新媒體藝術之互動影像裝置藝術設計

羅穎

郭超2

1.武漢理工大學，武漢430070

2.深圳簡美互動廣告有限公司，廣東深圳518101

新媒體藝術之互動影像裝置藝術設計

羅穎1

郭超2

1.武漢理工大學，武漢430070

2.深圳簡美互動廣告有限公司，廣東深圳518101

作為新媒體互動裝置藝術的一個重要組成部分，互動影像裝置被大眾廣泛熟悉和應用，在國內互動裝置藝術還處于發展中階段，無論是在科學技術、硬件支持上，還是在藝術層面上都不成熟。面對這樣的發展現狀，提出了基于光立方改造的新型互動裝置的方案，遵循裝置藝術的原則，對方案進行實施。總體設計分為主控、顯示和捕捉這3個模塊，顯示是由512個發光二極管焊接而成，51系列單片機作為整個主控中心，捕捉模塊是由人體紅外傳感器和手勢傳感器組合構成；采用C語言編寫程序，把傳感器捕捉到的數字信號經過信息處理，通過單片機來控制整個發光二極管的發光，經過各種延時設計，最終讓整個立方顯示在控制下呈現出不同的3D圖形，給觀眾帶來互動感的同時，展現出別樣的視覺效果。

新媒體藝術；互動影像裝置；發光二極管

一、引言

如今的社會，科技帶動經濟文化正在高速發展。在這種大時代的背景下，藝術作為上層建筑當然也得到了空前的發展。早在20世紀60年代，美國藝術家羅伯特·勞申伯格（Robert Rauschenberg）和設計大師喬治·開普斯（George Capps），就成立了專門的機構研究數碼技術對未來藝術發展的潛在影響。

與此同時，伴隨著計算機技術的迅速成熟，為新媒體裝置藝術提供了便利的技術條件，新媒體裝置藝術的發展將迎來更加廣闊的空間。如今的新媒體互動裝置藝術，已經和動畫、互動戲劇、虛擬空間、全息投影等多種新媒體技術一樣，在新媒體藝術中占有一席之地，并逐漸成為一種主流的新興藝術表現形式[1]。

進入21世紀，基于社會的發展，人的思想的不斷進步，以人為本，人性化的理念被提出。在這種情況下，新媒體互動裝置藝術應運而生。作為一種新的藝術表達形式，它實現了人機互動，人們能夠參與到其中，并且以一種新的互動方式，近距離地接觸到藝術甚至樂在其中[2]。

當然，這種新的藝術形式，離不開高度信息化的當代信息技術的強大支持。正是這種信息技術讓科技與藝術完美地相結合，開創了一種嶄新的藝術表現形式[3]。

互動影像裝置藝術作為裝置藝術的主要組成部分之一，我們相信伴隨著科技快速的發展，它會為人們在各個領域提供更好的藝術享受。

二、互動影像裝置藝術簡述

1.互動影像裝置的基本概念

主要是能夠與人互動。也就是說，互動影像裝置藝術是一種以計算機采集、編輯、處理信息為基礎，配合軟硬件設備的支撐，通過特定的展示平臺，來實現與人互相的信息交流的藝術表現形式。

簡單來講，互動影像裝置就是通過各種信息采集裝置如傳感器、行為捕捉裝置等，把特定空間內的信息整合起來，發送到控制設備如計算機、單片機中去，運用編寫好的程序進行信息處理，以指令的形式發送到顯示終端如顯示器中去，使之呈現出指定的圖形或圖像的藝術效果。

2.互動影像裝置的創作思維

互動性的影像裝置，能夠觸發人與人之間的情感交流，拉近人與藝術之間的距離。由于藝術效果要完整呈現出來是需要設計師和工程師緊密配合的，所以最終參觀者變成了參與者。這種由參與到主導的權利轉換，讓參與者樂在其中，并且在整個體驗過程中參與者可以去尋求其中的藝術價值和意義。創作者賦予媒介材料藝術語言，以其為載體向觀賞者傳達出想要表達的思想[4]。

