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友善創客之於老吾老˙ 幼吾幼

課 程 模組簡介手冊

智慧藝 術 空 間

Smart Space for Art Exhibition 負責開發之學校:台灣科技大學 / 孫沛立 副教授 台灣科技大學 / 李宗憲 副教授 台灣科技大學 / 林宗翰 副教授 台灣科技大學 / 陳鴻興 副教授 台灣科技大學 / 歐立成 教授

智慧創意服務─物聯網暨數位自造:「智服」聯盟


目 錄 Cont ent s

課程模 組 介 紹

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課程模 組 規 劃

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課程模 組 內 容 單 元 一 : 三 維 掃 描重建技術

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單 元 二 : L E D 智 慧照明技術

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單 元 三 : 色 彩 分 析實務

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單 元 四 : 跨 媒 體 色彩複製技術

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單元 五 : 數 位 典 藏技術

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實際案 例 - L E D 微 型攝影棚工作坊

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智 慧藝術空間

Smart Space for Art Exhibition

課程模 組介 紹

開發學校/教師 課 程 模組名稱:智慧藝術空間 課 程 模組開發學校:國立臺灣科技大學 課 程 模組開發教師:色彩與照明科技研究所 孫沛立 李宗憲 林宗翰 陳鴻興 歐立成

副教授 副教授 副教授 副教授 教授

課程模組概述 「 智 慧 藝 術 空 間」課程模組以博物館及美術館等以藝術空間為主題場域,培 養 學 生 跨 領 域 智慧科技整合的能力,讓藝術品的展示更具智慧化。課程內容 包 括 三 維 掃 描 重建技術、跨媒體色彩複製技術、數位典藏技術、LED智慧照 明 技 術 與 色 彩 分析實務等。

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課程目標

課程時間與人數

•使 學 生具 備 跨 領 域學習的能力 •培 養 學生 之 間 跨 領域溝通與協作的能力

• 課程共5個單元,分別3小時。 • 學生人數為30人,共分成4組。

•培 養 學生 自 我 評 估的能力

課程大綱 第 一 單 元 : 三 維 掃 描重建技術(3 小時) 學 習 如 何 使 用 結 構 光元件,掃描物體及室內環境,以獲取3D模型資料。 練習 測 量 物 體 與 室 內 環 境的長度尺寸。 第 二 單 元 : L ED 智慧照明技術(3 小時) 在 人 手 一 機 的 時 代 ,手機拍照上傳已經成為我們紀錄精彩瞬間的習慣趨勢, 如 何 拍 出 跟 別 人 不 一樣的獨特風格,照明光源扮演著吃重的角色。本單元將 帶 領 大 家 利 用 多 頻 譜LE D光源,搭配各式 光學元件,結合感測器捕捉色彩, 以 及 透 過 A rdu i n o 程式控制,實際製作一盞可隨時展現不同照明場景之LED 攝 影 燈 , 甚 至 還 可 以讓你(妳)創造出更多獨特光效。就讓我們一起來學習如 何 運 用 光 和 色 彩 , 拍攝出獨具特色、味道與創意的照片吧! 第 三 單 元 : 色 彩 分析實務(3 小時) 色 外 貌 ( co lo u r a p pea ra n ce)及色適應(colour adaptation) 是色彩分析裡 重 要 的 研 究 , 研 究 人類對色彩表象的感知反應。 透過本單元的學習,學生將 了 解 色 外 貌 及 色 適 應的基礎理論與學術界重要的研究發現;另透過實驗室量 測 儀 器 的 教 學 , 使 學生具備量測色度座標及轉換計算的能力,將色彩表象感 知 應 用 在 設 計 實 務 中。 第 四 單 元 : 跨 媒 體 色彩複製技術(3 小時) 藉 由 近 代 繪 畫 作 品 (以印象派到後期印象派為中心)的欣賞,了解色彩混色 理 論 影 響 繪 畫 色 彩 表達的發展過程。 藉由 手機A PP與測色儀器的組合操作, 進 行 彩 色 繪 畫 影 像 中的色彩擷取、色彩測量與配色分析,了解色彩複製技術 如 何 應 用 於 互 動 藝 術展示之中。 第 五 單 元 : 數 位 典 藏技術(3 小時) 數 位 典 藏 技 術 簡 介 、人臉自動追蹤軟體相關軟硬體簡介、人臉自動追蹤軟體 設計。 02


