計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在數(shù)字媒體藝術(shù)中的應(yīng)用

陳 練

（湖北美術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430000）

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在數(shù)字媒體藝術(shù)中的應(yīng)用

陳 練

（湖北美術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430000）

短短十幾年間，伴隨著科技的進(jìn)步與計(jì)算機(jī)的發(fā)展，藝術(shù)的形式也在迅速變化，數(shù)字媒體藝術(shù)隨之發(fā)展。作為一門(mén)新興學(xué)科，在電影、電視和互聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)字媒體藝術(shù)作品隨處可見(jiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在向新的領(lǐng)域擴(kuò)展。這門(mén)學(xué)科與數(shù)字媒體藝術(shù)同樣年輕，在其發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)其創(chuàng)造產(chǎn)生進(jìn)行了強(qiáng)有力的支撐。本文試圖探討計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在數(shù)字媒體藝術(shù)的發(fā)展中，扮演了怎樣的角色，有著怎樣的應(yīng)用。

圖形；計(jì)算機(jī)；數(shù)字媒體藝術(shù)

作為一門(mén)綜合性學(xué)科，數(shù)字媒體藝術(shù)集中體現(xiàn)了科學(xué)、藝術(shù)和人文的理念，跨越了自然、社會(huì)和人文三大學(xué)科。在這一術(shù)語(yǔ)中，數(shù)字指該門(mén)學(xué)科以科技為基礎(chǔ)，媒體二字表明其以媒體行業(yè)作為背景，藝術(shù)則指明其領(lǐng)域——藝術(shù)作品的創(chuàng)作、對(duì)數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)等。數(shù)字媒體技術(shù)目前屬于多學(xué)科交叉，所設(shè)計(jì)的包括設(shè)計(jì)類的造型藝術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)，還有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、信息與通信技術(shù)等等。相較傳統(tǒng)媒介，“人機(jī)交互作用”是其顯著特點(diǎn)，也就是說(shuō)，數(shù)字媒體藝術(shù)的存儲(chǔ)、處理、傳播信息均通過(guò)計(jì)算機(jī)這一媒介，其發(fā)展與計(jì)算機(jī)的發(fā)展聯(lián)系緊密。其中，作為數(shù)字媒體藝術(shù)的支撐之一——計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也是一門(mén)新興學(xué)科，隨計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展。它是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，簡(jiǎn)稱CG）所涉及的內(nèi)容多樣化，與很多學(xué)科都有交集，主要研究?jī)?nèi)容是在計(jì)算機(jī)中如何表示圖形，以及以計(jì)算機(jī)為工具進(jìn)行圖形的顯示、處理和計(jì)算等的相關(guān)原理與算法。提到CG，通常認(rèn)為是指三維圖形的處理，事實(shí)上CG也涵蓋了二維圖像及其處理，講授內(nèi)容主要是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本理念、方法與算法，二維圖形處理技術(shù)，包括其生成、變化、裁切及番混淆，三維圖形處理技術(shù)，包括其表示、投影、消隱和真實(shí)感顯示。

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展初期，要解決的首要問(wèn)題是在計(jì)算機(jī)中如何表示出三維幾何圖形，其相關(guān)原理與算法涉及利用計(jì)算機(jī)生成圖像，并對(duì)其進(jìn)行顯示和處理步驟，并最終產(chǎn)生令人賞心悅目、有真實(shí)感的圖像。而這些只是狹義的范疇。至今已走過(guò)了40年的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，所涵蓋的已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只這些了。廣義的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究領(lǐng)域?qū)挿海袌D形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形的生成及算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形計(jì)算與顯示算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。據(jù)筆者的了解，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要包含的內(nèi)容可分為如下幾個(gè)部分：模型堆建、圖形渲染、動(dòng)畫(huà)制作和人機(jī)交互。如上這幾個(gè)部分，引出了數(shù)字媒體藝術(shù)與最為相關(guān)的四個(gè)研究方向：

