个人动态媒体（Personal Dynamic Media）

编译自：Alan Kay和Adele Goldberg的Personal Dynamic Media

介绍

施乐帕洛阿尔托研究中心（Xerox Palo Alto Research Center）的学习研究小组关注知识交流和操作的各个方面。我们设计、建造和使用各种年龄的人都能使用的动态媒体。几年前，我们将我们的梦想具体化为一个笔记本大小的个人动态媒体（Dynabook）的设计理念，它可以被每个人拥有，并且能够处理几乎所有与信息相关的需求。为此，我们设计并构建了一个通信系统：Smalltalk语言，在小型计算机上实现，我们称之为“临时Dynabooks”。我们正在探索使用这个系统作为编程和解决问题的工具；作为一种交互式存储器，用于数据的存储和操作；作为文本编辑器；并且作为通过素描、绘画、动画图片以及创作和生产音乐来表达的媒介。

本文作为我们过去几年目标和活动的一个视角。在这篇文章中，我们解释了Dynabook的思想，并描述了我们已经用Smalltalk语言编写的各种系统，以便提供与信息相关的各种工具的大致图像，这些工具可能代表个人计算媒介的核心。

背景

人类和媒体

“设备”已经存在了几千年，以嵌入在媒介中消息的形式存储、检索或操作各种信息。人们用它们来和别人交流思想和感受，也用它们来和自己交流。虽然思考在头脑中进行，但外部媒体的作用是使思想具体化，并通过反馈来扩大思维遵循的实际路径。在一种媒介中发现的方法提供了隐喻，为思考其他媒体概念提供了新的方式。

在大部分有记载的历史中，人类与媒体的互动主要是非对话的、被动的，从这个意义上说，纸上的记号，墙上的油漆，甚至“动态”图片和电视，都不会随观众的意愿而改变。一个数学公式——可能象征着整个宇宙的本质——一旦写在纸上，就会保持不变，并要求读者扩展其可能性。

从某种意义上说，每条信息都是对某个想法的模拟。它可以是具象的，也可以是抽象的。媒介的本质在很大程度上取决于信息嵌入、改变和查看的方式。虽然数字计算机最初是设计来进行算术计算的，但是模拟任何描述性模型的细节的能力意味着，如果嵌入和查看方法提供得足够好，被视为媒介本身的计算机可以是所有其他媒体。此外，这种新的“元媒介”（metamedium）是活跃的——它可以响应查询和实验——因此，这些信息可能会使学习者参与双向对话。除了通过个别教师的媒介，这种属性以前从未有过。我们认为这种影响是巨大的和引人注目的。

创造性思维的动态媒介：Dynabook

想象一下，在一个普通笔记本大小和形状的便携包中，有你自己独立的知识操纵器。假设它有足够的能力超越你的视觉和听觉，有足够的储存能力，供以后检索成千上万页的参考资料、诗歌、信件、食谱、唱片、图画、动画、乐谱、波形、动态模拟以及任何你想记住和改变的东西。

我们设想一种尽可能小和便携的设备，它可以接收和发出接近人类感觉系统的信息。视觉输出至少应该比从新闻纸中获得的质量更高。音频输出应遵循类似的高保真标准。

因果之间不应有明显的停顿。在设计这样一个系统时，我们使用的一个隐喻是乐器，比如长笛，它是用户拥有的，并对用户的愿望作出即时和一致的响应。想象一下，在吹出一个音符和听到它之间的一秒钟的延迟是多么荒谬！

这些“文明”对灵活性（flexibility）、分辨力（resolution）和反应（response）的渴望导致这样的结论，即动态个人媒介的用户需要的能量是现在一般成年人享受分时计算能力的数百倍。这意味着，我们要么构建一个新资源，其容量是现有机器的数百倍，并将其共享（非常困难且昂贵），要么研究为每个人提供一个强大机器的可能性。我们选择了第二种方法。