智 慧藝術空間

Smart Space for Art Exhibition

課程 模 組 內 容 第一單 元 : 三 維 掃 描 重 建 技 術

第一 單 元 :三維掃描重建技術 透過 硬體 的 實 際 操作,建立3D掃描概念 。講授結構光深度攝影機( Structure Se nso r ) 之 硬 體 與演算法。搭配整合軟體如S kanect、itS e e z3 D 與 Room Ca p tu re 等 , 練 習使用深度攝影機掃描靜態物件、人物肖像與房間等。

3 D 掃描硬體介紹與說明 Str u c t u re S e n s or為 Occipit a l, I n c. 公司推出的結構光深度攝影機,是首 款用 於行 動 裝 置 的3D掃描擴充裝置。 Str u c t u re S e n s or硬體主要包含一個紅外線發射器與紅外線相機。硬體可投 射經 編碼 的 亂 數 點於被掃描物體表面,經 由紅外線相機取得影像,根據影像 視差 ( D i s par i t y ) 所形成的三角幾何關係推算出每個畫素在深度方向的距離。

接收端

發射端

紅外線影像

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室 內 3D物品掃描 以 S ka n e c t 為 例掃描方式:可將待測物放置於電動轉盤上,以腳架固定 Str uc t u re Se n sor並對準模型掃描。或手持Structure S e ns or,在掃描 過 程 中 , 對 準 模 型繞行掃描。(註:不論 何種方式,只要Structure S e n s o r 可 在 各 方向拍攝到模型即可,此處以電動轉盤方式為例。

S k a n e c t 軟 體 操 作 流程:開始錄影過程中,需保持物體穩定且慢速轉動( 約 每 分 鐘一 圈 ) 。 若針對人的掃描,則需要求被掃描者盡可能保持身體不動。 錄 影 重建 過 程 中 ,3D點雲資料會不斷的累積堆疊,並持續與前幾筆資料疊 合 起 來。 因 此 對 於複雜物體,或自我遮蔽多的形狀,仍需將掃描器緩慢移 動 到 可對 準 死 角 的地方進行補掃描。

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彩 色 人 物掃描 以 i tSe e z 3D 為 例 ,請被掃描人(B )站立於電動轉盤,掃描者( A ) 手持iPad持續 對 準 B 錄 影 掃 描 。由於頭頂或下巴等位置經常容易成為掃描過程中忽略的死角 , 因 此在 掃 描 過 程中也應適度調整掃描 方向( 如由上往下,或由下往上) ,將 死 角 的資 料 也 掃 描起來。

室 內 環 境掃描 Room Ca p t u re 為 例,掃描方式: - 按 下 錄 影 按 鈕 開始,手持iPa d持續穩定 的往四周方向掃描,針對水平方向由 左 往 右 的 方 向 轉 動。同時建議採採N 字方式,不時往上下方向掃描天花板與 地板資料。 - 啟 動 『 M e a s u re』模式,並在畫面中任點選兩點,即可測量直線距離。

測量房間高度

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智 慧 藝術空間

Smart Space for Art Exhibition

課程 模 組內 容 第二 單 元 : L E D 智 慧 照 明 技 術

第 二 單 元 :L ED智慧照明技術 透 過 多 頻 譜 L E D攝影燈之製作,帶領學生學習LED光源驅動與控制的基本觀 念 , 並 實 際 動 手利用多頻譜LE D光源,組裝各式光學元件,結合感測器捕捉 色 彩 , 以 及 透 過Ardu in o程式控制,完成一盞可由電腦/手機/環境控制產生 不 同 照 明 情 境 之LE D攝影燈。

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四色LE D 光源


L E D 燈 具 零件介紹

色 彩 感 測 器(TC S34725)

LE D 連 接 方 式 與P WM驅動

單晶片微處理器

色彩感測器連接方式( I2 C通訊)

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L E D 燈 具模型圖及工程圖

LED燈具整體 3D 模型圖

散熱塊工程

鋁板工程圖

底座工程圖

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L E D 燈 具問題解決 均勻度差且色彩定義與表現不一致,請透過DIY反射罩、透鏡等光學元 件設計達到均勻照射效果

R, G, B

R, G, B, W

R, G, B

Step1: 手機與感測器色彩校正

Step2: 光源色彩校正

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智 慧 藝術空間

Smart Space for Art Exhibition

課 程 模 組內 容 第三單 元 : 色 彩 分 析 實 務

第三 單元:色彩分析實務 色 外 貌( co l o u r a ppea ra n ce)及色適應( colour adaptation) 是色彩分析裡 重 要 的研 究 , 研 究人類對色彩表象的感知反應。 透 過 本單 元 的 學 習,學生將了解色外貌及色適應的基礎理論與學術界重要的 研 究 發現 ; 另 透 過實驗室量測儀器的教學,使學生具備量測色度座標及轉換 計 算 的能 力 , 將 色彩表象感知應用在設計實務中。

