人民網>>傳媒>>傳媒專題>>傳媒期刊秀:《今傳媒》>>2014年·第9期

淺論計算藝術的原動力

——以非真實感繪制技術為例

王永菁  王雪譚

2014年09月03日15:11    來源:今傳媒    手機看新聞

摘 要:隨著計算機技術越來越深入地應用於人們生活的方方面面,在對於藝術領域的表現方面,計算機同樣也有著用武之地。計算機對藝術的影響不僅表現在能夠更有效率地創作,也為藝術和設計帶來了全新的風格和創作方式,豐富了藝術表現形式,而這其中,推動計算藝術發展的原動力就是利用計算機技術更加有效地表達世界。非真實感繪制技術作為一種近年大熱的計算機圖形學分支,其起源、發展和現階段成果都為計算藝術發展的原動力是更加有效地表達世界提供了佐証。但是藝術表達作為計算藝術的另一個發展方向,也同樣為計算藝術改善人類生活帶來了許多驚喜。

關鍵詞:計算藝術﹔原動力﹔效能﹔藝術表達﹔非真實感繪制技術

1946年2月14日,世界上第一台電子多用途計算機ENIAC在美國賓夕法尼亞大學宣告誕生,自此之后,越來越多的高性能計算機被研制出來,計算機技術的發展也隨之一路高歌,昂首猛進。在最初的設想當中,計算機的設計和計算機技術的應用是出於對高速運算的要求而得出的,實現了人們對於自動化大量計算的初步需求,而后,計算機開始應用於高科技技術計算和軍事用途,現今已經普遍進入了人們的日常生活。環顧四周,各式各樣的計算機利用計算機技術為我們的生活提供著各式各樣的幫助和服務,負責聯通著人與人之間的關系、人與機器之間的關系、人與社會之間的關系。因此,我們理應可以將計算機視為一種廣義上的媒介(尤其在互聯網的參與下),將計算機技術視為一種廣義上的媒介技術。在西方傳播學理論中,被稱為“后麥克盧漢主義”的傳播學者保羅·萊文森提出了著名的“補償性媒介理論”,該理論認為,任何一種后繼的媒介都是對過去的某一種媒介或某一種先天不足的功能的補救和補償,但是新的媒介又會帶來新的問題﹔媒介的進化是人的選擇的結果,更好地滿足人的需要的媒介被保留了下來。在理論貢獻方面,“補償性媒介”理論為媒介技術的進步提供了一種新的有說服力的解釋,認為人類決定著媒介的進化方向﹔提出人類可以進化和控制媒介技術,保存和開發我們喜歡的媒介環境。計算機這種媒介的誕生同樣是對之前媒介不足的一個彌補,其中一個特別明顯的方面就體現在“多用途”上:利用邏輯算法進行計算的計算機理論上可以利用計算機語言規則實現對於所有有窮問題的計算,因此在人類為其制定了算法規則的前提下,可以為我們提供不勝枚舉的用途。其中一個新晉的方面,就是在藝術領域的表現。計算藝術作為一門新興的交叉學科,在現代藝術家的奇思妙想下煥發著獨特的光彩。

技術與藝術之間的關系一直是人們試圖論証的一個討論熱點。技術的定義是在某一領域為解決個人或社會問題而服務的規則的全部。在表達審美及情感這一領域來說,藝術可以看作是為了描述作者的個人體會,或是對社會的一種情感化表達而產生的,具有一定自由規則的(例如繪畫的技法、彈奏的技巧、雕塑的手法等等)。因此筆者認為,藝術是技術的一種特殊極端化表達,因而也同樣可以將“補償性媒介理論”適用於此:由計算技術而衍生出的計算藝術,是對計算技術的某方面不足的補償性媒介,根據補償性媒介理論,媒介的進化是人根據需要的刻意選擇,那麼計算藝術的出現是為了滿足人的何種需要,也就是本篇文章的核心——計算藝術的原動力:更加有效地表達世界。

