数字化生存 20周年纪念版

在《星球大战》（StarWars）这部影片中，R2D2就用这种方式，把莉亚公主的影像投射在欧比王的地板上。美丽的公主变成了投射在空间中如幽灵般的幻影，从任何角度（原则上说）都能看得见。这种特殊效果，就像《星际旅行》和其他科幻电影中的类似效果一样，无意间造就了一批对全息一类技术麻木淡漠的观众。我们在电影中看过太多类似的镜头，因此误以为这种技术很容易。

事实上，发明白光全息术（whitelight holography，今天这种技术普遍用在信用卡上）的麻省理工学院教授斯蒂芬·本顿（StephenBenton）花了二十多年的时间，借助于价值上百万美元的超级计算机的力量，运用了几乎无价的特殊光学仪器，再加上十几位出众的博士生孜孜不倦的努力，才得到了（与你在电影中所看到的）类似的效果。

全息术(holography)是匈牙利科学家丹尼斯·盖博（DennisGabor)于1948年发明的。用最简单的话来说，全息图像（hologram）就是把一个情境中所有可能的景象聚集在一个光调制模式下的单一平面上。随后，当光束通过这个平面或被这个平面反射的时候，原先的景象会在空间中以光学方式重组，成为立体影像。

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100万倍的分辨率

在不断改进显示技术的精益求精的竞赛中，全息术一直是一匹实力难测、有可能后来居上的黑马。其中一个原因是全息术要求极高的分辨率。你的电视应该有480条可见的扫描线(也可以比这少得多)，假如你的电视屏幕的高度是10英寸，那就是说你的电视机(在最佳状态下)每英寸有差不多50条扫描线。全息术需要的分辨率是每英寸50000条扫描线，即需要比你的电视机高出1000倍的水平扫描线。更糟的是，分辨率意味着在水平和垂直10向同时扫描，这样全息术所需要的分辨率就是今天电视的 $1 0 0 0 ^ { 2 }$ 倍，也就是100万倍。你在信用卡甚至某些国家的钞票上能看到全息影像的原因之一，正是因为这种分辨率需要非常复杂、难以仿造的印刷技术。

本顿和他的同事们之所以在全息技术方面有所建树，是因为他们聪明地找出了人类的眼睛和感觉系统真正的需求，并把它与自然的全息图像所能制造的东西加以对照。既然人类的眼睛是影像的接收器，那么向它呈现太多它无法分辨的细节就是一种愚蠢的做法了。同样地，本顿注意到我们注视空间中正在形成的影像（从空间中取样）的方式，和我们注视电影中单个画面（以时间来取样）的方式如出一辙。慢动作的影像差不多是每秒30帧画面（60个扫描场)。由此，与其制造一个能够反映所有视点的全息图像，不如把它做成每英寸上有一个视点而省略掉中间的其他数据的影像。他成功了。

除此以外，本顿和他的同事们还注意到，我们的空间感在很大程度上是一种水平空间感。由于并列的双眼的视差，而且由于我们的视线总是沿着近乎水平的方向移动，因此在我们对空间的感觉中，水平视差比垂直视差（上下的变化）重要得多，水平视差所捕捉的空间信号占了绝大多数。假如我们的眼睛是一只叠在另一只的上面，或是我们经常在树上爬上爬下，情形或许不同。但事实却非如此。事实上，水平视差对视觉的影响太大了，本顿后来决定根本不去考虑垂直视差的问题。

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因此，媒体实验室所展示的全息影像几乎都没有垂直视差。当我们向来访的人介绍本顿实验室外悬挂的一组全息样品时，他们根本没有注意到这些样品是没有垂直视差的。事实上，一旦我告诉他们这些图像没有垂直视差时，他们都会弯下腰来，再踮起脚尖反复地细看，最后才真的相信。

空间取样结合水平视差（完全忽略垂直视差）的结果是，在本顿小组的手中，与制造一个全分辨率的全息影像相比，如今只需要1%的计算机计算能力，就能得到这种新的影像。由于这个原因，他们制造出了全世界第一个全彩的、由有深浅明暗变化的形体所构成的实时全息影像。它自由地漂浮在空中，其大小和形状相当于一个茶杯或“矮胖”的莉亚公主。

整体大于部分之和

显示的质量确实不单和视觉有关。它是一种典型地运用了其他感官体验的收视经验。各种感官构成的整体的确大于部分之和。

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在高清晰度电视刚刚萌芽的时候，当时在媒体实验室工作的社会科学家拉斯·纽曼（RussNeuman）进行了一个划时代的实验，测试观众对显示质量的反应。他安装了两套一模一样的高清晰度电视和录像机系统，放映一模一样的高质量录像带。不过，他在A组用的是录像机的普通音质和电视机的小扬声器，而在B组中，则使用了很棒的扬声器，可以播放出比CD还要好的音质。结果令人吃惊。许多实验对象报告说B组的图像清晰得多。事实上，两组影像的品质完全一样。但B组的收视经验却好得多。我们倾向予把感官经验作为一个整体来加以判断，而不是根据各个部分的经验来加以判断。虚拟现实系统在设计上有时忽略了这个重要的观察结果。

