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

在 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 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

• 日常隨手的物品，看起來像是海底世界！？
• 簡單俐落—Wowstick Drill 職人電鑽筆
• 手寫比吃銀杏快又便宜！？ 科學實驗室EP.3 — 手寫內容立即數位化！
• 你知道台人金融知識不及格嗎？理財觀念從小做起！
• 面對環境 V.S. 經濟，是否還有第三種解法？
• 感情攻防戰！你不可不知的出軌心理！

為什麼有些人吃不胖，有些人沒抽菸卻得肺癌，有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢？這一切都跟我們的基因有關！無論是想探究生命的起源、物種間的差異，乃至於罹患疾病、用藥的風險，都必須從了解基因密碼著手，而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上，DNA 解碼從 1953 年的華生（James Watson）與克里克（Francis Crick）兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構，闡述 DNA 是以 4 個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990 年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了 2003 年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位，但無法排序；直到 1977 年，科學家桑格（Frederick Sanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓 DNA 形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將 DNA 打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwan biobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過 99％ 是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有 21.2％ 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％ 的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％ 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容，請見「科技魅癮」：https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

• 日常隨手的物品，看起來像是海底世界！？
• 簡單俐落—Wowstick Drill 職人電鑽筆
• 手寫比吃銀杏快又便宜！？ 科學實驗室EP.3 — 手寫內容立即數位化！
• 你知道台人金融知識不及格嗎？理財觀念從小做起！
• 面對環境 V.S. 經濟，是否還有第三種解法？
• 感情攻防戰！你不可不知的出軌心理！