智能設計與互動藝術

邱偉誠

自古以來，藝術就是人們表現(xiàn)思想的一種重要和普遍的文化形式。傳統(tǒng)上，人們把藝術分為了8個類型：繪畫、雕塑、建筑、音樂、文學、舞蹈、戲劇和電影。隨著科技的發(fā)展，藝術家不滿足于傳統(tǒng)領域的藝術創(chuàng)作，將科技與藝術合而為一，用新的媒介進行表達，這就是從20世紀60年代興起的科技藝術。

科技藝術不僅僅是將科技作為藝術的載體，它同時也改變了藝術創(chuàng)作的模式和思維。以往藝術活動需要藝術家多年的艱苦練習，而科技藝術大幅度降低了藝術創(chuàng)作的門檻，藝術創(chuàng)作不再是藝術家的特權，而成為了每個人都可以創(chuàng)作的全民運動。藝術創(chuàng)作的空間更加多樣化，藝術的思維也更加多樣化：藝術作品不再是單純的展示，而是和觀眾進行對話；觀眾的身份也在悄然發(fā)生變化。傳統(tǒng)藝術中，觀眾是藝術觀看者，而科技藝術模糊了觀眾的身份，他可以是觀看者，也可以是參與者，甚至是藝術的創(chuàng)作者。

而互動藝術正是科技藝術的典型體現(xiàn)，通過觀眾與藝術品之間的互動，它將傳統(tǒng)藝術的單向溝通轉變?yōu)橛^眾與作者之間的對話和交流。什么是互動藝術呢？曾鈺娟博士基于控制論為互動藝術提出了5條定義。

·創(chuàng)作者以科技作為創(chuàng)作的媒材，建立一個邀請互動者參與的環(huán)境和裝置；

·互動者主動或被動參與，并具備改變作品內容結構、形式與表現(xiàn)能力的藝術，作品有偶發(fā)、回饋、累加和自我衍化的能力；

·互動者主動或被動參與，所改變的作品內容，可能為一對一的反饋回應，也可能是無預期結果的反應；

·包含身體肢體動作的高涉入?yún)⑴c，以及心理、感情、信息引發(fā)的非肢體直接觸碰的低涉入?yún)⑴c；

·參與者在互動中，與作品心智交流并產生心領神會之感受，此感受并非僅是影像再現(xiàn)的刺激，而是在于互動過程的涉入感。

通過上面的定義，我們對互動藝術有了一個初步的認識。互動藝術裝置是一種智能設計，它離不開3個互動裝置功能輸入、控制和輸出。傳感器能夠感測人的活動，成為了很多互動藝術裝置的輸入設備；輸出設備的選擇有聲、光、運動等；控制設備的選擇有很多，其中一種典型的設備就是Arduino了。Arduino操作靈活，具有能兼容多種傳感器和控制器、可采用免焊接形式等優(yōu)點，為眾多藝術家所青睞。而對于普通人來說，Arduino也讓制作互動藝術更加平民化。

接下來，我們以輸入設備為維度，用豐富的案例認識智能設計在交互藝術中的應用。

壓電陶瓷傳感器

壓電陶瓷傳感器是一種在交互藝術中常用的傳感器，當觀眾觸摸展品時，展品就像突然有了生命一般與觀眾進行互動。

壓電陶瓷傳感器是一種可以將機械能與電能互相轉換的傳感器。它由具有壓電效應的功能陶瓷材料制成。一旦受到擠壓、敲擊等外力作用，壓電陶瓷片會產生形變，形變會引起陶瓷內部的正負電荷中心位移，電荷重新分布，使得陶瓷表面帶電。電荷的重新分布產生電信號，傳輸?shù)紸rduino主控板，主控板根據(jù)程序讓互動裝置作出響應。這樣觀眾就能獲得一次與有生命展品的交互體驗了。

瑞典藝術家Trieuvy Luu的交互藝術作品“The Piezo”就是一個用壓電陶瓷傳感器制作的交互藝術案例。這個作品思考了我們生活空間和音樂的關系，戴上它，我們觸摸的一切東西都變成了動人的音樂。

“The Piezo”的外觀看上去就像連著幾根電線和控制板的普通手套，藝術家將壓電陶瓷傳感器藏在食指的下方，并將手機的揚聲器作為輸出設備。藝術家還在手套上安裝了彎曲傳感器和滑動傳感器，用于調聲。當藝術家戴著手套觸摸草地、布料、木頭、金屬等物品時，壓電傳感器發(fā)生不同程度的形變，輸出不同的電信號。控制器將電信號轉換成美妙的音樂，由手機揚聲器播出。