筆者從“原動力”、“純粹表達”、“高效表達”、“藝術性延伸”四個方面詳細圍繞計算藝術的原動力是更為有效地表達世界這一論點進行論述,利用補償性媒介的原理,選取非真實感繪制技術(Non-photorealistic Rendering,NPR)作為具體對象進行分析。NPR技術是指利用計算機生成不具有照片般的真實感,而具有手繪風格的圖形的技術。非真實感繪制最早出現在20世紀80年代的早期論文中如:Stassmann(1986)和Sasada(1987)。1990年 Saito and Takahashi和Haeberli在Siggraph會議上發表了兩篇非常具有影響力的論文。1994年,隨著幾篇論文在Siggraph會議的發表(如Winkenbach and Salesin、Salisbury),和在Eurographics會議的發表(如Strothotte),這一新領域逐漸顯現,直到1997年的Siggraph將非真實感繪制單獨作為一個類別,此后非真實感繪制技術進入了一個穩步發展的時期。在計算機圖形學30余年的發展歷史中,真實感繪制一直佔有主要地位,符合技術要求“精確、保真”,然而研究者們意識到,有時候人們反而需要由計算機來生成一些不同於真實感的圖形,也就是NPR技術,同樣作為真實感繪制技術的補償性媒介而誕生。

一、計算藝術的原動力

在探討計算藝術的原動力之前,首先需要對“原動力(motive power)”這個詞進行解析,顧名思義,原動力的關鍵點就在於“原”字,則代表“本原、最初”。這也就意味著,技術的原動力指代某項技術發展而出的“最初”動力、目的、需求。再回到補償性媒介理論來說,計算藝術的原動力即指計算藝術作為新的“補償媒介”,作為對以往媒介的需求補償所被人類需求的需求,而此處的“以往媒介”則指代傳統藝術。傳統藝術大致可以分為繪畫、書法、建筑、雕塑、音樂、戲劇、文學等等,相應地也出現了計算機繪畫(如PHOTOSHOP)、計算機書法(如手寫輸入系統)、計算機建筑(如CAD制圖)、計算機雕塑(如3D打印)、計算機音樂(如編曲軟件)、計算機戲劇(如多媒體動畫)、計算機文學(如計算機語言)等廣義上的計算藝術形式,從傳播學三個傳播要素(信源—信道—信宿)三個方面,分別滿足了人們更加便捷有效地進行藝術表達、更加便捷有效地傳播藝術表達、更加便捷有效地欣賞藝術表達的需求。綜合來說,可以總結為:對比起傳統藝術,滿足人類“更加有效地表達世界”這一需求。具體到NPR技術這個例子上,自從計算機圖形學誕生后,人們開始考慮用計算機繪制圖形來自動或半自動地達到各種效果,然而早期出現的真實感圖像很多時候並不能滿足人們的視覺要求,NPR技術的起源就是人們對於更加有效地表達世界的需求,這其中又可以分為對於純粹復雜的計算表達、對於深度細節的高效表達兩個方面,將在下面兩個部分中逐一詳細闡述。

二、純粹復雜的計算表達

在闡述關於計算藝術“純粹復雜的計算表達”部分,我將選取NPR技術中利用蟻群算法的圖像分割和邊緣檢測技術作為例子進行分析。蟻群算法(Ant colony algorithm,ACA)是意大利學者Dorigo受自然界中真實蟻群集體行為的啟發,於1991年首次系統提出的一種基於螞蟻種群的新型優化算法,其基本原理來源於螞蟻在運動中在所經過的路徑上留下信息素,並感知信息素的存在及其強度,朝著強度高方向移動,最終由蟻群集體行為表現出一種信息正反饋現象,通過群體行為達到搜索最優路徑。該算法最初用於求借旅行商(TSP)問題,而后逐漸被用於其余領域,包括圖像處理技術這一計算藝術方面。基於蟻群算法的圖像邊緣檢測方式是利用路徑檢測機制,將螞蟻初始位置設置在圖像邊緣附近,信息激素強度和啟發式引導函值均定義為像素點灰度梯度值的函數,使螞蟻以較大的概率選擇圖像邊緣點作為下一步移動目標位置,通過多次循環迭代提取出圖像邊緣。是一種來源於自然,用於表達自然的仿生算法。

