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電腦先驅中的先驅——不為人知的楚澤│《電腦簡史》數位時代(六)

張瑞棋_96
・2020/09/28 ・3492字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

他開發出史上第一台二進位的數位計算機,而且所用的就是馮紐曼後來才提出的現代電腦架構。當電腦先驅們只知道用機器語言輸入指令時,他已經發明世上第一個高階語言。他還設計出類似電腦螢幕的機制,即時顯示計算機實際接收到的輸入指令。但世人卻幾乎不認識這位先驅中的先驅——楚澤。

只因楚澤生在德國,又逢二次世界大戰,以至於研究中斷延宕。等到戰後他重啟計算機的開發時,已經遠遠落後,最後不得不黯然退出了……。

本文為系列文章,上一篇請見:手算來不及啦!先驅者並起,數位計算機的萌芽時期│《電腦簡史》數位時代(五)

V1——第一台二進位數位計算機完工,只不過……

1938 年 6 月,楚澤花了將近兩年時間打造的 V1 計算機終於完工。這個龐然大物用了兩萬個零件,重達一千公斤,幾乎佔據了家中整個客廳。

測試的結果一如楚澤的構想,不需繼電器,僅憑金屬條就能完成 22 位元的浮點運算。但成也金屬條、敗也金屬條,因為這一片片完全都是用手工鋸出來的,精密度不是很高,有時會卡住而難以移到正確位置,或者應該分隔卻互相接觸而構成錯誤迴路。

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V1的複製品。圖:WIKI

事實上在剛開始建造時,楚澤的朋友舒瑞亞 (Helmut Schreyer) 就對金屬條不以為然,勸他使用真空管。舒瑞亞當時正在攻讀電機博士,楚澤只覺得這是高居象牙塔的痴人說夢,他從來不敢肖想這麼昂貴的零件。但如今 V1 的實際運作情況讓他不得不認真考慮了。

楚澤已經獲得那位企業家的一筆資金,但金額仍不足以讓他任意揮霍。已經拿到博士學位的舒瑞亞再次提出建議,這次至少是個可行的折衷方案:買不起真空管沒關係,那就用電話交換機汰換下來的二手繼電器。(楚澤用廢棄的電影膠卷取代紙條,也是出自他的建議)

打造下一代計算機的實驗機型——V2,不料二次大戰爆發……

楚澤評估如果 V1 全部都改用繼電器,至少需要兩千個以上。保險起見,他決定先將控制單元與運算單元換成繼電器,記憶單元則繼續沿用金屬條,並且將規格降低為 16 位元,放棄浮點運算、限定小數點位數,這樣應該只需要兩百個繼電器,就可以打造一台過渡性質的計算機 V2。一旦證明繼電器電路穩定可靠,再用 V2 去爭取更多資金,打造下一代的計算機。

不料 1939 年 9 月德國閃電入侵波蘭,開啟了第二次世界大戰,也打斷了楚澤的計畫。

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1939 年 9 月,德軍閃電入侵波蘭。圖:WIKI

楚澤被徵召入伍,分發到步兵單位。入伍沒多久,他就寫信給上級,表示自己開發中的 V2 可用來加密情報文件,盼能讓他發揮計算機的才能,報效國家。不過眼前德軍更迫切需要的是武器,況且他們已經有威力強大的恩尼格瑪密碼機 (Enigma),開發計算機顯然不是首要之務。

德軍更看重的,反而是楚澤之前擔任結構工程師的經驗,於是把他轉派到亨舍爾飛機公司,協助開發戰鬥機。楚澤怎麼也沒想到,繞了一圈,自己竟又回到幾年前辭職的公司上班。不過這至少比上前線打仗好多了。

楚澤利用下班時間繼續打造 V2,最後終於在 1940 年中建造完成。他在當年九月向德國航空研究所展示 V2,這次他以協助空氣動力學的計算為訴求,成功獲得資金挹注。他趁此成立公司,開發完全採用繼電器的數位計算機 V3。

全繼電器的數位計算機 V3 完工,下一步,操作簡便又便宜的V4

V3 僅花了半年時間就完成,總共使用 2,400 個繼電器,和 V1 一樣可以做 22 位元的浮點運算,但速度提升到 5 赫茲,加減法不到 1 秒,乘除法也僅需 4 秒。楚澤於 1941 年 5 月對外公開展示,結果最先收到的訂單就是來自他上班的公司——亨舍爾飛機。

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V3 複製品。圖:WIKI

不過楚澤真正想做的不是為客戶客製化計算機,而是大量生產可以直接使用的通用機型。要做到大量生產,首先就得壓低成本。所以楚澤將這個預計量產的機型 V4 設計成像 V2 那樣,只有控制單元與計算單元使用繼電器,記憶單元則使用金屬條。一方面這也是基於現實面的考量,因為戰事造成物資吃緊,繼電器不易取得。

雖然成本壓低,但 V4 的性能反而超越 V3,速度提高到 30 赫茲,容量也更大,可以處理 32 位元的運算。而且記憶單元預存了開根號、三角函數sin、最小、最大等指令集,可以直接呼叫使用。為了讓使用者很快上手,楚澤還為 V4 發明了世上第一個電腦高階語言 Plankalkül(意指「規劃計算」)。