壓電陶瓷傳感器的另外一種用法就是制成壓電陶瓷發(fā)聲元件，將輸入設備與輸出設備合二為一。將多個壓電陶瓷緊密排列并通電，就能發(fā)出各種聲音。它的結構簡單、體積輕巧，在生活中應用廣泛，麥克風、發(fā)聲小玩具、發(fā)音電子表、電子儀器等，都有壓電陶瓷發(fā)聲元件。

著名互動藝術家王福瑞的作品“移動的聲林”，就是利用壓電陶瓷發(fā)聲元件制作的一個互動藝術裝置。這個裝置由1000根細線組成一片巨大的森林，在細線的森林中，點綴著如滿天繁星般的LED燈。壓電陶瓷發(fā)聲元件就藏在繩子上，走進展品，穿梭在森林之中，碰觸到的壓電陶瓷發(fā)聲元件發(fā)出各種響聲，同時，身旁的LED燈也隨之閃爍，一場美妙的聲光電盛宴就在你身邊上演。藝術家將自己的體驗和思考融入作品中，通過互動裝置模糊了展品和觀眾之間的距離，營造出一種共感的情景。

觸摸傳感器

另一種接觸式傳感器是觸摸傳感器，它也常被用于交互藝術的創(chuàng)作中。現(xiàn)代生活中觸摸傳感器可以說非常常見，手機、電腦等幾乎所有觸屏設備都用到了觸摸式傳感器。觸摸傳感器分為2種：電阻式和電容式。目前電阻式傳感器比較少見，我們最常接觸到的是電容式觸摸傳感器。電容式觸摸傳感器一旦受到人體接觸，傳感器的電容發(fā)生變化，當這種改變超過一定閾值時，傳感器就將其識別為一次觸摸，并輸出相應的電壓信號給控制器。控制器接收到信號之后，根據(jù)程序做出相應動作。藝術家用觸摸傳感器制作出各種美麗交互藝術裝置。

Snaxn Macs是一個擅長用Arduino進行交互藝術創(chuàng)作的團隊，他們的代表作品“Crystalline Highlands”是一個基于觸摸傳感器設計的交互藝術案例。這個作品由一個擺滿了各種毛絨材料的石膏造景桌面和投影屏幕、揚聲器組成，當觀眾撫摸造景桌面的毛絨球時，屏幕就會投影出繽紛多彩的圖案，周圍的揚聲器也會發(fā)出幽長的聲音，通過不同媒介與觸摸傳感器的結合，使觀眾宛如置身于未知星球中。

接觸式傳感器拉近了觀眾和交互藝術裝置之間的距離，觸碰之間，觀眾渾然成為展品的一部分。與之相對的，使用非接觸式傳感器的交互藝術作品，展現(xiàn)出的是另一種觀眾與藝術之間的關系。接下來讓我們認識藝術家是怎樣用紅外傳感器、超聲波傳感器、環(huán)境光線傳感器、聲音傳感器制作互動藝術裝置，展現(xiàn)自己的思考的。

紅外傳感器

紅外傳感器是一種生活中非常常見的傳感器，如全自動感應沖便器、紅外報警器、自動門、全自動感應水龍頭等設施上都能找到紅外傳感器。與其他傳感器不同，紅外傳感器能夠很好地識別人體所發(fā)出的電磁輻射，受到其他物體的干擾較小。所以，在交互藝術中運用紅外傳感器，能夠讓裝置更好地分辨是否在與人進行互動。

美國著名設計公司Patten Studio制作的交互藝術裝置“Lift”，就是一個用紅外傳感器實現(xiàn)交互的例子。Lift看上去就像一根飄在空中的含羞草，在彎曲的主軸上安裝著24個白色的塑料葉瓣，葉瓣的背面暗藏著紅外傳感器；可變形的金屬導線連接著主軸和葉片，控制著每一對葉瓣的高度。把Lift單獨或成組地懸掛在半空，葉瓣輕輕擺動，仿佛微風吹過一般。當觀眾從Lift下方走過的時候，紅外傳感器感測到人體，主軸便會自動加熱，連接著葉瓣的金屬導線受熱收縮，將葉瓣輕輕拉起；觀眾遠離裝置之后，金屬導線自然冷卻，葉瓣也就慢慢降下來。通過這個制作，藝術家完成了一次自然生命與科技制造的生命之間的對話，引發(fā)觀眾的思考。