在设计军事坦克训练器的时候，人们花了很多心血来达到最高的显示质量(几乎不计任何代价)，希望获得的效果是，当你注视显示器的时候，几乎就和从坦克的小窗口看出去一样。这个想法挺好，但在不断增加扫描线数目上进行了艰苦卓绝的努力之后，设计师才想到可以引入一种价格低廉、会稍稍震动的运动平台。设计师又在此基础上增加了一些额外的感官效果——坦克的发动机声和轧过地面的声音—结果整体感觉十分逼真，设计师因此可以减少扫描线的数目，而不会影响整体视觉效果。无论如何，这个系统看起来和感觉起来都很真实，已经超过了原来的要求。

经常有人问我，为什么我吃东西的时候要戴着眼镜，因为我显然不需要眼镜，也能看得见食物和刀叉。我的回答很简单，当我戴着眼镜的时候，食物显得更加美味可口，能够清楚地看见食物是饭菜质量的一部分。

“看”和“感觉”相得益彰。

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1. 看和感觉

让计算机看得见

跟装了传感器（sensor）的现代盥洗室或户外泛光灯比起来，个人计算机对人的存在的感觉真是迟钝。便宜的自动对焦相机要比任何终端或计算系统都更清楚面前的景象，因而拥有比计算机更高的智能。

当你从计算机键盘上抬起手来的时候，键盘不知道你是因为思考而暂停、是自然的休息，还是跑出去吃午饭了。它分辨不出是在和你一个人讲话，还是它面前还站着另外6个人。它也不知道你究竟是穿着晚装或宴会装，还是一丝不挂。因为如此，所以当它正在屏幕上显示重要信息时，你可能正好背对着它；或是当它正在和你说话时，你可能正好走开，根本没听见。

我们今天的着眼点完全放在如何使计算机更容易为人使用上。也许现在是问这样一个问题的时候了：怎样才能使计算机更容易与人相处？打个比方，假如你不知道谈话对象究竟在不在场，你怎么和他们讨论事情呢？你看不见他们，不知道他们共有多少人。他们面带笑容吗？他们到底有没有集中注意力听你讲话呢？我们充满渴望地谈论人机互动和对话系统，然而我们却存心把参与对话的一方留在黑暗中。

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现在是该让计算机看得见、也听得见的时候了。

读你干遍也不厌倦

关于计算机视觉的研究和应用长期以来几乎完全是针对情景分析的。这种情景分析尤其用于军事上的目的，如无人驾驶车辆和智能炸弹。计算机在外层空间的应用也带动了科技的最新发展。假如你让一个机器人（robot）在月球上漫游，机器人只是把看到的影像传给地球上的操作人员还不够，因为即使用光速来传输，需要的时间仍然太长。假如机器人走到了悬崖边，等到人类操作员看到录像中出现悬崖，赶忙把口信传到月球上，叫机器人别再往前走时，机器人早就已经掉下去了。这只是情景分析的一个例子。在这种情况下，机器人必须根据它所看到的情景，自己下判断。

科学家不但越来越了解影像，并且已经开发出一些技术，比如说能从明暗度推测形状，或把物体从背景中抽离出来。但是直到最近，科学家才开始审视计算机对人的识别能力，以改进入机界面。事实上，你的脸就是你的显示设备，计算机应该能够读取它。因此，它必须能辨认你的脸以及你独特的表情。

我们的表情和我们想要表达的内容息息相关。通电话的时候，我们不会因为电话线另一端的人看不到我们，就面无表情。事实上，有时候为了加强口语的分量和语气，我们会更多地调动脸部的肌肉，并伴有更夸张的手势。计算机可以通过感应我们的表情，接收到繁复而且并行的信号，因此令我们的口语和文字信息都更加丰富。

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使计算机能够辨认人的脸部和表情，这是一个令人生畏的技术挑战。尽管如此，在某些情况下，这一点还是完全可以实现的。在你和计算机一对一的情况下，计算机只需要知道操作计算机的人是不是你，确定坐在它面前的不是地球上任何其他人就够了。此外，把人从背景中分离出来也十分容易。

很可能在不久的将来，计算机就能看到你。1990年至1991年，海湾战争爆发之时，许多商务旅行都被禁止，因此电信会议大量增加。此后，越来越多的个人计算机都配置了价格低廉的电信会议设备。

电信会议的硬件包括一个架设在显示器上方中央的电视摄像头，以及能编码、解码和实时地把影像全部或部分地显示在计算机屏幕上的硬件和软件。个人计算机将会越来越充分地为影像通信

