計(jì)算機(jī)藝術(shù)的創(chuàng)造性

于海浩，韓中元，孔蕾蕾，黃成哲，齊浩亮

(黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

0 引 言

計(jì)算機(jī)藝術(shù)是“通過(guò)計(jì)算機(jī)所實(shí)現(xiàn)的藝術(shù)(computer generated art)”，即通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行相關(guān)算法或計(jì)算過(guò)程處理數(shù)字化編碼信息所創(chuàng)作的藝術(shù)作品[1]。近年來(lái)，以深度學(xué)習(xí)為代表的新一代人工智能已經(jīng)在圍棋比賽[2]、癌癥診斷[3]等領(lǐng)域超越人類(lèi)專(zhuān)家水平，引發(fā)了人工智能熱潮。在藝術(shù)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)自主學(xué)習(xí)進(jìn)行一定程度上的藝術(shù)創(chuàng)作，使得計(jì)算機(jī)藝術(shù)得以突破傳統(tǒng)上輔助藝術(shù)創(chuàng)作的局限，生成了不同以往的全新藝術(shù)作品。例如，2018年人工智能畫(huà)作《埃德蒙·貝拉米畫(huà)像》拍出了43.2萬(wàn)美元的高價(jià)[4]。人工智能藝術(shù)作品已經(jīng)引發(fā)了藝術(shù)界的關(guān)注，如圣彼得堡的冬宮國(guó)立博物館(National Hermitage Museum)在2019年6月舉辦了人工智能與跨文化對(duì)話藝術(shù)展(Artificial Intelligence and Intercultural Dialogue art exhibition)。

盡管如此，計(jì)算機(jī)藝術(shù)作品在藝術(shù)性上存在爭(zhēng)議。其中一個(gè)重要批評(píng)是計(jì)算機(jī)藝術(shù)作品沒(méi)有觸及藝術(shù)最核心的部分—人類(lèi)的靈魂[5]。因此，有必要對(duì)計(jì)算機(jī)藝術(shù)發(fā)展歷程進(jìn)行梳理和總結(jié)，通過(guò)該文，人們了解到計(jì)算機(jī)藝術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)造性方面上的發(fā)展和進(jìn)步，在此基礎(chǔ)上對(duì)計(jì)算機(jī)藝術(shù)作品的藝術(shù)性進(jìn)行探討，加深對(duì)計(jì)算機(jī)藝術(shù)的理解和認(rèn)識(shí)。

1 計(jì)算機(jī)藝術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段

1.1 藝術(shù)輔助創(chuàng)作工具階段

計(jì)算機(jī)作為藝術(shù)輔助創(chuàng)作工具是指將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為創(chuàng)作工具，將其運(yùn)用到藝術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中。目前，計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)作工具主要有以下四類(lèi)：第一類(lèi)是平面設(shè)計(jì)工具，如：Photoshop、Illustrator等，此類(lèi)工具多應(yīng)用于廣告、網(wǎng)站等的平面設(shè)計(jì)工作。它們可以構(gòu)建各種平面圖形，還可填色、渲染、變形，圖片可以在這類(lèi)工具中進(jìn)行處理，制作出特殊的藝術(shù)效果；第二類(lèi)是三維造型工具，如3DMAX、SoftImage、ModelView等，主要應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)。此類(lèi)工具軟件創(chuàng)作出的三維藝術(shù)作品可以表現(xiàn)物體的各個(gè)側(cè)面和細(xì)節(jié)，并且在表現(xiàn)物體的質(zhì)感、肌理、投影時(shí)更加真實(shí)、逼真；第三類(lèi)是動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)工具，如：3Mayar、adobe director3d等，多應(yīng)用于影視制作、動(dòng)畫(huà)制作。此類(lèi)軟件將三維實(shí)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)展現(xiàn)，無(wú)論背景是什么類(lèi)型，能夠把不同元素放在一起并加以修飾，生成具有真實(shí)感的畫(huà)面。大家熟知的《變形金剛》、《霍比特人》、《貝奧武夫》、《少年派的奇幻漂流》等都是此類(lèi)工具的典范之作；第四類(lèi)是虛擬現(xiàn)實(shí)制作工具，如OpenGL、D3D等，多應(yīng)用于線下體驗(yàn)館和教育、軍事、娛樂(lè)等領(lǐng)域的行業(yè)服務(wù)。它利用計(jì)算機(jī)生成模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境，實(shí)現(xiàn)交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為。

綜上所述，這些工具的運(yùn)用使得現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)技術(shù)、色彩設(shè)計(jì)、視覺(jué)效果等各個(gè)方面得到很大程度的提高，改變了藝術(shù)的傳播和消費(fèi)方式。