高階語言接近自然語法,使用者很容易就能學會,然後只要在改造的打字機輸入Plankalkül 中的相關指令,打字機便會在膠卷上打孔,轉換成二進位的程式碼。在此同時,有個裝置會將膠卷上的程式碼轉換成 Plankalkül 語言,立即顯示在燈號面板上,讓使用者確認是否與所輸入的一致,好即時更正錯誤。不用等到機器執行完程式後。才費心尋找指令哪裡打錯。

德軍敗退、V4改名,楚澤的命運從此大不同

楚澤於 1942 年開始打造 V4 的原型機,計畫一年到一年半之間完成。不料,美國於 1941 年底因日本偷襲珍珠港而決定參戰。在美軍的支援下,同盟國對柏林展開猛烈的轟炸,楚澤的工作屢屢因空襲而被迫中斷,物資取得也更加困難。V4 就這麼做做停停,進度大受影響,直到 1945 年初才終於打造完成。

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只是此時蘇聯的軍隊已逼近柏林,德軍決定把重要的戰略性武器與人員從柏林轉移到其它城市,於是楚澤帶著拆解成二十箱的 V4,跟著一起撤到哥廷根 (Göttingen)。1945 年 4 月,楚澤重新將 V4 組裝完成,但五月德國就宣布投降,他的計算機大業也隨之停擺。

楚澤打造的V4,現保存於慕尼黑的德國博物館。圖:WIKI

戰後楚澤只能靠畫油畫與刻些木雕賣給美軍與觀光客維生,如此過了兩年多,直到 1948 年,他才租了個地方開封蒙塵已久的 V4,重啟計算機工坊。不過為了避免外界將 V4 與納粹的 V1 、V2火箭聯想在一起,他乾脆將 V4 改名為 Z4 (Z 代表他的姓氏 Zuse),之前的計算機 V1、V2、V3 也就跟著改為 Z1、Z2、Z3。

隔年一位蘇黎世聯邦理工學院 (ETH Zurich) 的教授前來拜訪,當場出一題微分方程式測試 Z4 的能耐。只見楚澤三兩下設定好後, Z4 馬上就解出答案,這位教授立刻以五萬瑞士法郎向楚澤訂購一台。楚澤用這筆錢再度成立公司,繼續開發下一代計算機。1958 年,楚澤終於用真空管打造出全電子式的計算機 Z22,殊不知早在 13 年前,大西洋的另一邊就有人率先開發出來了。 

楚澤後來又繼續開發新的機種,但他經營企業的能力遠遠不如設計天分,到了 1964 年,公司終因周轉不靈賣給一家鋼鐵公司,五年後又被轉賣給西門子 (Siemens)。

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時不我予——縱有超越時代的創見,最後只能黯然退出

在這場開發數位電腦的競賽中,楚澤從原本獨占鰲頭,到後來黯然退出,絕對不是因為他技不如人。相反地,他的創見始終遠遠領先其他人。

他在馮紐曼提出現代電腦架構之前,就已經如此設計開發計算機;他用鍵盤直接輸入指令時,別的機器都還是靠更換打孔紙帶或電路接線;當其他人腦子裡只有機器語言時,他已經在使用高階語言;而他用燈號面板即時顯示輸入結果,更是相當於現代電腦螢幕的機制。

馮紐曼提出的電腦架構。圖:WIKI

只能說是時不我予。楚澤縱有超越時代的創見,也不敵造化弄人。

二次大戰促使美國政府全力開發計算機,相反地,納粹政府卻以武器為先,並未支持楚澤的計畫。楚澤在這關鍵的幾年落隊,就再也沒機會迎頭趕上了。而這不僅是他個人的損失,楚澤的成果與創見也因為戰爭而不為外界所知,英美的電腦先驅們因此錯失了從中獲得啟發的機會。

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這也令人不禁設想:倘若當初楚澤沒有將 V4 改名為 Z4 呢?戰後美蘇雙方都急忙派遣特殊部隊前往德國搶奪傑出人才,美國的「迴紋針行動」(Project Paperclip) 更是瞄準火箭科學家。如果楚澤將錯就錯,繼續讓人以為 V4 是新的火箭,他會不會被當成火箭科學家帶去美國,然後運用那裏的龐大資源,繼續扮演創新者的角色,加速電腦的演進? 

無論如何,歷史無法重演。經過二次大戰,計算機的發展從此就由美國主導了。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 1015 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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地震之島的生存法則!921地震教育園區揭開台灣的防災祕密
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/20 ・4553字 ・閱讀時間約 9 分鐘

為什麼台灣會像坐在搖搖椅上,總是時不時地晃動?這個問題或許有些令人不安,但卻是我們生活在這片土地上的現實。根據氣象署統計,台灣每年有 40,000 次以上的地震,其中有感地震超過 1,000 次。2024年4月3日,花蓮的大地震發生後,台灣就經歷了超過 1,000 次餘震,這些數據被視覺化後形成的圖像,宛如台北101大樓般高聳穿雲,再次引發了全球對台灣地震頻繁性的關注。

地震發生後,許多外國媒體擔心半導體產業會受影響,但更讓他們稱奇的是,台灣竟然能在這麼大的地震之下,將傷害降到這麼低,並迅速恢復。不禁讓人想問,自從 25 年前的 921大地震以來,台灣經歷了哪些改變?哪些地方可能再發生大地震?如果只是遲早,我們該如何做好更萬全的準備?

