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2013年5月15日 星期三

從設計到製造的溝通模型

From design to fabrication: A model of communication



上圖把Claude Shannon 的溝通數學模型基本架構改寫成設計到製造的流程。設計到製造是一個溝通流程,尤其在工業時代之後,許多設計師脫離工匠的身分,而工匠也必須深入各種工程科學知識而成為工程師。設計師精於將其設計構思以圖面或其他方式表達,而工程師則專注於將設計圖面所描述的物品或建築物以有效的製程製造出來。從設計到製造就是一個如假包換的溝通流程。

上圖把設計師當作transmitter, 負責將設計構思編碼成為設計圖說。設計圖說是一種可以透過某些channel傳輸的signal。製造者接收到設計圖說之後,扮演transmitter的角色,進行解碼將圖說轉換成為物品或建築物。與Shannon的一項基本差異是shannon的模型中,message經過編碼,傳輸後解碼,應該還原為原來的message。此時我們做了一點延伸,也就是還原之後的message並非原來的message,而是原來message的某種轉換,可以是空間的平移轉換,這就是shannon討論的case。也可以是時間的轉換,或者語言的轉換,甚至是設計構思與成品之間的轉換,反正只要是某種轉換就可以,而絲毫不影響到shannon模型的適用性。

設計溝通時noise比較可能是在encode和decode過程中發生,不過我認為並不影響到模型的適用性,因此我期待shannon所有推論仍舊可以用來分析設計溝通。因為noise不管是在transmitter或者是channel中發生,都是讓signal產生變異,讓接收端對signal產生錯譯的機率提高。

另一個可能需要討論的是shannon的message是可以用非常明確的格式表達的,而設計溝通模型中的message代表設計構思,卻沒有人知道如何表示設計構思。從weaver的文章中我得到啟發,或許這可以歸到semantic的層級,而根據weaver的看法,shannon的模型被延伸到semantic的層級,甚至effectness的層級都不損及其適用性。我們只要再加一個transmitter把設計圖說轉換成shannon模型中的signal,然後把前後兩個transmitter看成是單一的transmitter就可以了。當然這時在現實世界中,這樣的transmitter就是設計師加上他所用的電腦。

在Shannon的模型中,所有的information都來自information source,不管是encode或者decode都不會加入資訊,只會流失資訊。在設計/製造的溝通模型中,設計師在encode的過程中加入information,而工程師在decode設計師的圖面時會加入information以釐清該設計如何建造。

2012年8月22日 星期三

建築設計團隊的溝通- Shannon模型觀點


上圖(來自wikipedia網頁)是shannon在1949年提出的溝通數學模型,很清楚地描述雙方溝通的message怎樣從source被傳送到destination。message無法被直接傳送,必須以transmitter進行編碼,轉換成signal之後,經由channel傳送到接收端的receiver,經由其解碼之後還原為message。在shannon的論文中負責編碼和解碼的transmitter與receiver都被視為是某種transducer,都可以看作是定義兩個集合之間對應關係的函數。

Shannon的模型極精歛又廣效(generic),似乎可以應用到所有的溝通系統上。我覺得其模型完全可以用來說明設計溝通的現象。下圖是我所整理出來的,僅是在名詞上作了一點替換。

在這個系統的兩端分別是設計溝通的發訊者和收訊者。設計的意念無法直接傳遞,必須轉換成為某種表示方式,例如圖面或模型,在此稱為設計物件(design artifact)。圖面與模型可以直接傳送,也可以再轉換成為message與signal進行傳輸,但無論這個過程轉換多少次,這個模型的適用性還是一樣的。接收端獲得代表設計意涵的設計物件後進行解碼,將訊息所代表的意涵解讀出來,完成溝通的程序。當設計溝通發生在設計工作室(design studio)時,工作室就是扮演channel的角色,發訊者放置在工作室的圖面與模型可以讓收訊者看到而進行解讀。噪音源(noise source)被連結到transmitter與receiver是因為設計溝通過程中,更可能發生錯誤的是在編碼與解碼的過程,而不是在訊號傳輸的過程,這可以說是與shannon的模型唯一不同之處,但我認為完全不影響到其模型在設計溝通上的適用性。

設計團隊的溝通好比一個由許多transducer所連接而成的網絡。每一個transducer從其他的transducer接收到訊息,進行處理後輸出對應的訊息,傳給其他的transducer。每一次設計溝通的訊息可以看作是定義一個該階段所有可能設計的集合,而收訊端經過解讀之後回傳的訊息可能有助於進一步更精確的定義這個集合,或者對這個集合進行修改。

2012年8月2日 星期四

建築設計的編碼

建築設計需要進行編碼(encode),就是把設計的想法用圖面或者其他可以表達設計形式的方法表達出來。編碼除了作為溝通之用外,也是作為設計師的外部延伸記憶,能夠把某階段的設計構想記錄下來,輔助設計思考時內部記憶之不足。因此設計師將自己的想法進行編碼,再看著自己畫的圖面進行解碼也可以視為是自己與自己溝通的過程。編碼的內容隨著設計的進行而增刪修改,其目的就是在所有可能設計之母集合裡面尋找可行的方案。初步看來,就建築設計各個階段而言,編碼的格式應該具備下列特徵;

  1. 每個設計階段的編碼的格式須讓設計師能夠包含足夠的資訊以辨識出各個設計階段母設計集合中需要被區隔處理的個別方案。根據Shannon對transducer的說明指出在編碼與解碼過程中之可能遺失資訊,而不可能增加資訊,所以如果設計的編碼內容不能正確指出被關注的設計方案,就不可能在解碼時增加資訊而回復。一個階段性的設計方案,就是下一個設計階段設計的母集合。而下一設計階段的目標就是在這個母集合中進一步標定一個更細緻的設計方案。依此如果編碼內容不能明訂該設計階段所需關注的設計方案,就會對下一個階段的設計工作產生不利的影響,就會有一個不適當的母集合作為下階段設計溝通的基礎。
  2. 設計編碼必須具備某種結構性的脈絡,讓設計師可以有效率的進行編碼與解碼。建築設計的母集合通常極為巨大,在一個巨大的母集合中要找到並標定其中的一個元素可能需要耗費大量的資源。編碼的格式會影響進行程序的效率。建築經過歷代的專業經驗所發展出來的各階段專業圖面(建築計畫、基本設計、細部設計等)可以說是目前我們所能掌握的最有效的專業編碼系統。
  3. 接續上一個特徵的說明,專業編碼系統必須是精簡的,否則就不可能是有效率的。編碼的內容不會要把設計方案所有的細節標示出來,而是透過專業知識的參照去解讀所需處理的方案特徵。專業知識的參照並不能增加資訊,因此編碼的精簡也必須符合第一項特徵。
  4. 建築設計的編碼在各個設計階段應該是不同的,但各階段編碼的內容應該可以接續使用,或至少是可以相互參照,也就是可以很容易的比對其相似性。這應該是第一特徵所提到的,一個設計階段的編碼就是下一個設計階段設計編碼的母集合的必然結果。

後記(2020/04/21)
這裡所謂的編碼和一般建築師或工程師所用的編碼不一樣。在工程中, 一般的編碼是指為所設計的構件, 或材料加上一個編號, 並利用編號的特定位數的數字或文字進行分類。這篇文章的編碼是基於資訊科學中的encode,是指為所欲傳達的資訊設計出某種符號對應關係, 作為傳達訊息, 溝通之用。

2012年7月27日 星期五

訊息、資訊與意涵:一個建築設計的觀點 Notes on the Mathematical Theory of communication

Claude Shannon 和 Warren Weaver在1949年出版的小冊 The Mathematical Theory of Communication包含了兩篇文章。第一篇"Some recent contributions to the mathematical theory of communication"是由Weaver主筆,但內容以Shannon的溝通理論為中心的文章給我很多啟示,對我個人先前許多模糊甚至錯誤的論點做了許多澄清。文中所採用的資訊也與意涵(meaning)做了明顯的區隔。這是我個人,也包括很多其他人都犯的一個錯誤,或許不能算是錯誤,因為語言本來就是約定成俗。只不過看了Shannon對資訊和意涵的區隔之後,深深認同這樣的定義方式更能幫助我們深入的討論,可以做為探討溝通現象的基本概念。雖然該論文還有很多地方是我未能透徹了解的,但是已經感覺到Claude Shannon的數學模型實在可以作為討論包涵設計溝通在內的許多溝通現象的基本理論,礙於數學能力不足而無法真正深入,非常可惜。

