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給 QR Code 來點「給我漂漂拳」:QR Code的原理是什麼?它有辦法更漂亮嗎?

活躍星系核_96
・2018/06/08 ・6521字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 579 ・九年級

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  • 文/施登騰 │ 中國科技大學互動娛樂設計系助理教授,右手寫文物藝術鑑賞,左手寫展示科技新知,古今複合型大學老師

到處都是 QR Code

QR Code 過時了嗎?好像還沒有,根據筆者最近的個人經驗感覺 QR Code 的使用其實 還是相當的普及與頻繁,而且在某些場合中它的存在感反而變得更明顯了。

比如說在參加學校會議的時候,要拿著手機開啟讀碼軟體、掃描 QR Code 後登入出席報到頁面;會議結束回程搭火車的時候,又在桃園車站看到大幅的 QR Code 看板,密密麻麻地等著要把某人的手機連線某個鐵路局服務網站去。似乎冥冥中被召喚著要再來更認識 QR Code 這玩意了。

QR碼的圖像存在就是一種數位連結的意象。圖/作者提供。

先談「二維碼」的視覺意象

QR Code 也被叫做「二維碼」,所以從這名稱來看,還有什麼視覺意象可以談的呢?

確實,QR Code 這種圖表一直被我個人嫌棄。它呈現滿滿的人機對話的數位冷冽感,圖樣差異性相當細微、只有機器能辨識,而在眼裏看到的,卻是相仿的類似圖案。所以即使知道它能提供鏈結,在文化歷史古蹟、博物館展區、美術館展覽提供通往深度/擴增數位資訊。但就是覺得它的存在破壞了美感,特別是在古蹟、博物館、美術館等場域。

QR Code該是沒有任何美學可言的吧?!

抱著這樣的疑問去查找相關論文,乖乖,還真找到不少文章。有些學者提出所謂的Aesthetic QR Code(美學式QR碼)」(如下圖),但只使用「Aesthetic QR Code」的英文原名或中文譯名,其實找不到圖例。要使用關鍵字「Visual QR Code」或者是「視覺碼」就可以找到與圖片合併的 QR Code。有家製作「Visual QR Code」的新創公司~ Visualead非常成功,甚至讓大陸的阿里巴巴花了150億美金把這家公司買下。

杭州電子科技大學學者提出的各式 Aesthetic QR Code。圖片來源

話說 Aesthetic QR Code(美學式QR碼)的論文研究些什麼呢?

其實,這些論文所提出的「Aesthetic QR Code Solution(美學式 QR 碼解決方案)」主要是在不超過 QR Code 「容錯能力」的情況下,以雙重圖像(Binary Image)或是插入圖像(Input Image)」的方式製作所謂的 Aesthetic/Visual QR Code(有美感/圖像化的 QR code)。使用技術術語,就是「Embedding a picture」。而從整體圖像上來說,QR Code 的基本形式還在,但加入了視覺化圖像的內容。

那「容錯能力」是什麼呢?這就必須從QR Code的結構說起了。

下面是在維基百科上使用的圖,用來說明 QR Code 的圖碼基本構成。讓我們把重點放在灰色區塊的「資料與糾錯碼訊息」上,其中的「糾錯碼(Error Correction Codeword)」就是與「資料碼(Data Codeword)」共同組成資訊區,用於執行修正錯誤功能的字碼。

這「糾錯」一詞很「大陸用語」的,雖然個人是在很喜歡的演員~葛優所主演的「大腕」這部電影的逗趣劇情中學到「糾錯」這個詞的,但下面還是改用「容錯」去代表原文 Error Correction 字意的「修正錯誤」。

這張圖常用來說明QR Code的圖像結構,本文的重點在於灰色部分,也就是「資料與糾錯碼訊息」。圖片來源

QR Code 在辨識上有設定所謂的「容錯功能」,在部分字碼發生破損或無法辨識時,仍可恢復數據去辨識QR Code 所儲存的內容。在執行「容錯功能」的優劣上,有 7%~30% 的容錯能力(Error Correction Capacity,或譯作容錯能力)差異,分為四種級別,分別代表不同高低的容錯能力(進一步了解):