设计背景

第一次尝试设计这种元计算（FLEX机器）是在1967-1969年。从计算机科学最新研究的角度来看，大部分硬件和软件都是成功的，但缺乏足够的表达能力，对普通用户有用。那时，我们开始关注儿童作为我们的“用户社区”。我们被Bolt Beranek和Newman/MIT Logo的作品所鼓舞，它使用了一只会在纸上画画的机器人海龟，一个CRT版本的海龟，以及一个单一的音乐发生器，让孩子们编程。

当从不同的角度观察时，将儿童视为用户会散发出一种令人信服的兴奋感。首先，孩子们真的可以编写程序来做一些严肃的事情。他们的程序使用符号来代表对象，包含循环和递归，在选择策略之前，需要对备选策略进行相当程度的可视化，并涉及到交互式发现和删除他们想法中的“bug”。

其次，孩子们喜欢！对话的互动性、他们掌控一切的事实、他们在做真实事情而不是玩玩具或解决“指定”问题的感觉，其结果的形象化和听觉性，所有这些都为他们的经历带来了巨大的成就感。他们的注意力持续时间是用小时而不是分钟来衡量的。

另一个有趣的发现是，在使用分时系统时，孩子们真正需要的计算能力和成年人一样多，甚至更多。分时所能提供的最好的就是缓慢控制粗线框的绿色图形和方波音乐音调。另一方面，孩子们习惯于手指作画、水彩画、彩色电视、真正的乐器和唱片。如果“媒介就是信息”，那么低带宽分时的信息就是“废话”。

临时Dynabook

我们设计了Dynabook的一个临时版本，在这个版本上用一种新的通信媒介Smalltalk编程语言编写了几个有趣的系统。我们已经研究了拥有200多名用户系统的有用性，最引人注目的是在当地的初中建立了一个学习资源中心。

临时的Dynabook是一个完全独立的系统。对于用户来说，它是一个可以插入磁盘内存的小盒子；每个磁盘包含大约1500页的可操作存储。盒子连接到一个非常清晰的高分辨率黑白CRT或低分辨率高质量彩色显示器。其他输入设备包括打字机键盘、“和弦”键盘、称为“鼠标”的指向设备，当鼠标在桌子上移动时输入位置，以及各种类似风琴的键盘，用来演奏音乐。像这样的新输入设备可以很容易地连接，通常不需要为它们建立硬件接口。视觉输出是通过显示器，听觉输出是由内置的数模转换器，连接到一个标准的高保真放大器和扬声器。

我们会尝试展示一些Dynabook可以做的事情；将简要说明由不同用户开发的一些系统。本文中计算机输出的所有照片都是从临时系统的显示屏上拍摄的。

记忆、视觉和听觉

Dynabook可以用作交互式存储器或文件柜。可以通过键盘和活动编辑器输入所有者的上下文，并无限期地保留和修改它，并根据需要以出版质量的字体显示。

绘图和绘画也可以使用指向设备和图标编辑器来完成，这样可以轻松修改图片。因此，图片是一个可操作的对象，可以由Dynabook的所有者动态地制作动画。

一本书可以通过Dynabook来阅读：可以插入存储器。它不需要被当作一本模拟的纸质书，因为这是一种具有新特性的新媒介。可以对特定上下文进行动态搜索。文件媒介的非连续特性和动态操作的使用，允许一个故事具有许多可访问的观点；例如，德雷尔的《亚历山大四重奏》（Alexandria Quartet）可能是一本书，读者在叙述过程中可以有多种途径。

不同的字体有不同的效果

Dynabook的设计目标之一就是在任何重要方面都不比纸差。过去的计算机显示器在动态写入和擦除方面一直很优秀，但在对比度、分辨率或易用性方面表现不佳。除了以高质量字体显示文本之外，还有更多的问题。不同的字体会产生不同的情绪，并会影响写作和阅读的主观风格。Dynabook提供了许多字体，这些字体包含在文件存储中。

