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【计算思维】绣花偶感:现代女红与机器智能

已有 5559 次阅读 2009-3-22 16:29 |个人分类:科普写作|系统分类:科研笔记

引子

有几次,陪女儿去上跆拳道课,在课堂气氛不太激烈而女儿表现正常的时候,我会掏出一本书出来阅读,很快就沉浸进去,忘掉身周的世界,自得其乐。教室边上,坐满了陪练的家长,大都一直关注自家孩子的举动,唯恐漏掉一个细节。

有一次,在我席地而坐照例捧着书读的时候,旁边一个小孩的家长却拿出了一套绣花的工具也开动起来。在她主动和我搭讪之后,我才发现这个以前我不太留意的十字绣已经发展到超过我那没有在意的想象力了——她在绣的是一个大钱夹,黑色的塑料背景上陪着鲜艳的红花绿叶,兼具传统的女性柔美和现代的视觉冲击,让我特别惊叹。

课间,不经意说给女儿听,小家伙就记住了,特别在三八节前后留意着要给妈妈买可以十字绣的钱包。不过,她来我这里申请经费后就让自己的计划露馅了。在感谢了女儿的体贴和细腻后,我让女儿不用花钱给妈妈购买礼物(她随后躲在房间里画了一个色彩斑斓的黑板报送给妈妈),我也暂时把这个念头抛开。

现在,我很中意的那个十字绣钱夹的整套制作包已经在我的桌上,零星完成了部分简单的图案。这是上周某中午在校园门口偶然碰到一个老婆婆摆着地摊在卖,我也随意问了有没有钱夹,也恰好只有一套我看中的那个钱夹。她主动降价为30元,低于我的预期,所以就很冲动地买下来,准备有空的时候当一个游戏玩乐。

于是,触动了下面的一点感想。

1. 现代女红

估计“女红”的“红”发音还是hong,还是gong,在女性中间还是有点混乱的。在大学本科,我有相当一段时间是靠感觉读为hong——可不是吗,女儿爱红装,缝制红色衣服就是叫女hong,哈哈。这个美丽的误会让我一直带着愉快的心情做点女孩子的手工。

要说遗传或家教,女红应该是我的专长。我姐姐是绣花、缝纫、编织、钩花等等无所不能,且样样精通。我们全家人都穿着姐姐牌亲情毛衣,享尽好处。问题是,不知道我母亲如何定位的,她本能或有意地区分了我和姐姐的发展方向,以便规避家庭风险——硬是从小就不准我碰任何有碍学习的女红技能。

小学时,我也只能偷偷缝个洋娃娃,做点小衣服,然后自己编故事玩上一整天。缺乏训练的后果是,偶尔去偷偷玩姐姐用的缝纫机,我都会倒霉地老踩倒车,手忙脚乱!这件事情倒让我有了逆反心理,包括现在都惦记着一定要搞个电动缝纫机玩玩,好几次都差点电视购物——看样子迟早要实现。

大学里,跟着同寝室女孩学编织,用了一个星期耐心织完一条灰色的围巾,送给父亲当礼物。也只有父亲不会挑剔,在母亲看来,我那条处女作围巾是惨不忍睹的吧。也学习了钩针,用了几分钟领会了钩花的基本手法后,我就开始天马行空地创造起来,钩了一个挎包,还有一个宫廷贵妇人(牺牲了我的一个乒乓球当脑袋内核)。技术水平怎样不好说,那创意是很自我得意的。特别是那个贵妇人的钩花作品,一条宫廷长裙红白相间,还配上宽沿的宫廷帽,非常吸引眼球。这算是我的第二个洋娃娃作品,姐姐一见就喜爱得不行,非要着去,我还舍不得呢。能得到姐姐高手的肯定,那更让我心花怒放。

后来,连同同寝室的女孩一起,都不玩了。会,不一定上瘾。也许,那时,我也只是想证明自己也行,仅此而己,一旦满足好奇,就很快把这个复古活动抛之脑后。我宁可用读书打发时间,也不会整天坐在床上编织毛衣,就这样度过自己的大学生涯。大多数学理工的女孩,脑子里的想法是有点奇特,呵呵。

十字绣是一个有点神奇色彩的现代女红活动。自从我得知它以来(不想考证其出处),一直就有点毫不在意。这种绣工一看就知道来源于电脑科技,用十字格模拟电脑图片上的每一个像素。这样,所有电脑上的数字图片都可以按像素一对一复制到材质上,而这种复制的技术也是简单之至,基本上就是不断缝制十字型,好像小蚂蚁一样辛勤工作,最终完成全图的制作。而颜色的解决也很简单,比如,只要把任何图片用固定数量的颜色表示出来,比如16色图,然后用16种不同颜色的线就可以完成复制。而颜色越多就越逼真,绣起来当然也更麻烦,要处理那么多种颜色——但愿眼睛不要看花。

因此,十字绣是不需要艺术创造的,因为这个创造过程可以在电脑上完成。从计算机角度,在玩这个十字绣的时候,我的脑子里已经完成了大致的系统分析,编制了一整套虚拟软件。可以说,甚至可以当场给人照相,然后根据一整套简单算法计算出来所需线的颜色和长度,制作十字绣的图纸和说明等等,马上线下生产,完成个性化定制。

这个想法不知道市场上有没有?即便没有,也很快有了。这里面确实没什么技术含量。设想,如果一个女孩可以绣出带心仪对象照片的手帕或者围巾去送给对方,她们有什么理由不追捧呢?