做好充分准备。当初电信会议系统的设计者们并没有想到要把摄像头用在个人电脑上，让我们享受到面对面的计算机通信。但是，这又何妨呢？

人鼠之间

我们媒体实验室的尼尔·葛森菲尔德(NeilGershenfeld)做过一个很有趣的研究：比较只要花几分钟便可学会、价值30美元的鼠标，和要花一辈子才能精通、价值30000美元的大提琴弓。他对照了16种运弓技巧和单击鼠标、双击鼠标和拖曳鼠标的动作。大提琴的弓是为音乐巨匠设计的，而鼠标则是给你我这种人设计的。

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就图形输入（graphical input）而言，鼠标是简单而又累赘的媒介。使用鼠标有4个步骤：①摸索寻找鼠标；②晃动鼠标以找到光标(cursor)；③把光标移动到你希望的位置；④单击或双击鼠标按钮。苹果“强力笔记本”电脑的创新设计至少把这些步骤简化为3个，并且采用了一个“静止鼠标”（最近又改成了“跟踪板”)，可以随手指移动，因此使打字时所受的干扰减少到最低程度。

画图的时候，鼠标和跟踪球（trackball）就一筹莫展了。不信你试着用跟踪球来签签名看。在这种时候，用“数据板”是个好得多的办法，也就是用像圆珠笔一样的笔尖，在一个平滑的表面上操作。

配置了绘图数据板的计算机并不多，而那些配置了数据板的计算机又仿佛患了精神分裂症一般，不知道该怎样安置数据板和键盘的位置才合适，因为两者最好都直接摆在显示器下方的中央位置。解决冲突的方式通常都是把键盘放在显示器下方，因为大多数人（连我也在内）根本不碰图案。

结果，数据板和鼠标都被摆在旁边，我们必须学会某种不太自然的手、眼协调方式。你一边在下面操作数据板或鼠标，一边用眼睛盯住屏幕；也就是说，我们是靠碰触来作画的。

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光笔与数据板

鼠标是道格拉斯·恩格巴特在1964年发明的。当初他设计鼠标是为了指点文件，而不是作画。但是这个发明却流传下来，而且今天随处可见。美国国家艺术基金会主席简·亚历山大(JaneAlexander)最近开玩笑说，只有男人才会想到把它叫做鼠标[1]。

在她说这番话一年以前，伊凡·苏泽兰完善了直接用光笔在屏幕上作画的概念（20世纪50年代，赛其防空系统[2]曾使用过一些粗糙的光笔)。苏泽兰的方法是：跟踪由5个光点构成的十字形光标。要停止绘图，只要抖一下手腕，退出跟踪就可以了。这是个精巧、但不太精确的终止画线的方式。

今天，光笔事实上已经踪影全无。因为把手举在屏幕前是一回事(且不说当血液顺着手掌不停地往下流时，要长时间保持这个姿势已经十分辛苦了)，而拿着一管和计算机拴在一起的、两盎斯重的笔，更会令手掌和手臂异常疲劳。有些光笔的直径达半英寸，用的时候感觉就好像夹着雪茄写明信片一样。

在数据板上画起图来则格外舒服，而且只要多费点心思设计，笔尖也能产生出如艺术家画笔一样的质感和丰富效果。到目前为止，数据板通常让人感觉好像是用圆珠笔在一块平滑而坚硬的板上作画，因此必须在桌面上靠近你和显示器的地方，为这块板找个安身之处。既然我们的桌上已经堆满了东西，如果要让数据板流行起来，唯一的办法是家具制造商把数据板直接做进桌面里，这样一来，就没有单独的数据板了，只有桌子本身。

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[1]“鼠”在俚语中亦有“姑娘、女朋友”之意。

[2] SAGE defense system，即半自动地面控制网防空系统，分布于美国和加拿大。

指上神功

事实上，人类的手指堪称图形输入领域的一匹黑马。

自动取款机（automatedbank teller machine）和问讯处现在都成功地采用了触控式显示器(touch-sensitivedisplay)。但是个人计算机几乎从来不让你的手指触摸显示屏。如果想到手指是你随身的指示装置，不需要再从外界获取，何况我们还有10个手指，就会觉得这种现象令人吃惊了。你的手指可以优雅地从打字的动作过渡到指点的动作，从水平面移到垂直面。然而，手指仍然没能流行起来。以下是我听到的三个理由，但是我现在一个都不信。

当你用手指指一样东西时，你就盖住了那样东西。没错。但是纸和笔的情况如出一辙，我们却没有因此就不用笔写字，或是不用手指指着书上的内容。

手指的分辨率很低。错误。你的手指也许短粗，但是分辨率却高得不得了。在碰触屏幕表面后，只需要再采取一个步骤，轻轻转动你的手指，精确地指出光标的位置就可以了。

手指会把屏幕弄脏。但是，它也可以把屏幕擦干净！你可以这样来想触控式显示器的问题，这种显示器上总是会有看不见的污垢存在，干净的手指可以把它弄干净，肮脏的手指则会把它弄得更脏。

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