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1995年《发现》奖:计算机软件

了解聋哑学生沟通技术如何通过美国手语翻译器和交互式程序等创新工具来增强学习效果。

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大卫·斯图尔特(David Stewart)还记得,当他是小学里唯一的聋哑学生时,他感到与众不同的羞耻感。他能说话,但有时说得不够清楚,别人听不懂。为了避免同学们的嘲笑,他会保持沉默,有时甚至长达一年。

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斯图尔特现在是密歇根州立大学(Michigan State University)教育心理学和特殊教育系的副教授,他帮助设计了一个计算机程序,为聋哑学生提供了更多选择,以便在口语表达不畅时可以依靠。该程序名为“个人通讯器”(Personal Communicator),结合了英语词典、美国手语词典和语音合成器。有了这个程序,紧张的学生可以在键盘上打出答案,然后由计算机大声读给全班听。

密歇根州立大学传播技术实验室主任凯莉·希特(Carrie Heeter)编写了该软件,并领导了一个包括斯图尔特和该大学教育学教授帕特里克·迪克森(Patrick Dickson)的团队。他们设计的程序旨在取代传统的美国手语词典,这些词典用通常难以理解的静态图画来传达手语姿势。相反,该程序将英语单词翻译成美国手语的短视频片段,这种格式更容易使用,因此更适合快节奏的课堂讨论。它还可以翻译整个故事。

此外,聋哑学生和他们的老师可以在聊天屏幕上互动,并将对话保存以供进一步研究。希特说,这使得聋哑儿童可以把“个人通讯器”带回家,与父母一起回顾当天的课堂活动或家庭作业。该团队目前正致力于将该程序中的美国手语句子数量从目前的1000个增加到1996年夏天的2500个。

希特希望这款售价99美元的程序能够吸引健全儿童的注意,并激发他们对美国手语的兴趣。她认为,这可能会鼓励他们与聋哑同学更自由地互动。

决赛选手

可视化语音

加州大学圣克鲁兹分校的动画说话人脸

创新者:迈克尔·科恩(Michael Cohen)和多米尼克·马萨罗(Dominic Massaro)

老版“哥斯拉”电影的乐趣之一在于,你可以听到演员说英语,却看到他们的嘴型配合的是日语。这种口型同步的喜剧可能很快就会成为过去。加州大学圣克鲁兹分校的心理学家多米尼克·马萨罗(Dominic Massaro)和迈克尔·科恩(Michael Cohen)创建了一个计算机程序,可以重现人们说话时的面部表情。

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科恩和马萨罗最初的目的是设计一个计算机生成的说话人脸,供听障和听力障碍者练习唇读。四年多来,他们录制了人们说话的视频,将视频转换为数字图像,并将图像分割成对应于语音部分的片段。然后,他们重新组合这些片段,创建了一个计算机程序,该程序可以将打字单词转换为计算机生成的说话人脸,其面部肌肉、下巴和舌头的运动精度是动画人物前所未有的。马萨罗说:“我们的唇读对象告诉我们,他们唯一能理解的动画人脸就是我们的。”

发明者认为,这张说话人脸具有广泛的应用潜力,例如具有更逼真角色的电脑游戏、更友好的会说话的电脑,甚至是对外国电影进行配音,使演员的嘴部动作与他们的语言保持一致。该程序还可以通过向学生展示说话时嘴部的运动方式来帮助他们学习外语。马萨罗说:“事实证明,视觉线索——例如说话者的嘴唇和下巴的位置——对于理解一个人说的话非常重要。”

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互联网的机器人仆人

华盛顿大学的Softbot

创新者:奥伦·埃齐奥尼(Oren Etzioni)

被称为互联网的计算机网络集合是一个高科技集市,但当您需要快速找到某物时,其令人兴奋的多样性可能是一个大麻烦。声称可以更容易地浏览互联网的软件程序并不能告诉您在数千个聊天论坛、数据库、邮件列表和购物服务中该去哪里寻找。

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考虑到这一点,奥伦·埃齐奥尼(Oren Etzioni)于1991年着手发明一种软件机器人,以帮助普通人更方便地使用互联网。他的Softbot于去年推出,充当个人电子仆人,可以访问互联网并返回您所寻找的信息。埃齐奥尼赋予了他的创作对互联网的深入了解和足够的人工智能来解读指令并评估它找到的信息。假设您想要一位失联的同事的电话号码。您只知道她是一名社会学家,可能在北美某所大学任教。您启动您的个人Softbot——埃齐奥尼将其命名为Rodney——并告诉它您所知道的零星信息。然后Softbot登录互联网并尝试查找号码。埃齐奥尼说,它可能需要根据您提供的信息回来向您提问,但它会尽力而为。

