凡是机器能够办到的事情,相关的职业迟早都会消失。
我在设计院的时候有描图员这种职业,现在这个职业已经消失,电脑加绘图仪替代了描图员。
那么,书法家这个职业,会不会有一天也被机器代替掉?
我不想直接做出判断,而是想从最简单的用机器写毛笔字开始,一步步向前探讨,看看这条路到底能够走多远,一路上有什么启发?
首先需要做的,是为写字这件事建一个数学模型,这是让机器能够介入的前提。
写字的时候我们具体在做什么?我们在用手控制笔杆的运动。
如果是硬笔书法,笔的运动是一个三维轨迹,字迹本身是二维平面轨迹,加上提笔落笔,压下轻提,就是三维运动了。
速度也是一个因素,写得快与慢是不一样的,因此不是三维的空间轨迹,而是按时间展开的三维轨迹。
毛笔字的情况要复杂一点。
逆锋行笔的时候,笔杆要向与行笔相反的方向倾侧,需要增加前后和左右两个笔杆的姿态维度。另外,有时候还需要捻动笔杆,所以还需要增加笔杆旋转角度这个维度。
所以,毛笔字的书写,可以用六维的时间轨迹函数表示,其中三个维度代表笔杆的位置变化,另外三个维度代表笔杆的姿态变化。
于是,笔杆的六维时间轨迹,就是毛笔字的数学模型了。
如果笔尖蘸的墨多少,墨汁的浓淡,笔尖的调整情况,纸张的种类等等这些初始条件一样,那么笔杆的六维时间轨迹函数就可以和一个毛笔字一一对应。
为了讨论起来简单,我后面就把笔杆的六维时间轨迹函数简称为轨迹函数,或者干脆简称为轨迹。
数学模型有了,现在来确定机器的机械结构。
轨迹函数是六维的,那么机械部分就必须具有六个自由度,我选择六关节工业机器人,现成的六自由度机器。
六关节工业机器人其实就是一只钢铁手臂而已,固定在底座上,你可以把它的六个关节运动,想象为腰部旋转,上臂摆动,前臂摆动,前臂扭转,腕部俯仰以及腕部的旋转。
在机器人的腕部基座上装一个夹具把毛笔固定住,一个写字机器人的主体部分就新鲜出笼了,反正,人拿着毛笔能够玩出的花样,机器人都可以办到。
机器人的控制器可以直接接受六自由度的时间轨迹函数,然后翻译成六个关节的运动轨迹去执行,当然,需要用机器能够理解的格式,这是技术细节问题。
不管这台写字机器最终能够做到什么程度,这样的机械结构都足够满足需要。
剩下的问题是,怎样去获得一个毛笔字的轨迹函数呢?这其实就是机器写字能够走到哪一步的关键,获取的方式不同,机器的表现就不一样。
我想到的最简单的获取方式:是从书法家的书写过程去直接分析轨迹函数。
只需要一个立体视觉系统就可以了,两个固定间距的摄像头,以录像方式拍摄连续照片,把两个镜头同时拍到的一对照片,利用专门的分析软件比较分析,就可以得到笔杆的一个六维数据,再把所有的六维数据按顺序串起来,就是轨迹函数。
下面就是这个写字机器的示意图:
让书法家站在双镜头立体视觉系统面前写字,等待分析出轨迹函数以后,转换成机器人坐标系的函数,传送给机器人控制器,机器人就可以一模一样的照着写出来了,至于怎样去保证蘸墨调笔等初始条件的一致,反正有办法,就懒得具体讨论了。
能够用这样的方法教会写字机器写一个字,就可以用同样的方法教会它写n个字,乃至整幅书法作品。
这个方式获得的是一个复制系统,通过复制书法家的笔杆轨迹,实现对字体的复制,作用上和复印机没有本质差别。
但它建立了一个基础,让我们可以继续向前走,下一步,我们来看看如何让机器学会自己临摹字帖。
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