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）：現(xiàn)在較為火熱的VR，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是能使觀察者產(chǎn)生一種真實(shí)的身臨其境、觸手可碰感。在原理上，虛擬現(xiàn)實(shí)主要研究的是計(jì)算機(jī)模擬構(gòu)筑三維圖形空間，利用計(jì)算機(jī)圖形產(chǎn)生器、位置跟蹤器、多功能傳感器和控制器等進(jìn)行實(shí)際情景模擬，使用戶與該空間進(jìn)行交互。既然強(qiáng)調(diào)的是真實(shí)與交互，虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)三維圖形處理技術(shù)有著極高的要求。早在20世紀(jì)70年代，較為簡(jiǎn)陋的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)已被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，訓(xùn)練駕駛員。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，尤其是軟硬件技術(shù)的提高，在20世紀(jì)80年代后，它也隨之受到了重視，迅速發(fā)展壯大起來(lái)。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅運(yùn)用于藝術(shù)、建筑等涉及繪圖的領(lǐng)域，在航空航天、醫(yī)學(xué)、教育等領(lǐng)域中也得到了初步應(yīng)用。

可視化（Visualization）：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可視化即將不可見(jiàn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形或圖像，在屏幕上進(jìn)行顯示。其背后的支撐是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)?，F(xiàn)今的可視化已不止于圖形的交互處理，還涵蓋了數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問(wèn)題，是一門(mén)綜合圖形圖像技術(shù)。上文所提到的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是以可視化技術(shù)作為依托的。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，除了傳統(tǒng)的科學(xué)可視化，現(xiàn)在的可視化還包含了信息可視化以及可視分析等方面。

計(jì)算機(jī)藝術(shù)（Computational Arts）：隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，藝術(shù)家的創(chuàng)作已不局限于傳統(tǒng)媒介。作為一種強(qiáng)有力的工具，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)提供了一種技術(shù)和方法，使藝術(shù)家得以擁有更廣闊的天地盡情發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)想象。計(jì)算機(jī)藝術(shù)的歷史非常短暫，但在發(fā)展過(guò)程中，得益于信息時(shí)代的發(fā)展，其發(fā)展演化速度非常高，遠(yuǎn)超人們的預(yù)想。在代表計(jì)算機(jī)圖形研究最高水平的歷屆數(shù)字媒體藝術(shù)年會(huì)上，精彩的計(jì)算機(jī)藝術(shù)設(shè)計(jì)作品層出不窮。除了SIGGRAPH，還有幾個(gè)大型的關(guān)于計(jì)算藝術(shù)方面的會(huì)議，包括非真實(shí)性圖形學(xué)（Non-Photorealistic Graphics）和Computational Aesthetics（計(jì)算美學(xué)）等。這些大型活動(dòng)吸引了相關(guān)人員群聚一堂，其中不僅僅有藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師，還有建筑師和計(jì)算機(jī)從業(yè)人員，通過(guò)交流切磋和頭腦風(fēng)暴的方式進(jìn)行一些充滿創(chuàng)意的研究工作。

可視媒體計(jì)算與處理（Visual Media Processing）：作為數(shù)字媒體，在發(fā)展初期涉及的是聲音、圖像和視頻，而幾何數(shù)據(jù)，被認(rèn)為是繼這幾者之后的新一代數(shù)字媒體，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。近幾年的發(fā)展趨勢(shì)是圖像視頻處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，相關(guān)的研究與技術(shù)日益增多。在圖像和視頻上運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理，會(huì)在處理技術(shù)與手段上給計(jì)算機(jī)圖形學(xué)帶來(lái)更新，這一點(diǎn)筆者已在上文有所提及。另一方面，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的應(yīng)用之下，圖像處理與視覺(jué)方法融合在一起，風(fēng)格化的畫(huà)面躍然屏上，同時(shí)生成動(dòng)畫(huà)序列。這一切都是基于視頻和圖像數(shù)據(jù)的。正向，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)生成圖像；逆向，是利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)從圖像中恢復(fù)各種信息。這一正逆向的結(jié)合，帶來(lái)了無(wú)盡的想象空間，可以創(chuàng)造視覺(jué)特效，最終應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，甚至是數(shù)字地圖、虛擬博物館展示等多種方面。因此，從眾多應(yīng)用途徑來(lái)看，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已漸漸融合了多門(mén)學(xué)科，不僅僅是圖像和視頻的處理，還囊括了多媒體處理及計(jì)算機(jī)視覺(jué)等，向更為廣大的學(xué)科發(fā)展。

