優質生活體驗屋：智慧化互動庭園情境設計
97/10/07
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鄭泰昇｜
成功大學建築系／創意產業設計研究所
從愛麗絲夢遊仙境談起
《愛麗絲夢遊仙境》是一部著名的童話故事書，描述一個炎熱的夏日午後，愛麗絲和姊姊坐在正飄著落葉的大樹下看書，因為好奇心的驅使，跟著那隻蹦蹦跳跳的兔子跑進了後花園，卻一不小心掉進了一個既黑暗又深遠的洞穴，從此展開了一段千奇百怪夢幻般的旅程。
這故事給予建築師和空間與多媒體設計師很大的想像空間，有趣的是，洞穴中是一個不可思議的奇幻夢境，空間情境像是在夢中看見的，又似是真實的。這樣多采繽紛的幻想世界，鼓勵我們發揮想像力，想像由一個虛擬實境與真實環境共築的世界。未來是否會存在著一個「愛麗絲夢遊仙境」的奇幻空間呢？這樣的空間要如何利用新科技來建構？科技對真實的生活世界會有什麼影響？
虛擬與真實的空間共構
如此說來，是不是需要把未來人們的生活帶入虛擬實境中？當然不是！相反地，是可以把虛擬實境帶入實體的空間環境裡。試想有一天，當「愛麗絲夢遊仙境」般的情境庭園進入每一個家庭，人們可以在繁忙的生活步調中，回到家中需要心靈沉澱的時候，走進這一特殊的庭園。
庭園是一個山水園景的縮影，在昏暗的燈光中，坐在石頭上獨自沉思默想時，這石頭會逐漸發出亮光，照亮周遭的山水園景，接著蝴蝶開始從四面八方飛舞進來，與庭園的山水造景相互輝映。這時候，牆面突然變成透明螢幕，影像與真實交織成為一個多采繽紛的奇幻世界，人在虛擬與真實交錯的空間裡，已經分不清是夢或是真實，彷若置身夢遊仙境故事般的情境中，和愛麗絲一起進入科幻的異想世界。在交織的情境中，心靈得到沉靜，在冥想中得到身、心、靈的解放。
這樣科幻般的空間情境，一直是每個人的夢想，也是科幻作家最愛的寫作題材。對建築與空間設計師而言，卻似乎是個遙不可及的研究主題，因為還有許多根本的問題尚未解決，包括虛擬實境如何與真實環境整合、多媒體如何創造並延伸空間的情境、材質如何即時轉變、空間界面如何重組、空間界面如何與電腦機器互動等。整體來說，這是一個新的「互動設計」領域，也是未來「智慧化生活空間」的研究範疇。
成大優質生活體驗屋
過去幾年，成功大學的研究團隊結合了建築、工業設計、電子、電機、資訊、通信等相關產業技術與自動化設計，在成大的奇美樓1樓，建構了全國第一個跨領域、大規模的智慧化居住空間「成大優質生活體驗屋」。目標是以人本的概念，結合高科技的研發，創造一個未來智慧生活空間科技的區域整合中心。
在優質生活體驗屋的正中央，建構了一個類似「愛麗絲夢遊仙境」的庭園空間情境，稱為「智慧化互動庭園」。庭園的空間與電腦資訊互動，是由成大建築系資訊建築研究室的團隊研發設計的，化想像為創意空間，把人性化的多媒體互動科技導入人造的庭園中，使電腦轉為無形，遍布在空間中看不見的地方，並且利用感測科技創造人與電腦多媒體互動的效果，實現了一個「愛麗絲夢遊仙境」般的奇幻世界。
為什麼要把「愛麗絲夢遊仙境」置入到未來家庭的實體空間中？因為在這故事背後，看到了一個潛藏的隱喻，即現代人對現實生活的一種「脫離」的渴望。在現在繁忙的都市生活裡，人們對於居住的要求不再只是一個可以遮蔽風雨的建築物，更重要的是一個與自然一同呼吸的空間，一個與心靈契合的空間情境。這種對自然的渴望與健康的需求，已經超越傳統空間設計的範疇，甚至提升到心靈層次的幸福感。
雖然與理想還有很大的差距，但是目前電腦多媒體科技與建築空間設計的整合研究，已經創造出很讓人驚訝的智慧生活空間了。過去幾年，世界著名的研究計畫，包括美國麻省理工學院的「活氧計畫」、喬治亞理工學院的「感知住宅」、微軟研究機構的「自在生活計畫」、菲力普公司的「環境智能」願景等，這些與傳統建築空間研究計畫不一樣的地方，就是由電腦通訊科技業者主導，把電腦多媒體科技導入建築空間中，讓科技來適應人的生活習性，使電腦逐漸與人們的生活環境融合。
