光線是營造建築空間質感氛圍的重要元素，也是引發人類視覺感知的主要媒介；視覺是人類感受與經驗空間環境的主要知覺，但視覺並不完全是一種準確的感知系統；人類會因為視覺系統對於部分視覺資訊在處理上產生模稜兩可的解讀，以及大腦認知系統的判斷差異，產生視錯覺感知。視錯覺不僅發生在平面圖像的認知，也產生在實際的三維空間感知上；而某些二維平面上的視錯覺表現，也同時會發生在三維空間當中。然而視錯覺強迫感受且穩定存在的性質，往往成為平面圖像與空間設計的操作元素。視錯覺帶來的特殊感知經驗，也經常被使用在藝術創作中，尤其是20世紀興起的裝置藝術與場域特定藝術的表現上。

    1960年代組成的美國加州光與空間藝術團體之作品，就以光線作為媒材並且加上視錯覺的表現，來呈現給觀賞者一種特殊的藝術裝置空間作品經驗。然而，這樣的作品受限在如何具體呈現出光線的物理真實特性，以及符合人類視覺感知系統的運作方式，難以用其他的手法表現於媒材工具上。所以，由現實環境試驗操作的試誤法，成為了去完成創作光與空間藝術作品的主要方式；也因此這樣的藝術裝置作品，通常只有在觀賞者親自到達展演現場，才能夠完整的體驗。

    本研究嘗試了解人類視覺感知系統的運作，以及分析視錯覺在二維平面與三維空間的特性與表現；並使用一套電腦運算工作流程，結合物理基礎彩現、知覺基礎色調對映、立體圖像合成技術以及立體屏幕顯示，進而產生一種數位圖像環境。此數位圖像環境可以在電腦顯示器屏幕上，模擬與視覺化呈現出光與空間藝術團體的特殊作品效果。並且按照數位運算模擬下的數值條件，以實體的空間裝置模型製作，來檢證整合數位模擬輔助設計光環境空間的可行性與準確性。因此，利用上述數位圖像環境的工作流程與呈現方法為基礎，結合心理學上的視錯覺研究理論，進一步模擬試驗與設計出特殊的光與空間之場域特定藝術空間裝置，探究光線在建築空間設計思考上的豐富想像。

Visual perception is the primary sense humans utilize to perceive the space and environment around them. However, visual perception does not always deliver true information. Optical illusions occur because of ambiguous perceptual judgments of visual information, and can be observed in the visual perception of both 2-D planar and 3-D spatial systems. Because these illusions can be impactful to people who have normal vision, it has been utilized as one of the design parameters for art and architecture.
     
Light is one of the essential factors that contributes to the intangible characteristics of an architectural space, and it is also the primary intermediary that induces visual perception. Many artists of the Light and Space modern art movement have been using light as both a material and a medium to create art installations that provide specific visual and spatial perception. This art installation method involves complex site environment interaction and trial and error remain as the primary design methods. Additionally, the exhibition is often restricted to the physical site.

This thesis presents an innovative approach for utilizing light, and visual illusions resulting from the perception of light, as parameters to design a three-dimensional space through a computer-aided design process. A computational workflow that employs physically-based rendering, perceptually-based tone-reproduction, and stereo display technology to assist the design process of art installations that utilize light and illusion was explored and validated. To conclude the study, a site-specific art installation with architectural scale was designed and evaluated employing this innovative computer-aided design tool.

目錄
第一章、緒論
1－1 研究動機 02
1－1﹒1   光與空間 02
1－1﹒2   光，一種現象亦或一種實體 03
1－1﹒3   攝影技術與數位資訊時代的圖像再現 05
1－1﹒4   使用數位工具來設計模擬光環境空間 08
1－2 研究目的 10
1－2﹒1   視覺感知理論與視錯覺現象的探討 10
1－2﹒2   對於數位光環境空間模擬工作流程之操作與實體模型檢證 12
1－2﹒3   光與空間之場域特定藝術空間裝置設計 14