要找到這些問題的答案,最合適的地點就在一座從地震遺跡中冒出的主題博物館:國立自然科學博物館的 921地震教育園區。

圖:跑道捕捉了地震的瞬間 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

下一個大地震在哪、何時?先聽斷層說了什麼

1999年9月21日凌晨1點47分,台灣發生了一場規模7.3的大地震,震央在南投縣集集鎮,全台 5 萬棟房子遭震垮,罹難人數超過 2,400 人。其中,台中霧峰光復國中校區因車籠埔斷層通過,地面隆起2.6公尺,多棟校舍損毀。政府決定在此設立921地震教育園區,保留這段震撼人心的歷史,並作為防災教育的重要基地。園區內兩處地震遺跡依特性設置為「車籠埔斷層保存館」和「地震工程教育館」。

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車籠埔斷層保存館建於原操場位置,為了保存地表破裂及巨大抬升,所以整體設計不採用樑柱結構,而是由82根長12公尺、寬2.4公尺、重約10噸的預鑄預力混凝板組成,外觀為曲線造型,技術難度極高,屬國內外首見,並榮獲多項建築獎。而地震工程教育館保留了原光復國中受損校舍,讓民眾親眼見證地震的驚人破壞力,進一步強調建築結構與安全的重要性。毀損教室旁設有由園區與「國家地震工程研究中心」共同策劃的展示館,透過互動展示,讓參觀者親手操作,學習地震工程相關知識。

國立自然科學博物館地質學組研究員蔣正興博士表示,面積上,台灣是一個狹長的小島,卻擁有高達近4000公尺的山脈,彰顯了板塊激烈擠壓、地質活動極為活躍的背景。回顧過去一百年的地震歷史,從1906年的梅山地震、1935年的新竹-台中地震,到1999年的921大地震,都發生在台灣西部,與西部的活動斷層有密切關聯,震源位於淺層,加上人口密度較高,因此對台灣西部造成了嚴重的災情。

而台灣東部是板塊劇烈擠壓的區域,地震震源分佈更廣。與西部相比,雖然東部地震更頻繁,但由於人口密度相對較低,災情相對較少。此外,台灣東北部和外海也是地震多發區,尤其是菲律賓海板塊往北隱沒至歐亞板塊的隱沒地震帶,至沖繩海槽向北延伸,甚至可能影響到台北下方,發生直下型地震,這種地震因震源位於城市正下方,危害特別大,加上台北市房屋非常老舊,若發生直下型地震,災情將非常嚴重。

除了台北市,蔣正興博士指出在台灣西部,我們特別需要關注的就是彰化斷層的影響,該斷層曾於1848年發生巨大錯動。此外,我們也需要留意西南部的地震風險,如 1906 年的梅山地震。此兩條活動斷層距今皆已超過 100 年沒活動了。至於東部,因為存在眾多活動斷層,當然也需要持續注意。

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我們之所以擔心某些斷層,是因為這些區域可能已經累積了相當多的能量,一旦達到臨界點,就會釋放,進而引發地震。地質學家通常會沿著斷層挖掘,尋找過去地震的證據,如受構造擾動沉積物的變化,然後透過定年技術來確定地震發生的時間點,估算出斷層的地震週期,然而,這些數字的計算過程非常複雜,需要綜合大量數據。

挑戰在於,有些斷層的活動時間非常久遠,要找到活動證據並不容易。例如,1906年的梅山地震,即使不算久遠,但挖掘出相關斷層的具體位置仍然困難,更不用說那些數百年才活動一次的斷層,如台北的山腳斷層,因為上頭覆蓋了大量沉積物,要找到並研究這些斷層更加困難。

儘管我們很難預測哪個斷層會再次活動,我們仍然可以預先對這些構造做風險評估,從過往地震事件中找到應變之道。而 921 地震教育園區,就是那個可以發現應變之道的地方。

圖:北棟教室毀損區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

921 後的 25 年

在園區服務已 11 年的黃英哲擔任志工輔導員,常代表園區到各地進行地震防災宣導。他細數 921 之後,台灣進行的六大改革。制定災害防救法,取代了總統緊急命令。修訂了建築法規,推動斷層帶禁限建與傳統校舍建築改建。組建災難搜救隊伍,在面對未來災害時能更加自主應對。為保存文化資產,增設了歷史建築類別,確保具有保存價值的建築物得到妥善照料。

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最後,則是推行防災教育。黃英哲表示,除了在學校定期進行防災演練,提升防災意識外,更建立了921地震教育園區,不僅作為教育場所,也是跨部門合作的平台,例如與交通部氣象署、災害防救辦公室、教育部等單位合作,進行全面的防災教育。園區內保留了斷層線的舊址,讓遊客能夠直觀地了解地震的破壞力,最具可看性;然而除此之外,園區也是 921 地震相關文物和資料的重要儲存地,為未來的地震研究提供了寶貴的資源。