  • 等級「L」:7% 字碼可被修正
  • 等級「M」:15% 字碼可被修正
  • 等級「Q」:25% 字碼可被修正
  • 等級「H」:30% 字碼可被修正

但是,前面提及的「Aesthetic QR Code Solution(美學式QR碼解決方案)」是在不超過 QR Code 的容錯能力情況下進行。也就是說,既然 QR Code 在判讀上有 7%~30% 的容錯率,那其中一個方法就是在可容許範圍內,加入「雙重圖像(Binary Image)」或是「插入圖像(Input Image)」。

所以,網路上就有些教學,介紹如何使用繪圖軟體自製「視覺碼」。有興趣了解的人,可以看看這個介紹

網路上以Photoshop製作視覺碼的示範。圖片來源

讓你的 QR碼也美美的

但既然有學者特地提出討論「Aesthetic QR Code Solution(美學式QR碼解決方案)」,就肯定不僅僅只有運用「工人」智慧、還小心地不超過容錯率這種簡單的作法。

在杭州電子科技大學與逢甲大學學者所提出的「An aesthetic QR code solution based on error correction mechanism」(根據容錯率計算機制完成之美學式 QR 碼)這篇期刊論文中提出特殊的運算技術去自動產生視覺碼(或學者所說的「美學式QR碼」),而且是透過「建構字碼編排(Construct codeword layout)」、「取得顯著圖(Obtain saliency map)」、「選擇最佳可變區(Select best changeable regions)」、「提出分層替換規則(Propose hierarchy replacement rules)」等4個步驟去運算生成的。

根據兩岸學者論文中提供的成果來看,成效確實是相當好的。特別是「選擇最佳可變區(Select best changeable regions)」這個關鍵技術,使得所製作出來的「視覺碼」,甚至比坊間的商業技術都更為優越且清晰。

下圖是節錄自論文的圖片,最上排的「美學式QR碼解決方案」技術所完成的「美學式QR碼」、中間那排是使用其他類似研究學者的技術所完成的、最下面那排則是使用前面所提到,被阿里巴巴重金收購的Visualead 技術所完成的。其他兩個技術所完成的雙重圖像式視覺碼與「美學式QR碼」有不小的差距。

不同技術所完成之視覺碼範例。圖片來源

然而,這些視覺碼其實並沒有解決QR碼的視覺設計問題,因為其在圖像構成上,仍屬於複合圖像(雙重圖像,Binary Image),也就是「QR碼+圖」,QR碼的形狀仍有絕對的存在。所以,要談「QR碼的視覺意象」,仍必須從視覺設計的角度去看看是否已有解決方案。

以 QR code 作為視覺意象

經過查找許多的網路資料,可以整理出設計師給的答案,就是下面幾張圖所代表的類型。

在以下的圖片說明中,我會特別標示實際掃瞄測試的結果,畢竟有些視覺碼雖然很有設計感,卻在掃描使用上發生問題,甚至失去其基本功能。這些也是視覺碼要兼具美感與功能奮戰的目標。以下就舉例幾張 QR碼的設計佳構作為「視覺意象」的介紹,更多可點選此網址

以下這張圖可掃描連結微信qq,在設計上仍保留「定位標記」跟「校正圖塊」的必要形式,但資料與糾錯碼都十分具有圖像設計感了,可以看出與前面所介紹之視覺碼的差異。

可掃描連結微信qq,在設計上仍保留「定位標記」跟「識別圖塊」的必要形式,但資料與糾錯碼都十分具有設計感了。圖片來源

以下這張圖可掃描連結至微信App下載網址,同樣保留「定位標記」跟「校正圖塊」的必要形式,但「資料與糾錯碼區」是以海盜為圖像設計概念,與前圖一樣都有電腦繪圖的設計美感了。

圖片來源

以下這張圖可掃描連結至微信qq,「定位標記」跟「校正圖塊」已成功隱入設計中,以蒙娜麗莎為主的設計概念更為完整,卻仍兼具QR碼功能。

圖片來源

以下這張的原圖是個動畫gif檔,但我試過至少3款讀碼軟體仍然無法判讀,所以就單純從設計來看。可看出這是個很有向量圖設計感的2.5 D圖標,基本上保留QR碼原形,並且反向讓QR碼插入圖像中,而不是坊間普及的「QR碼+Logo」的插入圖片形式。