在ACA算法實現圖像邊緣檢測技術中,若想得到無限靠近真實邊緣的理想值,則需要蟻群的樣本容量無限大,當蟻群集體數量越大,經過的個體選擇越多,算法循環迭代的次數越多,得到的邊緣越准確。這就要求計算機能夠進行盡量多次的計算,從而實現我們的目標。對於由人作為能動主體的傳統藝術來說,這樣大量的復雜計算顯然是不可能實現的,而對於現代智能計算機來說,就能通過算法輕鬆在短時間內得到大致准確的邊緣。因此,計算藝術在進行純粹、復雜的計算表達方面,“更加有效地表達世界”。

三、深度細節的高效表達

與計算藝術能夠實現純粹復雜的計算表達相對應,在另一方面,NPR技術的發展來自於人類對於深度細節高效表達的需求,比如在實際應用的工程制圖中,建筑工程師希望要重點突出、簡潔明了的圖像﹔同樣在醫學上的微小的被隱藏的重要部分用真實感圖像不能更清晰地被表達﹔電子產品的使用說明圖、機械設備的維修指南圖也都需要簡單明了的插圖而非真實感照片。因此,NPR技術的特色就是能夠進行主動選擇性重點突出、具有特殊風格的表達。計算藝術能夠進行深度細節的高效表達,“更加有效地表現世界”。

四、延伸動力的藝術表達

計算藝術作為一種交叉學科,其來源是計算技術和傳統藝術的結合。上文中“計算藝術的原動力”部分已經利用補償性媒介理論對計算藝術和傳統藝術的區別進行了探討,而在另一方面,對於計算技術的補償方面,計算藝術更加注重藝術表達,是一種富於審美感和抒情感的表達。上文中已經對於技術和藝術的關系進行了整理,即藝術是一種具有特殊美感表達的技術,因此,在計算藝術的原動力——更加有效地表達世界的基礎上,計算藝術可以延伸出另外一方面的繼發動力(次生動力),也就是對於藝術感知的表達。現在的NPR技術已經在許多方面用於對藝術的模擬甚至創造,例如我國學者徐頌華等人提出的基於虛擬毛筆系統的2D書畫繪制交互式系統,能夠模擬毛筆在書寫、繪畫過程中自身的變形以及在這一過程中毛筆內部墨水的擴散,很好地模擬了多灰度、飛白、滲透等藝術效果,通過對“基元”的定義實現對毛筆筆尖的模擬,以及實現分裂筆頭的幾何模型構建。這項技術的實現,對於中國毛筆書法的數字化展示有很重要的價值,在對外推廣中國傳統文化方面同樣具有重要意義。這也就是計算藝術在其原動力——“更有效地表達世界”的基礎上,發展而出的對於藝術的表達的繼發動力。

不論是在原動力“更有效地表達世界”方面,還是在繼發動力“藝術化地表達世界”方面,計算藝術都有著其精彩、獨特的表現,越來越多地吸引著計算機科學家和藝術家的雙重關注。相信在未來,計算藝術能夠在二者的共同作用下,煥發出更加迷人的光芒。

參考文獻:

[1] 任偉健,陳建玲,韓冬,王鳳妤.蟻群算法綜述[C].2007中國控制與決策學術年會論文集,2007.

[2] 徐頌華,徐從富,劉智滿等.面向電子書畫創作的虛擬毛筆模型[J].中國科學,2004(12).

[3] 王相海,秦曉彬,辛玲.非真實感繪制技術研究進展[J].計算機科學,2010(9).

[4] 張景虎,邊振興.基於蟻群算法的圖像邊緣檢測研究[J].火力與指揮控制,2010(2).

[5] 郝巍東.計算機藝術的美學特點探索[J].太原師范學院學報:社會科學版,2010(2).

分享到:
(責編:張惠丹(實習)、宋心蕊)




注冊/登錄
發言請遵守新聞跟帖服務協議   

使用其他賬號登錄: 新浪微博帳號登錄 QQ帳號登錄 人人帳號登錄 百度帳號登錄 豆瓣帳號登錄 天涯帳號登錄 淘寶帳號登錄 MSN帳號登錄 同步:分享到人民微博  

社區登錄
用戶名: 立即注冊
密  碼: 找回密碼
  
  • 最新評論
  • 熱門評論
查看全部留言

24小時排行 | 新聞頻道留言熱帖