堪稱園區元老,在園區服務將近 19 年,主要負責日語解說工作的陳婉茹認為,園區最大的特色是保存了斷層造成的地景變化,如抬升的操場和毀壞的教室場景,讓造訪的每個人直觀地感受地震的威力,尤其是對於年輕的小朋友,即使他們沒有親身經歷過,也能透過這些真實的展示認識到地震帶來的危險與影響。

陳婉茹回憶,之前有爸媽帶著小學低年級的小朋友來參觀,原本小朋友並不認真聽講,到處跑來跑去,但當他看到隆起的操場,立刻大聲說這他在課本看過,後來便聚精會神地聽完 40 分鐘的解說。

圖:陳婉茹在第一線負責解說工作 / 圖片來源:921地震教育園區

除了每看必震撼的地景,園區也透過持續更新策展,邀請大家深入地震跟防災的各個面向。策展人黃惠瑛負責展示設計、活動規劃、教具設計等工作。她提到,去年推出的搜救犬特展和今年的「921震災啓示展」與她的個人經歷息息相關。921 大地震時的她還是一名台中女中的住宿生,當時她儘管驚恐,依舊背著腿軟的學姊下樓,讓她在策劃這些展覽時充滿了反思。

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在地震體驗平臺的設計中,黃惠瑛強調不僅要讓觀眾了解災害的破壞力,更希望觀眾能從中學到防災知識。她與設計師合作,一樓展示區採用了時光機的概念,運用輕鬆、童趣的風格,希望遊客保持積極心態。二樓的地震體驗平臺結合六軸震動臺和影片,讓遊客真實感受921地震的情境。她強調,這次展覽的目標是全民,設計上避免了血腥和悲傷的元素,旨在讓觀眾帶著正向的感受離開,並重視防災意識。

圖:地震體驗劇場 / 圖片來源:921地震教育園區

籌備今年展覽的最大挑戰是緊迫的時間。從五月開始,九月完成,為了迅速而有效地與設計師溝通,黃惠瑛使用了AI工具如ChatGPT與生成圖像工具,來加快與設計師溝通的過程。

圖:黃惠瑛與設計師於文件中討論設計/ 圖片來源:921地震教育園區

蔣正興博士說,當初學界建議在此設立地震教育園區,其中一位重要推手是法國地質學家安朔葉。他曾在台灣指導十位台灣博士生,這些博士後來成為地質研究的中堅力量。1999年921大地震後,安朔葉教授立刻趕到台灣,認為光復國中是全球研究斷層和地震的最佳觀察點,建議必須保存。為紀念園區今年成立20週年,在斷層館的展示更新中,便特別強調安朔葉的貢獻與當時的操場圖。

此外,作為 20 週年的相關活動,今年九月也將與日本野島斷層保存館簽署合作備忘錄(MOU),強化合作並展示台日合作歷史。另一重頭戲則是向日本兵庫縣人與自然博物館主任研究員加藤茂弘致贈感謝狀,感謝他不遺餘力,長期協助園區斷層保存館的剖面展品保存工作。

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右圖:法國巴黎居禮大學安朔葉教授。左圖:兵庫縣立人與自然博物館主任研究員加藤茂弘
/ 圖片來源:921地震教育園區

前事不忘,後事之師

盡力保存斷層跟受創校舍,只因不想再重蹈覆徹。蔣正興博士表示,921地震發生在車籠埔斷層,其錯動形式成為全球地質研究的典範,尤其是在研究斷層帶災害方面。統計數據顯示,距離車籠埔斷層約100公尺內,住在上盤的罹難率約為1%,而下盤則約為0.6%。這說明住在斷層附近,特別是上盤,是非常危險的。由於台灣主要是逆斷層活動,這一數據清楚告訴我們,在上盤區域建設居住區應特別小心。

2018年花蓮米崙斷層地震就是一個例證。

在921地震後,政府在斷層帶兩側劃設了「地質敏感區」。因為斷層活動週期較長,全球大部分地區難以測試劃設敏感區的有效性,但台灣不同,斷層活動十分頻繁。例如 1951 年,米崙斷層造成縱谷地震,規模達 7.3,僅隔 67 年後,在 2018 年再次發生花蓮地震,這在全球是罕見的,也因此 2016 年劃設的地質敏感區,在 2018 年的地震中便發現,的確更容易發生地表破裂與建築受損,驗證了地質敏感區劃設的有效性。

圖:黃英哲表示曾來園區參訪的兒童寄來的問候信,是他認真工作的動力 / 圖片來源:921地震教育園區

在過去的20年裡,921地震教育園區不僅見證了台灣在防災教育上的進步,也承載著無數來訪者的情感與記憶。每一處地震遺跡,每一項展示,都在默默提醒我們,那段傷痛歷史並未走遠。然而,我們對抗自然的力量,並非源自恐懼,而是源自對生命的尊重與守護。當你走進這座園區,感受那因地震而隆起的操場,或是走過曾經遭受重創的教室,你會發現,這不僅僅是歷史的展示,更是我們每一個人的責任與使命。