1.2 進(jìn)行藝術(shù)風(fēng)格模擬階段

與計(jì)算機(jī)作為輔助創(chuàng)作工具的影響相比，計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是人工智能技術(shù)對(duì)藝術(shù)生產(chǎn)領(lǐng)域的影響程度尚淺，但更值得關(guān)注?！叭斯ぶ悄堋边@個(gè)詞是在1956年夏天達(dá)特茅斯會(huì)議由計(jì)算機(jī)專(zhuān)家約翰·麥卡錫提出，經(jīng)歷了幾次發(fā)展的高潮和低谷期，自2006年Hinton等人提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)算法[6]以來(lái)，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)[7]、語(yǔ)音識(shí)別[8]和自然語(yǔ)言處理[9]等領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)大幅提高計(jì)算機(jī)感知世界的能力對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)。因此三位深度學(xué)習(xí)大師Yoshua Bengio、Yann LeCun、Geoffrey Hinton共同獲得了2019年圖靈獎(jiǎng)。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅改變了計(jì)算領(lǐng)域，而且正在對(duì)藝術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在藝術(shù)繪畫(huà)領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得進(jìn)展的標(biāo)志性事件是圖像風(fēng)格遷移算法，2015年德國(guó)科學(xué)家Gatys等在已經(jīng)訓(xùn)練好的物體識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10](VGG19)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了普通的圖像風(fēng)格化。其基本原理是通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)到圖像的內(nèi)容和風(fēng)格，通過(guò)損失函數(shù)在有優(yōu)化迭代學(xué)習(xí)過(guò)程中使生成圖像既與風(fēng)格圖像相似，又與內(nèi)容圖像相似[11]。

圖1示例是筆者還原了Gatys的圖像風(fēng)格化算法，將一張風(fēng)景圖片作為內(nèi)容圖像，將挪威畫(huà)家愛(ài)德華·蒙克的《吶喊》作為風(fēng)格圖像，進(jìn)行畫(huà)風(fēng)遷移后形成了最終右側(cè)的具有愛(ài)德華·蒙克畫(huà)風(fēng)的生成圖像。在生成圖像右上角的天空部分，是算法處理不佳的部分，原因是原圖的那一塊色彩太純粹，缺乏紋理導(dǎo)致。算法還需進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。

圖1 畫(huà)風(fēng)模擬示例

利用這個(gè)原理，2016年6月，俄羅斯研究者制作了一個(gè)手機(jī)APP軟件Prisma，可以實(shí)現(xiàn)將普通的照片模仿出著名藝術(shù)家畫(huà)作的風(fēng)格。Prisma推出后很快火遍了全球，上線首月就達(dá)到了750萬(wàn)的下載量，刷新了54個(gè)國(guó)家App Store類(lèi)別的最快登頂紀(jì)錄。Prisma示例如圖2所示。

圖2 Prisma畫(huà)風(fēng)遷移示例

1.3 進(jìn)行藝術(shù)風(fēng)格創(chuàng)造階段

隨著模擬藝術(shù)創(chuàng)作研究不斷深入，研究者們開(kāi)始探索讓計(jì)算機(jī)能夠像藝術(shù)家一樣掌握繪畫(huà)的技能，探索新的藝術(shù)風(fēng)格。生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)[12](generative adversarial network，GAN)是目前計(jì)算機(jī)通過(guò)自主學(xué)習(xí)掌握藝術(shù)家技能的最成功的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架之一。生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)設(shè)定參與雙方分別為一個(gè)生成器和一個(gè)判別器，比如畫(huà)家和鑒賞家之間的博弈。雙方在博弈中不斷提高各自技能，而當(dāng)鑒賞家無(wú)法分辨是由人類(lèi)還是計(jì)算機(jī)創(chuàng)造，計(jì)算機(jī)便生成了繪畫(huà)作品。計(jì)算框架如圖3所示。

圖3 GAN計(jì)算框架

2018年，生成式對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所創(chuàng)作的畫(huà)作《埃德蒙·貝拉米畫(huà)像》，見(jiàn)圖4，在佳士得的一場(chǎng)藝術(shù)品拍賣(mài)中拍出了43.2萬(wàn)美元天價(jià)，甚至超越了同場(chǎng)的畢加索版畫(huà)作品，震驚了藝術(shù)界?！栋５旅韶惱住妨硪粋€(gè)看點(diǎn)就是它的簽名，此幅畫(huà)作的簽名是一串?dāng)?shù)學(xué)方程式—“min maxEx[log(D(x))]+Ez[log(1-D(G(z)))]”，此簽名正是人工智能算法生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)。為了完成這幅作品，研發(fā)團(tuán)隊(duì)讓計(jì)算機(jī)自主學(xué)習(xí)了15 000幅14～15世紀(jì)的畫(huà)作。也正是由于采集這些不同樣品，以及其自身出色新穎的算法使其創(chuàng)作出一幅全新的作品。這幅新畫(huà)作并不像是其他肖像作品的融合體，而是一幅真正意義上的全新作品。

