當代數字化科技背景下環境設計的藝術與科技共生性

董治年

深圳技術大學，深圳 518118

20 世紀50 年代末，隨著計算機的出現和逐步普及，人類社會已經步入數字化時代。歐美發達國家主導的時代進步是以人們常用的、最具代表性的生產工具的變革來代表一個歷史時期的變革更替，例如石器時代、鐵器時代、蒸汽時代、電氣時代、數字時代等。因此，在近100 年里發生的人類第三次產業革命一直延續到現在，新科技革命以電子信息業的突破與迅猛發展為標志，呈現出從電氣時代走向了信息時代的態勢。因為電子信息的所有機器語言是建立在以數字為代表的龐大語言邏輯體系上的，即人們面對的一切是建立在數字化基礎上的，數字全球化也就成了信息時代的代名詞。

一、數字時代的到來對環境空間概念的拓展

新技術正在從根本上改變人們的日常生活，其中，20 世紀末數字化技術的發展和成就引發了電子技術和數字化媒體的興起與普及，如賽博空間借助超媒體、虛擬現實、人機交互、多維感知等多種方式得以展現。當下的設計也面臨著人類對傳統“環境空間”概念的重新定義與突破[1]。麻省理工學院媒體實驗室主任尼葛洛龐帝在《數字化生存》一書中提出了“比特”作為“信息的DNA”，正在迅速取代原子而成為人類生活中的基本交換物，比特正滲透進到人們生活的方方面面，給人類生活方式的變革帶來的巨大影響，數字時代影響下人們的交往方式變得日益“比特化”。麻省理工學院建筑與規劃學院院長威廉·J·米切爾和尼葛洛龐帝一樣具有建筑學的背景，他在《伊托邦：數字時代的城市生活》《我++：電子自我和互聯城市》《比特之城：空間、場所和信息高速公路》數字空間“三部曲”中進一步暢想了未來城市發展及在數字時代、信息時代、賽博空間時代到來后，與設計息息相關的城市、建筑、環境空間呈現的全新面貌，旨在說明隨著比特運用的不斷普及，被信息高速公路所連接的未來實質空間、位置、建筑及城市生活方式體現出的特征明顯的數字化空間趨勢。賽博空間（Cyberspace）的誕生，體現了數字時代到來后人類生存空間的演進與科學技術的進步，人類依靠自身智慧及創造力應對解決生存問題的一種解決方式。信息時代背景下“環境設計空間”觀念—賽博空間作為人類開辟的第五維空間已經完全突破了傳統實體空間的概念界限，在設計實踐與教育領域大大豐富了環境藝術設計中舊有知識體系對三維空間理解的僵化、靜止、機械等特征，形成了“實體空間和賽博空間、物理空間和信息空間、物質實體與信息表征、現實存在與虛擬建構之間交互聯系、共同存在的狀態”[2]，從而使當代環境藝術設計的存在形態更為豐富、對社會的價值觀與可持續的人類發展責任理解得更為深刻，也使之不再成為一種以對美學趣味的單純模仿為目的的低層次學科環節,進而從一個講究良好形式和功能的傳統設計文化轉向一個非物質時代的多元文化再現的文化[3]。

二、數字影像對環境設計實踐的影響

視覺媒體是人類用來溝通與傳遞信息的形式之一。當代媒介傳播學家麥克盧漢在20 世紀60 年代出版了《理解媒介》一書，書中以全新的視角闡述了媒介即是訊息的概念，他認為任何媒介都是人體的延伸，媒介決定文化特質與傳播——感知模式。從媒介哲學的意義上說，文化傳媒的嬗變就是一部人類的精神發展史和文化藝術發展史。從歷史發展的規律中可以看到：一部人類文明史也必然是一部媒介的發展創造史。從文化發展角度來說，它必然是一定媒介系統作用下的文化，一種媒介的創制與推廣，往往孕育了一種新的文化或文明。尤其隨著科學技術中數字化與信息化的日新月異，信息領域由模擬信息向數字化信息過渡，使得“人類世界將會成為地球村”的這一觀點，影響著人們對新科技媒介引發下的生活方式的變革[4]。