第二章、視覺感知與視錯覺
2－1 視覺感知 18
2－1﹒1   視覺系統 19
2－1﹒2   大腦認知處理 22
2－1﹒3   知覺的組織原則 25
2－1﹒4   知覺的恆常性 31
2－1﹒5   三維立體深度線索 34
2－2 視錯覺 39
2－2﹒1   感知與現實的差異 40
2－2﹒2   視錯覺的強迫性與知覺心向 42
2－2﹒3   二維與三維間的交互影響 45
2－3﹒4   小結：有趣的視錯覺 50
2－3 視錯覺的應用－以數位工具輔助模擬與製作 Ames Chair 51
2－3﹒1   Ames Chair 三維幾何視錯覺 52
2－3﹒2   以數位工具模擬呈現 Ames Room 與 Ames Chair 53
2－3﹒3   以數位工具輔助製作 Ames Chair 模型 55
2－3﹒4   小結：三維立體視錯覺的數位模擬輔助製作 58

第三章、電腦數位軟體與設備
3－1 高動態範圍影像與相關技術 62
3－1﹒1   忠實再現的追求 63
3－1﹒2   圖像真實的定義 67
3－1﹒3   高動態範圍影像技術 70
3－1﹒4   知覺基礎色調對映運算 74
3－2 物理基礎彩現軟體 78
3－2﹒1   彩現運算 79
3－2﹒2   RADIANCE 物理基礎彩現運算 81
3－2﹒3   RADIANCE 的特點 83
3－3 量測與呈現設備 87
3－3﹒1   輝度計與照度計 88
3－3﹒2   分光儀 90
3－3﹒3   三維立體深度顯示呈現 92
3－3﹒4   三維立體影像紀錄與製作 97

第四章、場域特定藝術與數位光環境模擬之檢證
4－1 場域特定藝術 100
4－1﹒1   場域特定藝術與相關案例 101
4－1﹒2   光與空間藝術團體 104
4－1﹒3   Afrum 光形立方體藝術空間裝置作品 107
4－2 電腦數位模擬操作呈現 109
4－2﹒1   藝術作品 Afrum 的再詮釋 110
4－2﹒2   數位模擬呈現操作過程 112
4－2﹒3   數位模擬呈現結果 113
4－3 尺度模型實體製作呈現 116
4－3﹒1   尺度 1／5 模型製作 117
4－3﹒2   模型數值量測與校正 119
4－3﹒3   數位模擬呈現、數位紀錄呈現、現實環境呈現效果之檢證與討論 122

第五章、光與空間之場域特定藝術設計操作－
         穿越淡水稅務司官邸遺跡的光形體空間
5－1 光形體空間的初步設計操作 126
5－1﹒1   自然光線逐時變化下的三角錐形光形體 127
5－1﹒2   帕佩爾幻像－光線透過玻璃的反射對映效果 130
5－1﹒3   錯覺輪廓的三維轉化 135
5－1﹒4   初步設計操作小結 141
5－2 場域（基地）142
5－2﹒1   場域所在介紹－山坡上的淡水稅務司官邸遺跡 143
5－2﹒2   通過遺跡－新的登山步道動線 146
5－3 光形體過道空間之設計 148
5－3﹒1   新的動線計畫 149
5－3﹒2   穿越光所構成的空間與牆面 154
5－3﹒3   光與空間之場域特定藝術設計小結 160

第六章、結論與心得
6－1 數位再現的操作心得 162
6－1﹒1   電腦數位呈現的真實度與準確性 162
6－1﹒2   數位資訊時代的忠實圖像傳遞 165
6－2 光與空間的設計思考 166
6－2﹒1   建築空間氛圍質感的形塑 166
6－2﹒2   光線－軟性曖昧的空間界定材料 168


參考文獻 171

附錄：Digital Environment to Envision and Experience the Art of Light and Space 175


圖目錄
第一章、緒論
圖1－1：廊香教堂內部 02
圖1－2：萬神殿內部形成的光柱 04
圖1－3：安格爾，浴女 05
圖1－4：內克爾立方體視錯覺 11
圖1－5：Edgar Mueller，The Crevasse地面塗鴉 14

