讓理想插上翅膀 隨心靈放飛希望

2008年英特爾杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽嵌入式系統(tǒng)專題邀請(qǐng)賽圓滿落幕了，我們?nèi)?陳超、何軍、馬翌倫)的作品“互動(dòng)視窗”獲得了一等獎(jiǎng)。回想整個(gè)過程，我們感到收獲頗豐。

本作品針對(duì)博物館文物展示等應(yīng)用，通過對(duì)參觀者手勢(shì)、語音、意念行為等信息進(jìn)行識(shí)別和處理，構(gòu)建了一個(gè)方便、自然、人性化的嵌入式互動(dòng)平臺(tái)。在EC5-1719CLDNA平臺(tái)上，針對(duì)特定應(yīng)用增加了攝像頭、揚(yáng)聲器、可控展品臺(tái)等硬件裝置；研究了手勢(shì)和人臉的識(shí)別與跟蹤、非特定人中英文連續(xù)語音識(shí)別等人機(jī)交互技術(shù)；改進(jìn)了基于手形結(jié)構(gòu)特征的識(shí)別算法，建立了手勢(shì)缺陷圖的判斷方法；基于Linux實(shí)現(xiàn)了具有物品展示、多媒體評(píng)論、娛樂等功能的互動(dòng)平臺(tái)，充分展示了基于視覺、語音等多通道交互的優(yōu)勢(shì)。

前期的重視

大三時(shí)我們就從徐成老師那里了解到嵌入式領(lǐng)域的一個(gè)最高級(jí)別的競(jìng)賽——英特爾杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽嵌入式系統(tǒng)專題邀請(qǐng)賽。秦云川、羅正欽、黃春毅幾位學(xué)長(zhǎng)在2004年的比賽中取得了二等獎(jiǎng)。因?yàn)橐恢痹趯W(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)，所以便對(duì)這個(gè)競(jìng)賽十分向往。競(jìng)賽之前，我們也參加過許多其他競(jìng)賽，雖然沒有取得特別好的成績(jī)，但在選題、設(shè)計(jì)等方面積累了不少經(jīng)驗(yàn)，這都在這次大賽上發(fā)揮了作用。

不惜代價(jià)選好題

我們花了將近一個(gè)月的時(shí)間選題，現(xiàn)在看來這是完全有必要的。好的主題能很好地拔高作品的水平，比如華南理工大學(xué)代表隊(duì)就憑著對(duì)殘疾人的關(guān)懷和較新的技術(shù)獲得此次競(jìng)賽最高獎(jiǎng)——“英特爾杯”。選題要與時(shí)俱進(jìn)，要體現(xiàn)創(chuàng)新思想。

我們總結(jié)出來的選題方法有兩種，一種就是先有技術(shù)，再找應(yīng)用：另一種就是先定應(yīng)用，再找技術(shù)。我們選擇前者。在2007年底，我們就在初步思考這次競(jìng)賽的選題，當(dāng)時(shí)王曉棟學(xué)長(zhǎng)提出了動(dòng)作識(shí)別技術(shù)，大家都覺得很新、很有前景。馬翌倫從那時(shí)起就開始學(xué)習(xí)一些相關(guān)的技術(shù)。

每一個(gè)人的知識(shí)結(jié)構(gòu)都不一樣，思維方式也不一樣。因此選題不能只靠三個(gè)人，必須集思廣益，在交流中激發(fā)出靈感的火花。選題初期，我們上網(wǎng)瀏覽了一些前沿科技及許多創(chuàng)意產(chǎn)品，這些都極大地激發(fā)了我們的靈感。創(chuàng)意產(chǎn)品往往關(guān)注平時(shí)不被人注意的細(xì)節(jié)，他們對(duì)生活的細(xì)致觀察而衍生出的創(chuàng)意經(jīng)常讓人會(huì)心一笑。楊志邦學(xué)長(zhǎng)每星期組織我們開兩次會(huì)，詳細(xì)了解我們的進(jìn)度，召集學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們根據(jù)我們陳述的方案進(jìn)行詳細(xì)討論，并提出好的建議。經(jīng)過反復(fù)醞釀，“互動(dòng)視窗”的雛形終于出現(xiàn)，它來源于科幻電影《人工智能》中可以與人交流的電腦，即做一個(gè)具有智能的系統(tǒng)。