Shannon與Weaver文中為資訊(information)做了明確的定義,是指所揭示訊息(message)之內容的非預期程度(uncertainty)。以由一連串的符號所構成的訊息為例,前後符號間相關性越高則訊息內容之非預期程度越低,該訊息所揭示的資訊量也就越低。其計量方式依據Shannon的模型可以用馬可夫鍊為基礎所建立的公式計算。依據Weaver的看法,通訊可以分為三個層次,就是技術(technical)、語意(semantic)以及效用(effectiveness)。Shannon的數學模型雖然僅涉及技術層級,但只要增加轉換器(Transmitter)就可以延伸至更高的層級。例如以一個把語意轉換成訊息的轉換器,與一個把訊息轉換為語意的反向轉換器分別接在原先模型的兩端就可以把系統從技術層級延伸到語意層級。而兩個轉換器接在一起,將之合併視為一個轉換器似乎並無不妥。就模型的結構來講,三個層級的區分其實並沒有真正的必要性。

以下是我個人的延伸推論。資訊的衡量在不同的溝通層級中會有不同的標準,其差異主要來自所有可能的溝通內容之母集合。就技術層級而言,這個母集合就是所有可能產生之訊息的集合;就語意層級而言,這個母集合就是所關切之語意區劃的集合;就效用層級而言,這個母集合就是所關切之效用區劃的集合。母集合不同,以Shannon的模型而言,當然其所傳輸的資訊也不會相同。

例如我們以某種溝通管道傳輸六個代表樂透號碼的數字。就技術層級而言,其所傳輸的資訊量與這六個號碼之間的相關性有關,例如相同號碼不會重複出現。但如果我們從語意層次來看這個溝通訊息,可以合理的假設我們所關心的意涵是這組號碼會或者不會中獎,也就是說語意層級的母集合只有會中獎與不會中獎兩個元素。此時所傳輸這六個號碼內含的資訊量就與其是否為中獎號碼密切相關。如果收到一組預期不會中獎的號碼,那麼其所傳輸的訊息並不太出乎預期,因為任何一組號碼中獎的機率本來就近於零。但如果訊息揭露的是一組會中獎的號碼,那麼其語意內含的資訊就很高,因為如果沒有這筆訊息,我們自己幾乎不可能可以預期到中獎的號碼。從語意的層級來看,同樣是六個數字所構成的訊息,其內涵的資訊量卻天差地遠。

以設計溝通而言,一張表現設計構想的圖面可以從技術層面分析其內涵資訊。圖面各部分之間的相關性應該是關鍵,例如線條是否大多為正交直線? 所描繪的造型是否具備對稱性? 一個正方形可以經由對一個線段施予四次旋轉轉換組合而成,而線段本身則可經由對一個點施予一定區間之平移轉換而得。由此看來,Michael Leyton的"A Generative theory theory of shape"所提出的理論指出一個設計圖面內涵資訊來自於對稱性的破壞,與Shannon的理論模型是可以相互呼應的。從技術層級來看的話,一張複雜,充滿非典型曲線造型的圖面比一張簡單、對稱和正交直線所構成的圖面具備更多的資訊,因為對讀圖者而言,其揭露的非預期性較高。語意層級的內涵資訊必須從設計內容之非預期程度來判斷,也就是說設計內容所代表之設計概念如果不出乎讀圖者的預期,那麼其內涵資訊就很貧乏,肯定不會是一張有趣的圖面。至於設計的好壞,或許就可以歸到效用層級,因為一個有趣、出乎預期的設計未必是個好設計,還要看所設計的內涵是否能在適當價值體系下獲得高度的評價。

談設計溝通可能要把重點放在Shannon 理論模型中的 transmitter以及receiver上面。Transmitter 所做的是encode的程序,而receiver做的就是decode。設計師試圖把語意轉換成訊息就是在進行encode,也就是把設計構想畫成圖面的這個階段,此時設計師扮演的角色就是transmitter。設計師繪製設計圖面時會使用專業繪圖語言,以精簡的方式表達其設計構想。在編碼過程,專業知識可以幫助其以適當的方式編製出精要的訊息作為溝通之用,相對的,在接收端也需要專業知識來對所接收到的訊息,也就是設計師所繪製的專業圖面進行解碼,才能夠反向的把設計師所欲表達的設計構想解讀出來。如此的訊息對非專業者而言,因為其不具備適當的專業知識,因此在編碼或解碼過程就會發生錯誤或缺漏,好比一個transmitter或者receiver無法正確的編碼或者解碼。下圖是利用shannon的模型加以修改成描述設計溝通的模型,兩者在本質上是一樣的。

設計溝通當牽涉到專業人員與不同專業或非專業人員之間溝通時就要注意這件事。因為receiver一端不具備適當的專業知識,因此專業人員在編碼過程中必須把足夠的意涵明確的轉換並整合到所發出的訊息當中。好比把原本用平立剖面表示的設計圖改用透視圖或者模型來表示。所付出的代價就是額外的資訊作業,而這部分的資訊作業對其設計構想的成形並沒有直接的幫助。
(revised 2013, 3, 13)

上圖表是一個設計流程中,從里程碑到里程碑之間的資訊作業與資訊量之間的關係。例如一個設計案的開始,從基地配置到基本設計完成之間,針對設計方案本身的資料(data, message)與資訊(information)隨著設計的進程而增加,但其關係並非縣性的正向關係。資料增加代表設計團隊投入的資源也同樣增加,但投入資源的增加卻未必代表描述設計的資訊量也以同樣的幅度增加。在一個階段的初始,設計往往偏重發散式 (divergence) 的思考,許多方案被提出,但只有一個會被選來繼續發展,因此資料的增加不代表資訊同樣增加。同時在初始階段設計溝通比較密集的在專業人員之間進行,雙方具備相同的專業知識,因此可以用精簡的專業訊息溝通,資料作業的負擔較小。確認發展的設計方案後,設計重點進入收斂階段(convergence),針對選定的方案進行細化,也因此設計案的內涵資訊量快速增加,同樣的資料作業負擔也很高,但因為用的是精簡的專業訊息,因此作業效率較高。等到設計進度大約到達預定里程碑時,進入表現階段(presentation)。此時需準備和非專業或是跨專業人員的溝通訊息以作為里程碑必須交付的項目。此時大量的工作投入將專業訊息轉變成為非專業訊息,例如根據平立剖面製作模型與透視圖,並且上材質燈光等等,就是為了讓非專業人員也能充分了解設計方案的內涵。此階段投入大量的資料處理工作,而對設計方案資訊卻沒有甚麼貢獻,甚至在這個階段所累積的大量資料,可能將成為後續階段資料處理作業的包袱。
(revised 2014, 1, 3)

