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作者:謝佩均;曾梓松(2003-08-08);推薦:徐業良(2003-12-15)
附註:本文為參加【2003極限創意】全國大專院校創意競賽報告書,獲得優選。

互動式遠端網路奕棋系統設計

1.     計畫背景與目的

市面上有許多電腦下棋或網路下棋的軟體,但對於許多以下棋為主要消遣的高齡者而言,使用搖桿或鍵盤來下棋,不但無法直覺地操作棋子,且無法看到對手、與對手直接互動,加上多數高齡者對科技有一份恐懼,高齡者對虛擬的奕棋電腦遊戲接受程度並不高。

本計畫針對高齡者設計一套互動式遠端網路奕棋系統,遠端使用者透過網際網路作為遠端遙控的媒介,運用單晶片控制近端高齡者的實體棋盤,使棋子到達要求之位置來奕棋。與一般電腦奕棋遊戲不同的是,近端高齡者操縱一副真正的棋盤與棋子不是面對冰冷的電腦螢幕、利用滑鼠在電腦上下棋,而是能夠真正以雙手直覺式操控,且是透過網路和互動式網路奕棋系統作連接,使遠端使用者無論在何處,只要可以上網就可以和近端高齡者奕棋。再配合網路視訊系統,讓兩端的人可以作更進一步的溝通與互動

1.     互動式遠端網路奕棋系統的設計

近年來網際網路的發展已日趨成熟,各種網路技術也隨之蓬勃發展,不論是檔案的傳輸、影音的傳送、遠端遙控等,都已廣被應用在日常生活中,各式電玩遊戲亦以線上即時對戰為主流趨勢。此外,市面上有許多搭配擬真的產品遊戲機,包括吉他、爵士鼓、光線槍、賽車方向盤、球棒等,這些遊戲機大幅提升使用者的臨場感。我們認為擬真化與網際網路應用是休閒產品發展的趨勢,然而以此概念發展之休閒產品,仍是以青少年為主要使用對象,很少顧及高齡族群的需求。

因此,我們希望以「擬真化」與網際網路應用為創思主軸,針對高齡者設計一套互動式遠端網路奕棋系統,讓高齡者要下祺時,不是面對呆的電腦螢幕、利用滑鼠在電腦上下棋,而是能夠真正以雙手直覺式操控。

2.     整體設計概念

2.1 擬真化的奕棋系統

1即是互動式遠端網路棋奕系統的概念圖,給予近端高齡者真實的棋奕操作環境,此一真實的平台擁有著真正的棋盤與棋子,近端高齡者實際移動真實的棋子,加上視訊設備提供遠端操縱者即時的影像與聲音,可與下棋對手直接互動。遠端使用者,透過瀏覽器連上指定網頁,輸入所要控制的伺服端IP位址,便可透過網際網路作為遠端遙控的媒介,運用單晶片控制近端高齡者的實體棋盤,使棋子到達要求之位置來奕棋。如此結合網際網路功能,使遠端使用者無論在何處,只要可以上網就可以和近端高齡者奕棋,高齡者可藉著休閒活動的同時與遠端子女或朋友溝通、互動,提昇高齡者休閒生活的品質。

1. 系統概念圖

2.2 達成擬真化

本系統要達到遠端使用者能直接由網頁和客戶端下祺、還有溝通與互動的功能,如圖2所示,本系統設計構想上為單獨作業產品,不需附加電腦,互動式遠端網路奕棋系統只需連接網路線和電源線即可作動。因此本系統大致是一個能夠溝通網頁與棋盤,讓彼此能寒暄問暖,而且不佔空間,讓高齡者能輕易架設的整合系統。

2. 互動式遠端網路奕棋系統配置圖

互動式遠端網路奕棋系統大致可分成三個主要的子系統。控制子系統PIC Server、棋盤作動平台子系統XY Table、以及視訊子系統IP Camera三個部分。由使用PIC Server的控制可讓遠端使用者在網頁下指令,直接控制X-Y Table的作動使棋子(目前定義為象棋)到達所要的位置,且達到單獨作業不需附加電腦,接著配合視訊系統IP Camera影像的回傳還也搭配聲音模組即可讓兩端透過網路下棋、寒暄問暖。

3.     關鍵子系統的設計:

而上述這三個子系中,以棋盤作動平台子系統XY Table和控制子系統PIC Server最為關鍵,因為棋盤和網頁控制的介面是兩端的使用者最直接接觸的部分,且透過網頁直接控制棋盤,這是本系統要解決的主要問題。後面即對這兩個關鍵子系統作介紹。

3.1  棋盤作動平台的設計:

此次設計的棋子以中國象棋為主,為了要達到「擬真感」,棋盤尺寸的制訂也要符合規格。象棋棋盤是由九根直線和十根橫線相交而成,中間分隔的大空格,稱爲"楚河漢界"。上下兩方地盤稱爲紅方及黑方,兩方的第四條直線至第六條直線處劃以交叉線,稱爲"九宮"。標準棋盤每格均爲正方形,每方格之長度應爲3.5cm(3.2cm4.2cm),而每只棋子之直徑應爲2.5cm2.7cm。如圖3為各只棋子在棋盤上放置的相關位置。本系統設定的棋盤尺寸大小為的長方形,為使本系統感覺起來更輕便,在製做上使用塑膠材料為主體。

