淺論計算藝術(shù)的原動力

王永菁?王雪譚

摘 要：隨著計算機技術(shù)越來越深入地應用于人們生活的方方面面，在對于藝術(shù)領(lǐng)域的表現(xiàn)方面，計算機同樣也有著用武之地。計算機對藝術(shù)的影響不僅表現(xiàn)在能夠更有效率地創(chuàng)作，也為藝術(shù)和設(shè)計帶來了全新的風格和創(chuàng)作方式，豐富了藝術(shù)表現(xiàn)形式，而這其中，推動計算藝術(shù)發(fā)展的原動力就是利用計算機技術(shù)更加有效地表達世界。非真實感繪制技術(shù)作為一種近年大熱的計算機圖形學分支，其起源、發(fā)展和現(xiàn)階段成果都為計算藝術(shù)發(fā)展的原動力是更加有效地表達世界提供了佐證。但是藝術(shù)表達作為計算藝術(shù)的另一個發(fā)展方向，也同樣為計算藝術(shù)改善人類生活帶來了許多驚喜。

關(guān)鍵詞：計算藝術(shù)；原動力；效能；藝術(shù)表達；非真實感繪制技術(shù)

中圖分類號：G206 文獻標識碼：A 文章編號：1672-8122（2014）09-0127-02

1946年2月14日，世界上第一臺電子多用途計算機ENIAC在美國賓夕法尼亞大學宣告誕生，自此之后，越來越多的高性能計算機被研制出來，計算機技術(shù)的發(fā)展也隨之一路高歌，昂首猛進。在最初的設(shè)想當中，計算機的設(shè)計和計算機技術(shù)的應用是出于對高速運算的要求而得出的，實現(xiàn)了人們對于自動化大量計算的初步需求，而后，計算機開始應用于高科技技術(shù)計算和軍事用途，現(xiàn)今已經(jīng)普遍進入了人們的日常生活。環(huán)顧四周，各式各樣的計算機利用計算機技術(shù)為我們的生活提供著各式各樣的幫助和服務(wù)，負責聯(lián)通著人與人之間的關(guān)系、人與機器之間的關(guān)系、人與社會之間的關(guān)系。因此，我們理應可以將計算機視為一種廣義上的媒介（尤其在互聯(lián)網(wǎng)的參與下），將計算機技術(shù)視為一種廣義上的媒介技術(shù)。在西方傳播學理論中，被稱為“后麥克盧漢主義”的傳播學者保羅·萊文森提出了著名的“補償性媒介理論”，該理論認為，任何一種后繼的媒介都是對過去的某一種媒介或某一種先天不足的功能的補救和補償，但是新的媒介又會帶來新的問題；媒介的進化是人的選擇的結(jié)果，更好地滿足人的需要的媒介被保留了下來。在理論貢獻方面，“補償性媒介”理論為媒介技術(shù)的進步提供了一種新的有說服力的解釋，認為人類決定著媒介的進化方向；提出人類可以進化和控制媒介技術(shù)，保存和開發(fā)我們喜歡的媒介環(huán)境。計算機這種媒介的誕生同樣是對之前媒介不足的一個彌補，其中一個特別明顯的方面就體現(xiàn)在“多用途”上：利用邏輯算法進行計算的計算機理論上可以利用計算機語言規(guī)則實現(xiàn)對于所有有窮問題的計算，因此在人類為其制定了算法規(guī)則的前提下，可以為我們提供不勝枚舉的用途。其中一個新晉的方面，就是在藝術(shù)領(lǐng)域的表現(xiàn)。計算藝術(shù)作為一門新興的交叉學科，在現(xiàn)代藝術(shù)家的奇思妙想下煥發(fā)著獨特的光彩。

技術(shù)與藝術(shù)之間的關(guān)系一直是人們試圖論證的一個討論熱點。技術(shù)的定義是在某一領(lǐng)域為解決個人或社會問題而服務(wù)的規(guī)則的全部。在表達審美及情感這一領(lǐng)域來說，藝術(shù)可以看作是為了描述作者的個人體會，或是對社會的一種情感化表達而產(chǎn)生的，具有一定自由規(guī)則的（例如繪畫的技法、彈奏的技巧、雕塑的手法等等）。因此筆者認為，藝術(shù)是技術(shù)的一種特殊極端化表達，因而也同樣可以將“補償性媒介理論”適用于此：由計算技術(shù)而衍生出的計算藝術(shù)，是對計算技術(shù)的某方面不足的補償性媒介，根據(jù)補償性媒介理論，媒介的進化是人根據(jù)需要的刻意選擇，那么計算藝術(shù)的出現(xiàn)是為了滿足人的何種需要，也就是本篇文章的核心——計算藝術(shù)的原動力：更加有效地表達世界。