所以,你就别说十字绣多么“傻瓜”了吧,别说机器绣花都那么厉害了,还需要人绣这么麻烦了吧。关键在于“绣”字,这是传统技艺在现代生活的残存力量,一针一线,针针情意,谁会不动心呢?

2. 机器智能

绣花的过程是枯燥的,这是人愿意辛苦的过程,不要机器代劳。

上一节提到电脑辅助的个性化十字绣制作软件的设想,它可以算一个智能软件,但智能级别很低,不值得探讨。

至于机器绣花系统呢?我是学控制的,也解读过机器绣花系统的部分代码,单片机控制系统,步进电机的控制等等,都是经典的解决方案了。看我们服饰上各种电脑绣花的成果,就知道这个技术普及和成熟之高了,也不需要讨论。

在我绣花的过程中,右手累了,临时换了左手。本以为很少训练的左手会很笨拙,结果却和我的想象大相径庭。左手几乎没有什么学习过程,盯住目标,左手举针从材料下方(眼睛看不见,凭感觉)向上面的目标小孔一穿,很多次都是几乎一次成功,不需要调整位置。这个时候,右手握着材料,也需要上下移动和配合。

简单说明和描述这个控制问题是:在左右手同时活动的情况下,如何控制左手准确穿过右手握住的目标小孔?这时,左手的位置是视觉未知的,仅小孔是视觉已知。对比此前的机器绣花软件,它的材料是固定在工作台上,或者以机器已知的方式活动,即机器在任何时候都可以知道材料上目标的位置。因此,本问题多了参数自由度,而且两手的位置是在三维空间的!

当然,目前有智能机器人可以表演两手穿针,那么表演两手绣十字绣也不会是多大问题。也许稍难,但总是可以解决,毕竟目标简单。只不过这种做好像有点儿戏,真要让机器绣,干嘛绣丑陋的十字绣,它可以绣更漂亮的花样,甚至通过改进材料,直接把棉线或什么其他合成材料喷涂到布面上,直接印刷出绣的效果来。

在换左手的过程中,突然发现人脑的学习和适应能力之强。正思索中,线打结了!

绣花或缝补衣服的时候,我们都知道最怕的就是线打结了。至今,我们没有给线打结建立物理或数学模型(当然也可以这样做,也一定可行),于是,我总是纳闷直直的一条线居然可以纠结在一起,甚至打成死死的一个疙瘩,要我有意去打结都不会成功!

而且,既然打结是事实了,我们如何去解开这个结呢?做过此类事情的人都知道,这个时候一定要耐心,但不一定用很多眼神。只管抓住线团的中心,随便拉上一部分向松的方向使一点力量,让线头松开来。然后,再尝试在线的两端拉一拉,如果发现线头彻底松开了,跳出循环,接线头成功;如果此时发现在改善或没有改善,在同一地方或换个地方抓住线开拉,如此重复几次,很莫名其妙地,这个线结就解开了。

我想起更莫名其妙的同类解法是:我经常在黑暗中解开纠缠在一起的耳机绳。只要想在睡前听听音乐,这个举动似乎总少不了。根本就不需要眼睛了,只凭手的感觉,用上述方法慢慢拉扯,或从外围做一点穿的动作,很快就可以解开复杂的纠结了。

以上莫名其妙的解法如何让机器重复呢?哈哈,在脑子里合计了一通,我发现这个方法机器确实可用,算法实现也很简单,可以算一种试凑法,或者叫它稀里糊涂法,劝架法。即每次不一定有相当精准的目标,输入信息也未必精确,也不一定追求精确的解答,下一步行动就是根据上一步的结果做调整,使得解法尽快产生。虽然每一个步骤都是“稀里糊涂的”,但最终的解答却是全局和精确解(比如解开绳结)。

为什么叫“劝架法”呢。我想到,当人们争吵时(产生矛盾,纠结在一起),解决冲突的办法并不需要精确,即劝架的人一拥而上去精确挑刺或分析原因都不管用。其实,这时只需要提供模糊的“拉”的动作,在下一轮争执里面,刚才的冲突可能已经冲淡或者得到解决。这种劝的举动和现实中解开绳结一样,很可能一次到几个回合就达到精确的目的了。

生活中,很多貌似复杂的问题都可以用貌似糊涂的方法去对待。那么,科学研究呢?难道貌似糊涂的过程不能产生全局的精确的结果吗?我准备调整自己的认识,重现去看待一些研究中的问题。如果各位看官因此用这个思路解决了什么现实问题,那也是绣花之福!

不是结论的结论

绣花是一个很好的放松。倘若原本有点杂乱甚至不愉快的心情,可以很快在绣花的过程中沉淀下来。据说这样的活动也可以防止或减少老年痴呆症的发生。喜爱绣花的女士,一定也是长寿的。当然,绣花的唯一坏处是太伤眼神了,不建议经常从事。

(哈,我的十字绣处女作品还没有完成,不上图了。)



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