圖4 埃德蒙·貝拉米畫(huà)像

從以上論述可知，生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)可以創(chuàng)造出一幅全新的畫(huà)作，但是它只是在某一個(gè)藝術(shù)風(fēng)格上進(jìn)行創(chuàng)作，能不能讓生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)具有更加出色的創(chuàng)新能力，讓這些創(chuàng)新即有藝術(shù)價(jià)值，又帶有這些創(chuàng)新的作品并且還能夠被人類(lèi)認(rèn)可呢？2017年6月，羅格斯大學(xué)的一篇論文介紹了創(chuàng)造性對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(creative adversarial networks，CAN)[13]。算法是在生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上模擬人類(lèi)，把對(duì)以往藝術(shù)的理解和創(chuàng)造新藝術(shù)形態(tài)的能力整合在一起。找到一個(gè)能夠衡量創(chuàng)新性和藝術(shù)性的平衡點(diǎn)，使作品即在藝術(shù)作品的范圍邊界，又最大化游離于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)藝術(shù)風(fēng)格之外。作者將創(chuàng)造性對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)生成作品與真實(shí)繪畫(huà)作品在作品創(chuàng)造性上進(jìn)行了人工評(píng)價(jià)，分析結(jié)果表明，大多數(shù)人認(rèn)為創(chuàng)造性對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)生成作品具有更大的創(chuàng)造性。

圖5 創(chuàng)造性生成網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)藝術(shù)創(chuàng)作

2 關(guān)于計(jì)算機(jī)藝術(shù)創(chuàng)造性的討論

心理學(xué)家博登將創(chuàng)造力分為三種類(lèi)型：一是“組合型”創(chuàng)造，就是將已有的觀念重新組合；二是“探索型”創(chuàng)造，在某種風(fēng)格內(nèi)部進(jìn)行創(chuàng)新；三是“變革型”創(chuàng)造，即改變風(fēng)格，生成之前不可能生成的新結(jié)構(gòu)[14]。博登認(rèn)為，人工智能程序完全可以實(shí)現(xiàn)這三種創(chuàng)造力。

通過(guò)以上論述可知，GAN系統(tǒng)可以在既定風(fēng)格下創(chuàng)造出新的藝術(shù)作品，甚至創(chuàng)造出新的風(fēng)格。僅從作品來(lái)看，GAN系統(tǒng)已經(jīng)屬于“探索型”創(chuàng)造，甚至是“變革型”創(chuàng)造，但是計(jì)算機(jī)這種創(chuàng)造能力是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者給予的，而不是計(jì)算機(jī)有了創(chuàng)造性。也就是說(shuō)，雖然人工智能已經(jīng)具備了一定程度的創(chuàng)造性，但探究人工智能的創(chuàng)新機(jī)制，與人的創(chuàng)造性的產(chǎn)生還完全不同。

羅丹說(shuō)過(guò)“藝術(shù)之源，是在于內(nèi)在的真，你的形、你的色都要能傳達(dá)情感”, 而藝術(shù)作品中的情感的產(chǎn)生不是無(wú)緣無(wú)故的，是作者在所處的自然環(huán)境或歷史環(huán)境下所激發(fā)出來(lái)的。優(yōu)秀的繪畫(huà)作品必須表達(dá)出作者的內(nèi)心情感和深刻的思想內(nèi)涵，是作者自身藝術(shù)修養(yǎng)和經(jīng)歷的濃縮寫(xiě)照[15]。例如：明末清初的畫(huà)家龔賢的作品用山水畫(huà)展現(xiàn)在作者所在的歷史條件下心中的悲涼的情感。現(xiàn)在，當(dāng)人們欣賞他的作品時(shí)，還能感受到他的內(nèi)心感受。這些都是計(jì)算機(jī)藝術(shù)創(chuàng)作目前達(dá)不到的。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在計(jì)算機(jī)藝術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段中，真正利用人工智能進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作為后兩個(gè)階段：即藝術(shù)風(fēng)格模擬階段和藝術(shù)風(fēng)格創(chuàng)造階段。在藝術(shù)風(fēng)格模擬階段，計(jì)算機(jī)藝術(shù)創(chuàng)作已經(jīng)進(jìn)入人們的日常生活，給人們的日常生活帶來(lái)了前所未有的體驗(yàn)，但創(chuàng)作過(guò)程仍然是人類(lèi)來(lái)主導(dǎo)。在藝術(shù)風(fēng)格創(chuàng)造階段，人工智能已經(jīng)能夠生成具有“探索型”創(chuàng)造性的藝術(shù)作品。未來(lái)，當(dāng)人工智能發(fā)展到足夠成熟，人工智可能跳會(huì)出人類(lèi)的局限性，以一種全新的視角推動(dòng)了藝術(shù)領(lǐng)域理論的創(chuàng)新和發(fā)展。人工智能與藝術(shù)的結(jié)合，極有可能促進(jìn)藝術(shù)理論發(fā)展，開(kāi)辟藝術(shù)研究新的學(xué)科方向。