科學之美的視覺呈現(xiàn)：2017年《Nature》雜志封面設計研究

李硯祖 何 靖（江蘇師范大學，江蘇 徐州 221006）

《Nature》（自然）雜志創(chuàng)建于1869年，是涵蓋生命科學、物理、化學和應用科學的國際領先的科學周刊。此外，自然科研還出版一系列冠名“自然”的訂閱型期刊、重要的多學科開放獲取期刊，一般稱之為《Nature》子刊。本文研究對象為2017年《Nature》正刊上51期封面圖像。運用符號學和圖像學的研究方法，對封面形象設計進行分類和篩選，研究這些封面圖像的組織、結構及詮釋機制，進而為國內同類期刊提供幾點啟示。

一、2017《Nature》雜志封面設計簡介

《Nature》雜志封面設計一般都有固定的模式。2017全年封面的正中上方為雜志名稱“Nature”的標準字體，字體下方六根極細的平行線之間為雜志副標題“the international weekly journal of science”。封面正下方分四欄，前三欄為期刊內容的導讀，最后一欄是刊期、出版日期、條形碼等必要的出版信息。在這些固定版式的下方，出血鋪滿版面的是每期封面文章相關的圖像。這些圖像一般用于再現(xiàn)文章的研究對象、解釋復雜的科學原理、藝術化展示研究過程等，圖像表征的主要形式有攝影、計算機信息圖、藝術想象圖等幾種。

表1：2008—2012年《Nature》文章被引次數(shù)對比表[1]

有學者曾對2008—2012年《Nature》雜志12933篇文章被引率做過統(tǒng)計（數(shù)據(jù)來源web of science），發(fā)現(xiàn)封面論文的被引次數(shù)遠高于其他文章（表1）。同理，筆者對2017年《Nature》雜志文章被引次數(shù)統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，封面論文的平均引用為88.21次，也同樣高于其他文章平均51.71次的引用率。而且12月7日的封面文章《利用DNA自組裝技術再現(xiàn)〈蒙娜麗莎〉》引用次數(shù)竟高達774次，是目前為止2017年《Nature》雜志單篇引用次數(shù)最高的文章（數(shù)據(jù)截止時間為2018年7月）。雖然封面文章本身學術水平肯定都是本領域及本期雜志中領先的，但不能否認的是封面設計在文章影響力傳播過程中的助力作用，封面論文的二次傳播（經?？吹絿鴥饶硞€作者或團隊成果登上《Nature》雜志的報道）在客觀上擴大了封面文章的影響力。

二、科學之美視覺呈現(xiàn)的類型及機制

1.攝影之美的組織與再結構

封面選用圖片的第一大類是攝影，它為我們提供了認識自然世界的一種新途徑。在攝影的早期發(fā)展階段，它努力的目標在于捕捉現(xiàn)實問題，一般認為，第一代攝影師的意圖在于科學研究。因為這種認識方式建立在攝影與被拍攝事物的獨特關系的基礎上，并且具有一種繪畫永遠也無法達到的真實性。2017年N ature封面攝影圖像選擇的方式大致有三種：紀實攝影（7幅）、特殊攝影（10幅）、攝影+（7幅）。

在封面中使用紀實攝影的分別為馬丁瓦斯群島、某地麥田、紅天蛾、婦女搗碎藜麥等7張照片。它們都是在特定時間、特定地點和歷史框架的社會背景環(huán)境中從表現(xiàn)上挑選的場景或對象，這種敘述的實現(xiàn)是通過選取“最具孕育性的時刻”來完成的。一方面，這些照片是透明地表現(xiàn)場景或對象的，在某種意義上說，攝影的影像就是題材本身。例如2月16日的封面所示為秘魯高地的婦女搗碎藜麥的場景，文章研究了藜麥（Chenopodium quinoa）的參考基因組序列，Mark Tester及同事發(fā)現(xiàn)了一個調控苦味皂素的生物合成的轉錄因子，以及可用于開發(fā)甜味的商業(yè)藜麥品種的標志物（圖1）。然而另一方面，雖然紀實攝影所拍攝的照片和事物本身擁有一個共同的存在，但照片又是獨立于拍攝當時的時空狀態(tài)之外的。在這一點上，巴贊認為在創(chuàng)造力上攝影甚至能夠超過美術。在攝影當中存在著超現(xiàn)實的成分，正如超現(xiàn)實主義繪畫一樣，能夠帶來“一種真正的幻象”。[2]例如4月27日封面拍攝的是某地麥田的景象，按照帕諾夫斯基圖像學分析的方法，該圖除了具有第一層次——撲面而來的滾滾麥浪的意義，還具有收獲、豐收等第二個層次的含義，在封面標題文字的“接續(xù)”下，還可解讀到基因、遺傳等第三個層次的含義?？傊?，這些紀實照片提供了與特定的時間、地點和歷史背景環(huán)境相連的證據(jù)圖像，這些圖像有助于讀者對文章所表述的事件和事態(tài)之間的預謀關系的理解。