相對於國外的研究，在成大建築系的資訊建築研究室裡，研究團隊不斷地腦力激盪，想像別人不能做的智慧生活科技與媒體空間互動設計，同時研究如何與電腦多媒體科技結合，創造出一個和愛麗絲奇幻的異想世界相同的庭園空間。以下介紹二個創新的庭園空間互動設計實驗，其中一個是座落在成大的奇美樓1樓室內枯山水庭園造景的「智慧化互動庭園」，另一個是座落在戶外，位於成大建築系地下一層的入口轉角的庭園－－「資訊驛站」。
智慧化互動庭園
當走進成大奇美樓的優質生活體驗屋時，迎面展開的是一個小巧、靜謐、虛擬與實體整合的智慧化互動庭園。造景是模仿日本枯山水的庭園，地面是由細小的白砂石鋪地，細細耙過整齊的痕跡，彷彿水波在小島周圍泛起，透過疊放有緻的座椅與枯樹枝的精心布局，呈現如山水般的生動，對人的心境產生神奇的冥想力量。這庭園設計應用了多項的互動介面與感應科技，包括智慧感應座椅、地板互動多媒體投影、智慧玻璃隔間、即時去背影像牆面及智慧風鈴與互動風車。
智慧感應座椅 庭園的座椅刻意設計成為照明的器具，是由 3 個白色的蛋形壓克力燈箱所構成，裡面裝著微型感測器及 LED 燈。當感測器偵測到人坐著的時候，會驅動燈光發亮，同時記錄坐著的時間，因此當人離開後，燈具箱仍然會持續亮著，持續發亮的時間則依坐著的時間長短決定。
智慧感應座椅的互動設計有二個目的，第一是省能。平常庭園照明在沒有人活動時是關閉的，一旦偵測到有人活動，座椅燈光會在人坐下後才開始發亮（但是只有人坐著的庭園燈椅是亮的，沒有人坐的庭園燈椅仍是暗的）。電腦會記錄人坐留的時間，即使在人離開後，智慧庭園會根據坐留時間的長短，決定座椅燈持續發亮的時間。一段時間之後，座椅燈會自動熄滅，以節約能源。
第二個目的是情境察覺。當人起身離開時，庭園燈椅不會馬上關閉，因此後來的人可以根據庭園燈椅的明亮程度，以及沙堆上飛舞的虛擬蝴蝶，察覺之前使用者的情境，彷彿讓人感覺有人氣的餘溫存留在庭園中，增加了非同步的社交互動的溫馨感。
互動多媒體地板 當人坐在智慧感應座椅上時，智慧感測後的反應不只是燈光的開關，還包括地板互動的多媒體投影影像。做法是把投影機隱藏在開放式天花板裡，並把動態虛擬蝴蝶影像投影在白砂石鋪地上，也就是人坐在智慧感應座椅後，智慧座椅會驅動蝴蝶影像的投影。3 個不同的智慧感應座椅，各會驅動紅、藍、黃 3 種不同顏色的蝴蝶，蝴蝶的數量也會因人坐著的時間逐漸增多，最後交織成一幅蝴蝶飛舞的美麗動態圖畫，人可以藉此進入冥想的意境中。
智慧玻璃隔間 在成大奇美樓優質生活體驗屋中，進行了一連串彈性空間與智慧材料的互動實驗，把庭園與起居室的隔間牆改成懸吊式彈性隔間，並換成可瞬間切換內含液晶材料的調光玻璃。調光玻璃固定在一個框架中，框架的角落嵌入射頻晶片，當二片玻璃框架分開時，玻璃呈現透明狀態。而當使用者推動玻璃框架關閉隔間牆時，藉著射頻晶片感測的訊號，瞬間切換玻璃成不透明。
從使用者的觀點而言，當客廳與庭園需要通透時，拉開牆面，玻璃隨即變成透明狀態，視線可以穿透空間。反之，當空間需要私密性的時候，隔間牆可以關閉，玻璃瞬間呈現不透明狀態。空間可以依照使用者的需求，智慧地轉換材質的透明度，主動改變材質屬性，以配合不同的空間情境設定。
即時去背影像牆面 當調光玻璃瞬間切換成半透明時，遠端的即時影像便可以投射在玻璃上。由於在遠端的書房裝設的智慧型網路攝影機具有臉部辨識的功能，當人在書房坐下後，攝影機辨識到人臉時，可瞬間把書房的影像投影到起居室與庭園的調光玻璃上，並且可以即時去除背景，讓多重影像疊合在一起。這是假設家人分居各地時，可以利用這樣的設備來連絡家人的感情。
智慧風鈴與互動風車 當庭園的自然風吹起時，搖動的風鈴會啟動動態感應器，把訊息傳到起居室的電腦伺服器，電腦接到訊息後，立即驅動位於室內的互動風車的馬達，於是風車開始轉動吹起涼風。對於室內的使用者而言，由於庭園的自然風透過數位互動裝置，由風力轉成數位訊息，再從數位訊息轉成動能，把自然的風「吹」進室內，因而感受到庭園的自然風。
資訊驛站