2012年5月23日 星期三

以資訊作業的角度看建築資訊建模與設計實務之衝突與可能的化解方式

專業分工是建築設計實務上非常重要的原則,是經過千百年前人所傳承下來的經驗與智慧所建立起來的。專業分工最重要的目的就是把與建築相關的複雜資訊做適當的分割,讓各個專業能夠適度的獨立作業,又能透過適當的介面讓建築師進行整合。在程序上能夠配合與業主的溝通及決策,盡量讓每一個專業參與者不會因為決策的細化或者變更而徒勞無功。現行的建築設計實務同時也兼顧了各專業與業主各自的立場,透過合約與互信關係的建立讓每一個參與者都可以在其可以承受之風險壓力下安於其作業。資訊技術的改變勢必對此傳承已久的專業產生衝擊,建築設計相關知識的供應鏈會出現結構性的變化,在變化過程中產生的衝擊與可能的化解之道就是這次專題討論的主題。
建築資訊建模(Building Information Modeling)是一種對於建築設計資訊處理的理想化概念,被提出來後短短幾年之間成為無可抗拒的趨勢。相對於其在實務界飛快的推展速度,事實上就資訊處理的概念與技術而言,並沒有與之相對應的突破。各種與BIM相關的應用軟體,都是基於上個世紀八零年代所發展出來的物件導向程式設計的技術與概念,加上電腦3D圖像加速技術所開發出來的應用系統。就以物件導向的技術而言,現階段BIM的技術應用也僅限於以物件屬性為主的資料結構,對於物件導向技術概念中非常重要的程序性資訊的封裝並沒有深刻的討論與應用。而建築設計程序性資訊的整合可能就是化解目前BIM在建築設計實務應用過程中所可能遭遇之困境的關鍵。
傳統的設計表達方式以建築物之造型、構造與材料之規格為主。建築師的任務就是把預期完工後的建築物之關鍵性規格以圖面等各種施工合約文件表達出來。建築師表達設計的方式可以說是一種宣示性的資訊,著重在所完成物品最後的樣貌。相對於此,廚師描述一道菜色的方式則是以食譜來表示,著重的是程序性的資訊。以水餃為例,應該沒有任何一份食譜會把水餃的構造用專業製圖的方式精準的畫出來,也不會有任何一家餐廳會以各道菜色之平立剖面的規格來建立其廚房的作業規範。目前建築專業圖面繪製的工具都是以描述宣示性資訊為主。即使是基於物件導向之概念與技術所開發出來的BIM相關工具而言,對於程序性的資訊也僅只於零碎片段的紀錄。
建築師的設計流程中有極為豐富的程序性資訊,然而在現有繪圖工具的限制下,對其僅有零散的紀錄,真正保留下來的只有最後的繪圖結果。程序性資訊流失所需付出的代價就是設計修改時作業成本暴漲,以及設計溝通過程中所整合之跨專業資訊可能在後續修改過程中產生錯誤、缺漏或矛盾。設計過程是一種資訊與資料累積與整合的過程。資訊與資料的累積並不是對等的。專業的作業流程必須使用極為精簡的表達方式,也就是以少量的資料表示大量的資訊,才能保持設計過程的作業效率。在每一個設計階段的初期是屬於資訊快速累加而資料非常精簡的專業作業流程;而在設計階段的後期,資訊累積速度趨緩而資料累加數量大增,主要因為必須準備在跨入下一個設計階段之前和業主以及其他專業團隊進行溝通。此時必須加入大量的資料以克服溝通上的專業障礙,而這些資料卻對本身專業資訊的投入沒有貢獻,徒增設計作業負擔。這些投入的資料反過來造成溝通後設計修改成本的增加。
衍生式建模(generative modeling)是一種基於與一般電腦繪圖與建模截然不同的概念所發展出來的技術。其概念可以溯源自上世紀電腦圖學的初期發展,然而在個人電腦盛行的年代並未成為電腦輔助繪圖的主流。衍生式建模的特點就是以程序性資訊為其主體,經過電腦的解讀運算之後才衍生出圖面與模型。在建模過程中,電腦以系統化、結構化的方式記錄設計師的設計流程,因而可以在後續階段回溯前期的設計決策並加以修改,再讓電腦重新衍生出修改後的圖面與模型,提供做為檢討與溝通使用。在設計修改過程中,建築師幾乎不需要付出任何資料處理的代價。衍生式建模的另一個特點就是往往可以用極為精簡的資料來表示複雜的幾何形式,也可以將專業資訊整合到建模流程之中,讓後繼的操作調整不會影響到前期的決策。衍生式建模可能極為適合用來做為跨專業的溝通語言。本專題討論將以操作實例來說明此概念和技術如何在建築師進行設計整合與溝通過程中,協助其克服資訊作業上的衝突。

2011年4月11日 星期一

主客場與狗小便

大部分的球隊在主場的戰績都比在客場好,可能是因為他們比較熟悉這個場地,以逸待勞,觀眾比較支持等等。真正影響勝負的原因可能很多,但若只從心理上來看,主場的球隊是否有比較高的士氣與更輸不得的決心?動物界爭搶地盤時往往也有主強客弱的現象,前來挑戰的入侵者若非有明顯的優勢,否則不易成功。賽局理論告訴我們主強客弱的心理認知事實上對雙方都有利。兩強之爭如果勢均力敵的話,結果可能是兩敗俱傷。但如果透過不會傷及安全,又具有共識的替代方式來決定勝負,則可以避開危及性命的損失。在這個前提下,如果雙方都接受主場優勢,挑戰者發現對手並不弱時會傾向退讓,嚴重的衝突就會減少。任何在演化過程中出現不接受主場優勢共識的個體,在其地盤爭奪過程中比較可能會出現危及性命的情境。

狗小便就有建立主場意識的功用。因為狗尿會隨著時間消逝,所以把狗尿的味道當作主場宣示資訊的傳播媒介是可信的。一隻狗如果不是住在附近,就不可能讓這個區域經常保持有其自身特有的味道。外來的入侵者聞到新鮮狗尿的味道,就好像看到地主的門牌與籬笆一樣,在心理上就已經弱了一截,遇到勢均力敵的爭戰就知道要全身而退。

人也同樣會有領域宣示的動作。旗幟與牌樓都不具備圍阻動線的功能,基本上不是為了防止外來者進入,而是作為領域的宣示。人的居所、建物往往都加上具有個人或家族色彩的裝飾,並且在生活空間周遭處處留下個人的用品,就像狗小便一樣,具有宣示領域的溝通目的。一個旅館房間的物理環境條件可能比家中的房間更符合生理的需求,但在心理層面上缺乏自身的標記,終究不能取代家的感覺。

2011年4月7日 星期四

資訊處境

資訊處境指的是在空間中我們透過感官,或者再加上輔助器材能接收到資訊模式。我們的各種感官分別對不同尺度與形式的空間有不同的重要性。最短距離的是觸覺。嗅覺可以是短距離也可以是長距離,看氣味來源與傳播方式而定。聽覺與視覺也是長短距離都可以。可見光波長較短,傳遞路徑以直線與反射為主。聲波會因為繞射與反射而充滿整個空間場域,一直到受到距離或者隔音吸音材料的阻隔為止。

如果我們把空間分割成許多小場域,讓每個場域中透過感官可以接收到資訊模式大致相同。所謂的資訊模式可以定義為接收到各種資訊的機率分佈函數,例如如果我們在某時間站在電梯口一個小時,會碰到系主任的機率,或者是會聽到走廊上腳步聲的機率。而資訊處境就是我們在某個場域中為了要獲得各種資訊所需付出的代價,這也就和每個場域中的資訊模式有很大的關聯。人在空間中的活動,撇開物理環境的影響不談,為的就是要獲得最適當的資訊處境。

資訊處境除了包含取得資訊的代價之外,也包含發布自身資訊必須付出的代價,包括讓別人知道自己的存在,讓特定對象獲得自己所要發布的訊息,還包括所發出的訊息具備有讓受訊者接受並服從的有利條件。簡單來說,資訊處境就是和其他對像溝通的成本結構。

舉個例子,每天我們要離開家到公司上班,或許不見得是因為公司比較舒服,而是因為其資訊處境比較適合讓我們有效的工作。要和同事溝通,可能就在同一辦公室抬頭就看到;老闆則在另一個辦公室,有百分之三十的機率會在。身邊的檔案櫃裡可以取得業務上相關的文件,客戶的電話也會直接打進來。主管的位置通常讓他背對著有美景的窗戶,卻可以抬頭就看到大多數的部屬;部屬則抬頭看到貼滿紙條的隔板與電腦螢幕,透過光線明暗的變化與腳步聲感覺到主管打身旁經過,趕快揮動滑鼠賣力工作。老闆現身可以讓部屬賣力工作,讓部屬知道自己隨時可能不知不覺的現身,則可能讓部屬無時無刻不賣力工作而爆肝過勞。最好的辦公室位置可能一邊是窗外美景,一邊可以隔著障礙物看到上司,讓他知道你的存在卻不會被監視。斜前方是心儀已久的同事,隨時可以知道他的一舉一動一顰一笑,每天進出隨時都有機會不期然的眼神交會,在恰恰好的那一秒起身用餐。

最恰當的資訊處境往往並不是最豐富的資訊。資訊過量與資訊不足同樣可能都是有害的,而傳遞資訊的形式不同會有不同的溝通效應,空間中的任何事物都可能是跨越時空傳遞資訊的媒介。

大多數人都喜歡聽到鳥的叫聲,每天早上可以隨著鳥鳴而清醒是件幸福的事情,如果是趕赴工地的砂石車或者突如其來的救護車恐怕就不是那麼舒服了。海浪或者是溪流的聲音讓人感到輕鬆愉快,但是車流的聲音就不一樣了。背後的原因到底是甚麼?對物理學家來說,這些聲音就是不同的空氣振動模式,人是基於甚麼理由而偏好某些振動模式,厭惡某些模式?我認為這都有演化上的因緣。基本上水是生活必需的資源,人類居住的地方往往與水有密切的關係。甚至有些科學家主張人類先祖在演化過程中曾有一段時間是以半水生的方式生存,而稱之為水猿。無論水猿的理論是否真確,接近水的環境可能對生存有利。也有動物學家提到,在森林中聽到鳥鳴,是一種安全的象徵。鳥類是高度警覺的動物,如果小鳥不畏懼暴露自己的行蹤而高聲鳴叫,可能附近就沒有甚麼危險的獵食動物出沒。這類對聲音的認知感受,在演化過程中進入人類情感層次,影響人類的行為。