第二章、視覺感知與視錯覺
圖2－1：眼球構造 19
圖2－2：電磁波譜 20
圖2－3：Victor Vasarely，zebra，（1937）25
圖2－4：接近原則圖形 26
圖2－5a：相似原則圖形1 27
圖2－5b：相似原則圖形2 27
圖2－6：連續原則圖形 27
圖2－7a：封閉原則圖形1 28
圖2－7b：封閉原則圖形2 28
圖2－8：對稱原則圖形 28
圖2－9a：簡單原則圖形1 29
圖2－9b：簡單原則圖形2 29
圖2－10：經驗原則的圖像解讀 29
圖2－11：門扇形狀的恆常性 31
圖2－12：顏色的恆常性，不同光源的物體顏色反射差異 32
圖2－13：深度感知的原理 34
圖2－14：19 世紀的立體視鏡 35
圖2－15：運動視差的表現照片 36
圖2－16：方向線索的立體認知 37
圖2－17：殘像錯覺 40
圖2－18：明度對比錯覺 40
圖2－19：繆勒－萊亞錯覺 41
圖2－20：相對大小錯覺 41
圖2－21  希臘神殿建築的視錯覺與修正方式 42
圖2－22：知覺心向圖形 43
圖2－23：內克爾立方體 43
圖2－24：薩爾瓦多．達利，奴隸與隱藏的伏爾泰像，（1940）44
圖2－25：三維空間中的繆勒－萊亞錯覺 45
圖2－26：龐佐錯覺 46
圖2－27：透視錯覺 46
圖2－28：Ames Room 實景照片 47
圖2－29：Ames Room 的俯視圖 47
圖2－30：Teatro Olimpico 49
圖2－30：Palazzo Spada 的穿廊 49
圖2－32：Ames Chair 視錯覺裝置 52
圖2－33：數位環境模擬 Ames Room 的效果 53
圖2－34：數位環境模擬 Ames Chair 的效果 54
圖2－35：將三維模型各方向轉存為平面 AutoCAD 線稿 55
圖2－36：將各向圖面貼在模型上作為參考點 56
圖2－37：依照各點將模型物件定位 56
圖2－38：由軟體中即可直接量測換算各部物件尺寸 57
圖2－39：由其他視點觀看模型1 58
圖2－40：由設定視點觀看模型2 58
圖2－41：數位模擬呈現 58
圖2－42：實際模型呈現 58

第三章、電腦數位軟體與設備
圖3－1：法國拉斯科洞窟壁畫－馬 63
圖3－2：Nebamun 墓室壁畫 63
圖3－3：古羅馬壁畫－Pasiphae 64
圖3－4：馬布茲，聖路加在描繪聖母聖子 64
圖3－5：第一張相片－拉格勒斯的窗外 65
圖3－6：第一張永久彩色相片－格紋緞帶 65
圖3－7：Sasson 與第一台數位相機 66
圖3－8：第一張由數位拍攝儲存的照片與播放設備 66
圖3－9：瑪格利特，這不是一個煙斗 67
圖3－10：Ferwerda，這也不是一個煙斗 67
圖3－11：模型玩具車的組裝指南插圖 69
圖3－12：比較 RGB 色彩空間範圍與人類視域 70
圖3－13：光線刺激對應範圍比較 71
圖3－14：以不同曝光量拍攝紀錄實景 72
圖3－15：實景的 HDRI 呈現 72
圖3－16：左：一般曝光相片，右：HDRI 之間的比較 73
圖3－17：同一視景使用不同 Tone Reproduction 呈現比較 75
圖3－18：Photoreceptor 知覺基礎色調對映運算的呈現 76
圖3－19：上：人的視界，下：貓的視界 77
圖3－20：SketchUp 建模軟體的顯示介面 78
圖3－21：動畫師 Viktor Fretyan，住吉的長屋（電腦數位模擬）79
圖3－22：Radiance Control Panel V2 83
圖3－23：Sigma 8mm F3.5 EX DG CIRCULAR FISHEYE 84
圖3－24：環境光域之半球 HDRI 84
圖3－25：某一燈具在 IES 配光曲線軟體上的顯示 84
圖3－26：彩現完成視景上的輝度值量測呈現 85
圖3－27：輝度計 LS－110 88
圖3－28：輝度計使用 88
圖3－29：照度計 T－10 89
圖3－30：照度計使用 89
圖3－31：分光儀使用 91
圖3－32：紅藍立體圖像效果 92
圖3－33：柱狀透鏡分隔像素 95
圖3－34：視差遮屏分隔像素 95
圖3－35：TOSHIBA Satellite P850 裸眼式 3D 筆記型電腦 96
圖3－36：LUMIX G 12.5mm / F12 雙眼 3D 鏡頭 97
圖3－37：數位環境模型的雙視點設定 97
圖3－38：紅藍立體圖像合成，須以右眼視角的藍色濾色圖像搭配左眼視角的紅色濾色圖像 98