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來吧,今年九月,走進921地震教育園區,一起在這裡找尋對未來的啓示,為台灣的下一代共同築起一個更堅固、更安全的家園。

圖:今年九月,走進921地震教育園區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

延伸閱讀:
高風險? 家踩「斷層帶、地質敏感區」買房留意
「我摸到台灣的心臟!」法國地質學家安朔葉讓「池上斷層」揚名國際
百年驚奇-霧峰九二一地震教育園區|天下雜誌

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忠泰美術館新展《未來的生命,未來的你─數位、機器與賽博格》9/9 登場
PanSci_96
・2023/09/08 ・6294字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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15 組國內外藝術家與團隊開啟新生命與未來情境的提問、想像與思索

「你是否曾想像,在身體中植入機械,人機融合並化身為賽博格的自己?」

忠泰美術館即將於 9 月 9 日至 2024 年 1 月 28 日推出全新當代藝術展《未來的生命,未來的你數位、機器與賽博格》(The Future Life, Future You – Digital, Machine and Cyborgs)。延續上檔展覽中以建構城市與文明的基礎「人」出發,由反思擁有肉身的「人類」存在與本質,進一步探問「生命何為」,思考人與科技共構的未來生命情境與議題。本展邀請沈伯丞擔任策展人,匯集來自英、美、法、日、德國與埃及、西班牙、墨西哥、臺灣共 15 組國外內藝術家與團體,帶來 6 組全球首展與 4 組全臺首度亮相的新作,透過 AI 演算、大數據、深偽技術、穿戴裝置、賽博格等科技與藝術的結合創作,映射出藝術家們對未來生命形貌的多元想像。

生命何為:生命是什麼?能做什麼?為了什麼?

當 AI 人工智慧、機械穿戴手臂從科幻電影橋段躍入我們的日常生活中,科技改變生活,也逐漸影響了生命的樣貌與演化,生命開始超越人類肉身的物理型態時,我們又該如何去思考未來的生命與生活?忠泰美術館本次邀請沈伯丞擔任策展人,以其長期的藝術計畫「再・創世:智慧生命的衍生型態」研究為基礎,從生命是一個持續發展中、創造中的概念出發,策劃當代藝術展《未來的生命,未來的你─數位、機器與賽博格》,從藝術視角思辨,當科技介入了生活與生命,生物六大分類之外是否還將多出「科技界」?物競天擇「演化論」與科技始終來自於人性的「控制論」交會之下,未來的生命與生活情境又會有怎樣的想像。

沈伯丞表示:「展覽所意欲投射的並非僅是關乎生命的『科技』,更是關乎新科技情境中『生命樣態』的人文思索與美學關懷。」,展覽邀請了 Aiden Faherty、Hassan Ragab、Jake Elwes、JIZAI ARMS project team、Mal Bueno、Markos Kay、Martin Backes、Moon Ribas、Patrick Tresset、Universal Everything、陳乂、陳萬仁、陽春麵研究舍─陳姿尹、莊向峰、黃新、蘇匯宇,國內外共 15 組用創作回應科技浪潮的藝術家與團隊,透過3個子題「流動的生命與身體」、「數位裡的你與數位的它」和「機器、人與賽博格」,引領觀者凝視現場作品,直面新生命與新生命情境的提問、想像與思索。

「流動的生命與身體」 當科技鬆動了生命與身體定義

地球上的生命經歷數十億年的自然演化,形成了如今的物種樣貌,隨著科技的日新月異,無序且隨機的自然演化過程被演算與邏輯控制。隨著科技而流動的生命觀點與身體型態,恰是「人擇」的證明,人與動物、有機體與無機體,現實與虛擬之間的邊界逐漸模糊鬆動,生命與身體的型態也有了更多的解讀。

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英國藝術家傑克.艾維斯(Jake Elwes)首度在臺展出的〈Zizi 動起來:深偽變裝烏托邦〉,將深偽技術(deepfake)與酷兒群體結合,從 AI 演算中誕生的變裝皇后們,在如同櫥窗的螢幕中不斷流轉變換軀體與角色,企圖反思人工智慧的族群概念,打破固化的性別與身體定義。臺灣藝術家蘇匯宇的〈The White Waters〉三頻道錄像作品,以「後人類」敘事補述經典傳說《白蛇傳》,從文本中人、蛇異種的身體流動,解構生物界的邊界。埃及建築師哈桑.拉賈(Hassan Ragab)的系列影像,提取人與建築的影像,透過 AI 圖像生成系統 Midjourney、Stable Diffusion 等,將建築從「生活機器」,幻化為能走秀、跳舞的人形「生物活體」。

美術館還將於 11 月中旬加碼開放忠泰企業大廳展區,展出英國藝術團體Universal Everything的知名作品〈變形〉,巨型人形影像,邁著未曾停止的步伐,宛如電影《驚奇4超人》般從石頭、火、水、金屬等自然的元素不斷地演化變形,映照著生命與人類的演化從不止息。