筆者從“原動力”、“純粹表達”、“高效表達”、“藝術(shù)性延伸”四個方面詳細圍繞計算藝術(shù)的原動力是更為有效地表達世界這一論點進行論述，利用補償性媒介的原理，選取非真實感繪制技術(shù)（Non-photorealistic Rendering，NPR）作為具體對象進行分析。NPR技術(shù)是指利用計算機生成不具有照片般的真實感，而具有手繪風格的圖形的技術(shù)。非真實感繪制最早出現(xiàn)在20世紀80年代的早期論文中如：Stassmann（1986）和Sasada（1987）。1990年 Saito and Takahashi和Haeberli在Siggraph會議上發(fā)表了兩篇非常具有影響力的論文。1994年，隨著幾篇論文在Siggraph會議的發(fā)表（如Winkenbach and Salesin、Salisbury），和在Eurographics會議的發(fā)表（如Strothotte），這一新領(lǐng)域逐漸顯現(xiàn)，直到1997年的Siggraph將非真實感繪制單獨作為一個類別，此后非真實感繪制技術(shù)進入了一個穩(wěn)步發(fā)展的時期。在計算機圖形學30余年的發(fā)展歷史中，真實感繪制一直占有主要地位，符合技術(shù)要求“精確、保真”，然而研究者們意識到，有時候人們反而需要由計算機來生成一些不同于真實感的圖形，也就是NPR技術(shù)，同樣作為真實感繪制技術(shù)的補償性媒介而誕生。

一、計算藝術(shù)的原動力

在探討計算藝術(shù)的原動力之前，首先需要對“原動力（motive power）”這個詞進行解析，顧名思義，原動力的關(guān)鍵點就在于“原”字，則代表“本原、最初”。這也就意味著，技術(shù)的原動力指代某項技術(shù)發(fā)展而出的“最初”動力、目的、需求。再回到補償性媒介理論來說，計算藝術(shù)的原動力即指計算藝術(shù)作為新的“補償媒介”，作為對以往媒介的需求補償所被人類需求的需求，而此處的“以往媒介”則指代傳統(tǒng)藝術(shù)。傳統(tǒng)藝術(shù)大致可以分為繪畫、書法、建筑、雕塑、音樂、戲劇、文學等等，相應地也出現(xiàn)了計算機繪畫（如PHOTOSHOP）、計算機書法（如手寫輸入系統(tǒng)）、計算機建筑（如CAD制圖）、計算機雕塑（如3D打印）、計算機音樂（如編曲軟件）、計算機戲劇（如多媒體動畫）、計算機文學（如計算機語言）等廣義上的計算藝術(shù)形式，從傳播學三個傳播要素（信源—信道—信宿）三個方面，分別滿足了人們更加便捷有效地進行藝術(shù)表達、更加便捷有效地傳播藝術(shù)表達、更加便捷有效地欣賞藝術(shù)表達的需求。綜合來說，可以總結(jié)為：對比起傳統(tǒng)藝術(shù)，滿足人類“更加有效地表達世界”這一需求。具體到NPR技術(shù)這個例子上，自從計算機圖形學誕生后，人們開始考慮用計算機繪制圖形來自動或半自動地達到各種效果，然而早期出現(xiàn)的真實感圖像很多時候并不能滿足人們的視覺要求，NPR技術(shù)的起源就是人們對于更加有效地表達世界的需求，這其中又可以分為對于純粹復雜的計算表達、對于深度細節(jié)的高效表達兩個方面，將在下面兩個部分中逐一詳細闡述。

二、純粹復雜的計算表達

在闡述關(guān)于計算藝術(shù)“純粹復雜的計算表達”部分，我將選取NPR技術(shù)中利用蟻群算法的圖像分割和邊緣檢測技術(shù)作為例子進行分析。蟻群算法（Ant colony algorithm，ACA）是意大利學者Dorigo受自然界中真實蟻群集體行為的啟發(fā)，于1991年首次系統(tǒng)提出的一種基于螞蟻種群的新型優(yōu)化算法，其基本原理來源于螞蟻在運動中在所經(jīng)過的路徑上留下信息素，并感知信息素的存在及其強度，朝著強度高方向移動，最終由蟻群集體行為表現(xiàn)出一種信息正反饋現(xiàn)象，通過群體行為達到搜索最優(yōu)路徑。該算法最初用于求借旅行商（TSP）問題，而后逐漸被用于其余領(lǐng)域，包括圖像處理技術(shù)這一計算藝術(shù)方面?；谙伻核惴ǖ膱D像邊緣檢測方式是利用路徑檢測機制，將螞蟻初始位置設(shè)置在圖像邊緣附近，信息激素強度和啟發(fā)式引導函值均定義為像素點灰度梯度值的函數(shù)，使螞蟻以較大的概率選擇圖像邊緣點作為下一步移動目標位置，通過多次循環(huán)迭代提取出圖像邊緣。是一種來源于自然，用于表達自然的仿生算法。