Dynabook作为一种个人媒介非常灵活，允许用户选择自己的方式来查看信息。任何字符字体都可以描述为由黑点和白点组成的矩阵。用户可以选择自己喜欢的字体。然后，他可以立即查看在窗口中显示的文本上下文中的字体更改。随着Dynabook的精细纹理显示，毛边在正常观看距离内消失，从而产生高质量的字符。

这种方法的延展性如图所示：所有者决定用一些受欢迎的名词的象形指称物来修饰它们。这种方法将有助于加强早期阅读课程。

编辑

Dynabook中的每个描述或对象都可以显示和编辑。文本，无论是顺序的还是结构化的，都可以通过结合指向和简单的命令“菜单”来轻松操作，从而允许删除、移位和结构化。多个窗口允许创建文档（由文本、图片、乐谱组成），并在多个细化级别上同时查看。对其他可视对象（如图片和字体）的编辑操作也以类似的方式处理。

归档

Smalltalk的多窗口显示功能激发了动态文档的概念。文档是一组对象的集合，这些对象具有感官显示，彼此之间有一定的关系；这是一种存储和检索相关信息的方法。文档或框架的每个子部分都有自己的编辑器，当“鼠标”指向该编辑器时将自动调用它。这些帧可以按顺序关联，就像普通的纸张用法一样，也可以按属性反转，就像在交叉索引的文件系统中一样。能够自动将其内容映射到辅助存储器并能够形成并集、负集和交集的集合是这个系统的一部分，具有自动右对齐功能的“非模态”文本编辑器也是该系统的一部分。

该系统的当前版本能够自动交叉归档数千条多字段记录（格式由用户选择），其中包括按内容索引的普通文本文档、Smalltalk系统、个人文件、图表等。

画图/绘画

许多小点需要显示高质量的字符（8-1/2英寸× 11英寸大小的显示器大约需要500，000个点）也允许素描质量的绘画、“半色调绘画”和动画。灰度的主观效果是由于眼睛融合了一个由黑色和白色小点混合而成的区域。可以用“鼠标”抓取画笔，将其浸入油漆罐中，然后根据画笔的大小、形状和速度对半色调进行擦洗。

曲线是用钢笔在显示屏上画出来的。（直线是曲率为零的曲线。）在Dynabook中，钢笔是一类可以选择性地用黑色或白色（或有色）墨水作画并改变线条粗细的笔。每支笔都在自己的窗口中，注意不要越过窗口边界，而是在窗口改变大小和位置时进行调整。

动画和音乐

动画、音乐和编程可以被认为是动态过程的不同感官视图。它们之间的结构相似性在Smalltalk中很明显，Smalltalk为表达这些想法提供了一个通用的框架。

所有系统都可以通过手动或程序进行同等控制。因此，绘图和绘画可以使用一个指向设备或与绘制曲线、用色调填充区域、显示三维模型透视图等程序相结合来完成。任何图形表达式都可以通过模拟或示例来实现动画化（给“动画师”程序一个示例跟踪或路径）。

音乐是以完全相似的方式控制的。Dynabook可以充当“超级合成器”，从键盘或“乐谱”中获得方向。击键可以被捕获、编辑和回放。音色是音乐表达的“字体”，包含不同乐器给管弦乐带来的音质和情绪。它们可以被捕获、编辑和动态使用。

仿真

在非常真实的意义上，模拟是Dynabook的核心概念。前面的每个例子都显示了对视觉或听觉媒体的模拟。下面是一些由不同用户进行的有趣模拟的例子。

动画师编写的动画系统

一些专业的动画师希望能够绘制和画出图片，然后可以通过简单地向系统显示大致需要的内容来实时制作动画。

通过图像编辑动画序列，可以进行所需的更改。

他们的动画工具SHAZAM的大部分设计是动画师熟悉的自动化媒体：电影由帧序列组成，这些帧是由包含前景和背景图的透明色框组成的。除了保留这些传统动画的基本概念，SHAZAM还加入了一些创造性的补充功能。