另一個戶外庭園，位於成大建築系地下一層的入口轉角處－「資訊驛站」。資訊驛站是一個教育部補助的案子，原意是把一個校園創意空間，以空間再利用的手法改造成為永續科技教育的戶外資訊交換場所。運用的設計方法，是透過整合智慧感測晶片、互動多媒體、空間牆板與自然地景結合，透過無線感測網路的彼此連結及實體構件的彈性擴充組合，達到空間資訊探索與社交的功能。
智慧型地板 資訊驛站設計了單元格狀的透明高架地板，把電容感測器嵌入每一個方格內，以偵測使用者站立的位置，並即時顯示適當的資訊，提供使用者隨處隨選的資訊媒體。地板單元可隨基地範圍擴充，並填充不同的鋪面材質或裝設不同的感測裝置，例如把附近生態水池中的物件元素（如樹葉、枯枝、石頭等）挑選後置入，在地板的矩陣方格內形成一個永續環境認知地圖，它也可做為裝置藝術展示使用。
擴增實境 在資訊驛站的另外一側，是一個移動式的空間擴增實境裝置，使用者可移動牆板上面的透明螢幕，看到投影在螢幕上的數位影像及後面的生態水池。當使用者靠近展示板時，系統會切換到投影模式，把虛擬的生態水池系統及埋設在地下的相關管線投射在透明螢幕上，並可用手勢點選透明螢幕上的不同選單，透過虛擬影像疊印在實際肉眼所看到的實景上，獲取平常生態水池的相關資訊。
資訊薄膜 資訊驛站的上方吊掛著一大片薄膜，一方面界定出空間領域，另一方面懸吊的薄膜可做為大尺度的顯示投影幕。薄膜可以隨時顯示生態水池的循環狀態與資訊解說，利用動態與即時的資訊解說和生態水池的狀態連結。另一種應用是利用互動設計的概念，當智慧型地板偵測到使用者進入資訊驛站的範圍時，就能瞬間把飛舞的虛擬蝴蝶投影到薄膜上。聚集的人愈多，飛舞的虛擬蝴蝶也愈多，虛擬的樹葉也開始增長，讓虛擬與實體交織共構成智慧化互動庭園的空間情境。
社交連結平台 資訊驛站在設計上企圖拉近這角落空間與生態水池間的聯繫，可把資訊驛站做為走廊來展示空間與生態水池兩個不同的情境。對學生而言，提供了休憩的空間與查詢其相關資訊的地點，間接強化了社交的功能，成為一個可隨時提供討論、溝通的資訊互動平台。利用資訊驛站提供的實體設施與相關科技設備，除了可在這地點進行實質討論外，也可利用科技設備進行遠距溝通，並把數位訊息留在這實體地點供人閱讀，而讓這角落空間轉換為一個社交連結的平台。
互動設計的挑戰
「智慧化互動庭園」和「資訊驛站」的共通性，就是結合科技與人文跨領域的研究，設計未來居住空間的實驗。而這些實驗性的未來居住空間，正面臨著 3 個面向的挑戰。第一是如何使電腦與居家生活空間的牆、地板、物品與擺飾結合，創造出一個舒適便利的智慧生活空間。這種使電腦運算趨於無形，卻又無所不在與居家生活交織在一起的科技，稱為「普及運算」。「智慧化互動庭園」就是一個顯著的例子，它把電腦隱藏在自然庭園中，成為居家生活的一部分。
第二是著重在用人的肢體動作與語音來取代電腦滑鼠與鍵盤，用最自然的方式跟電腦互動對談，稱為「人機互動介面設計」。最後，是設計不同大小的影像顯示方式，使人可以自然地獲得資訊，例如大如牆面或地板的投影，小如手機螢幕的顯示，得以分散地呈現在不同時空的顯像裝置上。
建築空間的資訊革命
建築一向被視為人體皮膚之外的另一個皮層，不但提供居住的庇護，也是內外空間的轉換介面。而在電腦以各種不同的形式介入居住空間之後，建築進而成為人與電腦互動的介面。如果建築像人體一樣，具有大腦、感覺神經與自主動作反應，可以聰明地感受到人的需要，察覺周圍環境的變化，根據環境氣候的條件，做主動的回應與改變，那該有多好！這種具有感覺，會思考與可調適的建築生命體，一直是居住者的夢想。
「智慧化互動庭園」多久才會成為人們生活居家環境的一部分？校園與城市街道何時會布滿「資訊驛站」？何種建築科技應用會帶動未來的創新產業？現在不可能明確預測出來。雖然，人們對於科技過度介入生活普遍存有一些疑慮，深怕生活反而被電腦機器所控制，不過，「智慧化互動庭園」與「資訊驛站」是一個創新的概念，很可能在未來居家與城市生活的舒適便利、安全健康、永續節能，甚至未來空間的情緒治療上，都扮演重要的角色。
現在的實驗結果雖然無法完全去除人們對於科技過度介入生活的疑慮，不過如果智慧化互動設計的普及率達到臨界點，世界可能就從此改變。