把自己存在的訊息散發出去,是求取生殖機會的必要行為。例如求偶的鳴叫,氣味,舞蹈,甚至誇張的身體特徵都是動物界常見的行為。有時候像孔雀開屏這類暴露行蹤又導致行動負擔的行為影響到生存的機會時,會更具有溝通效力。所謂的性擇往往與適者生存的天擇相互矛盾,造成生物演化過程中出現正回饋與負回饋交互作用的複雜現象。人在對空間的認知,對資訊處境的追求也是處於生存與生殖這兩種演化力量交互作用的影響之下所形成的本能、情感與理性思維。

影響生存與生殖的重要關鍵就是資訊處境。與生存相關的包括如何獲取環境的資訊以取得對生存有利的條件,例如接近生存所需的資源,水與食物;以及逃避危險。與生殖相關的則是如何獲取求偶對象行蹤的資訊、如何讓求偶的對象得知自己的行蹤,以及如何讓自己行蹤的資訊以一種可信,有效的方式表達出來。

螞蟻如何認路

我曾經在一所室內游泳池看過一列螞蟻從室外經過窗戶上的小縫,源源不絕的來往於直線距離約三十公尺外的垃圾桶之間,沿路要上下看台的台階,繞過地面積水,爬上垃圾桶壁才能到達目的地。而這段室內路徑的複雜度可能遠不及其在室外更複雜的空間環境。三十公尺大約是螞蟻身長的1500倍,對人來說大約是2公里。這樣的空間認知能力,在螞蟻世界中絲毫不足為奇,是他們每天都要做的事,就像放學回家一樣。

看過兩種解釋,嗅覺和視覺。嗅覺是藉由蟻群在行經路徑上留下費洛蒙作為標記;視覺則是藉由沿路的景觀標記。或許兩者都有吧,多重的資訊來源在複雜的環境中可能是一個比較可行的決策依據,也可以透過學習,在不同狀況下仰仗不同的資訊來源。

不過,如果說螞蟻是以視覺資訊為主來認路的話,在解釋他們彼此之間如何溝通的問題時會比較困難。斥候蟻找到食物之後,要如何告訴其他的螞蟻?蜜蜂能飛,可以沿著大致上的直線到達目的地。因此蜜蜂的舞蹈可以只傳達方向與距離,其他的蜜蜂到達附近位置後靠嗅覺或許就可以找到食物。螞蟻的生活空間可能非常複雜,試想在堆滿落葉與枯枝的森林中,一隻小小的螞蟻如何告訴其他螞蟻要循著甚麼路徑到達食物位置?有時候甚至食物就在某片樹葉上,對在隔鄰樹枝上的螞蟻而言說不定可以看到也可以聞到食物的味道,可是要如何過去而不迷路?

人類中最接近螞蟻空間經驗的可能是在高山森林中的登山隊員。在空間定位系統與無線電也不見得能派上用場的情況下,在樹上綁布條可能是一個簡單實用的辦法。登山者綁布條可以幫助自己在回程時不致迷路,也可以幫助前後的隊友不致失散,對迷路的登山者而言,發現前人留下的布條可能是救命的資訊。布條和費洛蒙一樣,可以有不同的顏色形式,也會隨著時間而逐漸消逝在環境中。把螞蟻想像成天生的登山好手,沿著路徑,在不同狀況下留下各種布條,是我目前比較能夠理解的說法。

2011年4月5日 星期二

空間行為與資訊處境

據段義孚(Tuan 1977),空間代表自由活動的可能性。就生命體而言,活動來自於求生與生殖的本能需求,其目標在追求合宜的物理環境和資訊處境。撇開物理環境不談,何謂資訊處境?

當一個生物位於某個位置時,其周圍情勢決定其感官系統可以接收到哪些資訊。例如上風與下風的位置決定嗅覺資訊的取得與傳遞;向光與逆光則決定視覺資訊的處境。我相信對於資訊處境的敏感度絕對影響到生命體的生存機會。一隻獅子會選擇迎風的方向來潛伏接近其獵物,並不見得是其了解氣味隨風傳遞的道理,而是其祖先在長時間的演化過程中發展出此本能,很可能在其情感上就有此偏好。而一隻羚羊也可能對其下風方向有著莫名的恐懼,而傾向往上風的方向覓食。

人也有對空間處境有本能及情感上的需求,應該也是來自祖先長時期演化而來的,不見得有理性的基礎,但可以追溯到生存與生殖的本質。生理的演化速度遠慢於文化的演化速度,但其影響力來自更深層的本能與情感,對行為的影響往往比文化的影響更有決定性。人類文化的演化歷程對我們行為的影響力可能主要在情感與理性的層次。段義孚(1977)提到初學爬行的嬰兒即使在被誘導的情況下,也會對越過平台邊緣進入以平面玻璃覆蓋看似懸空的區域有所畏懼。我們在空間中的行為應該是在本能、情感與理性思維的交互影響下的結果。一個看似簡單的空間行為,可能其背後有很複雜,而且因人而異的影響因素與動機。試圖藉由了解影響因子與動機來了解行為可能是非常困難的課題。但我認為,就因為夠複雜,所以可以跳過細節,直接觀察結果,就像要了解氣體的行為,不須知道每個分子的位置與運動的細節,用機率與統計就可以推測其整體的行為。對人類的空間行為而言,這個化簡馭繁的屠龍寶刀一樣有效,只要再加上演化的觀念,應該可以找到簡單而有效的分析方式。

必須要補充說明的是,我並不認為這與某些行為主義信奉者的看法一樣,把人的心智當作黑箱,一切以行為結果為依據,最後導致一種認為可以把人用賞罰加以操弄控制的價值觀點。人之所以為人乃是幾十億年演化的結果。任何一種生物所具備的本能、情感與理性思維都是因應演化最基本的原則-適者生存-的天擇結果。因此無論如何複雜,最後都可以歸結到生存與生殖這兩項生命的本質。人類或者任何一種生物的文化也適用於演化的基本原則,最後也可以回溯到生存與生殖這兩項做為生命體的基本條件。



Tuan, Yi-Fu, 1977, Space and Place, The Perspective of Experience, University of Minnesota Press


2010年11月12日 星期五

智慧空間設計的一些觀點

任何運用現代化資訊技術的物件、裝置或者空間設計往往被冠上智慧的稱號。智慧是一個難以界定的概念,幾乎任何試圖要界定智慧的嘗試都會面臨無法自圓其說的困境。說不定智慧本來就是一種不可限定的複雜現象,不能被更簡單的框架式敘述約化,也不能被任何教條宣示侷限在特定的範圍之中。本文無意也無法回答何謂智慧這個問題,僅試圖討論一些可能與智慧相關的議題,希望能讓設計者能藉由這些概念性的討論獲得一些靈感的啟發。

設計觀點

簡單來說,智慧化的設計必須對外界刺激有回應能力。以此為智慧最基本的條件幾乎是不能夠再有所爭論了。問題是對外界刺激完全沒有回應的物件,就哲學的觀點來說,乃是在邏輯上自我矛盾的陳述。因為對外界完全沒有回應能力就不能視之為「存在」。即使是目前物理學家都還不知如何偵測的所謂「暗物質」,也依然透過重力來影響其他物體。任何存在的物體都會對外界的刺激有所回應,不論這刺激是來自於人為或者自然環境。對外界刺激完全不回應的物體是不存在的。這個弔詭的論點告訴我們不能自滿於所謂回應的能力,關鍵可能在於必須判別其回應的方式是否具備智慧的特質。所以我們可以說某設計能夠對外界的刺激展現出有智慧的回應就叫做智慧。這句話並不完全是廢話,因為它指出了瞭解智慧的一個重要的方向,就是物件回應外界刺激的方式。

一個木門在被敲打的時候會回應以敲門聲,這聲響透露出門外訪客的存在,門成為訪客與主人的溝通媒介。對大多數人而言,這種回應沒有絲毫智慧可言,沒有人會因此認為這個門算是一種智慧化的裝置。如果有一位設計師注意到這個現象,也能體認敲門聲所帶來的資訊對門內的居住者的重要性,於是在門外安裝攝影機拍攝訪客的臉孔,用臉孔辨識的電腦程式分析比對所有曾來訪的訪客影像後,以電腦合成輕柔而帶有磁性的聲音告訴主人某某某在門外。主人可以用語音指示開門與否,也可以退一步讓電腦用人工智慧自動幫主人判定是否應該把門打開。這樣的一種門肯定是智慧化設計了。如果我們都同意回應的方式是判別智慧與否的重要特徵,那麼就要比較一下砰砰砰的敲門聲和輕柔而帶有磁性的電腦合成聲音為門內居住者所帶來的資訊,其精確性與內涵是否具有深刻的意義。如果我們事先建了完整的資料庫和很棒的臉孔辨識程式,而且又沒有人刻意用照片或面具欺騙的話,電腦的表現肯定是精確多了。電腦門透過影像分析合成輕柔有磁性的聲音報出訪客的姓名,應該遠勝於木門砰砰砰的敲門聲。Bingo,電腦門和木門智慧競賽的勝負已定。

