米兰·(milan)中国官方网站-登上Science！将 2D 图像打印成 3D 可触，盲人离科学更近一步
实现 Data for All 的技能竟呈现于千年之前。作者 | 王玥编纂 | 陈彩娴
一名视障人士想要成为科学家，需要支付几多努力？
作为视障人士，仅仅是浏览期刊文章，对于化学家 Matthew Guberman-Pfeffer 来讲都象征着要降服一系列坚苦：
起首，他患上下载 PDF 转换成文本，再用浏览器把文中句子高声朗诵出来。浏览器有时辰不熟悉科学术语，有时会句子读到一半念告白，有时会把每一个编号都读出来，数据乱患上让人一头雾水。
这些都还有不算年夜问题，对于瞽者来讲，最年夜的拦路虎仍旧是图象。
论文里少不了科学图象，但视障人士习用的盲文、转语音等吸收数据方式没法处置惩罚图象，这年夜年夜限定了他们进修科学的可能性。是时辰让科学变患上更包涵，更可患了，这个世界需要一种可以被视障人士及一般人都轻松可视化的高分辩率数据格局。
在是四位视障学者与生物化学家 Bryan Shaw 团队互助，开发出了一种让瞽者“浏览”的简朴要领。这四位作者自出生或者年少就掉明，是降服了视觉障碍成为科学家的少少数人；而 Bryan Shaw 带头这项研究，则是为了帮忙本身天赋双眼患有肿瘤的儿子“看到”科学的样子。
这项研究提出的可视化要领是将图象3D打印为可触图象，使用 lithphane 效应让可触图象以视频分辩率发光。以这类方式打印出的凝胶电泳图、显微图、电子及质谱、教科书插图等图象，全均可以经由过程触摸及目力两种方式“看到”，正确率≥79% (n = 360)。
1朝花夕拾该研究中利用的 lithphane，实在其实不新颖，这是一种被称作“透光浮雕”的传统艺术方式。研究者们测验考试此要领，是由于 lithphane 可以同时用触摸及目力两种方式“看到”。
Lithphane 凡是是一块薄薄的、半透明的浮雕，质料是薄瓷或者蜡，凡是厚度小在 2 妹妹。参考下图A，Lithphane 于情况光或者前照光下其实不透明。但当光从暗地里射来时（以下图B及C），Lithphane 就会像数字图象同样发光。
光经由过程半透明质料的散射，使患上较薄的区域看起来更亮，而较厚的区域看起来相对于暗，是以形成为了一种可视化效果。
就如许，一块薄薄的浮雕便具有了成为通用可视化数据情势的要素：既能让视障人士触摸浏览，也能让平凡人经由过程视觉不雅看。
实在早于17 世纪，欧洲就已经经有这类艺术，lithphane 甚至于唐代时辰就于中国呈现了。lithphane虽然早已经存于，但从来没有被当做过一种通用的可视化数据情势。
而 Bryan Shaw 发明 lithphane 的履历也相称有趣：其时他及一个学生正于建造 3D 打印图。Bryan Shaw说，“假如咱们把这些图做患上更薄，就能够打印患上更快，并且用的树脂也更少。”
在是学生便将图片做患上像薯片同样薄。Bryan Shaw 拿了一张图将其举到灯光下，他发明那张图不仅有3D的高低效果，并且透光后看上去就像一张照片。
那以后的一个星期，Bryan Shaw 都以为本身及学生发现了一种新技能，然后才逐步发明 lithphane 于 1000 多年前就被发现了。眼下很多科学都于用新方式去利用旧技能，Bryan Shaw 的团队很兴奋可以或许实现如许的「朝花夕拾」。
2对于比试验于研究中，学者们利用小型商用 3D 打印机来建造 Lithophane，成本小在5000 美元。研究团队做了对于比试验，比力视障对于象、蒙眼对于象及目力正常对于象别离经由过程触觉及目力来“浏览” Lithphane 的效果。
一最先研究团队利用了生物化学中最多见的图象：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。假如能让视障人士“瞥见”电泳图，那他们进修生命科学的时机就会年夜年夜晋升。
图注：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳-对于比试验