3.國內外研究現狀

20世紀80年代，計算機圖形藝術（Computer Graphic，簡稱CG藝術）從傳統藝術中逐漸分離，并且以一種新的藝術形式被大眾所熟悉接受。同時，電子信息技術的發展使之開始以不同的形式走進藝術，如數碼照片、影像藝術，等等[3]。新媒體最開始出現在計算機領域，以一種信息化的形式呈現給人們，這些都為互動裝置藝術的發展奠定了基礎。

互動裝置是在國外大眾中非常流行的一種藝術語言，在歐美這種科技高度發達的地區，人們對藝術非常重視，加之有一定的科技支撐，互動裝置藝術很早就流行于各大高校。更由于這種新的藝術形式的趣味性、互動性都很強，因此便廣泛在大眾中傳播開來[2]。

但是，國內這種藝術形式仍然處于起步階段，我國的新媒體藝術在20世紀80年代興起。20世紀90年代初，隨著信息化時代的到來，計算機技術得到了發展并深入到大眾中去，人們開始對新媒體裝置藝術有了一定的了解并開始了研究。不過在目前，國內大部分對新媒體藝術的研究以及相關創作作品，仍然還停留在模仿階段，藝術創新嚴重不足。

近幾年，隨著國內部分高校逐漸開設了相關專業課程，一些城市也舉辦了大型新媒體藝術展覽，如北京舉辦了首屆國際新媒體藝術展暨論壇，成為近年來國內影響最大的一次新媒體藝術盛宴，推動了新媒體藝術在國內的發展壯大。

4.研究的目的和意義

雖然新媒體互動裝置藝術作為一種新的藝術形式廣泛被人們所接受，但是它的發展道路一直都是困難重重，可謂艱難險阻。從國內外的新媒體藝術發展形式來看，互動裝置藝術形態的不完整性，以及對高科技技術強烈的依賴性讓人擔憂。

互動影像裝置藝術這種新的藝術形式的發展，對綜合環境因素的要求極高，任何單方面的落后，都將成為阻礙其發展的瓶頸。如由于國內當代藝術發展滯后，加上對科技又過分依賴，導致相關作品缺失內涵、硬件造價昂貴而造成紙上空談等現象。

因此，如何讓技術和藝術完美結合，各方面因素并駕齊驅，已經成為新媒體互動裝置藝術發展的主要問題。

作為一個新媒體裝置藝術的探索者，面對當下的形勢，急需對這種新興的藝術表現形式的未來發展冷靜地進行全面思考，并且希望這種藝術能夠健康持續地發展下去，更好地服務于人類[4]。

三、基于光立方的新型互動裝置設計

1.創新靈感

作品創作靈感，主要來自于中國裸眼3D成果展作品光立方（見圖1）。本作品主體是由512個發光二極管搭建的立體框架構成，通過一個人體紅外線傳感器和一個手勢接近傳感器捕捉信號發送到主控芯片，由單片機程序處理信號發出指令到立方體中去，來實現立方體3D圖案顯示與人的手勢互動的藝術效果，立體感十足。

圖1 中國裸眼3D光立方作品完整效果圖①

2.方案總體設計

（1）系統構成。本作品設計方案包含3個核心模塊：主控模塊、顯示模塊和捕捉模塊。

主控模塊。主要由單片機芯片為控制中心，與其他外圍電路組合形成整個控制系統。

顯示模塊。用512個發光二極管（紅藍色各一半），焊接成兩個正方形屏幕，通過主控模塊控制每個發光二極管的亮與滅，來達成動畫效果。

捕捉模塊。用人體紅外線傳感器來控制整個作品的開關，同時用手勢接近傳感器來捕捉人的手勢控制顯示的動畫效果。

系統構架框圖如下（見圖2）。

圖2 系統構架框圖設計圖稿②

（2）系統功能設定。捕捉模塊通過人體紅外線傳感器捕捉到人是否出現在感應范圍內——設定感應距離為2～3m，來控制整個顯示系統的開關；通過手勢接近傳感器捕捉人的手勢——設定感應距離為10～30cm，以及上、下、左、右及靠近這5種手勢控制發光二極管的亮與滅，來實現這5種手勢指示所顯示的不同的效果。

