基于元胞自動機的裝飾圖案設(shè)計

袁芳 傅婧

摘 要：新的技術(shù)手段層出不窮，藝術(shù)與科學(xué)這兩門不同性質(zhì)的學(xué)科之間互相滲透，使得當(dāng)今的藝術(shù)進(jìn)入了一個與科技結(jié)合的新時代。元胞自動機所產(chǎn)生的圖形錯綜復(fù)雜、富于表現(xiàn)力，設(shè)計者發(fā)現(xiàn)并捕捉到其美的形態(tài)，從而啟發(fā)設(shè)計思維，使更多美妙的圖案運用到設(shè)計中，來革新裝飾設(shè)計，無疑給人們帶來了一種嶄新的理念和審美思維，達(dá)到科學(xué)與藝術(shù)的融合。

關(guān)鍵詞：元胞自動機；裝飾圖案；設(shè)計

1 元胞自動機的產(chǎn)生與發(fā)展

元胞自動機，英文是Cellular Automaton，縮寫為CA。在此模型中，空間被一定形式的網(wǎng)格分割為許多單元，即元胞（cell）。在每個元胞或格點上賦予一定離散化的數(shù)值，以代表該點的狀態(tài)。離散的時間、各座的狀態(tài)同時一步步更新，狀態(tài)更新采取局域的規(guī)則，即每一步的下一步狀態(tài)的數(shù)值僅取決于該座近鄰及其本身此刻的數(shù)值。歸納起來，元胞自動機的主要特征有：第一，空間是離散的。第二，時間是離散的。第三，狀態(tài)取值是離散的。第四，演化的運算規(guī)則是局域的。元胞自動機可按其所在元胞空間的維數(shù)對其進(jìn)行簡單分類：一維元胞自動機、二維元胞自動機、三維元胞自動機、高維元胞自動機。

2 元胞自動機的應(yīng)用

元胞自動機自產(chǎn)生以來，被廣泛地應(yīng)用到科學(xué)研究、經(jīng)濟、軍事、社會和藝術(shù)的各個領(lǐng)域。

在信息學(xué)中，元胞自動機用于研究信息的保存、傳遞、擴散的過程。在社會學(xué)中，元胞自動機用于個人行為的社會性流行現(xiàn)象，如服裝流行色的形成研究、經(jīng)濟危機的形成與爆發(fā)過程等。在生態(tài)學(xué)中，元胞自動機用于鯊魚-小魚、兔子-草等生態(tài)動態(tài)變化過程的模擬，展示出令人滿意的動態(tài)效果。另外，基于元胞自動機模型的生物群落的擴散模擬也是當(dāng)前的一個應(yīng)用熱點。生物學(xué)中，由于元胞自動機的設(shè)計思想本身就來源于生物學(xué)自繁殖的現(xiàn)象，因此它在生物學(xué)上的應(yīng)用則更為自然且廣泛。例如，元胞自動機用于人類大腦的機理探索、腫瘤細(xì)胞的增長機理和過程模擬、艾滋病病毒HIV的感染過程以及最新流行的克隆技術(shù)的研究等。在物理學(xué)中，元胞自動機用來模擬雪花等枝晶的形成。另外，還應(yīng)用于電場、磁場等模擬，以及機械波、熱擴散、熱傳導(dǎo)的模擬。在化學(xué)中，元胞自動機可用來通過模擬分子、原子等各種微觀粒子在化學(xué)反應(yīng)中的相互作用，而研究化學(xué)反應(yīng)的過程。在環(huán)境科學(xué)上，有人應(yīng)用元胞自動機來對海上石油泄露后的油污擴散、廢氣的擴散、工廠周圍廢水等過程的模擬。在數(shù)學(xué)中，元胞自動機可用來研究并行計算和數(shù)論。在軍事科學(xué)中，元胞自動機模型可用來進(jìn)行戰(zhàn)場的軍事作戰(zhàn)模擬提供對戰(zhàn)爭過程的理解。在服裝設(shè)計中，元胞自動機能產(chǎn)生復(fù)雜行為。在藝術(shù)圖案設(shè)計中，采用生成得復(fù)雜、漂亮的圖案，應(yīng)用在如羊毛衫、掛毯等紡織生產(chǎn)領(lǐng)域的花形輔助設(shè)計上。

