有趣的電機資訊跨領域研究 文化大學電機系教授 李克怡 2015.12.14

大綱 引言 有趣的知識範例 吾人等之研發實例 結論

半神半聖亦半貓 英明英勇是英豪 腹中妙袋藏萬寶 吃遍天下銅鑼燒 引言 半神半聖亦半貓 英明英勇是英豪 腹中妙袋藏萬寶 吃遍天下銅鑼燒

大多數人所不知的跳頻技術發明者 ─美國女星Hedy Lamarr(手機通訊之母)

大多數學過電磁學中Maxwell Equations的人並不知道Maxwell也是個詩人 http://www.poemhunter.com/james-clerk-maxwell/poems/

大多數人所不知的電機資訊界逃兵 ─演員范鴻軒與Rowan Atkinson(豆豆先生) 演員范鴻軒為聯華電子前董座曹興誠就讀台大電機系時的同學，比廣達電腦董座林百里大一屆。他在1969年大學畢業後，即從事演員工作，擅長主演國父與歷代皇帝等角色。1992年後以演出「包青天」中的「公孫策」而聞名 英國演員Rowan Atkinson在1975年畢業於Newcastle University電機系，後來又獲得牛津大學電機碩士。他以演出「豆豆先生」聞名

不太出名的數位影像處理模特兒 ─Playboy小模Lena(Lenna)

辨識相似之音色與同一人在不同時期的音色變化 ─費玉清與林俊逸演唱「天上人間」以及Roy Orbison演唱Pretty Woman

辨識不同男女演唱約翰史特勞斯歌劇「蝙蝠」中的 Ich lade gern mir Gäste ein

音樂檢索 台大資工系張智星教授曾研發「哼唱式卡拉OK點歌系統—超級點歌王」，此系統只需哼唱一段旋律，電腦即可將歌曲找出來，完成點歌，不需查詢歌名與代號，對於不知道或忘記歌名的人特別有用。而張教授的「音樂檢索系統」也可用來抓作曲抄襲或比較旋律之相似度 現今智慧型手機中的SoundHound (支援 iOS 和 Android)功能也類似，只要開啟後對著音源，它就會從龐大的音樂資料庫中尋找最符合的結果，辨識正確率頗高，能夠找尋中文、粵語、日文或英文等歌曲

有趣的知識範例

單狹縫光學繞射現象 狹縫越寬，遠處光場繞射條紋越窄；狹縫越窄，遠處光場繞射條紋越寬

Fourier Transform and Fourier Series ─分辨相似訊號最簡單的方法並可解釋單狹縫繞射現象

Euler Problem、Hamiltonian Problem 與螞蟻如何找出最短路徑(仿生演算法之起源)

Modular Multiplicative Method Choose x0<N and γ. Set xn+1=(γxn) mod (N) x1, x2, …, xn, … are approximately uniform distribution on [0,N-1] Eg. Choose x0=1, γ=13, N=100 We have 1, 13, 69, 97, 61, 93, 9, 17, 21, 73, 49, 37, 81, 53, 89, 57, 41, 33, 29, 77, 1, 13… Failure of modular multiplicative method: Eg. Choose x0=5, γ=5, N=10 We have x1=5, x2=5, x3=5, … It is not random numbers!

吾人等之研發實例

2000年以前文化大學棒球投手訓練器材之研發

投手配球分析統計軟體輸入介面(範例)

2000年之後文化大學棒球投手訓練器材研發 2005年時，文化大學電機系學生陳柏皓等人使用兩台高速攝影機與電腦，成功地將投手投球進入本壘區時的3D球路軌跡重建出來，並申請到我國之發明專利

以兩台高速攝影機與電腦重建3D球路軌跡

直球之特性、握法與旋轉方式(以右投手為例) 四縫線直球的握法與打擊者自本壘區觀察之旋轉方式 (示範：林岳平) 球速通常較變化球快。而有「尾勁」的直球，進入揮棒區時，打擊者會「感覺」上飄(示範：郭泓志) 四縫線直球(左) 與二縫線直球(右) 之球路軌跡略有不同