電腦的運算能力顯然是的這個智慧競賽的關鍵。不過這個世界並非只有電腦能夠運算,事實上這個世界上的每一樣物件都具有運算能力。就以智慧競賽的失敗者「木門」為例。在敲門過程中木門做了極為複雜的運算,包括把訪客指關節敲擊在木板上的力道、節奏轉換成振動,再透過木門空心部位產生共振,最後發出由多重泛音所構成,具有豐富音色與深度的聲音。敲門者可以使用手掌不同的部位或者物品敲擊,隨著敲門位置、力度以及與門板接觸的時間長短、面積而改變音量、音色與節奏。一個有良好共振效果的木門可以媲美管弦樂團的打擊樂器而發出美好的樂音。這個從訪客手部肌肉的運動到美好樂音的資訊轉換絕非一個簡單的電腦程式可以達成。透過一個木門,門內的主人聽到敲門聲知道訪客來到,也可以透過敲門聲音的大小、節奏而猜出某些訪客的身分,甚至心情。敲門聲不能用來辨識每個人,但對於主人而言,某些特定的敲門模式除了告訴他某人到來,還可能以一種比電腦溫柔磁性的語音更直接的方式觸動深層的情感反應。一陣急促有力、含蓄沉穩、或是有特殊節奏的輕快敲門聲,對主人而言,所傳達的訊息可能比溫柔磁性的合成語音更動人,更有意義。除此之外,這位訪客知道門內的人聽到這特別的敲門方式就知道他的到來,也可以體會到彼此之間形成一種特別的默契,是影像辨識和語音合成程式無法取代的。他也可以在慣用的敲門模式上增添一些變化,以便讓宣告他到來的敲門聲不再是無趣的例行公事,而是每次都可以帶有驚奇的創意。每一次這樣透過敲門聲的溝通,都可以在無形中讓這兩人的關係增加一分情趣。而這樣的敲門溝通方式可以不用事先設定或是規畫一套溝通協定讓雙方遵守,也可以隨著時間而改變、演化。複雜而功能強大的電腦運算真的是達成智慧化設計的神奇藥方嗎?電腦把訪客影像轉換成姓名語音和木門把訪客手部動作轉換成具個人色彩的敲擊聲這兩種轉換資訊的方式究竟是真的有智慧層次上的差別,還是我們個人的偏見與迷思?

前面的討論故意漏掉了一個重要的線索,就是電腦門不必等待訪客動手敲門,而是主動拍攝訪客的影像進行辨識。在這裡「主動」就成為智慧化設計的神奇藥方。不過問題是攝影機並沒有「主動」去拍攝訪客的影像,攝影機只是打開光圈,「被動」的接受從鏡頭射進來的光線,就像木門靜靜等待訪客的手一樣。如果我們非得用主動這兩個字來強調電腦門智慧特質的話,倒是可以在門上裝設一盞燈。於是電腦門就可以「主動」射出光線,照在訪客臉上後再反射進入攝影機的鏡頭。這樣一個為「主動」正名的動作,究竟可以增添多少智慧的色彩?這是一個值得我們好好想的問題。

很多年以前,以踏墊感應的自動門開始出現在新潮講究的商業空間。這在當時是一種新穎的空間經驗,讓許多小孩甚至大人受到好奇心的驅使,不斷與這種門博鬥,直到新鮮感消失為止。從用手把門推開,到腳踩踏墊而門自動打開,手推與腳踏的差異是否可以作為這兩種門智慧化程度的關鍵區隔?踏墊感應的自動門經過一段時間之後,逐漸被以紅外線偵測移動物件的自動門取代。腳踩踏墊不再是與自動門溝通的方式,任何人或物件只要進入其偵測範圍之內,門就會自動開啟。從腳踩到不需碰觸的紅外線偵測這樣的差異是否又可以作為這兩種門的設計之智慧化程度的區隔?遙測或者遙控的能力是否與智慧化有重大的關係?要追根究底的話,當我們腳踏踏墊時,所謂的碰觸其實是鞋底的原子與踏墊的原子隔著一段距離透過電磁作用力相互推擠而產生的物理現象。這與兩塊磁鐵隔空相互吸引或推擠,或者無線電波隔空傳遞資訊等遠距的現象,除了距離尺度的差異外,在本質上並沒有差別。許多設計或許因為應用了遙測遙控技術而吸引一時的注意,但終究因神秘感消失而不再神奇有智慧。並不是說利用資訊技術來克服距離的限制對智慧化沒有幫助,而是說遙測或遙控的技術並非帶來智慧的神藥秘方,要看的還是如何運用。例如電視的遙控器帶來使用方式的改變,讓看電視的人與電視的互動更為頻繁深入,使人與電視的關係更為緊密,看電視的模式也隨之改變;而冷氣的遙控器往往只是為了避免讓控制器的配線破壞室內裝修,並沒有改變任何使用模式。根據同樣的論點,我們可以說用聲音甚至腦波控制的設備也未必比手動控制有智慧,除非說用了新技術後兩者的互動關係產生了本質上的改變,變得更密切,影響更為深遠。

使用紅外線偵測的自動門許多年後,出現了一種須用手碰觸的「半自動」門,而許多人認為這更是一種比較智慧化的設計,因為這種門不會在不必要時自動開啟,浪費能源。門的設計進化歷程從手推、腳踩、到不需碰觸後,又回到手推,與最初門的設計之差異只剩下動力驅動。這個特質同樣可以帶來神秘感,但神秘感消失之後似乎就與智慧沒有甚麼必然的關係。一個簡單的例子是大部分的冰箱在使用者把門打開,放手後冰箱的門會自動關上。其設計可能是利用稍微傾斜的門鉸鍊,讓門開啟後受到重力的影響而緩慢的關上。這個功能當然也可以使用電力驅動的裝置做到,但從設計的觀點來看,顯然電力驅動的門是沒有意義的多餘裝置。節能是智慧化設計的一個重要願景,我們希望能讓建築物偵測自然環境條件以及使用者使用模式的變化,對建築物的外牆、開口或者隔間、設備做一些主動的回應以減少維持必要物理條件所需消耗的能源。但是除了主動的回應之外,建築物的節能設計有時候也可以使用被動的方式,讓建築物很巧妙的與自然環境中的日照、溫度變化以及風互動,而達到節能的目的。主動或者被動同樣都是達成智慧化設計的手法。

在木門的例子中,具備智慧的並不是這個敲了就會響的門。我們可以說具備智慧的是訪客和主人,但這個看法不會幫助我們有更深刻的體會。如果我們把訪客、主人和門合起來當作一個系統,會發現這個系統從一個簡單的敲門事件開始,引發了一連串的心智活動,而這一連串的心智活動產生的資訊,還有其所帶來的影響遠遠超過簡單的手敲門這個起始事件。讓我們想像這位訪客是位回心轉意的分手男友,門內女孩在聽到這熟悉敲門聲的一霎那,帶有疑慮與期待的思緒澎湃洶湧而出。開門前的遲疑,以及在開門相會瞬間,一個深情的眼神與嘴角就表達了一切。如果這是一齣連續劇中的場景,男主角隔著門用最感人的語調鉅細靡遺的詳述他如何的愧疚不智,而現在是如何誠心的寄望女孩能開懷接納,同時燈光設計師用太陽般的強光從各個角度照射,深怕有一絲陰影讓觀眾錯失了男主角幾近痙攣肌肉牽動下的誇張的表情。這樣的場景設計代表編劇、導演與演員的企圖,就是要用排山倒海的影音資訊淹沒觀眾的感官以引起共鳴。這樣的手法可能可以達到溝通的目的,但是缺乏美感與詩意,或者說智慧與禪。禪宗大師的當頭一棒可以讓徒弟頓悟,不用言語就啟發了智慧。這棒子可不是甚麼充滿智慧的設計,只不過棒子、禪師和徒弟所構成的場景,或者說由三者交換資訊所構成的系統,從簡單的事件起始,卻引發了系統複雜而有深刻影響的資訊活動,最後產出的資訊遠遠超過起始事件。