特殊攝影是一種有別于普通攝影或特技攝影的攝影方法，它包括高速攝影、航空攝影、顯微鏡攝影、無人機攝影、水下攝影、紫外線攝影、紅外線攝影、X光攝影、立體攝影、全息攝影等，它們廣泛運用于科學研究中。2017年度Nature雜志使用特殊攝影的10幅封面中，宏觀攝影有兩幅，分別為1月12日封面中于國際空間站拍下的亞馬遜河鳥瞰圖，1月19日封面中從熱氣球上拍攝到的納米比亞納米布蘭自然保護區(qū)鳥瞰照片；水下攝影一幅，為3月16日封面中大堡礁北部的白化珊瑚景象；其余7幅均為微距攝影，主要采用的是電子顯微鏡成像。讀者也通過攝影看到了用肉眼所未曾看到的世界，如通過航空攝影，我們看到了宇宙的廣博與神秘；通過水下攝影，我們看到了豐富的海底世界；通過微距攝影，我們看到了極其微觀的世界。如果說普通攝影為了營造一種更日常的、更真實的氛圍的話，那么特殊攝影則呈現(xiàn)了科學的精微、復雜和炫麗。例如11月30日的封面所示為電子顯微鏡下地中海圓頭渦蟲的肌纖維網絡，可以說，這張照片試圖給讀者灌注的是一種科學觀而不是知識觀，準確來說，即是依靠顯微科學的工具而提供給讀者的一種新的視像，是一種迥然不同于日常觀看的、微觀世界的真實。而在這種圖像的表達情境中，導致的是讀者日常視覺經驗與圖像之間發(fā)生的深層次交集與碰撞，當圖像語境被日常視覺經驗整合時，它將展示一種圖像與現(xiàn)實世界多維關系的新秩序，這是一種對微妙而美麗新視界的新體驗。

圖1 2月16日封面

圖2 5月18日封面

還有一種模式是對攝影圖片進行元素的添加、組合、重構等，我們可以把這種模式統(tǒng)稱為“攝影+”。在2017封面中有7幅這樣的形式，有在人群中增加一個人工智能機器人、真假手合成、人頭上添加矢量形等等。這種方法是通過諸如PS等數(shù)碼圖像技術實現(xiàn)了對照片諸多細節(jié)的整合和調控策略，數(shù)碼圖像制作者根據(jù)其目的和想象對圖像進行必要的修改、添加和再創(chuàng)作。例如5月18日的封面文章內容為：即使每個人的利益都是一致的，一個群體的集體行動也面臨著“協(xié)調”問題。為此，封面設計者在原有圖片熙熙攘攘的人群中置入一個白色的人工智能機器人，并在其周圍設置了諸多五彩的球之類的東西，這和文章的結論——利用機器人在決策過程中引入另一喧鬧因素可以提高群體的整一表現(xiàn)，即群體因此而調控（圖2）。表面上看，這些“前期”和“后期”合成的“攝影+”圖像，在數(shù)碼圖像技術的作用下自然地、天衣無縫地“生長”在一起，本來都是單維的場景敘述方式，但是設計及新圖像技術又讓不同時間點上的場景或事件要素“并置”在同一個畫幅上，完成了多維的綜合性敘述與表達。這種設計改變了事物的原始語境或自然狀態(tài)，根據(jù)論文內容的需要提取不同時段的“瞬間”甚至是設計者的意象同構在一起，不僅改變了原有的圖像形態(tài)，更以非常人預料的設置和組合打破了原有物象的常規(guī)性，顛覆了人日常的視覺經驗與感受。