控制模塊接收捕捉模塊捕捉到的信號，進行信號處理，通過單片機芯片程序來控制顯示，模塊指定發光二極管的亮與滅。

顯示模塊受到控制模塊的程序控制，通過發光二極管的亮與滅，來呈現整個動態效果。

（3）工作原理。傳感器接收數字信號發送到主控模塊的單片機，經過信號處理，單片機程序發送指令到顯示模塊，達到顯示效果。

（4）其他。整個設計裝置，用五面的亞克力透明板罩子作為裝飾，其中三面鋪上等尺寸的鏡子來增加視覺效果，兩個傳感器固定在裝置的下方，來更好地捕捉動作信息。

四、硬件和軟件

1.硬件方案選型和論證

（1）單片機主控模塊。兩個方案如下：

方案一：采用51系列型號AT89C51 單片機芯片為主控模塊。但是由于該芯片內存只有8K，而光立方整體需要輸出的動態效果有5種，程序量大，因此為了可能避免溢出的情況否定該方案。

方案二：采用51系列型號STC12C5A60S2單片機芯片作為主控模塊。該芯片內存60 K，完全可以滿足所需。另外，該芯片相比方案一，有抗干擾性強、速度快的優點，可以減少環境對整體效果的影響，所以采用本方案。

（2）顯示模塊發光二極管。兩個方案如下：

方案一：采用普通的發光二極管。但是由于這種發光二極管光發散比較嚴重，亮度高，比較刺眼，并且每個發光二極管容易互相影響，整個顯示模塊需要的發光二極管數量較多，可能會影響到視覺效果，因此否定該方案。

方案二：采用霧狀發光二極管。使用這種發光二極管的優點在于比較聚光，適合大量聚集在一起的發光效果[2]。霧狀發光二極管（見圖3）造價高，壽命長，不易燒毀，可以避免出現局部發光二極管不亮而影響整個電路的情況，所以采用本方案。

圖3 霧狀發光二極管①

（3）紅外線傳感器捕捉模塊。兩個方案如下：

方案一：采用紅外線測距離傳感器。此類傳感器感應距離短，通常1m左右，原理是通過紅外線感應障礙物，對環境要求苛刻。由于作品的展覽環境一般是雜亂的，因此不適合采用。

方案二：采用人體紅外線傳感器。此類傳感器感應范圍廣，呈120°錐角范圍感應，熱感應功能只適用于人體，適合捕捉模塊，所以選用本方案。其人體紅外線感應模塊CD-208如下（見圖4）。

圖4 人體紅外線感應模塊CD-208①

（4）手勢接近傳感器。兩個方案如下：

方案一：采用型號APDS-9930手勢接近傳感器。但是，該型號手勢接近傳感器可以感應的距離短，且感應手勢單一，因此否定該方案。

方案二：采用型號APDS-9960手勢接近傳感器（見圖5）。型號APDS-9960手勢接近傳感器是型號A PDS-9930手勢接近傳感器的升級版，可以檢測5種不同的手勢，同樣和人體紅外線傳感器一樣，輸出的是數字信號，在電路設計上可以減少不少阻力，所以采用本方案。

圖 5 APDS-9960手勢接近傳感器①

2.硬件電路設計

（1）顯示模塊。每個發光二極管的工作電壓是3～5 V，一層發光二極管方格，是由256個發光二極管并聯組成，額定電壓就需要加以控制。因此，電源的接入，就需要一個變壓器來轉換普通家用電220 V。