與禪宗當頭棒正好相反的資訊活動就是從繁複的輸入資料中萃取出簡潔精鍊的資訊。就以先前的例子來說,電腦門的電腦程式可以從繁雜的視訊資料解析出人臉的特徵,並經過比對把龐大的資料化約成簡單的人名。這類的資訊活動往往極其複雜費時,可能也都可以算是一種智慧的表現。而這由繁入簡的資訊反過來能夠再被用來引發系統複雜的資訊活動,而產生無數其他原資料未能展現的變化可能性。這一個由繁入簡再以簡御繁的程序可能可以產生原先輸入資料沒有的資訊。而這樣一個程序可能是智慧活動的一種特質。例如一匹馬在草原上吃草,會同時眼觀四方耳聽八方,再加上鼻子聞著隨風而來的味道。其腦部即時的處理龐大的知覺訊號,並作出安全與否的判斷。一旦判斷為不安全,又必須在衡量複雜的現實狀況後迅速決定逃跑的策略。安全與否是一項再簡單不過的二元選擇,但在這選擇之前的視覺、聽覺與嗅覺資料分析是繁複的資訊活動,而判斷之後決定如何逃跑,又是一項艱難而帶有創造性質的挑戰。

空間觀點

哲學家說空間感知先於經驗而存在,是一種不需學習、與生俱來的能力。任何一種具備移動能力,可以選擇自身在空間中處境的生物都演化出各種本能,可以根據自身的需求尋找最有利的處所。而這所謂有利的處所,除了適合生存的物理條件外,資訊的取得與傳播可能是影響其移動方法與目的最重要的關鍵,是生物在覓食、避難與求偶過程中成功與否的要素。人在空間中的位置決定其所能接收到的資訊,也決定其將資訊散播出去的模式。改變位置與方向就是在改變自身的資訊處境,影響到一個人取得與傳播各種資訊所需付出的代價。例如一個職員在辦公室內隨時可以和他的同事說話;此時其上司坐在走道盡頭靠窗的位置,正抬頭看著所有的部屬。如果這位職員要見董事長的話,則要搭電梯到更高的樓層,通過秘書和助理的安排先在會客室等候。空間設計必須深切的考量其使用者的資訊處境,讓每一位使用者在適當的時間適當的位置取得適當的資訊處境,以順利的處理其該做的事情。這種對空間感知,以及藉移動尋找適當的資訊處境是最原始的本能之一,直接影響到每個人的情緒感受,也受到情緒感受的驅使,不必透過理性的認知思考。

資訊處境的影響層次不僅止於事務與功能的需求,更進一步深入人的情緒和本能反應。其原因是資訊處境深刻的影響到生物覓食、避難與求偶的成功機率。在漫長的演化過程中,具備較佳資訊處境敏感度與直覺反應的生物往往有較大的機會將這個特質傳留給下一代。好的空間設計可以塑造合宜的資訊處境,讓在其間生活的使用者感覺到安心舒適,甚至沉醉在空間中所傳來的影像、聲音,以及所觸摸到的質感。空間設計師透過對各種界定空間的建築元素、設備與家具的規畫,決定使用者在其間可以接收到甚麼資訊,以及可以用甚麼樣方式被甚麼人看到與聽到。資訊是每一種動物選擇其空間處境的最重要考量。例如一位總經理選擇背向窗戶而坐,讓自己隱身於背光的對比,而讓窗外進來的光線照射在訪客臉上呈現出最細微的表情特徵;舞台燈光設計讓主要的表演者可以在舞台上佔據最明亮的位置以成為視線的中心焦點;這與獅子隱身於可以窺視獵物的灌木叢中,以及求偶的雄性動物不惜血戰爭搶最受矚目的地盤可能源自於同一種生存的本能。資訊處境決定我們對空間的認知與位置的偏好,而這個本能進一步和我們的生活歷練與文化素養結合,讓我們可以享受詩般的空間意境。簡言之,空間設計就是資訊設計。

人是生活在自然環境的動物,人的感官知覺就是為了要感知周遭環境的各種物理條件而生。建築工藝的發展讓人大致上可以藉由環境控制脫離風雨冷熱的侵害。然而由於建築物的量體越來越大,讓內部的空間與外部自然環境接觸的表面積比例上相對減少。現代居住空間的冷熱、明暗與乾溼等物理條件往往依照人為設定的模式加以控制,逐漸脫離自然環境的影響。然而漫長的演化歷程早已將人塑造成對環境充滿好奇心,喜歡嘗試新奇的經驗,而不願長久安於固定模式的生物。我們喜歡冷熱適中、乾爽舒適的生活空間,但我們對居住空間的期待不能完全依賴最佳溫濕度、音響或者空氣中化學成分來設定量化指標。能夠體驗冷暖變化、日夜與季節交替,有風、有雨、有陽光才是適度親近自然環境的健康生活。能夠讓居住空間維持在舒適範圍內的物理環境條件,同時又能帶進大自然的律動與驚奇,才是真正貼合人性的空間設計。

人也是社會性的動物,群居生活所需的社交能力是長久以來影響人類生存能力的重要特質,也早已進入每個人本能與情感的心理層次。我們喜歡在居住空間中可以保有私密的領域自在的獨處,不需擔心被別人窺視與侵犯;也喜歡和人互動,甚至共同生活。我們喜歡保有自己的隱私,也希望別人感受到我們的存在、關心我們的存在。空間設計定義了人與人的溝通模式,決定那些人會常常在那些時間,做那些事情時相遇。空間設計除了可以決定人和人之間相互接觸的情境和頻率,也決定我們在空間中如何展現自己,讓其他人覺察我們的存在。空間設計可以是一種藝術,為居住者利用環境中的光線、聲音與質感造就出恰如其分的空間處境,讓人可以舒服自在的體驗自然環境,可以建立與其他人的溝通模式。

共同生活是由許多巧妙的資訊處境構成的。例如從門縫洩漏出來的燈光和音樂聲讓關心兒子的母親可以不必打開房門就可以了解兒子的作息。兒子在房間內可以保有自己的私密空間,而門縫傳入的腳步聲與各種活動的聲音讓他感受到其他家人就在旁邊。早起的祖父坐在客廳門邊的沙發看報紙,讓其他家人在出門上班上學前可以道聲早安。共同生活的情境也可以藉著各種媒介跨越時間的差距。上夜班的先生晚歸時拿起洗碗槽裡還沒全乾的筷子享用太太在餐桌上準備的消夜,盡量小心不發出聲響以免吵醒早已入睡的家人。洗衣籃裡兒子汗濕的運動衫、散落在客廳的報紙,喝一半的飲料,都紀錄了在居住空間中家人活動的資訊。這些資訊穿越時間的隔閡再現家人共同生活的情境,讓晚歸的一家之主得以免除深夜獨處的孤寂感。類似的資訊媒介滿布在每一個家庭的居住空間中,讓所有的家人感受到共同生活的安全感。而這種安全感可能就是維繫家庭的核心價值。

空間設計決定空間中各位置彼此之間資訊傳達的模式。各種界定空間的設計元素,例如牆、版、天花等構件可以用來阻擋資訊的傳遞,其所使用的材質與構造方式可以被用來選擇性的過濾部分資訊。例如紙門可以過濾掉清晰的影像,但允許模糊的光影以及聲音通過,讓相隔著一個紙門在另一個空間的人可以覺察紙門背後的活動,但卻不能清楚的看見細節。空間設計也可被用來選擇性的強化某部分資訊的重要性,例如以明暗對比或者框景的手法來凸顯所要強調的目標。空間設計的格局則決定一個人從一個空間位置移動到另一個位置的歷程。移動過程中所接收到的資訊往往成為人們對某一個場所空間記憶的重要元素。如果說在空間中一個特定位置的聲光體驗像一個音符,那麼在空間中活動過程的動態聲光體驗就像一首樂曲,而這個樂曲的某些片段可能喚起過去的生活體驗與文化素養,而讓這個空間除了聲光資訊的表層刺激之外,加添了與內心深處感受的共鳴與張力。

從資訊的角度切入看空間設計或許只是一種刻意而偏狹的看法,但這個看法卻有助於我們了解所謂智慧化空間設計的特質,從而讓我們可以利用這些特質,以資訊技術融入設計創造出新而具有深刻意義的空間經驗。

智慧化居住空間

1990年代初期Mark Weiser宣示遍佈運算(ubiquitous computing)時代的來臨,為數極眾的電腦將隱匿在我們生活周遭當中悄然運作。智慧化空間可以說是遍佈運算趨勢可能實現的願景之一,意味著我們的生活空間中的各種裝置可以因應使用者需求以及環境的異動而自我調適,展現出有感知能力與智慧的行為。智慧化空間,這個由虛擬資訊以及實體建築構造結合而成的願景開啟了人與環境新的溝通模式。環境中的設備裝置(燈光、空調系統)與建築構件(牆、門窗、樓板)以及日常生活物件(傢俱、家電、用品)由傳統靜態構成物轉變為具資訊運算能力以及機動能力的構件。資訊科技與居住空間的整合日益深廣,而智慧化似乎有無限的可能。但時至二十年後的今日,每當想要描繪出確切的景象時卻仍讓人費盡思量,究竟應該如何解讀「智慧化空間」?