2.信息可視之美的作用與再創(chuàng)造機制

20世紀60年代以來，自然科學就最大限度地應用了視覺美學方面的革新成果，其目的就在于使人們常常看不到的信息可視化，讓人們能夠看到它們。誠如米切爾的圖像理論所說，西方哲學和科學的某些方面已經開始采用一種圖像的而非文本的世界觀，當代“視覺文化最驚人的特征之一是它越來越趨于把那些本身并非視覺性的東西予以視覺化”[3]分子生物學、毫微工藝學、圖像醫(yī)學以及氣候研究工作和空間研究活動等領域也都使用了圖像或圖示，這些圖像或圖示在視覺上所取得的可視化效果已經使它們遠遠地超過了傳統(tǒng)“插圖畫”這個概念?？梢暬軒椭藗儚囊粋€個獨立的信息點中解脫出來，換一個不同的角度去探索它們。2017年《Nature》雜志封面中，使用信息可視化表達方式的例子有10幅，它們既有生物體中的細胞、蛋白質、基因等，也有物理化學世界中的離子、量子等。例如10月12日的封面設計中表達了基因型——組織表達（GTE）研究聯(lián)盟通過大量采樣遺體捐獻者死后的正常無疾病人體組織，確定了一個參照目錄和相關組織生物樣本庫，以便表征不同個體、不同組織的基因表達水平。這個樣本涵蓋了來自449名捐獻者、44種人體組織，多達7051份。這些信息如果通過單純的數(shù)據(jù)和文字來傳達，也許需要花費數(shù)分鐘甚至幾小時，甚至可能無法傳達。但通過顏色、布局、標記和其他元素的融合，圖形卻能夠在幾秒鐘之內把這些信息傳達給人們。

這種基于自然科學創(chuàng)作的圖形已經不是描繪的工具，而是用作獨立的分析手段，它標志著傳統(tǒng)插圖功能的改變。8月3日封面所示為在美國紐約布魯克黑文國家實驗室相對論重離子對撞機所執(zhí)行的STAR實驗中，兩顆金原子核發(fā)生碰撞后產生的軌跡（圖3）。碰撞所產生的圖形軌跡的一個顯著特點就在于它能夠把時間坐標置于靜態(tài)的視覺領域，這種加工過的圖形設計，試圖引導專業(yè)讀者構想出一個充斥著動態(tài)力量和能量之流的世界：當這樣的重離子碰撞時，它們會產生一種在本質上同流體一樣的奇異物質態(tài)；如果兩個粒子發(fā)生斜碰，這種流體就會產生漩渦。我們知道，專業(yè)從事此類科學研究工作的專家學者，能夠通過這種圖像迅速有效地理解封面論文的關鍵信息，以致在這個變化不定的、迅速傳播的視覺習語中對應自己的觀察，即有益于自身的科學研究。隨著視覺圖形的普泛化，各種視覺圖像幾乎變成了客觀呈現(xiàn)的代名詞。不僅在上述的科學領域，這種新的視覺功能或視覺素養(yǎng)的模式也滲透到了一般人的觀念中。

隨著構建圖像和設計能力的發(fā)展，構建信息可視化圖形的方法已經形成了一個視覺再現(xiàn)的全新范式，這個范式更適合捕捉和揭示動態(tài)現(xiàn)象的本質。這個新穎的視覺性領域，從起初作為一個科學成像的形式出現(xiàn)，進而變成了一個被廣泛傳播并可被理解的視覺術語。如12月7日封面展示了一幅利用DNA自組裝技術創(chuàng)造出來的8704像素的《蒙娜麗莎》畫像（圖4）。這是個時間維度賦予了圖形軌跡生成的視覺圖像，并迥別于傳統(tǒng)畫面與透視表現(xiàn)。羅伯特·布萊恩指出：“圖示法并非像線性表現(xiàn)那樣是一個對象或領域，而是時間過程的空間產物，他的順序是連續(xù)而有結構的。”[4]可視化在這里成為一種應用廣泛的媒介和方法，它們沒有明確清晰的界限，可視化作品既可以是藝術的，同時又是科學的，更準確地說是介于藝術與科學之間的東西。電子技術書寫的線條被賦予了形象的意義，成為文字文本的可信表征。這也給超現(xiàn)實主義藝術家以啟示：了解圖形軌跡，因此能夠以一種恒定的視覺媒介將時間的延續(xù)結合起來，讓不可能成為可能。

圖3 8月3日封面

圖4 12月7日封面

3.藝術想象之美的詮釋與展現(xiàn)

在《Nature》雜志對每期封面介紹的官方表述中，直接使用“artist’s impression（藝術想象）”有6次，“artist’s interpretation（藝術再現(xiàn)）”有1次，“reconstruction（復原）”有1次，其他封面介紹雖沒有直接語言上的表述，但都符合藝術想象或再現(xiàn)圖的特征，即使用一定的技術手段表現(xiàn)業(yè)已消失、壓根就不存的事物或是人類肉眼無法正常觀察到的事物或現(xiàn)象。在本研究對象中，生活在寒武紀最早期中國的冠狀皺囊動物復原圖（2月9日封面）、鳥臀目恐龍庫琳達奔龍藝術想象圖（3月23日封面）、腫瘤干細胞通過血液轉移藝術想象圖（3月30日封面）等都具備此類特征。