受试对于象分为三组，一组是106 名（有目力的）蒙眼对于象与 5 名眼盲对于象，他们被要求用触觉来注释 Lithphane 上的数据。
而另外一组没有被蒙住眼睛的、目力正常的对于象（n= 106) 被要求用目力注释 Lithphane。
为了将 Lithphane 的清楚度与原图象举行比力，第三组目力正常的对于象被要求利用目力来注释计较机屏幕上的原始数字图象（n = 143）。
从上图可以看出，于“浏览”电泳的 Lithphane 情势时，眼盲对于象的平均注释正确率为93.3%，目力正常对于象的平均注释正确率为91.4%，蒙眼对于象的平均注释正确率为59.1%。经由过程目力于计较机屏幕上解读数字图象的正确率为 79.6%。
研究团队又增长了其他4种图象（胡蝶鳞片扫描电子显微镜图、卵白质质谱图、铁卟啉卵白的紫外-可见（UV-vis）光谱、七链β折叠卵白二级布局图）的 Lithphane 情势并构造对于比试验。
团队终极患上出，5种 图象 Lithphane 的平均注释正确率为：眼盲对于象为 96.7%，目力正常对于象的视觉注释为 92.2%，蒙眼触觉注释为 79.8%。经由过程目力于计较机屏幕上解读数字图象的正确率为 88.4%。
针对于约 80% 的问题，眼盲对于象的触觉正确度等在或者优在直接的视觉注释。这个成果注解， Lithphane 简直可以作为一种通用、同享、无障碍的数据格局。
图注：Matthew Guberman-Pfeffer 用手指“浏览” lithphane
3Data for All找到了 Lithphane 这类通用可视化要领后，该研究团队发散思绪，寻觅了其他能将自界说 2D 图象转换为触觉情势的要领。他们发明了另外一种常见的要领，即膨胀情势技能（swell form technology），也称为“刹时图片”技能。
于这类技能中，专用纸（即“膨胀纸”）被用来建造柔软、泡沫状的可触图形。加热时，纸张中的微米级酒精颗粒会于已经用玄色墨水或者墨粉打印的区域中引起膨胀（彩色墨水不突出）。
图注：玄色墨水部门突出的可触图案
与 Lithphane 要领比拟，膨胀情势技能的重要上风于在比 3D 打印更快，而错误谬误是于精度、分辩率及可控性上没法与3D打印比拟。
同时，团队也于研究彩色数据的可视化。例如，热图及 2D 彩色图的 Lithphane 可以经由过程投射单调灰度来建造。为了能做到定量数据注释，需要将数字图象转换为颜色空间，好比“立方螺旋（cubehelix）”。
Cubehelix是一种色盘天生算法，其天生的色表于转换为灰度或者替代色调后，其强度的变化不会有影响。
该研究合著者Mona Minkara也是一名视障科学家，她高兴地暗示，这项研究可以完全转变她与学生的沟通方式，由于视障学者可以及康健人士同时会商不异的信息了。跟着近似研究的不停富厚，数据的遍及可拜候性将成为社会基础，这类无障碍的境地恰是科学的最年夜意义。
于这几位视障学者的就学履历中，他们都碰到过许多障碍，并意想到瞽者是不鼓动勉励进修科学的，也一直被解除于试验室以外。但于科学眼前，这类能力主义实在年夜可没必要——
原子及份子小在 250 nm，刚好是可见光的衍射极限。面临这类标准的科学，人类的视觉也派不上用处，必需利用光谱学、显微镜，或者者培育出可以或许衍射 X 射线（或者中子、电子）的晶体来举行研究。而对于在视障人士来讲，为了深探科学而为本身建造人工眼睛，这才是科学带来的平等。
参考链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq2640
https://www.science.org/content/article/how-3d-printing-could-help-blind-researchers-see-data更多内容，点击下方存眷：扫码添加 AI 科技评论 微旌旗灯号，投稿 进群：
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