空間設計定義人與自然、人與人的溝通模式。空間設計師可以使用牆與開口來決定哪些資訊可以從哪個方向進入所規畫的空間,也可以選擇隔間或者開口的填充材料來過濾不需要的資訊。例如透明玻璃允許光線和清晰的影像進入,噴砂玻璃不阻擋光線,卻讓清晰的影像變成模糊的影子。開口玻璃材質的選擇讓設計師可以決定使用者在身處一個空間內時,可以接收到哪些從外部環境導入的光線與聲音,而哪些資訊則會被隔絕。空間設計師也可以藉著動線的設計,讓人與人之間的溝通局限於某些特定的模式;也可以藉由隔間牆或者其他構件來阻隔聲音與光線,讓使用者在某些特定空間內保有隱私,同時又透露部分訊息讓其他人感受其存在,例如從門縫下露出的光線。這樣的設計手法能夠營造一種可以彼此感受共同生活但又具私密性的空間經驗。

傳統的空間設計手法以過濾及阻絕資訊為主,不能做到的是打破地理位置的區隔以及時間的差距,讓資訊跨越時空的限制,傳達到不相連接的時空中。資訊科技讓聲音、光影,甚至溫度、氣味與觸感可以被記錄並再現於另一個時間或者空間中。再現的資訊可以被調整轉換,例如影像可以變色變形、聲音可以改變聲調、音色,甚至可以把影像轉換為聲音,把聲音轉換為影像。資訊技術的導入讓空間設計師擁有了前所未有操弄空間中資訊傳遞與表現方式的工具。使用資訊技術可以讓空間設計師設計出更適切,更具詩意的空間情境,營造空間的使用者與自然環境以及他人的溝通模式。

幾年前朋友邀約進入一座佔地約十公頃,面海的私人住宅。讓我驚訝的是起居室擺放一部陳年的映像管電視。都甚麼年代了,這樣的豪宅居然不用更像樣的影音設備。這位朋友告訴我他想起年輕時在夏天夜晚和好友躺在這個房子露臺的木地板上,看著星星和海。從這裡我聯想到屬於自己的空間經驗。早晨的陽光穿透相思樹的枝葉,把隨風搖曳的樹影投在桌面與地上,和靜止而方正的窗框形成對比。夾帶枯葉氣味的涼風吹來,讓人不自覺的拉拉衣領,貪索更多溫柔的撫觸。微積分老師講課的聲音被約化成有韻律的節拍,融入蟲鳴鳥叫與風吹樹葉的沙沙聲,重複中帶有抑揚頓挫的變化。這一幅讓人陶醉的空間景緻,在我大一上暑修課程幾十年後仍然鮮明的留存在記憶中。空間設計師就是這幅詩般景緻的創造者,其創作的媒介不是文字,而是利用牆壁、門窗、地板、家具等建築的元素來決定空間使用者所看、聽、聞與觸摸到的各種光影、聲音、氣味與材質等等傳遞資訊的媒介。而這樣的一個空間設計,和窗外的自然景緻,窗內的課堂活動還有我當下的心理狀態、生活體驗,甚至過去讀過的詩詞、看過的圖畫電影….在腦海中不斷衝擊回應而產生了一種無法形容,但具有動人力量的情愫。這是一個複雜的資訊活動,可能具有豐富的創造力,卻起始自簡單的窗戶,讓窗外的陽光與鳥鳴進來,與桌面的材質和老師的聲音在腦中產生共鳴。

資訊技術讓我們可以精準的控制光線、聲音以及各種設備裝置,並且可以把不同地點與時間產生的資訊以各種媒介形式帶到我們的跟前。在此前提之下,最直截了當的智慧居住空間可能就是讓各種偵測器與自動控制裝置充斥在空間中,在居住者尚未主動要求之前就自動提供其所需的資訊或服務。但就像過度殷勤的侍者也可能讓被服務的人覺得不堪其擾;而排山倒海的資訊轟炸可能有效,但卻缺乏品味,是不美也不智的。藉著智慧空間的設計,我們期待帶來人與自然、人與人之間有詩意、美感與智慧的溝通模式。其關鍵在於如何掌握資訊科技與空間設計,利用資訊技術將複雜的現實世界加以簡約並跨越時間與空間的限制,結合空間設計的手法創造出對自然環境與人有恰如其分的回應的空間場景。資訊技術讓設計師擁有前所未有的工具來操弄空間情境,但最關鍵的還是對人性的關懷體認,以及對空間表現形式的品味和創意。

居住空間中的物件可以對所接收到的刺激或者資訊以主動或者被動的方式進行回應,而這個過程可能運用了電腦的運算功能,也可以利用物件本身材料與構造的特性將受到的刺激進行處理並產生回應。所謂智慧化空間設計應是針對所設計之空間裝置或物件回應使用者或者自然環境的模式,這個模式是否讓人、自然環境與居住空間之間的對話產生新的資訊;讓這三者合起來的整體行為模式中所蘊含的資訊大於輸入資訊的總合。對空間的使用者而言,這所謂新的資訊可以是智慧化空間設計所帶來的空間意境與其過去的生活歷練和文化素養產生共振而出現強大而深刻的體認與美感;對居住空間本身而言,這產生出來的資訊代表一種更有效率的運作模式,讓維持空間構造以及物理環境所需耗損的資源更少;對自然環境而言,這資訊意味著其與居住者以及居住空間可以形成一種永續的循環。

在這個透過居住者、居住空間以及自然環境對話而產生新資訊的過程中,特別要強調的是居住者的生活經驗與文化素養,以及自然環境中生態與物理現象的內涵。這兩者的豐富內涵是從簡單的輸入資訊創造出整個智慧資訊活動的必要元素。就像禪宗大師當頭棒打的徒弟如果沒有經年的苦修,哪裡能夠打出頓悟?從建築設計的觀點來看,一個人體的複雜度遠遠超過人類DNA中四種核酸排列組合所能描述的資訊,根本不可能根據這樣簡單的藍圖建造出這麼複雜的人體。從一個受精卵到一個嬰孩這個驚人的創造過程中必定有龐大的資訊在胚胎細胞之間,以及其與母親身體的互動過程中被創造出來。因此我們可以說這個過程展現了驚人的創造力,或者可以說是造物者的智慧。我們期許的智慧化居住空間也應該有這樣的特質,就是透過居住者、自然環境以及居住空間的構造與設備之間簡潔的資訊交換而產生複雜而影響深遠的整體架構與行為模式。

到目前為止,這篇文章所談論有關智慧化生活空間的看法都沒有脫離遮風避雨居住容器的基本角色,縱使有了自動偵測與回應能力,終究是為人掌控的人造器具。從十七世紀的Hobbes在Leviathan一書中把自動機器視為人工生命開始,到三百年後的1968年,在Clarke 和 Kubrick所拍攝的電影 2001 A space odyssey裡電腦已經與太空人的居住空間結合,可以在太空船的任何一個角落與居住其間的太空人對話,並且有了自己的意識與看法,甚至試圖取代人類掌控一切。從這部電影到2010年的今日又過了快50年,但可與人類智慧比擬的電腦至今仍舊屬於科幻小說與電影的範疇。電腦軟硬體的技術持續以等比關係成長,1997年IBM的深藍(Deep Blue)電腦用超快運算擊敗世界西洋棋棋王,但領導該研究團隊的譚崇仁博士在接受人民日報記者訪問時說:「”深藍”不是人工智慧…因為“深藍”不會學習,只會推理」。超級電腦與人工智慧之間的關係並不如原先所預期的那麼直接、密切;並不是運算超快,可以做比人更周密的推理就是智慧。譚博士指出「學習」才是開啟智慧大門的關鍵,因為如果不能學習,電腦或任何有能力處理資訊的系統就不能超越所輸入的程式和資料,也稱不上智慧。

超級電腦與超級程式本身的構造是一個複雜的資訊系統。這個系統所能夠處理問題的複雜度可能會受限於系統本身的複雜度,也就是說能夠處理越困難、複雜問題的系統,其本身架構也必定越複雜。如果這個論點是正確的話,那麼任何系統所展現的行為不能夠超越其系統構造本身的複雜度所帶來的限制。如果這個論點不正確的話,那麼就有可能出現一種系統,能夠在其運作過程中產生新的資訊,讓運算結果比該系統本身的構造限制更要複雜。如果以建構更複雜的運算機制作為追求智慧的基本策略的話,很快就會面臨技術與資源的極限。但如果不採用這樣的策略的話,甚麼樣的系統可以用簡單的方法建構,完成後卻又展現出比本身架構更高的複雜度?當這樣子的策略應用在空間設計時會以甚麼樣貌呈現?