色 外貌( colo ur appearance) : ( 1 )S i m u lt an e o us con t ra st ( 2 )C r i s pe n in g ( 3 )A s s i m i la t io n(sprea din g) ( 4 )Ste ve n e f f e ct ( 5 )H u n t e f f e ct ( 6 )H u e s h i f t ( H ue ch a n ge wit h lu minance ) ( 7 )Brigh t n e s s appea ra n ce

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色 適 應 (colou r adaptation) : 1 . Li gh t ada p t at ion 2 . Da r k ada p t at ion 3 . Col o u r a d a p t a t ion

Co r re sp on ding C olour s

C h ro m at i c ad apt at i o n t r ans f o rm (C AT)

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Vo n Kr ie s model

CAT02

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智慧 藝 術空間

Smart Space for Art Exhibition

課 程 模 組內 容 第四單 元 : 跨 媒 體 色 彩 複 製 技 術

第四 單元:跨媒體色彩複製技術 課 程 前 期 : 介 紹 近代西洋繪畫史,包含古 典主義、印象派、新印象派、後期 印 象 派 、 野 獸 派 繪畫中的色彩表現,以印 象派到後期印象派為中心,簡述色 彩 在 近 代 繪 畫 中 所扮演的角色。介紹現代 色彩學的基本原理,包含「色彩的 形 成 」 、 「 點 描 繪畫」、「混色構成單元 」。 課 程 後 期 : 讓 學 生實際操作手機AP P 與測色儀器,進行繪畫影像中的色彩擷 取 , 以 及 紙 質 色 票色彩測量,思考繪畫作 品的配色分析。包含「繪畫影像作 品 上 選 取 顏 色 之 分析」、「紙質色票顏色 測量」。

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西洋 美術簡史 (A )印 象 派 ( 莫 內 ):打破古典繪畫固 有色的繪畫概念

( B) 新印象派( 秀拉) :色彩大革命, 點描繪畫的新觀念

(C ) 後 印 象 派 ( 塞 尚):現代繪畫之 父 , 色 彩 與 形 狀構成的新視野

( D) 野獸派( 馬蒂斯) :帶領現代繪畫 藝術中,色彩表現的奔放

色彩 原理:色彩的形成

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色 彩 原理:點描繪畫 red

orange

yellow

purple

green

blue

色 彩 的 三 角關係 頂點→原色 邊上→二次色 頂 點 &對 邊 → 互為補色

各色周圍會產生補色光

色 彩 原理:混色構成單元

「畫素」為數位影像的最小

「次畫素」定義顯示面板的

「網點」為網點印刷圖像的

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實 作 課程:繪畫影像作品上選 取 顏 色 之 分 析

使用 A P P : Pa n e ton e St u dio (iOS) 測色 儀 器: X - R i te i1分光光度計

實 作 課程:紙質色票顏色測量 使 用 AP P : Cu b e Du lu x (iOS) 測 色 儀 器 : Cu b e 簡易測色計

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智 慧 藝術空間

Smart Space for Art Exhibition

課程模組內容 第五單 元 : 數 位 典 藏 技 術

第五 單元:數位典藏技術 • 介 紹 數 位 典 藏 技術 • 介 紹 人 臉 自 動 追蹤軟體相關軟硬體 • 學 習 人 臉 自 動 追蹤軟體設計 數位典藏 將 有 保 存 價 值 之 實體或非實體資料,透過 數位化方式(攝影、掃描、影音拍 攝 、 全 文 輸 入 等 ),並加上後設資料(Metadata)的描述,以數位檔案的 形式儲存。

http://digiarch.sinica.edu.tw/

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數位 典藏技術簡介 影音擷 取 攝 影 (2 D 、 3 D 、 全 景)、攝影棚打燈、跨媒體色彩管理 三維掃描重建