「數位裡的你與數位的它」 演算法環境中人類與生命的形象

當生命與身體在演化與演算交會時被重新定義,數位維度中對「自我」與「他者」的認知也將有所轉變。

1、「你」:人類於演算環境中的形象

關於人類於數位環境中對「自我」的認定,甫獲得林茲電子藝術獎的臺灣藝術團隊陽春麵研究舍─陳姿尹、莊向峰,於本展中將得獎作品《Inter net》系列延伸出兩組全新現地創作,接續探討 AI 演算中「我」的形象。空間互動裝置〈Inter net – Labeling me〉中,可見 AI 判讀標記、搜尋引擎記錄,以及機器人與觀者「眾包標註」下的「我」的形象。單頻道演算影像裝置〈The Portrait – The Crowd’s Portrait of Me〉與〈The Portrait – My Self-Portrait〉將描述藝術家的文本轉換成特徵向量,以看似雜訊的影像,勾勒出數位足跡中的認知肖像。

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陳萬仁作品〈歪腰一下〉,位於美術館天井中,讓觀者以仰望的視角,觀看由藝術家 3D 繪製的人形,將現實去背進行數位縫合,行走於數位時空裡無止盡的空循環與延伸。墨西哥藝術家馬爾.布埃諾(Mal Bueno)全球首次展出的作品〈終曲〉,將與作品互動的觀者形象上傳到數位維度中,直覺呈現數位演算法中的「你」。

2、「它」:演算誕生的新生命型態

當現實生活中的元素與概念轉化成編碼再重新生成,人的意識與選擇,又會如何影響新生命情境?臺灣藝術家黃新的全新創作〈生成速寫:多肉植物園〉即時演算影像裝置,便是將多肉植物由演算法生成速寫畫,以程式的幾何造型來解構日常的場景。陳乂的人造風動模擬裝置〈風場〉,以風量、風向與風的聲音資訊作為採集與實驗項目,將 AI 演算法生成的數據模型匯入機械裝置結合,由蘆葦般的發光體演繹一段模仿自然風吹的搖曳姿態。

以數位人造生命為題,英國藝術家馬科斯.凱(Markos Kay)的〈非生物起源〉,直接在數位環境中生成擁有鮮豔色彩,如同細胞般的新物種,藝術家試圖透過創作生命探詢生命起源。在 TikTok 抖音擁有超過 50 萬粉絲的「Coolacloy」,創作者是來自美國的藝術家艾登.費海提(Aiden Faherty),本次展出的影像作品〈穿越超驗森林之旅〉為藝術家首次於國際間展出的作品,透過 AI 深層學習模型捕捉自然界資訊生成的生態系,讓觀者進入現實與想像無縫融合的《愛麗絲夢遊仙境》。

德國藝術家馬丁.貝克斯(Martin Backes)的擴增實境創作〈我知道什麼?我只是個機器?!〉,讓觀眾透過行動裝置與懸浮在美術館空間內的正圓球形機器人相遇、對話,藝術家試圖透過 AR 擴增實境昭示數位維度裡的新生命型態。

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「機器、人與賽博格」 人與科技重新共構的生命情境

科技趨勢預言家凱文.凱利(Kevin Kelly)曾提出「科技界」的概念,即科技體為生命的第七種型態,而人工智慧的發展,彷彿回應著此概念,預告了人與機器之間的新關係網路。法國藝術家帕特里克.特雷塞特(Patrick Tresset)透過作品〈人類研究 #2─公雞與狐狸等的大虛幻〉,思考著機器、人之間的多重可能性。機器手臂進行素描繪圖,如同人類般觀察、提筆,探索著機器如何學習成人的過程,同時也由此行為反思機器的「創作」是否為創作?是否為「藝術」?

機器學著成為人,而人則試圖將肉體改造為混合機器的「賽博格」。被喻為世界上第一位女賽博格藝術家的西班牙藝術家穆恩.里巴斯(Moon Ribas),通過將地震傳感器植入體內,讓身體與大地的律動結合一體。首次在臺展出的作品〈在蒙塞拉特山等待地震〉為一支雙人舞作,由地球掌控節奏和強度,而藝術家則透過接收地震波動的強弱來詮釋舞曲。日本東京大學實驗室研究計畫的自在肢計畫團隊(JIZAI ARMS project team),則以外掛型態研究開發穿戴式機器人模組《自在肢》,形似電影角色「八爪博士」的穿戴肢,能由使用者自由改變其穿戴型式,試圖探索賽博格社會中,不同「數位賽博格」之間所能發生的互動。

忠泰美術館導入 AI 技術應用 生成語音導覽、展覽主視覺

忠泰美術館持續透過當代藝術展覽及視角回應美術館長期關注的「城市」與「未來」議題,忠泰基金會執行長李彥良表示:「科技帶領著當代生活不停地變動與發展,也改變著人們的生活型態與認知。我們該如何在這樣的環境中找到適應並前進的方式?希望藉由本展所開啟的對話,能提供我們對於近未來想像的素材與方向。」

