開源平臺(tái)在互動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

徐聰 謝文婷

摘 要：以案例分析法歸納物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下公共互動(dòng)裝置藝術(shù)的現(xiàn)狀，并通過(guò)對(duì)公共空間互動(dòng)裝置藝術(shù)設(shè)計(jì)流程中原型設(shè)計(jì)的重要性的論述提出Arduino硬件開源平臺(tái)。深入分析Arduino硬件開源平臺(tái)應(yīng)用于互動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)，為城市公共互動(dòng)裝置的創(chuàng)新實(shí)踐提高更多的可能性。

關(guān)鍵詞：Arduino；公共空間；互動(dòng)裝置；原型設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.209

公共藝術(shù)主要是指存在在公共空間中，通過(guò)豐富多樣的藝術(shù)表現(xiàn)方式促使社會(huì)公眾與城市在生理、情感以及精神層面上產(chǎn)生互動(dòng)，并在情感與行為的互動(dòng)中展示城市形象與文化。傳統(tǒng)的公共藝術(shù)從其存在的物理形態(tài)角度可分為靜態(tài)為主的公共藝術(shù)：雕塑、壁畫、園林景觀，動(dòng)態(tài)為主的公共藝術(shù)：噴泉、燈光秀、街頭行為表演等。而隨著社會(huì)從工業(yè)社會(huì)進(jìn)入信息社會(huì)，數(shù)字制造技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和再生性能源技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)公共藝術(shù)產(chǎn)生巨大影響，公共藝術(shù)受到的技術(shù)局限越來(lái)越小，其形式更加多樣化、材質(zhì)運(yùn)用更加豐富，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的加入促使“互聯(lián)網(wǎng)+公共藝術(shù)模式”的互動(dòng)裝置藝術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?；?dòng)性強(qiáng)、體驗(yàn)性好、參與性高的互動(dòng)裝置藝術(shù)打破傳統(tǒng)“以靜態(tài)觀賞”為主的模式，沉浸式的五感體驗(yàn)交互與行為互動(dòng)促使公眾高度的積極性“參與”其中，更好的達(dá)成宣傳與聚集人氣等目的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)師與工程師的分工界限逐漸模糊，而對(duì)于設(shè)計(jì)師而言，藝術(shù)與技術(shù)融合對(duì)他們提出的新的挑戰(zhàn)，而且在設(shè)計(jì)流程中的靜態(tài)原型已不能滿足互動(dòng)裝置藝術(shù)地設(shè)計(jì)測(cè)試需求。遂本文將Arduino開源平臺(tái)引入到互動(dòng)裝置藝術(shù)設(shè)計(jì)流程中，開展針對(duì)互動(dòng)裝置藝術(shù)原型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方法研究。

1 公共互動(dòng)裝置藝術(shù)概念定義與設(shè)計(jì)流程分析

1.1 公共互動(dòng)裝置藝術(shù)定義

公共互動(dòng)裝置藝術(shù)（Interactive Public Art Installations）是指在城市公共空間中存在的一種利用高新技術(shù)手段完成的可供人們與之實(shí)時(shí)交互的藝術(shù)表現(xiàn)形式，是數(shù)字化城市的產(chǎn)物。美國(guó)麻省理工學(xué)院教授凱文·林奇（Kevin Lynch）在《城 市意象》中指出 ：“在城市場(chǎng)景中人們不僅僅是簡(jiǎn)單的觀察者，與其他的參與者一起，人們也成為場(chǎng)景的組成部分。”[1]公共互動(dòng)裝置藝術(shù)的出現(xiàn)旨在通過(guò)參與式的體驗(yàn)使人與人、人與裝置、人與空間產(chǎn)生互動(dòng)交流，從而吸引人們駐足討論，提升公共環(huán)境的人氣，增強(qiáng)宣傳效果，引發(fā)人們對(duì)有些作品的思考。