影音編 輯 與 管 理 編 製 M e t ada t a 、版權管理 影 像 編 輯 與 修 復 、影像檢索 三維建模

影音展 示 介面設計 2D 、 3 D 、 V R 顯示

影音 互動展示 • 須 要 感 應 器 輸入 互 動 資 訊 ( 例 如 手勢、人臉位置) 。 • 感 應 器 : 光 敏電 阻 、 相 機 、 深 度 相機、觸控、聲控等。 •應用 利 用 手 勢 操 作選 單 、 翻 頁 、 控 制顯示視角。 展 示 機 器 人 的視 覺 互 動 。 讓 展 體面向觀看者。 智 慧 監 控 , 掌握 觀 看 者 動 態 。 •程式能力需求 以 智 慧 監 控 為例 : 主 程 式 語 言 ( 例如 : P y t ho n ) 電 腦 視 覺 函 式庫 ( 例 如 : O p e n CV) 硬 體 控 制 ( 例 如: A rd u i n o ) 18


人 臉 自動追蹤軟體設計 1.目的 : 可用來 做 智 慧 型 監 視 器 。 相 機 會 依照人臉位置將相機對準至人臉正 中間, 並 追 蹤 人 臉 位 置 。 如 此 可 獲得高解析度的人臉影像,並將展 品或顯 示 器 轉 向 面 對 觀 看 者 的 位 置。 2.應用 : 可結合 人 臉 辨 識 與 智 慧 學 習 , 判 斷觀看者的年齡、性別、表情。獲 得高品 質 的 互 動 資 訊 。 也 可 將 高 解析度人臉影像用來做AR展示。 3.原理 : 偵測網 路 攝 影 機 畫 面 的 人 臉 輪 廓 ,得到人臉的正中心位置。 4.主要 可 以 分 成兩 個 部 分 。 (1 )Arduino 部分 : 負 責 控 制 步 進馬達的轉向和速度依照電腦給出的 訊號。 (2 )Py t h on + O p e n C V 部 分 : 利 用OpenC V函式庫Haar C ascad e 函式偵 測 人 臉 位 置 , 利 用 P y t ho n 可以與Ard ui no連通的模組,根 據人臉 位 置 的 資 訊 , 傳 送 馬 達 轉 動訊號到Ard ui no板子上。

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Ard u in o 部 分 1.硬體設備

Arduino Uno

5V 步進馬達 +ULN2003 驅動板模 組

網路攝影機

2. 硬 體組 裝

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Ard u in o 部 分 3.程式內容解說

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Ard u in o 部 分 P y th o n + O p en C V 部分

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Ard u in o 部 分

執行成果

本 單元的授課情形(DI Y 人臉追蹤系統實作) 23


智 慧 藝術空間

Smart Space for Art Exhibition

課程 模 組 內 容 實際 案 例 : L E D 微 型 攝 影 棚 工 作 坊

實 際 案例- L ED微型攝影棚工作坊 微 型 攝 影 棚 如 同 一個智慧藝術空間的縮影,透過LED智慧控制教學、攝影燈 設 計 組 裝 到 實 體 拍攝體驗,讓學生們透過LED智慧照明科技展現更精彩豐富 的 藝 術 互 動 與 創 意價值。 1. 分 組 討 論 法 : 透過每組桌上發放不同L ED光源的體驗,分組討論使用心得, 並 延 伸 討 論 L ED 智慧照明科技未來可能的 應用與發展,引發學生興趣。 2. 講 述 法 : 介 紹 基礎LE D照明原理與驅動方法,讓學生對LED有更進一步之認 識。 3. 實 務 操 作 法 : 透過實作教學,讓學生親 自動手完成攝影棚燈的組裝、量測 與 校 正 , 其 中 包 含光譜儀的量測學習、燈具各部件的組裝與控制程式撰寫。 4. 遊 戲 教 學 法 : 透過小組比賽,開放學生發揮創意進行實物拍攝,並分享拍 攝 成 果 , 讓 學 生 從過程中學習光與藝術品互動的各種可能性。 教 材 : L ED 光 源 、Ardu in o控制板、色 彩感知器、電子驅動元件、燈具、手 持 式 光 譜 儀 、 個 人手機與筆電

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開場破冰,體驗各種有趣的LED燈具, 讓同學知道原來LE D 可以這樣做。

LE D基本原理介紹

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群智科技提供光譜量 測儀器協助攝影燈 校正,讓同學都可以 親手操作儀器

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助教實作教學

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學生攝影燈硬 體組裝完成

Ardu in o程式教學

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學生進行攝影燈色彩與亮度校正

攝影比賽開始

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學生發揮創意,連礦泉水瓶都出動了

利用FB 社團上傳拍攝成果進行分享

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智慧創意服務─物聯網暨數位自造:「智服」聯盟

SASFAB創客聯盟教材手冊_2  
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