动画师知道，动画的主要动作不是由于一个单独的帧，而是由于从一个帧到下一个帧的变化。因此，如果可以看到正在创建的动画在移动，那么规划动画就容易得多。SHAZAM允许在动画进行过程中编辑动画中任何帧的任何单独帧。维护一个已经创建的帧库。动画可以是单步执行的；单个帧可以被重新定位、重新构造和重新绘制；可以插入新的框架；并且通过将帧附加到指向设备上，可以在任何时候创建帧序列，然后向系统显示需要什么样的运动。背景视差可以叠加帧；洞和窗户是用透明的油漆做的。

动画对象既可以由程序绘制，也可以由手工绘制。动画的控制也可以通过Smalltalk模拟轻松实现。例如，一个对象在房间中弹跳的动画最容易通过几行Smalltalk来完成，它们用物理术语表示弹跳对象的类别。

儿童编程的绘画系统

一个以前从未编程的年轻女孩决定，一个指向设备应该让她在屏幕上画画。

一个从未编程过的年轻女孩，决定用指向设备让她在屏幕上画画。然后，她制作了一个素描工具，而没有看到我们的。她不断地用新的功能来装饰它，包括通过点击来选择画笔的菜单。她后来写了一个程序，用于七巧板设计。

这个女孩已经教了她自己的Smalltalk课程；她的学生是她初中七年级的学生。其中一人设计了一个更复杂的系统，在这个系统中，通过指向用于创建规则多边形的命令菜单来创建几何形状的图片。然后可以重新定位、缩放和复制多边形；它们的颜色和线宽可以改变。

决策理论家编写的医院模拟程序

图中所示的模拟代表了一所医院，其中每个部门都有资源供患者使用一段时间。每个病人都有一个就诊科室的时间表;如果没有可用的资源（医生、床位），病人必须排队等候服务。Smalltalk对这种情况的描述涉及病人类别和科室类别。模拟的一部分是推广到任何医院配置，包括任何数量的患者。图片中捕捉到的一个特殊的例子是病人在紧急情况下排队等待服务。这表明在这一重要领域没有足够的工作人员。

音乐家编写的音频动画系统

动画可以被认为是动画师构思的图像在时间上的协调并行控制。同样的，我们可以想象一个系统来表现和控制音乐图像，这个系统与视觉世界有很强的相似性。音乐是对图像的设计和控制（音调和持续时间的变化），可以绘制不同的颜色（音色的选择）；它具有同步性和协调性，并且在音频和空间可视化之间有着非常密切的关系。

由几位音乐家创建的Smalltalk模型称为TWANG，它的概念是合唱，包含整个乐曲的主要控制方向。合唱是一种由“音高、持续时间和发音”命令的并行序列，以及同步和全局指令交织而成的。控件和播放器是分开的：在SHAZAM中，一个给定的电影序列可以为许多绘图制作动画；在TWANG中，给定的合唱可以告诉许多不同类型的乐器演奏者应该演奏什么。这些声音可以是合成音色，也可以是从真实乐器中捕捉到的音色。音乐效果，如颤音、滑音和渐弱也是可用的。

合唱可以使用指向设备绘制，也可以通过在键盘上播放来捕捉。它可以实时回放，并以一种非常类似于动画系统的方式进行动态编辑。图中所示的一组图片摘录自用户播放、编辑和重放的一个片段。

我们使用两种方法实时产生高质量的音色；两者都允许任意瞬变和许多独立的并行声音，完全由程序产生。其中一个允许独立的动态控制频谱，频率，振幅，和将听到的部分的特殊收集。

对儿童来说，这种设施有许多好处：强调了视听世界之间的强烈相似性，因为在两个世界中都适用的一种方言被用来描述；其次，作曲的艺术和技巧是可以同时学习的，因为曲调可以用手绘制和系统播放。一行音乐可以在时间和音调上被复制、拉伸和移动；可以编辑单个注释。因此，初出乍到的作曲家很容易就能创作出模仿对位。

