2024年1月6日发(作者：红怜南)
基于视障人群的智能盲文学习机设计
摘要：本课题针对视障群体进行生活行为、身心发展特点进行调研，并设计开发出一款使携式智能盲文学习机。对于视障群体而言，学习盲文的对他们的生活学习及未来发展非常重要。本课题旨在研究设计一款便携式并通过听觉、触觉调动视障人群多感官通道的盲文学习机，为盲人群体提供更便捷的学习机会，并通过本项目产品体验到学习的乐趣。让盲人群体能够感觉到知识的力量并让他们的世界不再孤单。
关键词： 盲人学习；人工智能 ；科学教育 ；人机交互；
1. 课题研究意义
据世界卫生组织2020年统计结果显示，目前全球约有13亿人患有某种形式的视力损害，约1.885亿人患有轻度视力损害，2.17亿人患有重度至重度视力损害。而中国是当前世界上视障群体最多的国家之一。目前我国1700万视障人群中约有90％的人不认识盲文，严重制约了这一庞大群体的生活水平和工作就业。如何去解决这样一个庞大的视障人群的生活问题不得不成为社会的一大关注热点，视障人群教育已成为当今社会刻不容缓的问题。
目前，视力障碍人群普遍的学习途径有听有声读物和阅读盲文书。由于人的认知有80%来自于视觉，因此盲人对外界的认知能力较低因此，盲文成为视力残疾者学习文化知识，获取信息的重要信息，有助于盲人学习知识、认知发展，以及提高与人交往的能力。据调查，目前盲人获取知识有两种途径：一种是依靠触觉，通过盲文图书进行学习；另一种是依靠听觉获取知识，盲人学校普遍通过盲文书籍来进行教学。盲文书籍凭借凸点的多种组合方式呈现不同的盲文字，要使凸起的点容易识别，并且持久性强，不易损坏，盲文书籍必须采用特殊材质。这对盲文图书印剧方式很严格。在盲文书籍中，一个汉字对应两方的盲文，盲文版书籍远厚于汉字版本书籍。由于盲文书籍印刷周期长、成本高，仅有少数被甄选出来的图书能出版成盲文书籍，导致书刊种类受到限制，远不能满足视障人群的
学习需求。另外由于盲文书制造工艺的复杂性导致盲文书籍价格要比普通书籍贵几十倍，很多视障人群都无法承受这笔昂贵的费用，这限制了视障人群学习与阅读的发展空间。随着计算机技术的发展和应用，信息无障碍进程也在不断推进，因此，针对盲文学习机的研究具有非常重要的现实意义和社会价值。
2.课题国内外研究现状
盲文点显器是盲文学习机本体的核心组成部分，它的可靠与否直接决定着盲文触点的控制性能。自盲文信息化以来就早有盲文触点感知装置的研究。1979年美国 WILLIAMSTT 等人研发出了压电陶瓷式的盲文点显装置。该装置以两片紧密贴合且极性相反的压电陶饶片作为坚动器，当向其通以正向电压，压电陶瓷一片收缩一片伸长产生弯曲变形使得固定在压电陶瓷上的触针随之向上运动从而驱动盲文触点上升。该装置尽管有着快速响应性能、可提供足够大的支撑力且功耗较小这些方面的优势，但是由于其采用的压电陶瓷材料价格昂贵，该装置很难在盲人群体中得到普遍的推广应用。2005年，日本 Yoichi Haga 等人利用形状记忆合金并结合磁性弹簧锁作为盲文点显装置的驱动器。形状记忆合金线圈在通电升温之后发生形变从而牵动盲文触针上升，不通电时恢复形状使触针下落，同时磁性弹簧锁起到让盲文触针保持上升或下落的作用。该盲文点显装置记忆合金材料成本低、功耗小并且较为轻便，但是由于非线性迟滞特性，该装置响应性能差、驱动力不足，导致其可靠性非常低。
2005年以来。中国盲人电脑开创者茅于杭教授利用压电陶瓷式驱动结构先后研发出多套实用性较高的盲文阅读装置。发展至今，该盲文阅读装置具有非常可靠的应用性能，能够实现与电脑的无线连接，也可以外接 U 盘实现便携式学习机。售价在两万元左右，价格十分昂贵，是很大部分盲人都承担不起的，因此，该盲文装置尽管非常实用但是有着难以克服的推广瓶须。