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館方也嘗試於展覽周邊事務中導入 AI 技術應用,包括結合 Bing Image Creator AI 繪圖工具製作的展覽主視覺,以及 AI 聲音生成技術製作的語音導覽等。本展中多件影像創作,忠泰美術館與連續 17 年全球電視銷售第一的三星電子攜手合作,使用擁有 AI 影像升頻技術的 Neo QLED 8K,結合量子 Mini LED 背光與金屬量子點顯色技術,呈現藝術家於數位維度的創作中,新物種、新生命情境的絢麗幻想。《未來的生命,未來的你》從 9 月 9 日展至明年 1 月 28 日,期間將陸續推出展覽系列專題講座、電影與漫畫共享沙龍、專家導覽等多元活動,邀請觀眾一同想像「未來的生命,未來的你」。更多展覽活動與看展優惠資訊,詳見美術館官方網站。

【展覽資訊】

展覽名稱|未來的生命,未來的你─數位、機器與賽博格

展覽期間|2023.09.09(六)-2024.01.28(日)

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展覽地點|忠泰美術館、忠泰企業大廳(臺北市大安區市民大道三段178號)

開放時間|週二至週日 10:00-18:00(週一休館);忠泰企業大廳作品展出時間請見官網參觀資訊

參觀資訊|全票 100 元、優待票 80 元(學生、65 歲以上長者、10 人以上團體);身心障礙者與其陪同者一名、12 歲以下兒童免票(優待票及免票須出示相關證件)

週三學生日|每週三憑學生證可當日單次免費參觀

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官網|https://jam.jutfoundation.org.tw/exhibition/4337

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近在眼前的數位娛樂——智慧眼鏡的進化
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/02/23 ・3280字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 Epson 委託,泛科學企劃執行。

元宇宙狂潮來襲,數位互動娛樂發展越來越多元!相信大家對 VR 眼鏡並不陌生,但是要人手一台卻還是有難度,反倒是 AR 科技越來越蓬勃發展!例如博物館將 AR 眼鏡結合手上的裝置做互動整合,讓展示的恐龍標本活生生活在你眼前;又或者是去兩廳院看劇,專屬的 AR 字幕體驗讓不同國家的觀眾朋友都能即時享受與深度導覽。

這種近在眼前的數位娛樂——智慧眼鏡到底是如何演進的?又有哪些技術關卡需要去突破呢?首先,需要先了解 VR、AR 甚至是更高深的 MR 跟 XR 是什麼?這些差異點又在哪呢?

數位娛樂——智慧眼鏡是如何演進的?圖/Envato Elements

AR、VR、MR、XR 傻傻分不清楚?

其實目前為止,大家所聽到的 AR、VR 和 MR,通通都屬於 XR(Extended Reality)「擴展實境」這個大概念下,只要這個設備或軟體能讓你體驗現實以外的資訊,甚至與之互動回饋,就都屬於 XR 唷!

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近幾年,因 Meta 執行長祖克伯誓師進軍元宇宙而大紅的 VR(Virtual Reality)「虛擬實境」強調沉浸式體驗,只要戴上 VR 眼鏡,不論是在家或者前往 VR 虛擬實境遊樂園都可以讓你體驗到與哥吉拉對戰或是到虛擬鬼屋探險等有趣體驗。

然而,戴上 VR 眼鏡需要完全的感官遮蔽,以及高昂的售價與電腦運算,甚至是配戴上的重量不適、操作上的空間需求……等都是不容易克服的缺點,目前仍有待市場檢驗。

相較之下,AR(Augmented Reality)「擴增實境」就親近許多,早在 90 年代鳥山明的經典作品《七龍珠》作品中他就用了「戰鬥力探測器」這個裝置讓我們體會到甚麼叫做 AR,而現實世界中的戰鬥力探測器更是就在你眼前,例如:開車玻璃板上顯示速度的 HUD 就算是一種把虛擬資訊投影到現實物體,這就是標準的 AR 技術呀!

而談起 AR 就一定要提到,2016 年遊戲公司 Niantic 推出這款名為 Pokemon Go 遊戲,就在全球掀起了在各地抓寶可夢的熱潮,這股熱潮至今不減,也體現出了 AR 真正強勢之處:與現實環境結合。

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Pokemon Go 體現了 AR 與現實環境結合。圖/Wikipedia

而這些年來,在許多自拍濾鏡或觀光集章活動也都是利用了 AR 科技,以現實環境的背景中呈現虛擬元素的特性,而這僅需要你我都有的智慧型手機就可以操作和看見虛擬的角色或頭飾,入門檻遠低於 VR,軟體開發的成本也比必須打造一個世界的元宇宙輕鬆不少。

既然 AR 都能把虛擬的資訊投影在現實的場域中,我們自然會更加貪心的想要和這些虛擬的角色互動,甚至是像阿湯哥《關鍵報告》中的技術一樣作為一個浮空的操控介面來使用,這時候我們需要的就不只是AR了,而是需要 MR(Mixed Reality)「混合實境」。

在 MR 技術中不僅有現實世界和虛擬世界的疊加,更強調虛擬元素可以和現實環境互相作用,例如:虛擬的車子可以偵測到你現實的桌子的邊緣而剎車,甚至你伸手碰觸虛擬元件會產生互動或是抓取效果,而這些技術恐怕就不是一支手機就能輕易辦到的了。要讓 AR 進入 MR,除了手機以外,還需要一個能擷取外部資訊的設備——AR 眼鏡。其實多年來 AR 眼鏡主要面對的難題是「畫面要清楚」、「顏色要飽和」、「不能對現實視線有太多干擾」同時還須具備「輕量化」與「舒適」等特點。