整個顯示模塊，是焊接建立在印制電路板（PCB線路板）上的。因此，印制電路板（PCB線路板）上的電路設計，要和發光二極管相結合。

（2）主控系統。單片機正常工作才能發揮其重要的功能，整個控制系統的電路尤為重要，單片機選擇型號STC12C5A60S2和顯示模塊電路完美兼容[5]。

（3）感應模塊。感應模塊焊接在主控模塊上，主要起到傳輸數字信號的作用。

3.控制系統設計與分析

本次設計的光立方主控系統，以單片機芯片為中心，采用C語言進行程序編寫，通過方案設計分析得出編寫程序想實現的指令功能，主要呈現6種指令。

（1）人體感應開關。當人出現在人體紅外線傳感器感應范圍內的時候，觸發整個顯示模塊的開關，即藍紅兩色發光二極管全亮。隨后的0.5秒，觸發第一個動態效果開關，發光二極管開始從方格中心向方格四周發散，整個過程持續1.5秒。如果此期間內沒有觸發手勢接近傳感器，那么此動態效果將無限循環，直到人離開人體紅外線傳感器感應的范圍為止。

（2） 5種手勢感應效果。上、下、左、右、接近這5種手勢感應，呈現出5種不同的動態效果。其中，向上手勢觸發發光二極管方格，發光二極管從最上一排依次亮起直至最下一排；向左、向右、向下的手勢與此類似；接近手勢觸發發光二極管方格，發光二極管從四周向中心依次亮起。

五、焊接與調試

1.焊接

本作品的主體，是由兩層16×16個發光二極管的方格組成，每層方格的排列順序完全一致，每個發光二極管的正負極順序要保持一致，每個發光二極管的焊接都要完美無誤。如果其中一個發光二極管的正負極出現錯誤，那么就會影響到整個電路的連接。因此，關于發光二極管的焊接工作，是整個硬件組裝過程中最重要、工作量最大的一部分。

接下來，介紹一下搭建方格的方法。為了讓整體呈現出立體感，焊接過程中去除了支架，全部采用發光二極管自身的針腳焊接在一起。整個方格的焊接思路是由點到線，再由線到面。在焊接之前，準備好必要的工具，如電烙鐵、焊錫、老虎鉗、木板等。當然，還有最重要的是512個發光二極管。

需要特別注意的是在焊接之前，一定要對每個發光二極管進行檢測，確保其完好可以正常發光后，再開始焊接。

首先，將每個發光二極管的正極引腳（長引腳）垂直折彎，負極引腳（短引腳）水平折彎。然后將負極引腳（短引腳）連接擺在一條直線上，開始串聯焊接負極引腳（短引腳），正極引腳（長引腳）可以先不用管。這樣，就焊接好了16個發光二極管組成的直線。

以此類推，焊接16條這樣的直線后，將其并排放在木板上開始焊接，正極引腳（長引腳）直線與直線之間，也是用正極引腳搭在一起焊接，這樣就完成了整個方格面板的焊接。方格面板焊接后，發光二極管的發光顯示如下（見圖6）。

圖6 方格面板焊接后發光二極管的發光顯示圖①

焊接好發光二極管之后，就要焊接印制電路板（PCB線路板）了。由于技術難度要求的精確性，印制電路板（PCB線路板）可以根據整機電路的設計要求，交給專業的廠家去印制底圖圖樣和加工。

最后，把焊接好的發光二極管方格、印制電路板（PCB線路板）、主控單片機端口和傳感器端口焊接到一起，同樣要求精細到位，因此要格外小心焊接，避免由于焊接問題導致整個電路出現問題。完成這一步，就基本完成了整個焊接過程。

2.調試

（1）硬件調試。接通電源，每焊接一條都要進行硬件檢測，確保發光二極管和電路不會出現問題。本設計方案在實施調試過程中，出現了兩個問題。

一是在整個方格焊接完成后接通電源，發現整體發光二極管的燈光亮度偏暗，沒有達到預期效果。我們經過查閱資料得知，電路可能存在短路或電壓不夠的情況。經仔細檢查，我們發現是由于其中某個發光二極管出現了損壞，因此換下這個壞的，焊接了一個新的發光二極管，問題解決。