針對(duì)這個(gè)想法，我們查閱了相關(guān)技術(shù)，初步定下了使用手勢(shì)識(shí)別、人臉跟蹤、語音識(shí)別、三維建模等技術(shù)來構(gòu)建這樣一個(gè)未來系統(tǒng)。那么如何把這些技術(shù)有機(jī)地融合在一個(gè)系統(tǒng)中，使任何一項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)都不顯得突兀?經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的思考，在到深圳實(shí)習(xí)的火車上，馬翌倫想到最近博物館免費(fèi)開放，大量游客的擁入使博物館不堪重負(fù)的問題。于是我們決定將系統(tǒng)應(yīng)用到博物館中，以一種新的交互方式來做博物館的導(dǎo)覽系統(tǒng)。定下了應(yīng)用場(chǎng)合之后，我們又在想如何將技術(shù)變成在博物館中的具體應(yīng)用。開會(huì)的時(shí)候，我將手機(jī)立在桌上旋轉(zhuǎn)，想到了博物館中文物的旋轉(zhuǎn)，又聯(lián)想到大一時(shí)做過的全息成像實(shí)驗(yàn)——從不同角度看二維底片上的全息圖像，能看到圖像中物品的不同側(cè)面。我想在系統(tǒng)中使用人臉檢測(cè)得到人的觀察角度，再使用步進(jìn)電機(jī)控制物品在攝像頭前的角度，從而實(shí)現(xiàn)在二維的顯示器上看到類似全息圖像的效果。我和徐老師說了這一想法，徐老師同意了，并針對(duì)一些技術(shù)細(xì)節(jié)提出了建議。回到學(xué)校后，經(jīng)過對(duì)多種想法的匯總，排除了一些技術(shù)過于復(fù)雜或意義不大的想法，最后定下了我提出的全息物品展示、細(xì)節(jié)點(diǎn)評(píng)、多媒體留言、拼圖游戲等幾個(gè)功能。接下來的會(huì)議討論較多的是技術(shù)難度和實(shí)現(xiàn)方法的問題。秦云川學(xué)長(zhǎng)提出首先要將系統(tǒng)的骨架搭好，在這個(gè)基礎(chǔ)上一步一步增加功能，這對(duì)我們幫助極大。在后來的開發(fā)過程中，我們發(fā)現(xiàn)整合模塊比開發(fā)模塊更加耗時(shí)。

在確定選題時(shí)，有一個(gè)“系統(tǒng)放在哪兒”的問題。如果放在博物館門口，那么文物就放在博物館里面，參觀者為什么要在門口看我們的系統(tǒng)而不進(jìn)去看實(shí)物?如果不放在博物館，那么放在哪兒?做成一個(gè)遠(yuǎn)程系統(tǒng)?讓用戶在家中的電腦上參觀?這樣的工作量在剩余的時(shí)間里是不可完成的。經(jīng)過多次討論(即使是在開始功能開發(fā)后)，我們決定放下這個(gè)問題。競(jìng)賽要的是一個(gè)理念，不是要做出一個(gè)盡善盡美的產(chǎn)品。而事實(shí)上，我們?cè)谡麄€(gè)開發(fā)完成之后撰寫文檔、整理思路的時(shí)候，也發(fā)現(xiàn)這確實(shí)是一個(gè)可以忽略的問題，我們的系統(tǒng)大有用武之地。

在選題上，我們總結(jié)了下列經(jīng)驗(yàn)：

1．不用追求做出在網(wǎng)上找不到的系統(tǒng)。在以前的競(jìng)賽中，我們總想做出Google搜不到的系統(tǒng)。事實(shí)上，這樣的系統(tǒng)幾乎是不存在的。網(wǎng)上也有與我們的作品類似的產(chǎn)品，但技術(shù)不同，應(yīng)用不同，理念不同。有自己的閃光點(diǎn)和理念在里面才是最重要的。