埃齐奥尼和他在西雅图华盛顿大学的同事丹尼尔·韦尔德(Daniel Weld)设计了Softbot,以便用户可以轻松修改它,以处理新出现的互联网服务。苹果公司已获得该技术的许可。

挖掘电子尸体

美国国家医学图书馆的可见人

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创新者:迈克尔·阿克曼(Michael Ackerman)和唐纳德·林德伯格(Donald Lindberg)

和那些疯狂科学家为不正当实验挖掘尸体的B级电影说再见吧——那种情节已经过时了。位于马里兰州贝塞斯达的美国国家医学图书馆(National Library of Medicine)将提供两具尸体,供任何能够提出大致正当理由的人免费查阅。

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这对幸运的“情侣”实际上是最近去世的标本的数字版本,它们已被图书馆的“可见人项目”(Visible Human Project)进行了扫描、冷冻、切片和拍摄。这些数字尸体构成了栩栩如生的手术和放射治疗模拟的基础,也可能成为各级学生的宝贵教育工具。该项目旨在通过提供正常男性和女性体格的电子标尺,来简化和标准化人体解剖学的研究。

当该项目于1989年启动时,最大的障碍是找到合适的志愿者。项目官员迈克尔·阿克曼(Michael Ackerman)和唐纳德·林德伯格(Donald Lindberg)提出了这个想法并集成了创建图像所需的技术,他们寻找年龄在21至60岁之间、无明显畸形的近期去世的捐献者。他们最终找到了一名39岁的德克萨斯男子,他因一级谋杀罪被判刑,并于1993年被注射执行死刑。研究人员使用包括计算机断层扫描、磁共振成像和X射线成像在内的各种技术扫描了该尸体。然后,他们将其冷冻在明胶中,将其切成一毫米厚的薄片——从头到脚共有1870片——并用数码相机拍摄了每一片。最后,他们将所有图像合并,形成一个三维计算机模型。

好奇的人们现在可以随意查看男性尸体,但它占用了惊人的15GB内存——存储量是普通硬盘驱动器的100倍——并且需要整整两周时间,不眠不休地通过互联网从图书馆下载。当女性伴侣在今年秋天问世时,她会更大:阿克曼的团队将她切成1/3毫米厚的薄片,以提供更详细的信息。阿克曼说:“这是一个海量的信息。”到目前为止,已有100多家出版商、软件公司、大学和其他组织签署了使用这些数据来制作交互式百科全书、CD-ROM参考资料和其他产品。

即时3D模型

华盛顿大学的表面建模技术

创新者:托尼·德罗斯(Tony DeRose)

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现在,计算机是设计从椅子、灯具到化油器、飞机机翼等一切不可或缺的工具,但对于复制现有物体,这些机器却笨拙不堪。一个设计师如果想复制维纳斯雕像或竞争对手的飞机曲线,别无选择,只能使用笨拙的软件工具进行逐行、逐曲线的渲染。

不再是这样了。西雅图华盛顿大学计算机科学与工程学教授托尼·德罗斯(Tony DeRose)及其同事开发了一种计算机软件,该软件使用激光束扫描任何物理对象的表面轮廓——即使是复杂的、带有曲线和多个边缘或平面的对象。然后,它将该对象重构成一个三维计算机模型,设计师和工程师可以随意对其进行操作。有了这个设备,过去需要数百甚至数千小时的手工劳动,现在几分钟就能完成。

波音(Boeing)、通用汽车(General Motors)和西屋(Westinghouse)等制造公司可能会使用该软件来消除堆积如山的旧备件和模板,并将它们转换为计算机数据。德罗斯还预计工程师将对竞争对手的产品进行逆向工程。此外,该技术还将允许程序员扫描物体,用于所谓的虚拟现实软件,即通过特殊眼镜观看的计算机创建的环境。这样,他们就可以包含更丰富的对象和纹理,从而更好地诱导用户接受这个虚构的世界。以类似的方式,工程师可以使用该技术为飞行模拟创建更逼真的飞机驾驶舱。

德罗斯已经开始收到对将他的技术整合到新的3D成像产品中的计算机软件公司的咨询。他还试图找到降低激光扫描仪成本的方法,该扫描仪目前至少要花费50,000美元。他说:“我们的最终目标是完全摆脱这些昂贵的机器,使用软件技术和手持3D相机,使这项技术更普遍可用。”

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