曲球之特性、握法與旋轉方式 曲球出手時球略往上拋，軌跡很接近拋物線，變化十分顯著 「小便球」為曲球之特例，軌跡為非常典型的拋物線，進入揮棒區時幾乎是垂直落下

只有水平位移的滑球(左)、會小幅度下墜的滑球(中)與伸卡球(右)之旋轉方式 滑球軌跡主要呈水平變化，有些則會下墜 伸卡球之軌跡與滑球相反(示範：王建民)

變速球 變速球的幾種握法(球身不太旋轉) 變速球除了會變速外，還會下墜(示範：松坂大輔)

指叉球 指叉球(球身不太旋轉) 進入揮棒區時，下墜幅度很大，常衍生出許多變種球路(示範：橫田久則) 螃蟹球(類似指叉球) (示範：李居冠)

下勾投法所投出的上飄球 下勾投法又稱為潛水艇式投法，由於投手出手角度較低，所以球會逐漸上飄至本壘區域(示範：廖于誠) 不少人懷疑非下勾投法的投手是否能真的投出上飄球，值得研究

根據上述系統所重建的3D球路軌跡圖形 文大棒球隊曾姓投手的指叉球之球路明顯下墜，但是許姓投手所投之指叉球的球路軌跡則近似直球

體感復健系統之研發

電子卜卦機 2004年暑假，文化大學電機系的同學許銘峻、羅勝名、吳文勝、莊仲岳等人以自己研發之電子卜卦機對易經占卜的準確度作了實驗統計。結果他們發現之占卜準確率可達60.6%，直覺準確率為52.4%，而上網抽籤準確率只有33.9%，他們並繪出其統計曲線圖

占卜簡介 傳說 伏羲氏；始畫八卦 夏朝：連山易 商朝：歸藏易 周文王：周易，共八八六十四卦 周公：每卦有六個變爻，共三百八十四種情況 三字經：「有連山，有歸藏」 考古 商朝：甲骨文─占卜用文字 原始易經卜法：每卦一共六個變爻，用竹籤先占下卦，再占上卦，然後再決定變爻。卜出卦象表示目前吉凶狀態，變卦則表示未來狀態 後來則產生許多占卜方式及複雜規則，如分上下卦為應、世，或在爻上加入六獸(青龍、白虎、朱雀、螣蛇、勾陳、玄武)，或賦予每一爻如：妻財、官鬼、父母、子孫等不同意義

電子卜卦機的優點 卜卦機的優點： 1. 每種卦象都有相同的機率出現 一般軟體方法產生的亂數易有不均勻性 例：想要產生1到100之間的亂數，作為抽籤網站之用 如果使用不適當的演算法，或是選到不好的參數，結果可能會產生具有週期性的數字，且只有少數幾種數字，其他數字永遠不會出現 以不均勻分佈的亂數作為抽籤或卜卦的依據，無法提供占卜者完整的指引 卜卦機的優點： 1. 每種卦象都有相同的機率出現 2. 直接產生下、上卦與第幾變爻；而傳統占卜法如米卦須將所抓三次米的數目，經過除法計算轉換成下、上卦與第幾變爻數，因此後者較麻煩

簡化型光子晶體波導(Simplified Photonic Crystal Waveguides) Skin effect：導體中有交流電磁場時，隨著與導體表面的距離逐漸增加，導體內的電流密度會呈指數遞減，表示導體內的電流會集中在導體的表面。而頻率越高時，衰減越快，因此製作高頻金屬Waveguide時，金屬壁不必太厚

光子晶體波導之柱子(孔洞)層數增加至三層即可

簡化型光子晶體波導之特性與未簡化型相同

結論

結論 科技的發展建築在知識上，而許多知識其實很有趣，並非一般人想像中的那麼無聊 活用所學的知識，才能有源源不斷的創意

謝謝大家！