封面藝術想象圖有助于讀者對文章內容的理解?！禢ature》雜志所刊登論文均為自然科學領域，這些專業(yè)學術論文的科學語言具有高度的抽象性。和這種高度概括和抽象的文字、數(shù)字語言，在科學表述話語中具有正統(tǒng)性不可撼動的話語霸權，但這也預埋了兩種東西，一是來自傳統(tǒng)的不變方式，這些被稱為“不可理喻”的形式符號往往在當代的語義學上成為難以閱讀的無情感意義的符號，它們不能喚起任何世界圖像和感覺經驗。一是有悖于現(xiàn)時代的視覺趨向，必然使其與包括科學家在內的普通大眾的視覺偏好相脫離。在7月20日的封面文章中，一組來自世界各地的物理學家、數(shù)學家和化學家共同提出了一個全新的、完整的拓撲量子化學理論，該理論雖然能夠大大簡化對具有奇異屬性的新材料的搜索，也能夠幫助人們理解現(xiàn)存拓撲材料背后的物理學。但這種理論語言是陳述科學理論的語言，它有一套表述的模式與方法，深奧的術語和抽象的概念可以說具有必然性。此時，能指與所指精確的對應關系把發(fā)話主體對世界的認識成果用語言符號確定下來，然而這種精確的對應是以犧牲語言表達的感染力為代價的。如何既忠實表達了論文的精髓又具有可讀性？這無疑是封面設計的關鍵。經過設計，封面圖像則選擇了由一種新型類似金屬的材料構成的經典拓撲圖形——莫比烏斯帶（俗稱無窮大符號），在莫比烏斯帶上鐫刻著各式的化學元素符號（圖5）。無窮大符號往往被譽為科學的象征，它是最直觀、常見的認知符號，當它和化學元素符號同構在一起，即將兩者“視覺化”，自然和“拓撲量子化學”的文章主題緊密聯(lián)系起來了。

圖5 7月20日封面

對于科學雜志的封面設計而言，藝術圖像不僅具有超越科學語言的表達力，還有助于增加文章內容的感染力。藝術圖像語言反映的不是物理的事實，它是一種有意味的言語形式，通過圖像的形象性直接訴諸人的感情，產生出一種直觀性和意象性之美。它的主體既具有科學的語言特征，又具有藝術語言的屬性，而就藝術構型而言，通過設計所創(chuàng)造的藝術形象是一種綜合的、敘事的又具有情感色彩的東西，使封面設計的整體形象不僅具有了形式和表義的新穎性，也強化了視覺的張力。例如9月21日的封面文章中，Tobias Meyer及同事研究的是細胞周期調控系統(tǒng)，他們揭示了遺傳自母細胞的互相矛盾的記憶如何讓子細胞決定停止還是啟動下一個細胞周期的問題，封面設計了很多彩色的小立方體堆積成了類似魔方狀物體，連接“魔方”的是交錯縱橫的黑色管道。這種形象化的圖像將細胞的啟動、傳遞、停止、增值等等一系列科學語言轉化成藝術語言，讓它變得更有視覺經驗價值和文化意味。這些藝術圖像不僅完成了自然科學領域內相關規(guī)律、原理或是現(xiàn)象的闡釋，同時承擔著向受眾傳達科學文本的“淺層”和“深層”整合描述的責任。在“淺層”描述中主要是表面的、形式化的含義。例如2月23日封面中七顆類地行星繞TRAPPIST-1運行圖，只是完成了七顆行星圍繞恒星運轉的描述。在“深層”描述中傳達的是深層的、隱晦的含義。通過讀圖，讀者會提出諸如七顆行星灑落的液體是什么，七顆行星與TRAPPIST-1關系如何等等問題。正是這些“深層”描述，增加了文章內容的感染力。

三、對中國科技類期刊的啟示

《Nature》雜志的封面設計有一套較為規(guī)范的遴選機制，自然出版集團首先在每期刊登文章中挑選幾篇候選文章，這些文章作者都會收到自然出版集團的封面設計邀請，并從他們提供的封面中競爭產生最終“封面設計”成果。如果接到邀請的作者設計作品均無法滿足期刊的要求，那期刊社將自己組織重新設計本期封面?！禢ature》雜志的封面設計遴選標準主要為視覺效果，即要具有視覺美感和良好的傳播力；表達內容，即要符合該期主推成果的內容；圖片質量，即圖片要清晰，適宜放大等。當然還有知識產權方面的要求，雜志每期封面除了注明封面設計作者外，還不能存在圖片的知識產權爭議。