投影技術的演進突破,替智慧眼鏡帶來新的轉機

目前主流的 AR 眼鏡採用的是「全反射稜鏡」和「微投影迷你投影機」這兩個關鍵技術。AR 眼鏡上的「全反射稜鏡」針對眼球的折射率經過精密的計算和調整,可以完美在人的視網膜上呈現最清楚的影像,同時這種「全反射稜鏡」本身的光線通透度也高,因此仍能看到「全反射稜鏡」以外的現實世界景色,讓 AR 眼鏡提供的清晰影像與現實世界重疊在一起。

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而要談到 AR 眼鏡另一個核心技術「微型化投影」,就不得不提到發展出最具實用與潛力的 AR 眼鏡——Epson 投影機廠商,在了解「微型化投影」技術前就必須先回顧 Epson 從 1989 年鑽研的投影技術發展至今的變化。

Epson 一開始製作的投影機採用的是 LCD,和螢幕最大的不同是它每一個投影畫素都使用了 3 片 LCD 之多,原來是因為光學原理上只要有藍紅綠三色,就可以組合出各種顏色,也就是 3LCD 投影技術。使用 3LCD 技術的投影機必須把背景燈泡的白光源先濾成三色光之後,再利用三片獨立的 LCD 調整各色彩的比例作調變,最後才把三色光合併成影像,再投影出來。

投影機為 Epson 主要產品之一。圖/維基百科

如此麻煩的反射流程,所需要的空間自然不小,而且經過這樣的折射和濾光以後,成色的飽和度和對比總會低一階,甚至會產生近看醜醜的紗門效應(SDE),這就是為什麼早期的投影機投出來的簡報往往不如電腦螢幕上預演的好看。當然投影機廠商也早就注意到這問題,因此也隨著手機螢幕一起從 LCD 演進到 OLED(有機發光二極體),帶來新的顯示革命!

OLED 又有甚麼厲害的呢?如果說 LCD 的液晶主要的功能是調色,那 OLED 厲害的就是「它自己會發光」!和傳統 LCD 面板需要一個光源與背板來反射光線進入濾光階段不同,LED 燈泡經過多位科學家的努力,甚至包含榮獲 2014 諾貝爾獎的三位日本科學家赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)、中村修二(Shuji Nakamura)研發出最後一個「藍光 LED」後,終於達成發出三原色的成就,自此螢幕和投影技術不再需要多餘的濾光和反射步驟,於是面板可以變得更薄,同時又有更好的對比度。而隨之而來的 OLED 技術讓面板脫離了對玻璃的依賴,並改用塑料底板,讓有如科幻道具的摺疊式手機和曲面螢幕能夠成真。

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OLED 技術簡化了整個流程,成色還比原本的各種投影方式鮮豔飽和,很快地就大幅縮減了投影機的內部空間,成為露營狂熱者人手一機的便攜型投影機風潮。

但是問題來了!當投影機要放到眼鏡上時,其難度更是超越便攜投影機許多,再追求微型化的道路上「只有更小沒有最小」。而 Epson 早在 2011 就推出第一支 AR 眼鏡 BT-100,不斷朝輕量化與功能性研發,在 2016 年則推出了採用矽基有機發光二極體 Si-OLED 微投影技術的 BT-300,各家廠商也紛紛投入 micro OLED 投影的研發上,相信不久的將來又會有更厲害的 AR 眼鏡推出。

次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40,豐富 5G 娛樂視野,獨享高畫質影音體驗。

現在可以看到照片中最新款的「次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40」,這款 AR 眼鏡主打的最大特色就是提供可隨身攜帶的「專屬於你的 120 吋大畫面」,這麼大的畫面顯示卻只投影在你眼前,不僅擁有「高隱私」的特性,在長程旅行中,不管是搭飛機或是搭高鐵,只要戴上這個眼鏡就能直接把影片從手機投影到你眼前,解放雙手不用在手疼拿著平板啦,可以舒服自在的追劇或看電子書、讀期刊論文也行。

次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40,加上「磁吸式遮光片」後能讓影像更加清楚,有助於專注在投影畫面中。

除了大尺吋觀影體驗之外,這款眼鏡更在博物館教育上大放異彩,如博物館把這款眼鏡結合接駁車,讓搭車的你也不無聊,虛擬博物館館長擔任導覽員為你解說各館區的歷史,進館後更能看到展示的恐龍標本在你面前復活,豐富了各種逛展體驗!

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而 AR 眼鏡還有另一個好處就是個人化體驗,例如看電影或演唱會時,戴上 AR 眼鏡就可以看到自己專屬的字幕相關資訊,這樣的虛實整合字幕體驗,在劇院已經導入 Epson BT-40 眼鏡和 AR 眼鏡字幕系統,表演字幕可以即時傳送到正在戲劇院觀看表演的觀眾 AR 眼鏡中,觀眾可以選取語言還能調整位置和大小,甚至幫助聽障朋友們理解演出,下次有機會去看表演時,若有提供這樣的服務不妨租借嘗試看看喔!

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