圖片來源

既然無法掃描執行 QR碼功能,上圖其實就非屬 QR碼。我相信這絕非此動態圖的設計原旨,但既然要以 QR碼去橋接數位服務與訊息,功能價值還是遠遠在設計價值上的,這也就是「Form Follow Function」(形式服務功能)的功能性設計概念,畢竟QR碼的其中一個很重要的功能是「Call to Action」(行動呼籲設計),是連結啟動許多數位服務的關鍵元素,所以接下來就談談「再想想 QR碼的實務用途」。

再想 QR碼的實務用途

上面圖片所見的功能用途,應該算是 QR碼的使用特例,圖中的 QR碼海報也確實可以掃瞄連結到一家專營QR碼海報商品的「QR Canvas」公司網站。但這不是「再想想QR碼的實務用途」這個部分要談論與介紹的。就如前述,既然要談QR碼能連結啟動許多數位服務,具備「Call To Action(CTA)」(行動呼籲設計)的關鍵因素,就從使用情境與引導動機這方面去探討。

先從 2012 年威尼斯藝術雙年展,俄羅斯館的競賽作品《iCity》談起。該建築的內部在天花板、牆壁、地板都鑲滿 QR碼,就像個裝置藝術展。只不是此作品是一個虛擬展品,入目所見的全是可透過行動裝置判讀的巨大 QR 碼,連結到城市「Skolkovo (斯科爾科沃)」的訊息。斯科爾科沃號稱為「俄羅斯矽谷」,承載了一個國家的科技創新夢想。

整個展布的 QR碼的遵循著「簡單直接 (Keep it simple and straightforward)」的原則,在展間的訪客都能一目瞭然這些 QR碼的用途:連結與提供數位資訊。

圖片來源:http://www.notcot.com/archives/2012/09/russian-ar-code-madness.php
圖片來源:https://creators.vice.com/en_au/article/535evx/qr-codes-cover-every-inch-of-russias-pavilion-at-the-venice-architecture-biennale-2012

從實務運用的角度來看,不虛掩地且直覺地使用 QR 碼,當然是最直接有效的,畢竟 QR 碼的功能用途就是「Call To Action(CTA)」,為了要去橋接後端的「數位服務」。因此要讓「CTA」產生效果,就要有策略地,有步驟地去促成。我將「CTA」目標分為「參與目標」與「執行目標」,且認為缺一不可。分列如下:

  • 「使參與某事(Ask someone to participate)以QR碼提供「快速連結」去達成此「參與目標」。
  • 「使執行某事(Get someone to do something)由QR碼橋接「數位服務」去達成此「執行目標」。

QR碼能提供資訊量真的不大(請見下圖),所以常用的資訊是:「網路連結」、「電郵信箱」 、「電話號碼」、「聯絡資料」、「行事曆活動」、「地點」、「Wi-Fi」等項目,但一旦接續後面的數位服務,就能延伸出更多的用途。

舉例來說,QR碼「網路連結」讓使用者可以「下載App」、「造訪網站首頁」、「在FB粉絲頁按讚」、「登錄為用戶」。若以使用情境來舉例,QR碼「網路連結」讓使用者可以「在賣場查詢產品履歷」、「在促販現場取得電子兌換卷」、「從名片即時連結公司網站」、「從平面設計連結影片播放」、「看著廣告傳單掃描上網訂購商品」、「掃描手機上的QR碼通過車站或機場閘門」等等。

圖片來源

所以,QR碼的功能,其實有著 0 與 1 的極端差異。

因為如果能誘使使用者掃瞄連結、啟用服務,QR碼就是個具有強大數位能量的中介圖標;如果沒能讓使用者掃瞄、啟用連結,QR碼不過是具有簡潔二維圖像的平面圖標。是否掃瞄連結?能否掃描連結?差很多。

而要能讓QR碼功能啟用,執行4個策略:

  • 要有「行動誘因」、「標示清晰」的設計,好讓QR碼提供快速連結去啟用並達成「CTA的參與目標」
  • 也要有「實質承諾」、「計畫策略」,好讓QR碼橋接數位服務去啟用並達成「CTA的執行目標」。

「行動誘因」、「標示清晰」、「實質承諾」、「計畫策略」的這 4 個執行策略,是導入「How to Create the Perfect Call to Action」(如何做出完美的行動呼籲設計)這篇部落格分享文中所提出的「完美 CTA 的4個成分」,並加以變化歸類。有興趣者可以點選閱讀,這邊就不再贅述。