居住空間和居住者的日常生活密切結合。在日常生活中,人、空間以及空間中的物品呈現多種動態關係,是一個經常變化的複雜環境。在同一個空間中除了會隨著時間有不同的活動需求之外,空間中的物品與裝置各有不同的使用周期,其使用方式、擺放位置可能會隨著時間變動,與其他物品的關係也會隨時改變,也隨時會有新的物品加入,或既有物品被移除。在遍布運算的趨勢下,居住空間中具備資訊處理能力的物件已經開始透過各種資訊交換通路連結成一個個網絡。這些網絡已經和由個人電腦為主體所形成的網際網路連結在一起,在某些溝通協定的基礎上自由成長,有時候又能在未經統一指令的協調下展現集體的行為模式。換個角度看也許可以說是電腦組成的網際網路已經透過遍佈於居住空間中的各種偵測器、影音設備、燈光、空調,甚至如牆壁、地板、門窗、柱、樑等空間構造深入我們的實體居住空間之中。2001 A space odyssey這部電影中的科幻情境可能要以另一種形式再現,但不再是由無所不能的超級電腦掌控一切,也不再是安置在精心設計嚴密管控的太空船中。這個有如科幻情境中的智慧居住空間將是由散漫在我們生活周遭每一個角落的物件或裝置,以有限的資訊處理能力,透過簡單的資訊交換而形成的龐大網絡所構成。這個散漫的網絡是否有一天可以像人類的神經系統一樣,由相較之下比較簡單,但數量極大的資訊處理單元連結而成,在沒有中央控管的前提下產生協調一致的集體行為,甚至跨越某種莫名的門檻,成為有智慧、有自由意識的組織?

後記(2012/9/19)
根據Claude Shannon的通訊數學模型("The Mathematical Theory of Communication", 1949),一個資訊處理系統其輸出資訊不可能超過輸入資訊,輸出頂多只能和輸入相等,絕不可能超過。以上的文章對於智慧化系統可以藉由簡單的輸入資訊而產出大量資訊的說法顯然不恰當。在此不試圖為此提出修正,但希望藉著此後記表明此修正的立場,請惠予包涵。針對這點,隱約想到一個可能的看法,就是一個系統的輸入訊息和其輸出訊息未必在同一個層次上,這點請參考Weaver 在1949和Shannon一起發表的的文章"Recent contributions to the mathematical theory of communication",也就是說輸入訊息在technical的層級上來看時,其訊息所含資訊量必定大於或等於收訊者解讀所得訊息,同樣在technical層級上的資訊量。但從semantic層級來看時,輸入訊息經由受訊者解碼之後,其內涵資訊量卻不必受到technical層級之輸入訊息的資訊量的限制。這個問題如果用樂透的明牌來說明會比較清楚。請參照部落格中的另一篇文章,訊息、資訊與意涵:Notes on the Mathematical Theory of Communication。

一段影片(一個空間設計的觀點)

2010年2月9日 星期二

BIM:The incomplete incarnation of BPM

Building Information Modeling 在這幾年變成火紅的話題,讓人以為資訊科技又帶來了一個值得追求的里程碑。其實這個話題早在上個世紀的70年代就已經以Building Product Model出現在Eastman的論文了(http://en.wikipedia.org/wiki /Building_Information_Model#cite_note-3),而其背後的理念說不定還可以上溯到上世紀的40年代,那時就已經有 英國人將電腦用在醫院的設計上。當其時,電腦繪圖能力簡陋之至,可以使上力的部分正好是以數位模型做為建築物的product model的這一個塊。等到電腦繪圖能力在70年代展露曙光,80年代日漸成熟,乃至於90年代成為個人電腦基本配備後,電腦繪圖與網路共同成為資訊科技對建築專業影響的代表性技術,就好像夜間只看到迎面而來,閃亮奪目的兩個車燈,對隱身黑暗中蘊藏龐大能量的汽車車身卻視而不見。這個真正推動科技前進的車身,就是資訊科學,就是把類比的世界轉換成數位符號的表示法並加以處理運算的相關理論與技術。

2000年以後,大家對於用網路傳輸龐大的繪圖檔案已經習以為常後,才有更多人體會到電腦繪圖再怎麼漂亮精確快速,究竟還是圖面,對於建築物更深刻的分析與判斷終究要靠人類專家解讀圖面之後才能獲得。電腦不過是畫圖的工具罷了,還屬於建築專業技術中較低的層級。2002年Bernstein 提出的BIM其實是BPM在網路時代投胎轉世的新生兒 。30年的歲月究竟讓這個轉世投胎的BIM有甚麼不一樣呢?有哪些新的基因是在受到科技輻射照射後突變產生呢?在這裡提出其中一件未完成的突變,就是物件導向。

物件導向是一個很容易受到誤解的觀念與技術。如果說我們把一個複雜的系統分解成許多相互作用的物件就叫做物件導向似乎也沒有錯,但如果僅是這樣的話會錯過許多能幫我們體會物件導向威力的重要線索。用許多屬性來描述一種物件是古老的資料結構概念,早期的結構化程式語言pascal就有了,甚至應該也有更早的根源。把許多用屬性定義的物件用層級組織起來,也早已是陳年老把戲。我想真正代表80年代成形的物件導向技術的,應該是把程序資訊和資料結構整合起來這件事。也就是說,物件除了有屬性資訊之外,還有method來定義這些屬性資訊應該如何解讀,而同時method的結構也定義此物件可以怎麼與其他物件交互作用。

為什麼我說BIM的物件導向突變還沒完成,就是說目前只見到物件的屬性與層級,還沒有看到程序資訊如何被整合進來。如果將來真的朝這個方向走,一棟建築物的資訊模型會像是一套與公定標準類別庫(standard class library )相容的物件導向的程式庫。

2009年7月7日 星期二

超級大贏家

資訊透明化的程度定義了一個溝通網絡的某種性質,這個性質與資訊交換成本有關,也影響了網絡接各節點的連結強度。

這個性質可以決定整個組織發展的極限。資訊透明的組織發展的潛力大,只要有足夠的空間,一個組織會發展到最適合其溝通系統的尺度。尺度過大或者過小都會導致 不穩定,如果其與環境互動產生的影響是正回饋,那麼組織將分崩瓦解;如果是負回饋,那麼將達到一個平衡狀態,維持一段時間的動態穩定。

網路學的研究告訴我們許多自然界與人為的組織都具備某些共同特性。這些特性似乎是所有穩定的組織(面臨外界與內部不可預期之變動影響下能夠自我調整以維持平 衡穩定)所必備的。其中一個重要的特性就是超級聯絡人的存在。如果組織中的某個節點和非常多其他節點保持資訊交換,就是超級聯絡人。很顯然的,這種節點的 存在與資訊處理成本相關。

在一個經濟產業中,超級聯絡人通常也是財富的擁有者,或者是資源的掌控者,因此我說資訊透明化會產生超級贏家。至於資訊透明化是否能和馬太效應畫上等號,我會說這問題問的不對,應該問的是資訊透明化是否會導致馬太效應?

其答案可能是對的也可能是錯的。組織資源集中的程度我相信與網路中一個參數有關,就是所謂的冪次係數(註一)。這個參數越大,資源集中的情形越嚴重,而根據 網路學家觀察結果,許多穩定的組織各自具備其冪次係數,可以大也可以小。這個係數會與透明化的程度相關是一定的,然如何相關法就不是我能回答的了。

註一:
組織中各節點與其他節點的溝通強度往往不是呈現常態分布,而是屬於冪次分布。就是說具備某種溝通強度的節點的數目會隨者強度的增加而以某種倍數關係遞減,這 個特定的倍數就是冪次係數。如果在整建產業中我們發現有10個客戶的業者的數量是有20個客戶之業者數量的2.5倍,那麼這個產業的冪次係數就是2.5。 奇妙的是,不管客戶數量多少,這個神奇數字往往都是一樣的。

2009年6月20日 星期六

機制建構可以是資訊累加的過程,也可以不是

遞迴程序讓機制建構過程中重複的動作卻可以產生資訊累加的效果。如果不是遞迴而只是在同樣條件下重複某一個動作,那麼其所產生的資訊只是多餘的副本,所建造的機構不會增加資訊。

可以增加資訊的遞迴程序和不能增加資訊的遞迴程序的差異在哪裡?我們如何判別一個遞迴程序只是單調的重覆已知構造,或者會帶來突顯的新性質?

未完待續