2．作品的特色在于：新技術(shù)一定要有好的應(yīng)用背景，好玩、炫、創(chuàng)新。功能之間要有機(jī)結(jié)合。

3．多積累知識(shí)，不光是IT方面的。一個(gè)人能不能創(chuàng)新，跟他的知識(shí)面有多寬有很大關(guān)系。平時(shí)多觀察，創(chuàng)新源自細(xì)心觀察。

4．交流產(chǎn)生靈感，集思廣益。

快速學(xué)習(xí)

計(jì)算機(jī)科學(xué)涉及海量的知識(shí)，我們不可能學(xué)會(huì)全部知識(shí)，我們能做的只能是學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)這些知識(shí)。在選題后的開發(fā)階段，我們遇到很多從未使用過的技術(shù)，只能現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣。憑借以前的經(jīng)驗(yàn)，我們能區(qū)分什么是一定能實(shí)現(xiàn)的，什么是比較難實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)所要做的工作的重要性給他們排序，從重要的開始做。

對(duì)我們要用到的較新技術(shù)，英文文獻(xiàn)具有更高的參考價(jià)值，所以善于查找英文資料十分重要。網(wǎng)絡(luò)能大大提高我們的學(xué)習(xí)效率。

閱讀公認(rèn)的經(jīng)典圖書也能最大程度地提高學(xué)習(xí)效率。經(jīng)典書籍歷經(jīng)考驗(yàn)，被證明對(duì)相關(guān)技術(shù)的闡述是最深刻的。閱讀這樣的書籍能快速掌握技術(shù)的精髓。

交流使大家的思想得到交換，加速對(duì)知識(shí)的理解。

精益求精，細(xì)節(jié)決定成敗

開發(fā)的過程中，我們經(jīng)常又能想到新的點(diǎn)子。例如在做語音識(shí)別的時(shí)候，我閱讀了大量國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)我們可以在中文語言識(shí)別功能的基礎(chǔ)上比較方便地增加英文語音識(shí)別功能。如果實(shí)現(xiàn)了多語言的語音識(shí)別，無疑又將是作品的一大亮點(diǎn)。不出所料，最后非特定人的中英文多語言語音識(shí)別得到了評(píng)審老師的好評(píng)。

在開發(fā)的最后階段，所有功能都基本實(shí)現(xiàn)了，但它們之間的融合還不是太好，細(xì)節(jié)上還是有很多待改進(jìn)的地方。這時(shí)我們考慮如何把系統(tǒng)中的各個(gè)功能融合為一個(gè)整體，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下添加一些錦上添花的功能，果斷地去掉一些影響系統(tǒng)整體性能的功能，流暢地演示作品。

組委會(huì)要求每個(gè)作品都要有一份設(shè)計(jì)報(bào)告，用于說明作品的內(nèi)容和開發(fā)過程。這是一個(gè)耗時(shí)的工作，也是最后決定作品水平的關(guān)鍵，我們特別針對(duì)摘要部分做了細(xì)致的編寫。另外，我們還細(xì)致地檢查了文章的錯(cuò)別字，統(tǒng)一每個(gè)人所寫部分的風(fēng)格，自己用Office制作圖表，確保圖表清晰。用畢業(yè)論文的格式排版，保證文章的專業(yè)性。即使是在外地出差，我們晚上也在賓館里修改報(bào)告。最后得到了一份令自己滿意的設(shè)計(jì)報(bào)告。