由於「實質承諾」、「計畫策略」是牽涉 QR碼所連結之後端數位服務,這顯然已非此分享要討論的,所以還是把焦點放「行動誘因」、「標示清晰」的設計上。我先根據使用經驗與案例分析試著整理出工作要點如下,以後也會陸續在教學與產學案中在檢視修正:

  • 要以簡潔直接為原則(Keep it simple and straightforward)
  • 要用設計引起動機(Designed the motivation)
  • 要用引起動機的動詞標語(Use a stimulative verb on the tag)
  • 要讓CTA成分吸睛(Make CTA Ingredients stand out)
  • 要展現具有吸引力的激勵誘因(Show the incentive)
  • 要設計資訊圖像(Design infographic images)
  • 要重複與強調(Repeated and emphasized)

其實 QR碼絕少個別存在,即使是印在紙上並以文字註明用途,也一定會貼附在我們空間中的建築、物品、產品、印刷品、衣服甚或人體上。不論尺寸大小、不拘二維碼或視覺碼,在行動網絡世界中,一個個 QR碼就是一個數位連結的承諾,以實體行動裝置去接通。

運用 QR碼的「虛+實」

下面這張圖中看到的是一個校園的長椅,而上面的 QR碼連結的,則是該校學生的藝術創作品分享。所以,接下來談談 QR碼的「虛+實」,作為這篇分享的總結。

圖片來源

下面的影片就是個很有趣的「虛+實」應用,後來引起不少類似作品的仿效。DM上人物的嘴巴被手機加上 QR碼的圖像遮住了;觀眾以手機掃描照片上的 QR碼,就可以連結到影片檔,把手機放在照片的嘴巴部分,播放影片就可以看到照片上的人「說話」。很喜歡類似這樣的簡易、且直覺化的數位科技用法。

下學期(2018 年 2 月)筆者規劃中國科技大學的「遊戲化應用與設計」課程,正打算導入難易度不同的數位技術,其中包括 QR碼。課程預計讓學生創意運用手機創造虛實整合的遊戲化應用:關卡、獎勵、勳章、計分都是遊戲化應該包括的機制,但課程前段將讓學生專注於內容設計,盡量減少數位技術的干擾與負擔。

此時能夠連通「虛+實」QR碼就很適合,之前在筆者臉書分享過的《NFC 近場通訊》也會用在課程中。雖然「NFC 近場通訊」也很適合作為「虛+實」的應用,「NFC 近場通訊」是個實體小裝置與 QR字碼圖標不同,其使用方式也與 QR碼有別,先了解一下:

  • 資料傳輸可分享圖文、網址、通訊錄、電話號碼、樂曲、影片或相片等資料,並可作為支付、驗核、電子票證等類資訊的發送、接收、與確認。
  • 使用方式:可進行非接觸式點對點資料傳輸,範圍是0~20公分。此即NFC重要的近場高頻無線通訊技術基礎上的特殊數位資料傳送方式。
  • 對接形式NFC 裝置與標籤的對接傳輸形式主要是以下圖所示之兩類,也就是「『NFC手機』+『NFC Tag』」或「『NFC手機』與『NFC手機』」等。

目前已規劃 Scavenger hunt 類的尋寶遊戲,就將引導學生使用關卡、獎勵、勳章、計分機制去設計「校園尋寶(Campus Scavenger hunt)」。預計將先使用低數位開發負擔的「QR碼」與「NFC  標籤」讓學生掌握基本的且有趣的「虛+實」應用,再次第導入更為複雜的、技術難度更高的數位科技應用。

之後也會持續分享與學生在「QR碼」與「NFC 標籤」的技術研發與創意應用成果。而更多的具有藝術設計感的視覺碼也會陸續出現在互動系的「互動科技媒體中心實驗室」中。敬請期待!!!









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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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「掃」一下、「嗶」一聲、乘客滿出來!電子票證如何辦到隨刷隨進?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/08/09 ・3366字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 交通部鐵道局 委託,泛科學企劃執行。

悠遊卡「嗶」一下上公車、 eTag 不需等待就能收取高速公路通行費、防疫期間進出公共場所「掃」一下完成實聯制登記,甚至買完高鐵車票後還能用手機取得專屬 QR CODE 快速通關!隨著科技進步和智慧型手機的興起,人們開始以電子票證取代傳統紙本票卷,只要一支手機或是一張卡就能到達任何你想去的地方。

臺灣目前常用的電子票證主要有兩大類,高鐵、台鐵 APP 訂票取票後的專屬 QR CODE ,和使用無線射頻辨識 RFID 的感應交通票卡(像是悠遊卡、一卡通),究竟這兩種方便又快速的電子票證技術是怎麼運作的呢? 