3.智能盲文学习机设计实践
本课题组在调研了国内外视障人群教育机构的资料，并到大连盲聋学校对视障青少年学习生活行为进行实地调研，通过设计调研了解用户人群的实际需求。在与视障人群相处的过程中发现，因为他们视觉障碍缺乏对事物认知存在过多局
限性，造成他们学习过程存在很多障碍。一款体积轻巧的学习机可方便视障人群随时随地开展学习与阅读。因此，通过设计调研了解用户真实需求，在产品设计实践中做了以下设计改良。
造型的改良：缩小产品体积与手机尺寸大小，使其可以单手持握，并进行点的变化在产品屏幕上加上可以凸起与降下的点。本产品尺寸长为15cm，宽为7.5cm，厚度为4cm，可单手持握，呈现弧度，可契合人手尺寸。产品上方为屏幕，下方是盲文点，盲文的点距为2.2-2.5mm方距为3.5-3.8mm，盲文的一方由6个点组成，本产品每方左右宽4mm，上下6毫推荐面积约24mm。点间距2.2-2.8mm,方距3.5-4mm，行距5-6mm。
学习功能的改良：以盲人学习盲文角度出发，学习的知识会不断增加，他们需要购买新的书籍，本项目的设想为一个产品可以学习更多盲文，并增加人机交互的功能，视障人在说出一个字的同时，盲点会将这个字的盲文凸起出来，让盲人可以自主学习。机器的体积较小，便于随时随地学习。本课题将设计一套稳定性强的基于视、听、触三部分的集成电路，并设计一种盲文与普通汉字的对齐显示算法。文本经过格式处理算法后，对普通汉字和盲文文本进行对齐算法处理，遵循“汉字决定盲文，盲文决定汉字”的规则，将最终处理后的汉字和盲文文本存储在 SD 卡中。文本经过对齐算法处理后，盲人摸读盲文的准确性提高。设计了一种能任意读取 SD 卡内容的人机交互程序，支持目录自动识别和书签存储，提高了盲人阅读的便捷性；完成视、听、触三部分的软件控制，更多的满足盲人阅读需求.研究设计出一种适用于盲文学习机的嵌入式文件系统，包括文本翻页、章节目录索引以及书签定位功能的实现方法，并将其应用于盲文学习机系统中，提高盲文学习机的阅读交互性能；研究设计出一种较好的汉盲翻译算法，并将其应用到盲文学习机系统中，提高盲文学习机的可摸读性。
学习方法的创新：传统的视障人群的学习过程中必须有他人的帮助，在电脑上打字后出现盲点，开始触摸学习盲文或者购买书籍，书籍上会出现固定的盲点，这样的学习比较依赖于他人，且传统电脑盲文习机体积过大，不易便携，不易随时随地的学习。在产品设计创新点将以“便捷、自主学习、固定的盲点可变化”，
通过特殊算法可改变的盲点，让视障人通过触摸突起的点来学习，亦可以使点突起按压下去后来搜索文字，可单手操作。
材质的改良：本产品为了让视障人更好的体验盲文学习过程，盲人对触感是非常的敏感的，产品外壳运用舒适与耐水的硅胶材料，盲点的材料使用硬质橡胶材质，舒适且环保。
5.总结
由本课题的设计为盲人学习服务，借助造型、功能、结构来进一步实现便携的理念。结合市面上的现有技术的支持，对材料、功能、造型、结构进行具体设计，在满足用户使用的同时从用户的理念出发满足用户低成本、高性能、便携带的使用需求，使用户操作更加便捷。智能盲文学习机可以将海量资源显示出来，具有非常大的优势。视障人群可通过使用该产品不断获取科学文化知识，增长智慧。因此，本课题对于视障人群的盲文学习的研究具有非常重要的现实意义和社会价值。
参考文献：
[1]赵宇，茅于杭．盲人人机交互系统的特点和现状[J]．计算机应用，2005,25(10):2224-2225.
[2]侯夷，盲文出版物一中国出版业的育区[J]．中国出版，2005(11):31-33.
[3]陈绍怀，叶耀増，曹辉。盲文与盲文出版事业 [J] .中国残疾人2008(1):64-67.