1.2 公共互動(dòng)裝置藝術(shù)案例分析

藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師、科學(xué)家、工程師組合起來(lái)的跨領(lǐng)域創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)在最近幾年世界各大著名藝術(shù)展會(huì)和城市公共環(huán)境中呈現(xiàn)了不少基于智能互動(dòng)形式的藝術(shù)設(shè)計(jì)作品。2016年由加拿大Ekumen團(tuán)隊(duì)所設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的大型互動(dòng)式燈光藝術(shù)裝置“光環(huán)”出現(xiàn)在被世界最知名的冬日慶典之一的加拿大特婁燈光節(jié)（Montreal En Lumière）戶外公共展區(qū)內(nèi)（如圖1）。2米寬的光環(huán)內(nèi)置入24格不同故事的黑白底片，當(dāng)用戶進(jìn)入光環(huán)拉動(dòng)內(nèi)置拉桿時(shí)便可喚醒光環(huán)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，音樂開始播放，燈光開始不斷變換，環(huán)狀壁面的黑白故事也在不斷運(yùn)轉(zhuǎn)播送，它們變換的快慢取決于用戶拉桿拉動(dòng)的速度。設(shè)計(jì)師將西洋鏡、音樂盒與鐵道列車的元素融入到“光環(huán)”設(shè)計(jì)中，通過(guò)視覺、聽覺為人們帶來(lái)愉悅的互動(dòng)體驗(yàn)。

荷蘭羅斯加德工作室創(chuàng)始人丹·羅斯加德（Daan Roosegaarde）是一名擁有藝術(shù)碩士和建筑學(xué)博士學(xué)位的跨學(xué)科藝術(shù)家，他善于運(yùn)用高科技手段實(shí)現(xiàn)作品和參觀者的互動(dòng)，將眾多結(jié)合現(xiàn)代科技的城市景觀裝置帶動(dòng)大眾身邊?！渡徎ā肥怯稍S多智能的鋁合金箔片組合而成的互動(dòng)裝置，它隨著人們的移動(dòng)與周圍溫度的變化而自發(fā)的收折或打開（如圖2）。丹·羅斯加德運(yùn)用智能薄片、傳感器等多種綜合技術(shù)，通過(guò)對(duì)用戶行為的捕捉展現(xiàn)形態(tài)的不同變化，給人們帶來(lái)人與空間相融合的光與影的互動(dòng)形態(tài)變化。

1.3 公共互動(dòng)裝置藝術(shù)設(shè)計(jì)流程分析

一個(gè)成功的創(chuàng)新不但需要具備巧妙的創(chuàng)意，而且還需制定周密、詳盡且不乏彈性的計(jì)劃，并付諸實(shí)踐，持之以恒地執(zhí)行。[2]公共互動(dòng)裝置是科學(xué)技術(shù)與設(shè)計(jì)藝術(shù)的結(jié)合體，其作品中互動(dòng)技術(shù)的加入使用戶在參與中得到沉浸式的感官與情感體驗(yàn)。公共互動(dòng)裝置在設(shè)計(jì)過(guò)程中“以人為本”的根本導(dǎo)向符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心思想，因此其設(shè)計(jì)流程按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程基本框架進(jìn)行。而關(guān)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程國(guó)際上很多著名專家和學(xué)者做過(guò)詳細(xì)的描述和解釋。1984年，德國(guó)Pahl和Beitz教授以系統(tǒng)化理論為基礎(chǔ)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程分為任務(wù)明確、概念設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)進(jìn)化以及詳細(xì)設(shè)計(jì)四個(gè)階段，其倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性，并認(rèn)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是需求分解和方案評(píng)估。[3]1995年，Roozenburg 和Eekels站在項(xiàng)目的全局角度聯(lián)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程模型，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)劃分為產(chǎn)品規(guī)劃（制定目標(biāo)和策略、產(chǎn)品創(chuàng)意選擇）、嚴(yán)謹(jǐn)開發(fā)（產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品測(cè)試、產(chǎn)品營(yíng)銷計(jì)劃）與產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)（產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售）三個(gè)主要步驟，他們認(rèn)為不應(yīng)將設(shè)計(jì)從一個(gè)完整項(xiàng)目獨(dú)立出來(lái)單獨(dú)思考其流程。他們將嚴(yán)謹(jǐn)開發(fā)視為最核心的步驟，從前期計(jì)劃中將需求進(jìn)行功能點(diǎn)轉(zhuǎn)化得出產(chǎn)品開發(fā)的方向，將最具前景的方案轉(zhuǎn)化成周密的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并以草模的形式進(jìn)行原型測(cè)試，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證產(chǎn)品造型、功能、材質(zhì)、配色設(shè)計(jì)的合理性，此步驟保證后期大批量生產(chǎn)的有序進(jìn)行，也在一定程度上降低了產(chǎn)品失敗的風(fēng)險(xiǎn)。他們強(qiáng)調(diào)在原型測(cè)試中對(duì)新產(chǎn)品的各個(gè)因素（功能、外觀、使用行為、制作、成本、使用環(huán)境等）進(jìn)行慎重考慮，并不斷完善產(chǎn)品。