「掃」出資訊海—— QR CODE

QR 為 Quick Response 的縮寫,最早在 1994 年,由日本汽車零件業者 Denso Wave 的技術室長原昌宏發明,他認為一維條碼能夠包含的資訊量太少,一件產品都要印上數十個條碼才足以應付需求,對當時追求商品小型化的日本很不方便。原昌宏的團隊便將兩個一維條碼疊加在一起,讓 X 軸、 Y 軸都帶有訊息,進化成二維條碼,不只可以更快速追蹤產線上的產品, QR CODE 還有多角度辨識、容錯能力高等優點。

相較於產品包裝上只能呈現英文、數字資料的一維條碼,二維條碼能夠承載更多資料。圖/envato elements

QR CODE 三大優點:高存量、高容錯、易辨識

QR CODE 呈現正方形黑白兩色,每一格黑白格子都是一個位元,黑色方格代表 1 ,白色方格代表 0 ,掃碼時機器只要判斷反光與否,就能將黑白圖像轉換為二進位數、數字、字母、日語假名等訊息組合,經過轉譯後就能代表一串代碼、一句話或是一個網址。 QR Code 發展至今一共有 40 種版本,以結構、尺寸和校正標記位置區分,每一種版本的儲存密度都不完全相同,最大的版本 40 為 177×177 模組,可容納高達7089字元。

在 QR CODE 的 3 個角落有像「回」字的正方圖案是幫助解碼軟體定位的座標,以鮮少出現在印刷品的特殊比例 1:1:3:1:1 作為定位標記,只要掃描裝置偵測到這個特殊比例就能算出條碼位置,使用者不需像傳統一維條碼一樣必須精確對準條碼才掃得到, QR CODE 以任何角度掃描都能正確讀取資料,加速識別作業。

定位圖形無論從哪個方向來看都是 1:1:3:1:1 的比例。圖/Denso Wave

除了中規中矩的黑白 QR CODE, 你一定也有看過插入商標或是特殊形狀的二維條碼,為什麼缺了一角的 QR CODE 還能掃描的到呢?因為 QR CODE 有很高的容錯能力,當某部分資訊缺失的時候,解碼系統會透過里德-所羅門碼(Reed-solomon codes)的原理自動填補缺失的部分,讓整體資訊依然可以完整辨識,容忍錯誤發生。 QR Code 的容錯能力分為 4 個等級,條碼圖形面積愈大就能分割出更細緻的里德 – 所羅門碼區塊,避免單一區塊「猜」太多密碼,容錯等級最高甚至可修正 30 %的缺失條碼。

QR Code 的容錯能力可以容許一定程度範圍內的資訊流失,就算破損、髒污,或是插入圖片、 logo 擋住部分條碼,也都能正確辨識。試著用手擋住部分條碼,是不是也掃得出來呢?圖/泛科學製作

QR Code 的快速掃描和容錯能力,能夠廣泛地運用在產品追蹤、物品識別和文件管理方面,使識別作業更便捷,「車票」也是其中之一!高鐵發售的每張電子票證都含有一個獨一無二的 QR Code ,經過閘門條碼感應區解碼就可以直接通關,享受快速方便又環保的乘車體驗!

從高鐵「T Express」APP 取得的電子票證可以存有你的乘車資訊,不用擔心與別人重複訂位,高鐵公司也可以防止車票被重複使用。圖/台灣高鐵

「嗶」一下,扣款成功—— RFID

RFID (Radio Frequency IDentification) 全名為無線射頻辨識,是透過無線電訊號識別特定目標並讀取相關數據的無線通訊技術,我們日常所用的各式電子票卡多半都使用這種技術,或是其衍伸用於智慧型手機的感應式電子票證 NFC(Near-field communication,近距離無線通訊)。