超聲波傳感器

超聲波傳感器是一種能夠反應物體與障礙物之間距離的傳感器。它由聲波發(fā)射器和接收器組成，聲波發(fā)射器以疏密形式發(fā)送超聲波，一旦超聲波遇到障礙物就會反射回來，被接收器所接收。通過計算聲波發(fā)射和接收的時間，超聲波傳感器能夠很好地測量物體之間的距離。藝術家能用它表達對“距離”這個主題的思考。

捷克藝術家Juraj Kotian設計的作品“Reflection of the Age”就是用超聲波傳感器表達人與財富之間關系的互動藝術裝置。裝置由Arduino Mega板驅動，它的正面是一排排整齊的白球，白球的背后安裝了舵機，可以控制球的運動。裝置正中央安裝了2個超聲波傳感器，感測觀眾與作品的距離。當觀眾雙手靠近互動藝術裝置時，舵機控制白球向觀眾靠攏，仿佛就要與觀眾進行接觸。當觀眾馬上就要觸碰到白球時，它突然就收回去了，任觀眾再怎么揮舞也不再有反應。

這個作品的副標題是“貪婪：人類對財富的過度索求”，暗示了人與財富之間的關系，一旦超越了一定的界限，你所獲得的財富將離你遠去。

環(huán)境光線傳感器

環(huán)境光線傳感器是一種能感測環(huán)境光照強度變化的傳感器，在智能手機、智能家居等領域皆有廣泛應用。環(huán)境光線傳感器的核心元件為光敏電阻，它的阻值大小隨著光線變化而變化，亮度增加時，阻值降低；亮度降低時，阻值增大。傳感器通過對光敏電阻阻值的測量，即可判斷出周圍環(huán)境光的強弱，并輸出模擬信號。

“Constellaction”是波蘭設計團隊panGenerator為哥白尼科學中心設計的一款互動藝術裝置。它由若干個半透明的三棱錐形塑料組成，每個三棱錐都內置了環(huán)境光線傳感器、LED燈和控制器，一旦感測到環(huán)境光的強度超過了閾值，LED燈便會快速發(fā)光。黑夜降臨時，藝術家將400個三棱錐按一定的形狀排列在一起，用手電筒“點亮”1個三棱錐，周圍的三棱錐感測到了環(huán)境亮度的變化，就會一個接一個地亮起來。鏈式效應形成了光線的多米諾骨牌效果，400個三棱錐匯成了星光燦爛的海洋。

這個在哥白尼科學中心的互動藝術裝置不僅是藝術的展現(xiàn)，更是科學的表達。藝術家從鳥類行為得到啟發(fā)，將種群生活的個體抽象為一個個三棱錐，一旦某個個體受到來自外界的刺激，它能夠用一個簡單的模式將信號迅速傳遍整個群體，從而展現(xiàn)出一種集群行為。

聲音傳感器

聲音傳感器是一種常見的傳感器。它內置了駐極體薄膜，通過測量駐極體的電容變化檢測聲音的大小。當外界的聲音傳入傳感器話筒時，聲波的振動會引起駐極體薄膜振動，導致電容發(fā)生變化。電容變化量經(jīng)過放大后以模擬信號的形式向外輸出。生活中常見的聲控燈、麥克風等電器都內置了聲音傳感器，而藝術家把聲音變成了動力之源。

2010年上海世博會德國“動力之源”展廳懸掛著1個直徑3米、重1.2噸的巨型金屬球，金屬球的表面布滿了40萬個LED燈，并用聲音傳感器作為巨型金屬球的動力控制，這便是由德國設計公司Milla&Partner;設計、斯圖加特大學研發(fā)的巨型互動藝術裝置“和諧都市之球”（The Sphere of Balancity）。在展覽中，兩位主持人鼓勵觀眾熱情歡呼，金屬球就像鐘擺一樣開始搖擺，觀眾的歡呼聲越高，金屬球的搖擺幅度就越大，LED顯示的效果就越精彩。當主持人讓全場停止歡呼時，巨大的金屬球變成了地球的模樣，一顆種子在地球上生根發(fā)芽，仿佛在告訴人們人與自然的和諧相處便是動力之源。

設計師將城市、能源、環(huán)境、工業(yè)等一系列思考都融入到互動藝術裝置中，世博會的游客對德國館的“動力之源”展廳留下了極其深刻的印象，并給予了高度評價。后來，“和諧都市之球”更是獲得了4個頂級國際設計大獎。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)介紹了7個用智能設計制作互動藝術的案例：不同的傳感器、不同的輸出裝置和不同的控制邏輯，可以產生無數(shù)種組合方式。盡管上面有些例子結構復雜，我們可能無法做到，但藝術設計不是炫技，而是思想的表達。只要有思想，我們同樣可以用Arduino和其他配套的軟硬件表達我們的看法。