音乐家编写的乐谱捕捉系统

OPUS是一个乐谱捕获系统，它通过播放音乐键盘获得的数据来显示传统的乐谱。OPUS旨在允许任意复杂乐谱的增量输入（例如，带有合唱的完整管弦乐队）、乐谱的编辑页面以及带有单独乐器部分的最终结果的硬拷贝。

高中生设计的电子电路

使用多种图标菜单，这个学生系统让用户设计出一个复杂的电子电路，包括标签。

结论

在一个人人都有一本Dynabook的世界里会发生什么？如果这样一台机器被设计成任何一个拥有者都可以根据自己的需要塑造和引导它的力量，那么一种新的媒介就会被创造出来：一种元媒介，它的内容将是广泛的已经存在和尚未发明的媒体。

建筑师可能希望模拟三维空间，以便仔细阅读和编辑当前的设计，这些设计可以方便地存储和相互参考。

医生可以把他所有的病人、商业记录、药物反应系统等等都存档，无论他去哪里，所有这些都可以随身携带。

作曲家可以在创作过程中听到自己的作品，特别是当作品比他能够演奏的更复杂的时候。他还可以绕过重做乐谱和手工制作零件的繁琐工作。

学习演奏音乐可以通过捕捉和聆听自己的演奏尝试，并将其与专业演奏进行比较来获得帮助。音乐的视觉表达能力可以被归档和播放，这意味着作曲和自我评价的行为可以被学习，而不必等到演奏的技术技能。

家庭记录、账户、预算、食谱、提醒等等都可以很容易地被捕获和操作。

商务人士可以随身携带一个活动公文包，里面装着他们公司的工作模拟，过去几周的通信以结构化的交叉索引形式——一种即时计算他们未来的概况并帮助做出决定的方式。

对于教育工作者来说，Dynabook可能是一个仅受想象力和创造力限制的新世界。他们可以用它来展示复杂的历史相互关系，这是静态线性书籍所不能做到的。数学可以成为一种活的语言，在这种语言中，孩子们可以让激动人心的事情发生。过于昂贵或难以准备的实验室实验和模拟很容易被证明。能够轻松编辑和归档自己的作品，可以极大地促进时尚散文和诗歌的创作。

这些只是我们设想使用Dynabook的几种方式。但是，如果预期的受众是“所有人”，那么Dynabook是否有可能变得普遍有用，或者它会因为试图为太多人提供太多不同的工具而不堪重负而崩溃？潜在用户的总范围是如此之大，以至于任何在Dynabook设计中明确预测他们需求的尝试都将以灾难性的功能大杂烩告终，这并不真正适合任何人。

一些大宗商品，如汽车和电视机，试图以一种相当呆板的方式预测和提供各种应用；那些希望做一些不同的事情的人将不得不付出相当大的努力。其他物品，如纸和粘土，提供了多种可能性和高分辨率；许多人可能会以一种意想不到的方式使用这些工具，尽管需要制造或获得工具来激发媒体的一些可能性，同时限制其他的可能性。

我们希望Dynabook具有第二类产品的灵活性和通用性，并结合具有第一类功能的工具。因此，通过Smalltalk编程语言，我们付出了大量的努力来提供无限的可能性和简单的工具制作。

因此，我们的设计策略划分了问题。系统设计和规范的责任转移到用户身上。这种方法只有在我们非常仔细和全面地提供一种通用的交流媒介，让普通用户能够随意和轻松地描述他们对特定工具的需求时，才会奏效。我们还必须提供足够的已经编写好的通用工具，这样用户就不必从头开始做他们希望做的大多数事情。

我们提出了几个具体的目标。总而言之，它们是：

• 提供在主题领域和跨主题领域中使用Dynabook的连贯、有力的例子；
• 研究Dynabook如何用于帮助扩展一个人的视觉和听觉技能；
• 提供极大的访问自由，这样孩子们可以花大量时间探索细节，寻找个人钥匙来理解他们每天使用的过程；和
• 研究所有年龄组儿童使用Dynabook和Smalltalk的意外情况。