原型設(shè)計(jì)作為整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)流程中至關(guān)重要的部分受到越來(lái)越多企業(yè)的重視，是紙面方案與批量生產(chǎn)之間的重要環(huán)節(jié)，將抽象的方案具體化有利于設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更加客觀的評(píng)價(jià)和測(cè)試。

在以批量生產(chǎn)為代表的硬件類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，原型設(shè)計(jì)需要工程師、CMF設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師等專業(yè)人員協(xié)同完成；在交互類虛擬軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，原型設(shè)計(jì)可借助Axure、高保真圖等簡(jiǎn)單易學(xué)的工具完成，這一過(guò)程設(shè)計(jì)師便可獨(dú)立完成。而基于人交互行為的公共互動(dòng)裝置對(duì)原型設(shè)計(jì)提出更高的要求，它不再僅僅對(duì)材質(zhì)、色彩、外觀等要素進(jìn)行評(píng)估，而需要通過(guò)可交互的原型進(jìn)行行為測(cè)試評(píng)估、交流溝通、設(shè)計(jì)思考和方案管理。因此，交互技術(shù)的加入成為公共互動(dòng)裝置原型設(shè)計(jì)的必備要素，而交互相關(guān)的技術(shù)知識(shí)也成為設(shè)計(jì)師必備的知識(shí)儲(chǔ)備。但java、c++等面向嵌入式的硬件編程門檻較高，對(duì)于大部分以藝術(shù)學(xué)為學(xué)科背景沒有理工科基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)師而言難度太大，而為傳授互動(dòng)設(shè)計(jì)而誕生的Arduino開源平臺(tái)成為非專業(yè)人士的首選。

2 Arduino應(yīng)用與城市公共互動(dòng)裝置藝術(shù)原型設(shè)計(jì)中的可行性

Arduino由歐洲開發(fā)團(tuán)隊(duì)于2005年研發(fā)而成，由硬件（各種型號(hào)的Arduino Board）和軟件（Arduino IDE）組成，主要以AVR單片機(jī)為核心控制器的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)板，是一款專門針對(duì)創(chuàng)客、設(shè)計(jì)師、電子愛好者的可開源電子硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)。Arduino是一個(gè)開放源代碼的單芯片微電腦，它使用了Atmel AVR單片機(jī)，構(gòu)建于開放源代碼，其編程語(yǔ)言是建立在C/C++語(yǔ)言基礎(chǔ)上的。[4]它作為一個(gè)使用便捷源代碼的微型控制器旨在為非專業(yè)人士傳授互動(dòng)技術(shù)，以用戶獨(dú)立完成互動(dòng)類產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)為目標(biāo)，鼓勵(lì)全世界的人去做他們認(rèn)為最酷的事情。其開放性、易用性、交流性及豐富的第三方資源激起了全球范圍內(nèi)的創(chuàng)客風(fēng)潮，是21世紀(jì)創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)興起的標(biāo)志性事件。

（1）門檻低。樹莓派（Raspberry Pi）、英特爾和Arduino是目前嵌入式計(jì)算與開源硬件（OSHW）領(lǐng)域中用戶量與口碑排名前三的產(chǎn)品。樹莓派與英特爾在運(yùn)行速度、性能等方面優(yōu)于Arduino，但相比樹莓派與英特爾而言，Arduino其接口的標(biāo)準(zhǔn)化使得使用流程標(biāo)準(zhǔn)化，而且模塊化的電子元件讓硬件的入門門檻被大幅度降低。同時(shí)，隨著Webduino、haohaodada、KenRobot等圖形化編程軟件的出現(xiàn)Arduino平臺(tái)的軟件編程變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，而且擁有大量可被修改編輯的開源協(xié)議范圍內(nèi)的原始代碼，編程這一最大技術(shù)壁壘對(duì)于非專業(yè)人士的影響也越來(lái)越小。因此，對(duì)于創(chuàng)客、設(shè)計(jì)師等非專業(yè)人士來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)成本較低的Arduino更適合運(yùn)用在原型設(shè)計(jì)當(dāng)中。