RFID 最早出現在第二次世界大戰時期同盟國和德軍的敵友識別系統(Identification Friend or Foe,IFF)。以應答機(Transponder)偵聽詢問信號,然後回覆識別暗號,軍隊以此技術識別飛機、車輛或友軍部隊,並確定受詢問方的方位和距離。儘管當時 RFID 已被廣泛使用於軍事、航空用途,人們日常生活還是很難接觸到 RFID ,直到 2003 年美國最大零售商 Walmart 宣布他們的前 100 家供應商將被要求在所有進貨的貨箱和托盤上貼上 RFID 標籤以減少盤點貨物的時間,其他企業、零售商紛紛開始效法,使 RFID 頓時成為商品管理的新模式。RFID 發展至今,包括日常使用的悠遊卡、門禁卡、商品防盜標籤和寵物晶片,都是使用 RFID 的技術。

RFID 標籤非常輕薄,可製作成商品貼紙或是放進悠遊卡裡。圖/Amazon

你是否曾疑惑:悠遊卡沒電池,為何能付款或是傳送資訊?

我們常用的電子票卡多半屬於無電源的被動式標籤,利用感應器(Reader,像是公車讀卡機)發送特定頻率的電磁訊號,當訊號夠強時,就會觸發感應範圍內的 RFID 標籤(Tag),RFID 標籤內部為電路板和天線的組合,標籤接收電磁波後會藉由電磁感應產生電流,供應 RFID 標籤上的晶片運作並發出電磁波將特定編碼回應給感應器。感應器若成功解碼,則回傳主機(Host)請求驗證資料再給予回應。RFID 系統以「辨識」為主要功能,接收到「有效回應」才算驗證成功,就像拿悠遊卡靠近公車讀卡機可以扣款,而你的公司門禁卡不行,是因為讀卡機無法解開公司門禁卡回傳的編碼,無法驗證有效性就會顯示扣款失敗。

悠遊卡(easycard)RFID的內部天線、半導體及晶片構造。

相對於傳統條碼, RFID 標籤帶有遠距離讀寫、具穿透性、可同時讀取多個標籤和重複利用等優勢。透過調整感應器發送的電磁波頻率,來選擇觸發特定頻帶的標籤和控制讀取範圍:像是悠遊卡、一卡通是 13.56MHz 的高頻帶(HF)標籤,感應器可讀取在 1 公尺以內的 RFID 條碼;高速公路 eTag則是採用特高頻帶(UHF)標籤,不僅可讀取範圍增加到 5 ~ 10 公尺,還能同時讀取 1000 個RFID 條碼,就算中間有其他物質阻擋(像是卡片放在錢包裡、颱風天上高速公路),RFID一樣都可以讀取。

RFID 標籤最大的優勢其實是重複利用,過往的條碼都是一對一的組合,只要印刷上去就無法更改,使用過後必須報廢,而 RFID 可以更新電路板內儲存的資料,讓同樣一個標籤衍生出不同的編碼,拓展用途。當然這也代表有心人士可以串改標籤中的資料,因此大多數電子票卡會多加一層密鑰保護內部資料。除此之外,由於 RFID 標籤無須直接與感應器接觸,使用者也有可能在不知情的情況下被他人讀取標籤內儲存的資訊,構成安全隱憂。

悠遊卡、一卡通屬於電子貨幣,內涵的編碼有密鑰保護,不容易被有心人士複製。圖/悠遊卡

目前,高鐵除了能用「T Express」APP 訂位立即取得專屬 QR CODE 快速通關,也開放悠遊聯名卡或一卡通聯名卡這兩款 RFID 電子票證來搭乘自由座喔!

現在搭乘高鐵只要感應手機、便利商店車票上的二維條碼,或悠遊聯名卡、一卡通聯名卡,都可作為驗票工具,輕鬆過關。圖/台灣高鐵

參考資料:

  1. Denso Wave
  2. Wikipedia – QR CODE
  3. Cool3C – QR Code發展與歷史介紹:運作原理、特色、編碼結構分析
  4. 台灣高鐵
  5. Wikipedia – Radio-frequency identification
  6. YouTube – What is RFID? How RFID works? RFID Explained in Detail
  7. Walmart and RFID: The Relationship That put RFID on the Map
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「可以看我,不要看QR Code嗎?」—擴增實境的辨識,科幻成真的最後一哩路?
PanSci_96
・2016/03/08 ・1890字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