回顧人類文明的歷史長(zhǎng)河，科技與藝術(shù)的關(guān)系一直都是令人關(guān)注的，但很少有像當(dāng)前數(shù)碼技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這樣引發(fā)的空前演變?；仡櫰浒l(fā)展歷程，首先是攝影、攝像和電影技術(shù)的發(fā)展，藝術(shù)家們不再囿于傳統(tǒng)方式，開(kāi)始運(yùn)用這些新的圖像技術(shù)來(lái)思考和創(chuàng)作。也就是說(shuō)，機(jī)器化的圖像技術(shù)為藝術(shù)創(chuàng)作帶來(lái)了新的可能性和巨大的創(chuàng)作空間。這些影像記錄類的藝術(shù)不僅僅是傳播流行文化，更是一種重要的藝術(shù)表現(xiàn)形式。在影像記錄為藝術(shù)提供了新的可能性的同時(shí)，影像復(fù)制技術(shù)的發(fā)展也對(duì)藝術(shù)的發(fā)展提供了新的可能。正是這些影像記錄和復(fù)制藝術(shù)為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)里的可視化奠定了基礎(chǔ)。

當(dāng)今不僅是大數(shù)據(jù)時(shí)代，而且工業(yè)化日趨成熟發(fā)達(dá)，生產(chǎn)和制造的主力軍不再是人，而是機(jī)器，藝術(shù)家們從而大膽設(shè)想：通過(guò)機(jī)器這個(gè)媒介，藝術(shù)也可以進(jìn)行制作和生成，而不僅僅是影像的記錄和復(fù)制。在20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，盡管當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)缺乏足夠的數(shù)字圖像處理能力，但已有個(gè)別超前的藝術(shù)家開(kāi)展了機(jī)器繪畫(huà)的嘗試，隨后，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)漸漸發(fā)展了起來(lái)，數(shù)字圖像技術(shù)作為新的平臺(tái)，給藝術(shù)家們提供了更為廣闊的表現(xiàn)空間，也對(duì)廣告設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深刻的影響，數(shù)碼技術(shù)為虛擬圖像的產(chǎn)生提供了夢(mèng)幻般的手段，這種機(jī)器帶來(lái)了無(wú)限的創(chuàng)造、遐想空間，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)藝術(shù)。

計(jì)算機(jī)圖像圖形處理技術(shù)在發(fā)展初期時(shí)，新興的科技手段在藝術(shù)創(chuàng)作中被大量使用，如激光藝術(shù)和全息攝影等，直至如今的虛擬現(xiàn)實(shí)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，處理能力進(jìn)一步提高，MMX技術(shù)開(kāi)始在CPU中應(yīng)用，技術(shù)的提高也使得CPU的處理速度產(chǎn)生了飛躍，從而極大地提高了計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字媒體的處理運(yùn)算能力；CD以及DVD被硬盤(pán)甚至更高規(guī)格的硬介存儲(chǔ)介質(zhì)所取代，這種基于光存儲(chǔ)的技術(shù)為為多媒體信息的記錄與發(fā)布提供了更為強(qiáng)有力的支持，也就是說(shuō)，更大的存儲(chǔ)與讀寫(xiě)空間，也使得計(jì)算機(jī)信息處理邁入了多媒體時(shí)代。在先進(jìn)的技術(shù)條件前提之下，不同媒體之間的融合變得十分簡(jiǎn)單，為藝術(shù)設(shè)計(jì)帶來(lái)了更為豐富的感官體驗(yàn)。在傳統(tǒng)媒體中，例如電視和電影，采用的是線性敘述手段，但多媒體技術(shù)可以打破這種常規(guī)，以超級(jí)鏈接的媒體整合法帶來(lái)了全新的作品模式——非線性感官體驗(yàn)。而隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面的運(yùn)用，交互性也開(kāi)始大量體現(xiàn)在藝術(shù)作品中。

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，翻天覆地地改變了人們的生活方式，同時(shí)也推動(dòng)了一種新的藝術(shù)形式的形成——網(wǎng)絡(luò)藝術(shù)。所謂網(wǎng)絡(luò)藝術(shù)，即基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行創(chuàng)作的藝術(shù)。當(dāng)今，分布式多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)均日趨成熟，這使得網(wǎng)絡(luò)藝術(shù)的互動(dòng)性更強(qiáng)，更多人可以參與進(jìn)來(lái)。新媒體藝術(shù)作為一種藝術(shù)形式，極大地甚至可以說(shuō)是從根本上改變了藝術(shù)，改造其思維模式、設(shè)計(jì)模式、傳播模式及欣賞模式。

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陳練（1989-），女，湖南省益陽(yáng)市，湖北美術(shù)學(xué)院，2013級(jí)碩士，研究方向：楚美術(shù)研究。