第四章、場域特定藝術與數位光環境模擬之檢證
圖4－1：Ernest Zacharevic 的錯覺塗鴉藝術，（2012）101
圖4－2：Horizons，The Farm, Kaipara，New Zealand，（1994）102
圖4－3：Tilted Arc，（1981）102
圖4－4：Robert Irwin，Untitled，（1971）105
圖4－5：Douglas Wheeler， Infinity Room，（2012）105
圖4－6：Afrum 藝術裝置 107
圖4－7：James Turrell 的設計手稿 107
圖4－8：數位模擬裝置空間設計構成 110
圖4－9：數位模擬調整測試圖像1 112
圖4－10：數位模擬調整測試圖像2 112
圖4－11：Afrum 藝術空間裝置作品的數位模擬結果 113
圖4－12：數位環境再現條件的比較：SketchUp 與 RADIANCE 113
圖4－13：紅藍立體影像呈現 114
圖4－14：空間構成圖：在兩側引光口加上綠色和紫色彩色玻璃 115
圖4－15：藝術裝置與經過一天自然光之間的互動表現 115
圖4－16：實體模型製作圖 117
圖4－17：實體木模型組裝 118
圖4－18：實體木模型呈現影像 118
圖4－19：實體模型刷漆上色外觀 119
圖4－20：實體模型刷漆上色後呈現影像 119
圖4－21：以分光儀量測模型灰色牆板 120
圖4－22：針對各項數值修正後的數位模擬圖像 121
圖4－23：左：實體空間紀錄，右：數位模擬呈現 之圖像比較 123

第五章、光與空間之場域特定藝術設計操作－
        穿越淡水稅務司官邸遺跡的光形體空間
圖5－1：以直射光線作為形體輪廓或面域的界定                                                          127
圖5－2：空間裝置設計構成圖1 128
圖5－3：空間裝置在所設定視角與時間下的模擬結果 129
圖5－4：帕佩爾幻像說明圖 130
圖5－5：Pepper’s ghost lithograph 131
圖5－6：玻璃隔間的兩面光線相互映射 131
圖5－7：空間裝置設計構成圖2 132
圖5－8：空間裝置在所設定視角下模擬結果 133
圖5－9：增加青藍色外部玻璃的模擬結果 133
圖5－10：不同視點的模擬圖像 133
圖5－11：Kanizsa 三角視錯覺 135
圖5－12：立方體，圖形－背景概念圖 136
圖5－13：本次設計操作模擬的立方體，圖形－背景概念圖 137
圖5－14：Nils Nova，Mind the gap，Kunsthaus Glarus，（2008）138
圖5－15：空間裝置構成圖3 138
圖5－16：空間裝置在所設定視角下模擬結果 139
圖5－17：藝術作品 Mind the gap 的不同視點照片 140
圖5－18：所設計空間裝置在不同視點的模擬圖像 140
圖5－19：場域所在地與周邊環境簡圖 143
圖5－20：場域所在地現況平面圖 144
圖5－21：由東北側俯瞰場域所在停車空地 144
圖5－22：由西南側俯瞰場域所在停車空地 144
圖5－23：場域所在地現況照片 145
圖5－24：現況剖面圖 146
圖5－25：所在場域環境現況 3D 示意圖 147
圖5－26：藝術空間場域平面圖與上山動線圖（主要空間）149
圖5－27：藝術空間場域平面圖與下山動線圖（上半部空間）150
圖5－28：藝術展示空間平面設計圖 150
圖5－29：藝術展示空間 x 向剖面圖 151
圖5－30：藝術展示空間 y 向剖面圖 151
圖5－31：所在場域環境設計完成 3D 示意圖 152
圖5－32：突出於空地的採光井與樓梯通道部分 152
圖5－33：藝術空間裝置設計構成示意圖 154
圖5－34：光形體空間_X 構成示意圖 155
圖5－35：光形體空間_Y 構成示意圖 155
圖5－36：採光設定說明圖 156
圖5－37：右側動線的五個過程視點模擬結果圖 157
圖5－38：左側動線的五個過程視點模擬結果圖 158
圖5－39：模擬停留視點 A 行人穿越光形體_x 之圖像 159
圖5－40：模擬停留視點 C 行人穿越光形體_y 之圖像 159

第六章、結論與心得
圖6－1：聖皮埃爾教堂內部 166
圖6－2：一種空間的形塑與界定 168
圖6－3：藤本壯介，House NA ，以高差來界定不同使用空間 169


表目錄
第三章、電腦數位軟體與設備
表一：可見光的光譜分析 90
表二：現今立體眼鏡技術型式分類 94

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