3. 各棋子擺放位置圖

XY Table平台上,設計使用兩個軸向的滑軌來帶動,如圖4所示,兩個軸向分別代表X軸和Y軸,且滑軌內部使用減速馬達搭配導螺桿來達到平移滑動的動作。

4. 兩軸向滑軌

配合使用電磁鐵(在電磁鐵子系統中會再詳細說明)吸引帶有磁性的棋子,很直接的讓人聯想到類似貨櫃碼頭中貨櫃大吊車作動的方式,吊車只需移動到相對的位置,開啟強力電磁鐵,即可將貨櫃吊起來,接著在將其吊到所要求的位置或是貨車上及算是完成動作。圖5,相同的構想遠端使用者透過網路下達所要走的棋子和相對的位置後,讓XY Table移動到所指定的棋子下方,接著開啟電磁鐵,讓所指定的棋子被磁力所吸引再將其帶到使用者所要求的位置,如此即可以完成棋子移動迅速且平穩的自動棋盤。

5. 棋盤作動概念圖

3.2  PIC Server

6PIC Server是元智大學機械系教授吳昌暉教授和其實驗室一同開發的產品,其主要是將單晶片和網路卡整合,如此可作為遠端控制或監控的媒介。讓使用者可以由網路直接下指令控制遠端單晶片的作動,或是利用感測器測量相關的數據後,再將數據回傳到網頁上。

一般的單晶片可以做到資料傳輸或是控制的功能,但是要將這些數據傳輸到網路的另一端時,往往需要架設一台能夠溝通網路又能溝通單晶片的電腦,而且相互溝通的方式不同,使用需要學會很多種程式語言才能夠開發相關的產品。

而有了這一項PIC Serve產品,讓由單晶片控制或是回傳到網頁的資料,在傳輸的中間不需再透過電腦來做為網路傳輸的媒介,且開發和應用的架構已經很健全。

6. PIC Server

因此本系統將其應用在遠端網路的控制上。讓本系統達到單機作業、設定簡單、體積短小,而且能夠直接透過網路控制。

 3.3 自動棋盤

將遠端控制者在網頁上所下的指令,透過PIC Server的溝通控制XY Table移動和電磁鐵的作動,將棋子移到相對的位置,即完成本系統自動棋盤。有了自動棋盤,讓高齡者可以直接對真實的棋盤,手握真實棋子,享受新的科技所帶來的「擬真化」與網際網路的便利。

4.     其他子系統的設計

完成了本系統最關鍵的部分,再來就是讓兩端能夠互動寒暄問暖的視訊子系統,以及電磁鐵子系統的設計。

4.1 視訊子系統:

7,視迅子系統架構圖,為了達到高齡者能和遠端網路端使用者相互溝通的功能,讓彼此可以直接藉由網路即可看到對方,以及聽到對方的聲音,且為了讓使用者更快速上手和減少繁雜的設定,此次設計使用Network IP Camera,其最大的特點就是此產品只需簡單的設定,插上網路線和電源線後即可做動。且和PIC Server一樣,不用再透過電腦來當作網路溝通的媒介,讓網路視迅的功能更容易的達成。有了這套視訊系統,讓在遠方工作的子女,也可以藉由使用本系統和父母下祺時,寒暄問暖以及互相了解對方的生活情況。

7. 互動式視訊子系統架構圖

4.2 電磁鐵子系統

本系統中要利用XY Table來移動棋子作動,而移動棋子的方法有很多種,例如使用機械手臂來夾取棋子、將棋子裝上滾輪、裝上磁鐵用磁力互相吸引等方法,而其中最容易達成、最平穩以及最節省體積的方法,應該就是使用電磁鐵,配合每顆棋子上皆有磁鐵,利用PIC Server的控制電磁鐵,當作動時棋子上的磁鐵會受磁力所吸引,再由XY Table的移動,即可將棋子帶到的相對位置。

5.     互動式遠端網路奕棋系統整合與測試

不熟悉電腦的長者們,不用再面對呆的電腦螢幕、利用滑鼠在電腦上下棋甚至花一堆的時間架設設備。只要簡單的將網路線、電源線、棋盤架設好,即可開始遠端網路奕棋。圖8即是互動式遠端網路奕棋系統,其整體包含自動棋盤、視訊系統棋盤視訊系統。只要將各自的電源和網路接好,如圖2系統配置圖,經過簡單的設定後就能開始使用本系統。

8. 互動式遠端網路奕棋系統

而遠端網頁端使用者使用的介面如圖9所示,中間有棋盤即時影像畫面,讓使用者可以隨時知道奕棋中廝殺的情況。視窗下方即是指令列,讓使用者可在此下達指令控制自動棋盤。右側即是控制說明,而右下方有個較小的即時視窗,在此視窗用者可以看見另一端的高齡者以及直接透過麥克風和對方說話。

9. 視迅系統整合奕棋系統網頁[http://140.138.138.108/]

透過網路和互動式網路奕棋系統作連接,使遠端使用者無論在何處,只要可以上網就可以和另一端的高齡者奕棋寒暄問暖。

6.     結論

人們隨著年齡的增長,在身體結構和功能等方面均呈現衰退的現象,高齡者休閒產品也應在適用性上做特殊考量。高齡者繼續使用身體的肌肉和關節,以免喪失肌力和柔軟度、從事身體活動時需要安全感、需要與各方面的人士維繫接觸、需要維持相互聯繫獲得友誼、需要有機會學習新的技術和發展新的興趣、需要保持個人應有的自尊、及需要自己感覺有利用的價值。目前市面上眾多的休閒、運動器材、甚至生活輔具等相關休閒產品設施,大都是針對一般民眾之需求所作的設計考量,強調速度感與刺激感,並未考量高齡族群需求。本計畫發展之互動式遠端網路奕棋系統,結合現代科技設計適合高齡者之休閒產品,除希望幫助老人得到適當的休閒活動,並希望能提高社會大眾對高齡者休閒產品之重視。