作者： 李晨祥（2001,12-），男，汉族，河南新乡人，本科，大连科技学院学生。
姜美（1990,09-），女，汉族，辽宁省大连人，美术学硕士，大连科技学院讲师，研究方向：艺术设计教育。
2024年1月6日发(作者：红怜南)
基于视障人群的智能盲文学习机设计
摘要：本课题针对视障群体进行生活行为、身心发展特点进行调研，并设计开发出一款使携式智能盲文学习机。对于视障群体而言，学习盲文的对他们的生活学习及未来发展非常重要。本课题旨在研究设计一款便携式并通过听觉、触觉调动视障人群多感官通道的盲文学习机，为盲人群体提供更便捷的学习机会，并通过本项目产品体验到学习的乐趣。让盲人群体能够感觉到知识的力量并让他们的世界不再孤单。
关键词： 盲人学习；人工智能 ；科学教育 ；人机交互；
1. 课题研究意义
据世界卫生组织2020年统计结果显示，目前全球约有13亿人患有某种形式的视力损害，约1.885亿人患有轻度视力损害，2.17亿人患有重度至重度视力损害。而中国是当前世界上视障群体最多的国家之一。目前我国1700万视障人群中约有90％的人不认识盲文，严重制约了这一庞大群体的生活水平和工作就业。如何去解决这样一个庞大的视障人群的生活问题不得不成为社会的一大关注热点，视障人群教育已成为当今社会刻不容缓的问题。
目前，视力障碍人群普遍的学习途径有听有声读物和阅读盲文书。由于人的认知有80%来自于视觉，因此盲人对外界的认知能力较低因此，盲文成为视力残疾者学习文化知识，获取信息的重要信息，有助于盲人学习知识、认知发展，以及提高与人交往的能力。据调查，目前盲人获取知识有两种途径：一种是依靠触觉，通过盲文图书进行学习；另一种是依靠听觉获取知识，盲人学校普遍通过盲文书籍来进行教学。盲文书籍凭借凸点的多种组合方式呈现不同的盲文字，要使凸起的点容易识别，并且持久性强，不易损坏，盲文书籍必须采用特殊材质。这对盲文图书印剧方式很严格。在盲文书籍中，一个汉字对应两方的盲文，盲文版书籍远厚于汉字版本书籍。由于盲文书籍印刷周期长、成本高，仅有少数被甄选出来的图书能出版成盲文书籍，导致书刊种类受到限制，远不能满足视障人群的
学习需求。另外由于盲文书制造工艺的复杂性导致盲文书籍价格要比普通书籍贵几十倍，很多视障人群都无法承受这笔昂贵的费用，这限制了视障人群学习与阅读的发展空间。随着计算机技术的发展和应用，信息无障碍进程也在不断推进，因此，针对盲文学习机的研究具有非常重要的现实意义和社会价值。
2.课题国内外研究现状
盲文点显器是盲文学习机本体的核心组成部分，它的可靠与否直接决定着盲文触点的控制性能。自盲文信息化以来就早有盲文触点感知装置的研究。1979年美国 WILLIAMSTT 等人研发出了压电陶瓷式的盲文点显装置。该装置以两片紧密贴合且极性相反的压电陶饶片作为坚动器，当向其通以正向电压，压电陶瓷一片收缩一片伸长产生弯曲变形使得固定在压电陶瓷上的触针随之向上运动从而驱动盲文触点上升。该装置尽管有着快速响应性能、可提供足够大的支撑力且功耗较小这些方面的优势，但是由于其采用的压电陶瓷材料价格昂贵，该装置很难在盲人群体中得到普遍的推广应用。2005年，日本 Yoichi Haga 等人利用形状记忆合金并结合磁性弹簧锁作为盲文点显装置的驱动器。形状记忆合金线圈在通电升温之后发生形变从而牵动盲文触针上升，不通电时恢复形状使触针下落，同时磁性弹簧锁起到让盲文触针保持上升或下落的作用。该盲文点显装置记忆合金材料成本低、功耗小并且较为轻便，但是由于非线性迟滞特性，该装置响应性能差、驱动力不足，导致其可靠性非常低。
2005年以来。中国盲人电脑开创者茅于杭教授利用压电陶瓷式驱动结构先后研发出多套实用性较高的盲文阅读装置。发展至今，该盲文阅读装置具有非常可靠的应用性能，能够实现与电脑的无线连接，也可以外接 U 盘实现便携式学习机。售价在两万元左右，价格十分昂贵，是很大部分盲人都承担不起的，因此，该盲文装置尽管非常实用但是有着难以克服的推广瓶须。