抽象，拔高

將作品中的理念抽象出來，可以將作品的水平提高一個(gè)層次。我們長(zhǎng)期沉浸在作品所實(shí)現(xiàn)的功能中，已經(jīng)難以抽身從一個(gè)旁觀者的角度來分析作品。在寫報(bào)告的過程中，我們?cè)噲D把作品所蘊(yùn)含的技術(shù)抽象到理論層面，用一種新的角度來詮釋我們所做的事情。徐老師提出，隨著人臉位置改變展品的觀察角度，可以認(rèn)為是對(duì)人的意念行為的理解：人臉向左，表明他要看展品的左側(cè)，系統(tǒng)通過對(duì)人臉的跟蹤，能夠理解人的意圖。通過對(duì)幾個(gè)方面的重新詮釋，我們作品的整體理念得到了全新闡釋。

使自己滿意，不留遺憾

在開發(fā)的最后階段，心理的變化是十分微妙的。長(zhǎng)期面對(duì)自己的作品，不知自己的作品能否引起別人的興趣：面對(duì)國(guó)內(nèi)外的頂尖高校，也不知道自己作品的水平到底如何。只有一些來參觀老師或?qū)W生的鼓勵(lì)才能讓我們覺得“互動(dòng)視窗”還是蠻吸引人的。

這時(shí)，徐老師告訴我們要擺正心態(tài)，“讓自己滿意，不留遺憾”。抱著這樣的心態(tài)，我們?yōu)楦吧虾①愖龊昧顺浞譁?zhǔn)備。

充分準(zhǔn)備，樹立自信

只有做好了充分的準(zhǔn)備，針對(duì)各種情況都想好了應(yīng)對(duì)方案，在面對(duì)評(píng)委時(shí)才能表現(xiàn)出自信。在去上海前的幾天時(shí)間里，負(fù)責(zé)陳述的我做了大量練習(xí)，兩次在會(huì)議室給二三十人陳述，數(shù)次在小范圍內(nèi)練習(xí)，陳述用的PPT幾經(jīng)修改。即使是答辯前一天在賓館里，面對(duì)同行的隊(duì)員、老師，我也做了兩次陳述，并做了最后的修改。充分的準(zhǔn)備保證我們可以在評(píng)委面前從容不迫地展示我們的工作。

填寫答辯流程單時(shí)，我們字斟句酌，構(gòu)思好了整個(gè)答辯的過程。在答辯現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)別人匆忙地寫流程單時(shí)，我們?cè)趶娜莸氐却疝q開始。

在向評(píng)委們做完陳述報(bào)告后，我們演示了作品。一切都如之前的練習(xí)一樣順利，只是由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的原因，有一個(gè)小功能的演示沒有成功。不過瑕不掩瑜，兩天后我們接到了復(fù)賽通知，一共有十六支隊(duì)伍進(jìn)入了復(fù)賽。復(fù)賽中很多評(píng)委對(duì)我們的作品表現(xiàn)出極大關(guān)注，我們所做的工作也使評(píng)委們信服。

致謝

首先要感謝徐成老師，使我們有機(jī)會(huì)參加這一高水平的賽事。他提供了一個(gè)極好的學(xué)習(xí)氛圍，讓我們能夠安心做開發(fā)，并在很多問題上給予我們指導(dǎo)。感謝劉彥師兄在大方向上給我們的指導(dǎo)。感謝秦云川師兄憑借自己的經(jīng)驗(yàn)給我們?cè)谶x題、開發(fā)等各個(gè)方面所做的指導(dǎo)，使我們少走了很多彎路。感謝楊志邦師兄每周來給我們開會(huì)，一直跟蹤我們的進(jìn)度，給我們提出大量寶貴的建議。有他的督促，我們才不至于懈怠，工作才能按時(shí)按量完成。感謝周志順師兄貢獻(xiàn)了大量絕好的創(chuàng)意，他的創(chuàng)意是“互動(dòng)視窗”的原型，他能夠一針見血地提出問題，使我們能反思自己所做的事情。感謝徐成老師所有的研究生、本科生抽出時(shí)間當(dāng)我們的聽眾并提出寶貴的意見，他們的意見使我們的作品更加完善。

最后要感謝教務(wù)處對(duì)我們的大力支持，感謝湖南大學(xué)這所優(yōu)秀的高校。