3 基于元胞自動機的裝飾圖案設(shè)計

數(shù)字藝術(shù)作為先進(jìn)的科技手段的產(chǎn)物，在設(shè)計領(lǐng)域中的作用和地位日益顯著。在短短幾十年里，數(shù)字藝術(shù)設(shè)計的發(fā)展幾乎涉及了應(yīng)用美術(shù)的各個領(lǐng)域：服裝設(shè)計、室內(nèi)設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、影視動畫、包裝裝潢等，即使在雕塑、版畫、油畫、壁畫等專業(yè)也能找到計算機的身影。數(shù)字藝術(shù)設(shè)計如此蓬勃的發(fā)展，既表現(xiàn)出了數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)方式的沖擊，也體現(xiàn)了科技與藝術(shù)的完美結(jié)合。李政道教授說過，“科學(xué)與藝術(shù)是不可分割的，就像一枚硬幣的兩面”，科技的發(fā)展為藝術(shù)創(chuàng)作提供了新的載體，同時也給我們帶來了全新的藝術(shù)創(chuàng)作手法和藝術(shù)語言。

裝飾圖案的創(chuàng)新要有時代感，具有新的時代氣息，不僅要符合人們生活狀況和物質(zhì)享受，還要滿足現(xiàn)代人的審美情趣以及精神和文化上的需要，更重要的是要體現(xiàn)其個性的發(fā)展。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們的生活方式和思維模式有了很大的改變，人們對裝飾設(shè)計的要求也進(jìn)入了一個更高的層次，不但要求質(zhì)量，而且求新求變，需要有新的血液促進(jìn)它的發(fā)展和創(chuàng)新，在科技飛速發(fā)展的今天，裝飾技術(shù)要更多地引入其他學(xué)科來發(fā)展自己。

從古至今，人們從未停止過對美的追求，從舊石器時代的巖洞壁畫到新石器時代的彩陶，從初級的視覺感官到高級的審美理想境界，從外在美的追求到內(nèi)涵型發(fā)展，都是人類審美意識不斷變化的體現(xiàn)。人類對美的追求伴隨著科技與藝術(shù)的交織，理性與感性的相互作用、互相融合，如今數(shù)字化的時代，新的審美理想也隨著時代的要求應(yīng)運而生。

元胞自動機的圖形錯綜復(fù)雜、強烈的視覺表現(xiàn)力與張力極富裝飾性，無疑給我們帶來了一種全新的形象元素。如圖所示：

利用程序生成的一維元胞自動機示圖如下：

經(jīng)過設(shè)計師配色后的一維元胞自動機裝飾圖案如下：

元胞自動機隨機生成的圖形豐富多變，這些是圖像數(shù)學(xué)計算的直接產(chǎn)物，所以它們也可以被看作是公式藝術(shù)。這些計算隨機生成的圖形、圖像，本身并沒有任何象征意義，卻具有的獨特美感，有些圖形具有很強的裝飾性，讓人眼前一亮，賞心悅目。如上圖所示：這些由電腦算出來的圖形，設(shè)計師發(fā)現(xiàn)并捕捉到其美的形態(tài)，稍加一些藝術(shù)的處理，就能夠得到一些嘆為觀止的藝術(shù)效果。獲得一種嶄新的視覺效果。

元胞自動機所生成的圖案體現(xiàn)了科學(xué)與藝術(shù)的融合，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)與藝術(shù)審美上的統(tǒng)一。其使枯燥的數(shù)學(xué)表達(dá)了具體的感受，而不再僅僅是抽象的哲理；是一種藝術(shù)創(chuàng)作，不再僅僅是揭示一類存在，搭起了科學(xué)與藝術(shù)的橋梁。啟發(fā)裝飾設(shè)計思維，給人們帶來一種全新的審美理念與審美情趣。

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