3.智能盲文学习机设计实践
本课题组在调研了国内外视障人群教育机构的资料，并到大连盲聋学校对视障青少年学习生活行为进行实地调研，通过设计调研了解用户人群的实际需求。在与视障人群相处的过程中发现，因为他们视觉障碍缺乏对事物认知存在过多局
限性，造成他们学习过程存在很多障碍。一款体积轻巧的学习机可方便视障人群随时随地开展学习与阅读。因此，通过设计调研了解用户真实需求，在产品设计实践中做了以下设计改良。
造型的改良：缩小产品体积与手机尺寸大小，使其可以单手持握，并进行点的变化在产品屏幕上加上可以凸起与降下的点。本产品尺寸长为15cm，宽为7.5cm，厚度为4cm，可单手持握，呈现弧度，可契合人手尺寸。产品上方为屏幕，下方是盲文点，盲文的点距为2.2-2.5mm方距为3.5-3.8mm，盲文的一方由6个点组成，本产品每方左右宽4mm，上下6毫推荐面积约24mm。点间距2.2-2.8mm,方距3.5-4mm，行距5-6mm。
学习功能的改良：以盲人学习盲文角度出发，学习的知识会不断增加，他们需要购买新的书籍，本项目的设想为一个产品可以学习更多盲文，并增加人机交互的功能，视障人在说出一个字的同时，盲点会将这个字的盲文凸起出来，让盲人可以自主学习。机器的体积较小，便于随时随地学习。本课题将设计一套稳定性强的基于视、听、触三部分的集成电路，并设计一种盲文与普通汉字的对齐显示算法。文本经过格式处理算法后，对普通汉字和盲文文本进行对齐算法处理，遵循“汉字决定盲文，盲文决定汉字”的规则，将最终处理后的汉字和盲文文本存储在 SD 卡中。文本经过对齐算法处理后，盲人摸读盲文的准确性提高。设计了一种能任意读取 SD 卡内容的人机交互程序，支持目录自动识别和书签存储，提高了盲人阅读的便捷性；完成视、听、触三部分的软件控制，更多的满足盲人阅读需求.研究设计出一种适用于盲文学习机的嵌入式文件系统，包括文本翻页、章节目录索引以及书签定位功能的实现方法，并将其应用于盲文学习机系统中，提高盲文学习机的阅读交互性能；研究设计出一种较好的汉盲翻译算法，并将其应用到盲文学习机系统中，提高盲文学习机的可摸读性。
学习方法的创新：传统的视障人群的学习过程中必须有他人的帮助，在电脑上打字后出现盲点，开始触摸学习盲文或者购买书籍，书籍上会出现固定的盲点，这样的学习比较依赖于他人，且传统电脑盲文习机体积过大，不易便携，不易随时随地的学习。在产品设计创新点将以“便捷、自主学习、固定的盲点可变化”，
通过特殊算法可改变的盲点，让视障人通过触摸突起的点来学习，亦可以使点突起按压下去后来搜索文字，可单手操作。
材质的改良：本产品为了让视障人更好的体验盲文学习过程，盲人对触感是非常的敏感的，产品外壳运用舒适与耐水的硅胶材料，盲点的材料使用硬质橡胶材质，舒适且环保。
5.总结
由本课题的设计为盲人学习服务，借助造型、功能、结构来进一步实现便携的理念。结合市面上的现有技术的支持，对材料、功能、造型、结构进行具体设计，在满足用户使用的同时从用户的理念出发满足用户低成本、高性能、便携带的使用需求，使用户操作更加便捷。智能盲文学习机可以将海量资源显示出来，具有非常大的优势。视障人群可通过使用该产品不断获取科学文化知识，增长智慧。因此，本课题对于视障人群的盲文学习的研究具有非常重要的现实意义和社会价值。
参考文献：
[1]赵宇，茅于杭．盲人人机交互系统的特点和现状[J]．计算机应用，2005,25(10):2224-2225.
[2]侯夷，盲文出版物一中国出版业的育区[J]．中国出版，2005(11):31-33.
[3]陈绍怀，叶耀増，曹辉。盲文与盲文出版事业 [J] .中国残疾人2008(1):64-67.
作者： 李晨祥（2001,12-），男，汉族，河南新乡人，本科，大连科技学院学生。
姜美（1990,09-），女，汉族，辽宁省大连人，美术学硕士，大连科技学院讲师，研究方向：艺术设计教育。