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目前擴增實境運用在日常生活還十分稀少,圖為使用GPS定位系統作為辨識工具來指路。圖/flickr @plantronicsgermany
目前擴增實境運用在日常生活還十分稀少,圖為使用 GPS 定位系統作為辨識工具來指路。圖/flickr @plantronicsgermany

文/曹盛威 | 國立交通大學教育所科學教育組

擴增實境,指得是將虛擬物件投射至現實中的技術,像是「遊戲王」中的立體影像裝置(去年已有神人完成決鬥盤與投影系統),或是去年的 IKEA 型錄,不過這只是一部份。

擴增實境的物件不一定是 3D 立體影像(只是最多人用,也較有互動性),其原始概念是在你眼前加入現實中沒有且可以即時互動的虛擬訊息,比如上面的血量、防禦、時間,或是將準星對到隊友身上跑出隊友的相關資訊。

前些日子一度爆紅的 google glass 已能讓擴增實境在真實世界中顯示虛擬訊息,但還有一個功能並不完善,那就是直接在真實物體上顯示正確的虛擬訊息。以CS的遊戲畫面來說,就是我們還無法讓準星(鏡頭)對準隊友(真實物體)後正確顯示相關資訊(虛擬物件)。

為什麼不行?人與機器在辨識物體上的差異

心理學將人辨識物體的方式分為「由下至上」與「從上到下」這兩種模式(注意,接下來的敘述富有無聊的哲學意味)。

「由下至上」指的是我們先是辨認出各種「特徵」,根據這些特徵進行辨認,這是一種被動的處理方式(也可以說,較為客觀)。例如:看到一個有著四條腿、毛茸茸還搖著尾巴又汪汪叫的東西,我們便能說這是一條狗。

「從上到下」則反過來,透過「情境」採取主動詮釋的方式(較為主觀),依據內心的期望來對接受的訊息進行解釋。比如在吧台上,擺著兩大罐開過的高粱以及一整排裝滿透明液體的 shot glass,你馬上認定這透明液體就是高粱,但實際上你並沒有足夠多的資訊來辨認;如果把 shot glass 換成平常的玻璃杯,旁邊也沒有任何高粱酒瓶,你或許就會認為這只是一杯白開水。

辨認就是識別出「特徵」與「情境」這兩件事。對人來說,辨識是兩種過程交互進行的結果,但對機器就不是這麼一回事了,機器只有識別「特徵」的能力。因此同一物體只要看起來不一樣(換個角度或是光源不一樣),機器就會有判別上的困難。

解決方法-識別碼與機器學習

IKEA 的型錄影片中,我們可以看到使用者將 IKEA 型錄放在地上,device 偵測型錄並顯示相對應的虛擬物件,這就是「識別碼」的概念(QR Code、二維條碼、RFID 等技術)。既然機器只能辨識「特徵」,就為現實物體安上一個機器能夠明確辨識的識別碼,這樣問題就迎刃而解了!

不過這樣的方法治標不治本,主因是「想要在哪裡顯示虛擬物件,就要在那裡找到 QR Code」,想一下賽亞人偵測戰鬥力時,還要跟對方說「抱歉我找不到你的 QR Code」,實在是很不直覺又不帥氣阿!

但識別碼仍當前是解決辨識問題最常使用的方法,不只是電腦容易判讀,對人來說也容易製作。識別碼的相關技術也還在持續發展中,比如用紅外線感應的隱形識別碼,可以讓真實物體不會再有醜醜的條碼。

而另一個方法是讓機器也能搞懂複雜情境的能力,這涉及到已經被科幻小說寫到爛的人工智慧。而在工程領域,「機器學習」正是嘗試讓機器也能玩閱讀空氣的跨領域學科,但不要忘了機器基本上還是只有辨識「特徵」的能力,機器學習只是將複雜的真實情境簡化成機器能辨識的特徵。

所以該如何讓機器進行學習?其實跟人的學習一樣,不外乎是從經驗中(數據)找出共通點,並作為之後判斷的標準。比如說你跟朋友約見面,朋友經常晚十分鐘才到,那下次約見面時你就會去衡量自己要不要準時赴約,如果把他寫成機器邏輯,那會是「跟別人約見面要準時,但如果是你朋友的話,可能要晚十分鐘才對。」(如果對這部分有興趣,可以參考深度學習──人工智能的現在與未來)。

是最後一哩路?還是走不完的一哩路?

