visitors’ age. However they still had high degree of focus because the system was user-friendly.



6. The visitors’ level of experience with gaming consoles could have influences on the error rate but not on how they rated user-friendliness.

Conclusion and Suggestions1. Conclusion⑴ When designing museum guides, special attention needs to be given to

users’ age, sex and experience.⑵ When developing museum guide systems, user-friendliness and

interactivity should be address.⑶ The user-friendliness of museum guide systems has an influence on the

effectiveness of learning and the learners’ degree of focus.⑷ Users of Tangible Augmented Reality museum guide systems have a

positive attitude towards using the systems.⑸ To apply Augmented Reality technology for museum guides, one should

evaluate lighting in the environment and complexity of marker design.2. Suggestions⑴ From the software design perspective, the physical memory on the

hardware should be efficiently upgraded in order to reduce system load.⑵ The integration of RGB CMOS and 3D infrared sensor technologies

Kinect or markerless can be potentially beneficial to museums.⑶ Application of Augmented Reality technology enhances visual experience

of reading education and should be potentially beneficial for education. ⑷ When an ICT presentation matches a visitors’ experience, it can decrease

the learning curve, increase his willingness to adopt it and increase the use of the museum guide system.

⑸ Development of Augmented Reality museum guide system with a database integrated should potentially provide more benefits to visitors.

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