二是在焊接過程中，部分發光二極管由于電烙鐵在焊接時容易產生靜電而燒毀。咨詢了專業人士后，將電烙鐵頭和接電線連接在一起來釋放靜電，問題也完美解決了。

（2）單片機程序測試。程序是主要來控制效果的，因此也很重要。雖然也遇到了各種各樣的問題，但是在強大的工程師的不斷調試下，也完美解決了問題。

六、結論

本文從新媒體藝術的發展角度出發，針對互動影像裝置藝術，對新媒體互動影像裝置藝術做了較深入的研究，結論如下。

其一，通過對國內外優秀互動影像裝置作品進行整合分析，學習優秀作品經驗，本次設計提出的設計方案、創作理念，從方案確定到實現最終效果，基本完成了預期目標，本次設計獲得成功。

其二，本次設計與研究證明，科技和藝術的結合無疑是完美的，此新媒體藝術需要較多的藝術專業以外的理論知識，通過計算機硬件和軟件的配合，最終完美地呈現了一個與人互動的影像裝置。本文的創作實踐也證明，科技和藝術的結合，完全可以讓新媒體藝術有足夠的魅力，來吸引新媒體藝術家為之奮斗。

其三，科技的強大魅力，更加堅定了我們對新媒體裝置藝術的熱愛。我們每一次的焊接，每一次的調試的過程，都是不斷學習進步的一個過程。整個過程雖然枯燥，但是可以鍛煉我們發現問題、解決問題的能力，同時整個設計的過程，也讓我們的專業知識在溫故中而得以創新。

其四，互動影像裝置藝術的發展，目前還正處于一個起步階段。在設計的整個過程中，我們只要遵循正確的原則，努力解決這種新興藝術表現形式所面臨的種種問題，就能保持其健康的發展態勢。

其五，作為新興藝術形式，互動影像裝置藝術被人們所熟悉和運用，尚還需要一段時間。但是，我們相信，隨著信息技術越來越強大，這種新興藝術形式最終會完美地融入到人類的日常生活之中去。

注釋

①圖1、圖3、圖4、圖5、圖6來源：作者自攝.

②圖2來源：作者自制.

[1] 鄧博.新媒體互動裝置的研究[D].無錫：江南大學，2008：1.

[2] 薛明岐.100點LED光柱驅動集成電路CS0100的應用技術[J].儀表技術與傳感器，2000（1）：46-47.

[3] 方興，鄭楊碩.新媒體藝術的現狀與未來探析[J].武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2006（3）：166-168.

[4] 寧翔.論新媒體廣告的現狀與未來[J].電影評介，2009（17）：75.

[5] 張瑞玲，楊麗.單片機原理與應用[M].西安：西北工業大學出版社，2009：26.

（責任編輯 孫玉萍）

Interactive Imaging Device Art of New Media Art

LUO Ying

GUO Chao

（Wuhan University of Technology，430070 Wuhan）

（Shenzhen Jane Mei Interactive Advertising Co.，Ltd.，518101 Shenzhen Guangdong）

As an important part of the new media interactive installation art, interactive video installation has been widely known and used. In China, the interactive installation art is still in the development stage, whether in science and technology, hardware support or on the level of art, it is not mature. Under current development situation, this paper proposes a scheme based on optical cubic transformation model of interactive installations and implements the scheme under the principles of installation art. The overall design is divided into three modules of master control, display and capture. Display is welded by 512 light-emitting diodes; the main control center is composed of 51 Series MC, and the capture module is formed by the combination of human body infrared Sensor and a gesture sensor. Using C language programming, the sensor’s captured digital signal will be information processed; through the MCU the entire Light emitting diode will be controlled, after various time delay design, different 3D graphics will f nally be showed in the cubic display. When bringing interactive feelings to the audience, it also shows diversif ed visual effect.

new media art；interactive imaging device；light emitting diode

J529

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2016.06.010（0055-06）

2016-09-23

羅穎，武漢理工大學藝術與設計學院講師；郭超，深圳簡美互動廣告有限公司產品設計部交互設計師。