Microsoft HoloLens。圖/flickr @Microsoft SwedenMicrosoft HoloLens。圖/flickr @Microsoft Sweden

擴增實境從提出至今也過了二十年,許多成像與體感操作技術都在突飛猛進,但在辨識技術上卻沒飛的那麼快,這也使得擴增實境的運用大多還是在娛樂媒介上面,像今年 E3 展上,Microsoft 開發的 hololens,把 Minecraft 的世界直接投影在會場上並用體感進行操作;但在日常生活中,辨識技術的不足將使得擴增實境的便利性不佳,如果帶 google glass 還要找商品條碼才能看到價格,我為什麼不直接看櫃子上的價格告示牌呢?

人類技術能不能突破機器辨識上的落差,成為這最後一哩路最重要的關鍵,究竟這真的是最後一哩路,還是走不完的一哩路,還有待那些資料科學家們來為我們解答。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧

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傳統工藝與現代科技能有什麼火花?到竹山玩就對啦!
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・2014/11/10 ・1057字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 450 ・四年級

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文/歐葳

智活玩家第一站到了鹿谷鄉初鄉活動中心,剛下車就看到林正敏教授親切的招呼玩家,林教授邀請大家稱呼他敏哥,他將是這兩天的智慧生活導遊!

沿著樓梯走上活動中心,南開科技大學數位生活創意系的學生已經準備好場地了,玩家們依序在門口領取自己的名牌和這次的活動手冊後就陸續入座,準備用中餐。

來到初鄉的第一餐,就是具有地方特色的筍包。熱騰騰的內餡被黃澄色與紅紫色的番薯皮包裹著,小心的剝開後迎面撲來的是鮮肉與綠竹筍淡淡的香氣,刺激著腦中深處的美好記憶。輕咬一口,皮的甜味與內餡的香味誘惑不禁使人的一口接一口,筍子的清香和著番薯的甘甜讓內外鹹甜勻稱的交合,讓每個人吃過不禁大讚:「好特別的味道啊!」除此之外,還有大排長龍的人氣米糕,搭著店家特製的招牌酸菜,智活團隊貼心準備的道地好滋味,讓玩家們不用揮汗等待就能吃到好料,一面慢慢品嘗、一面喝著冷泡茶,聽敏哥和大家介紹接下來行程的規劃,準備迎接地一個挑戰——竹編QR code。

在正式動手做之前,敏哥先用簡報與大家介紹竹山從日誌時期就開始的竹編發展史,也娓娓道出了竹編QR code的出現機緣,原來是在一次智活聯盟發表會後靈機一動想出來的,完全沒有接觸過竹子工藝的敏哥帶著想將現代科技與傳統技藝結合的想法拜訪陳宜妙工藝師,討論三小時後才終於有了這樣特別的跨界合作成品。

聽完竹藝的歷史發展後,施志成工藝師便和玩家介紹起手上的竹編材料,這次使用的兩種竹片分別是白色的水煮竹跟黑色的煙燻竹,每一片編織用的竹材都是手工削出來的。除了介紹活動使用的材料,老師也跟玩家們分享了兩個竹製品的故事,分別是小時候的竹床和牛車的牛軛擔,讓大家知道竹子在古早時期用途十分廣泛,並且也更清楚知道竹子除了有柔軟的一面,也能是非常堅固的喔!

緊接著陳宜妙老師就一個步驟一個步驟帶領大夥動動手囉!看著大大小小的玩家們無不興奮地排起專屬自己的QR code,認真地按照圖表一黑一白,將竹片緊密交織在一起,大家認真的樣子,好像完全不會累,就怕會不小心錯看一格,成品就無法掃描辨識了。

現場除了玩家與工藝師以外,還有近十個南開科大生創系的學生也穿梭在裡頭,不時幫忙調整作品、協助解決竹編新手的大大小小問題,玩家手上的竹片也終於逐漸有了成品的樣子,空氣中開始有了些微緊張的氛圍、興奮的話語,玩家們的手機紛紛打開掃描程式,既期待又怕受傷害的「試用」今日作品,希望自己能做出能用的作品。

由於QR code的辨識在技術上十分講求精確,因此要竹編一次成功並不是件簡單的事情,多半要藉由不斷微調才能成為一個真正能用的標碼,玩家們不禁大呼:竹編真的不簡單,需要好多耐心與細心!

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