（2）功能較完整。Arduino其軟件IDE界面基于開放源代碼，網(wǎng)絡(luò)上有眾多程序開發(fā)代碼免費(fèi)下載使用，也可依據(jù)個(gè)人需求對(duì)代碼進(jìn)行修改。其硬件方面Arduino可獨(dú)立運(yùn)行與軟件進(jìn)行交互，同時(shí)目前市面中擁有大量電子元件可供用戶選擇，例如開關(guān)、舵機(jī)、各類傳感器、馬達(dá)等各類輸出裝置與控制器件，用戶可通過(guò)“加法”的形式進(jìn)行模塊化組合，得出無(wú)限的可能。面向電子愛好者的開源電子硬件平臺(tái)Arduino由于其可組裝的功能模塊和豐富文件庫(kù)能夠基本滿足設(shè)計(jì)師在制作可交互裝置原型的需求。同時(shí)，隨著Arduino功能不斷完善，國(guó)內(nèi)小米yeelight、無(wú)人機(jī)的大疆、Pebble 智能手表等都是使用Arduino作為平臺(tái)基礎(chǔ)研發(fā)完成。

Arduino其研發(fā)的目的是為實(shí)現(xiàn)非專業(yè)人士的創(chuàng)意、設(shè)想而創(chuàng)造的一款可自主設(shè)計(jì)的智能控制器。但這里所指的創(chuàng)意與設(shè)計(jì)師、科學(xué)家所完成專業(yè)級(jí)產(chǎn)品有所區(qū)別。在城市公共互動(dòng)類設(shè)施產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中，學(xué)習(xí)門檻低的Arduino主要幫助設(shè)計(jì)師完成產(chǎn)品在量產(chǎn)與產(chǎn)品實(shí)體模型化之前的功能與體驗(yàn)的可用性測(cè)試，驗(yàn)證產(chǎn)品的行為邏輯合理性以及評(píng)估產(chǎn)品可用性。同時(shí)，Arduino模塊化的特點(diǎn)可以讓用戶在進(jìn)行原型設(shè)計(jì)的過(guò)程中嘗試不同的組合方式，有利于創(chuàng)造新的可能。

3 結(jié)論

互聯(lián)網(wǎng)與傳感器技術(shù)不斷發(fā)展與成熟的趨勢(shì)下，公共空間藝術(shù)不斷智能化、互動(dòng)化、趣味化已成為未來(lái)幾年的必然發(fā)展方向。公共空間互動(dòng)裝置作為藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，其原型設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中顯得尤為重要。而如何更接近構(gòu)想的互動(dòng)行為呈現(xiàn)出來(lái)是設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮的問(wèn)題。基于Arduino開源硬件的技術(shù)途徑可以幫助設(shè)計(jì)師更好的完成其最終作品，同時(shí)在原型調(diào)試過(guò)程中迸發(fā)出新的創(chuàng)意靈感，在設(shè)計(jì)質(zhì)量得到保證的同時(shí)大大提升效率。將Arduino開源平臺(tái)引入公共互動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅打破傳統(tǒng)公共空間藝術(shù)只供觀賞的價(jià)值體現(xiàn)，形成一種全新的公共空間藝術(shù)，而且?guī)椭O(shè)計(jì)師通過(guò)作品更多的考慮人、裝置、周圍環(huán)境乃至社會(huì)的交流互動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]（美）凱文·林奇，方益萍、何曉軍（譯）.城市意象[M].北京：華夏出版社，2001.

[2]Annemiek van Boeijen、Jaap Daalhuizen等.設(shè)計(jì)方法與策略[D].華中科技大學(xué)出版社.

[3]G Pahl，W Beitz.Engineering Design[J].Unknown，1990（06）：231-

234.

[4]蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（16）.

[5]付久強(qiáng).基于Arduino平臺(tái)的智能硬件設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2015，5，36（10）：76-79.

[6]（美）Cooper A，（美）Reimann R等，劉松濤（譯）.About Face 3交互設(shè)計(jì)精髓[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[7]楊楠，李世國(guó).物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2014（06）：55-58.

[8]（加）Wigdor.自然用戶界面設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社，2012.

基金項(xiàng)目：教育部人文社科西部和邊疆地區(qū)項(xiàng)目（15XJC760004）；重慶市教育委員會(huì)人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（16SKGH052）；重慶郵電大學(xué)社會(huì)科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2017KZD04）；重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJ120512）。