具體在每期封面的設計上，封面設計還呈現(xiàn)以下特點：第一，知名專業(yè)設計師參與封面設計。在51個封面中，有10個為個人獨立完成，這些個人均為知名專業(yè)設計師。例如3月2日關于人口遷移的封面中，設計師是意大利藝術家Alberto Seveso，他擅長將人像與某種影像混合，利用數(shù)碼技術將前者輪廓與后者質感完美融合，達到震撼的視覺效果，本期封面利用數(shù)碼技術將人群和世界地圖融合在一起的形象是Alberto Seveso的典型風格。第二，封面設計大多數(shù)由團隊合作完成。在41個由團隊完成的封面設計中，團隊的組成形式是多種多樣的。有論文作者直接參與設計團隊合作完成的，例如2月9日的封面中，來自中國的韓健參與了設計，他同時又是封面文章的作者之一。還有和專業(yè)的科研機構合作的，例如2月23日封面七顆類地行星繞TRAPPIST-1運行圖，雖為藝術想象圖，但是設計團隊中有NASA署名（美國國家航空航天局），很顯然NASA為該設計提供了專業(yè)上支持。第三，國際知名的圖片社或供應商為封面提供圖片。除了National Geographic Creative ，Getty Image，Corbis，Shutterstock，Istockphoto 等知名圖片社外，還有Visuals unlimited，photo researchs（science source），Wellcome Images等一些專門從事科學范疇類視覺傳播的圖片供應商。第四，《Nature》雜志社的直接參與。前文說道《Nature》雜志在不滿意的情況下會主持重新設計封面，這點在6月15日的封面中得到印證，本期封面設計的署名為Jasiek Krzysztofiak/Nature，Jasiek Krzysztofiak為知名設計師，他不僅每年都和《Nature》合作參與封面設計，而且還為CNS其他期刊提供封面插圖或設計。

相比之下，國內科技類期刊在封面設計方面尚有差距。筆者抽樣調查了高校學報（自然科學版）、工程科技類、化學類、藥學類刊物100種，發(fā)現(xiàn)幾乎所有期刊在封面設計的規(guī)范性做得較好，比如注意期刊名稱字體、版式的統(tǒng)一，注重版面風格的連續(xù)性和穩(wěn)定性。但也存在如下不足：首先，尚未形成期刊封面設計的遴選機制。筆者所調查的期刊中，《細胞研究》《藥學學報》等期刊雖有類似《Nature》雜志的封面故事文章，但尚未形成連續(xù)性及競爭性封面遴選機制。其次，期刊封面設計缺乏變化。部分期刊一年或是常年一種風格，例如高校學報常年以校園風景作為背景，化學類期刊常年出現(xiàn)的晶體形象，還有的期刊只是將整塊的漸變顏色作為封面等。第三、封面設計的專業(yè)水平不高。雖然部分期刊也聘請專業(yè)設計師參與封面設計（如《包裝工程》雜志），但是基本上是個人設計師所為，根本無法形成類似《Nature》雜志那樣多領域合作團隊。國內兼具科學研究和藝術設計能力的人員不多，科學家雖然對自己的科研成果比較了解，但是欠缺獨立藝術設計創(chuàng)作能力，而設計師對于科學知識理解能力有限，因此科學研究成果轉譯成藝術設計作品的成功案例鮮見。

四、結語

以《Nature》雜志為代表的科技期刊，基于科學和藝術美的雙重要求，運用圖像表征的方式，對自然科學世界的物體、現(xiàn)象、概念、數(shù)據(jù)、過程等進行視覺化呈現(xiàn)。雜志采用科學規(guī)范的遴選機制和運作程序，使用攝影、數(shù)碼技術、信息化技術、藝術插畫等手段，塑造出獨具科學和藝術特色的封面設計。圖像表征為主的描述方式，一方面使研究對象的多層次的抽象信息成為直觀、生動的視覺形象，有助于復雜科學問題的理解和傳播。另一方面封面的二次傳播也擴大了封面論文及期刊的學術影響。圖像表征在科學研究中具有特殊的認識論地位，是開展創(chuàng)新研究的重要方法論工具?！禢ature》雜志封面設計的這些做法也是值得中國科技類期刊學習和效仿的。