在ACA算法實現(xiàn)圖像邊緣檢測技術(shù)中，若想得到無限靠近真實邊緣的理想值，則需要蟻群的樣本容量無限大，當蟻群集體數(shù)量越大，經(jīng)過的個體選擇越多，算法循環(huán)迭代的次數(shù)越多，得到的邊緣越準確。這就要求計算機能夠進行盡量多次的計算，從而實現(xiàn)我們的目標。對于由人作為能動主體的傳統(tǒng)藝術(shù)來說，這樣大量的復雜計算顯然是不可能實現(xiàn)的，而對于現(xiàn)代智能計算機來說，就能通過算法輕松在短時間內(nèi)得到大致準確的邊緣。因此，計算藝術(shù)在進行純粹、復雜的計算表達方面，“更加有效地表達世界”。

三、深度細節(jié)的高效表達

與計算藝術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)純粹復雜的計算表達相對應，在另一方面，NPR技術(shù)的發(fā)展來自于人類對于深度細節(jié)高效表達的需求，比如在實際應用的工程制圖中，建筑工程師希望要重點突出、簡潔明了的圖像；同樣在醫(yī)學上的微小的被隱藏的重要部分用真實感圖像不能更清晰地被表達；電子產(chǎn)品的使用說明圖、機械設(shè)備的維修指南圖也都需要簡單明了的插圖而非真實感照片。因此，NPR技術(shù)的特色就是能夠進行主動選擇性重點突出、具有特殊風格的表達。計算藝術(shù)能夠進行深度細節(jié)的高效表達，“更加有效地表現(xiàn)世界”。

四、延伸動力的藝術(shù)表達

計算藝術(shù)作為一種交叉學科，其來源是計算技術(shù)和傳統(tǒng)藝術(shù)的結(jié)合。上文中“計算藝術(shù)的原動力”部分已經(jīng)利用補償性媒介理論對計算藝術(shù)和傳統(tǒng)藝術(shù)的區(qū)別進行了探討，而在另一方面，對于計算技術(shù)的補償方面，計算藝術(shù)更加注重藝術(shù)表達，是一種富于審美感和抒情感的表達。上文中已經(jīng)對于技術(shù)和藝術(shù)的關(guān)系進行了整理，即藝術(shù)是一種具有特殊美感表達的技術(shù)，因此，在計算藝術(shù)的原動力——更加有效地表達世界的基礎(chǔ)上，計算藝術(shù)可以延伸出另外一方面的繼發(fā)動力（次生動力），也就是對于藝術(shù)感知的表達?，F(xiàn)在的NPR技術(shù)已經(jīng)在許多方面用于對藝術(shù)的模擬甚至創(chuàng)造，例如我國學者徐頌華等人提出的基于虛擬毛筆系統(tǒng)的2D書畫繪制交互式系統(tǒng)，能夠模擬毛筆在書寫、繪畫過程中自身的變形以及在這一過程中毛筆內(nèi)部墨水的擴散，很好地模擬了多灰度、飛白、滲透等藝術(shù)效果，通過對“基元”的定義實現(xiàn)對毛筆筆尖的模擬，以及實現(xiàn)分裂筆頭的幾何模型構(gòu)建。這項技術(shù)的實現(xiàn)，對于中國毛筆書法的數(shù)字化展示有很重要的價值，在對外推廣中國傳統(tǒng)文化方面同樣具有重要意義。這也就是計算藝術(shù)在其原動力——“更有效地表達世界”的基礎(chǔ)上，發(fā)展而出的對于藝術(shù)的表達的繼發(fā)動力。

不論是在原動力“更有效地表達世界”方面，還是在繼發(fā)動力“藝術(shù)化地表達世界”方面，計算藝術(shù)都有著其精彩、獨特的表現(xiàn)，越來越多地吸引著計算機科學家和藝術(shù)家的雙重關(guān)注。相信在未來，計算藝術(shù)能夠在二者的共同作用下，煥發(fā)出更加迷人的光芒。

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[責任編輯：傳馨]