芝加哥千禧公園中運用數字影像的皇冠噴泉環境設計是將當代建筑景觀作為媒介特征的最好例證，見圖1。在人造環境的歷史中，如何對受眾需要的強烈視覺沖擊力的形象本身進行表達，當代城市中LED電子燈光、液晶顯示器、霓虹燈、廣告燈箱等早就以夸張的媒介形式，大大超過了環境場所中對實體要素的空間需求。在這個意義上，數字技術的批量化、虛擬化、信息化特點就很好地滿足了作為信息媒介的虛擬性和模型化意義上的審美化傾向。由于數字媒體技術的不斷進步，結合數字影像技術的環境視覺傳達也使得環境藝術設計創作擁有了越來越大的實踐場所和想象空間，許多設計構思甚至是在以往工業社會中設計的領域所無法企及的。通過巧妙地組合各種媒體組件，傳媒要素的應用可以成為創造新的空間形式的一個手段，使其成為與建筑、環境、室內空間相輔相成、相得益彰的數字媒體信息傳播媒介，同時為環境設計提供了更多形式與意義上的設計可能性。例如，在法國著名建筑師讓·努維爾設計的德國科隆的媒體園綜合大樓，把建筑的附著信息作為表達建筑形象的一個重要元素，使得建筑形式別具特色，通過附著信息使其各自明確標識。在其設計的另一作品西班牙巴塞羅那阿格巴大廈中透過透明或經印刷處理的玻璃引入外部光線，并將內部強烈的彩色信息送出，這功能就如同電腦或視聽熒光屏一樣，除了標示性的功能之外，還有像巨大的液晶顯示屏一樣的數字影像作為表皮顯現的媒介意象，并將其詩意化的功能表現得淋漓盡致，見圖2。隨著數字時代信息技術的發展，類似全息影像技術、新媒體影像技術等全新的表現手段開始在建筑的表皮外立面等方面中逐漸應用，這使得建筑形式因此有了更多的空間、色彩、感知表現可能性。這種反映媒體時代特征，而對建筑表皮媒體化的極力倡導，主要體現在積極探索運用新的信息技術把建筑表皮轉化成一種信息的屏幕作用的裝飾性的外表包裝。

圖1 芝加哥千禧公園的皇冠噴泉環境設計

圖2 西班牙巴塞羅那阿格巴大廈

圖3 法國巴黎香榭麗舍大道上的智能數字站

設計師通過信息化編程、數字控制、環境交互信息技術把建筑的信息媒介傳達功能充分地表達出來，使建筑脫離了原有鋼筋混凝土、鋼結構玻璃、飾面板材等限制，而體現出全新的構成當代環境空間設計的創新創意功能。電子影像的傳播機制不僅網絡化了整個都市的架構及連通系統，位于法國巴黎香榭麗舍大道上的智能數字站（見圖3）則體現了城市物質環境設計與數字媒介環境設計的有機融合[5]。這款城市公共家具是一個將科技直接植入城市生活的先行者，這個智能數字站在與生態環境融為一體的外觀下，在功能上結合智慧城市的發展理念，為游客和居民配置了一個包含城市服務信息和指南的大觸摸屏，能讓使用的每一個人都受益。這個數字站的造型像由樹樁托起的綠色花園可以遮擋陽光，為人們提供座椅，并提供高速的Wi-Fi接入；同時在為人考慮的人性化座椅也配有插座和休息小臺面，方便等候及休憩的人在此存放物品與筆記本電腦[6]。

圖4 《清明上河圖》靜態與動態虛擬環境展示的對照

三、交互設計對環境設計實踐的影響

交互性設計在環境設計中的參與主要體現在人與構成室內外環境空間的人工物之間雙向能夠達到實時信息交流的作用。這也是當代計算機技術下通過程序運行與高速度網絡環境下共同產生的，基于可計算信息的沉浸式交互環境實施成果。具體地說，當代環境藝術設計中表現出的交互性參與，可以理解為以計算機技術模擬出來的視覺、聽覺、觸覺等多感知維度形成的一體化環境與體驗者之間的交互作用、相互影響體驗性感受，與以往不同于物質化環境藝術設計中空間所呈現出來的感受和體驗，這種交互設計影響下的環境設計越來越呈現出一種非物質化、虛擬化、沉浸化的空間感受。

繪畫作為一種早期人類對虛擬現實的模擬形式，主要是以藝術再現的二維圖面來模擬三維的空間感受與體驗。《清明上河圖》是中國十大傳世名畫之一，屬國寶級文物，現藏于北京故宮博物院。畫作采用散點透視的構圖法，在總計在528.7 cm多長的畫卷里，生動記錄了北宋都城汴京的城市面貌和當時人民的生活狀況，畫作在農耕文明科技不發達時期，將繁雜的景物納入統一而富于變化的圖畫中使觀看者有一種沉浸式的原始虛擬現實體驗。圖中通過二維繪畫形式模擬出的城市環境空間，例如：城廓、市橋、屋廬、草樹、馬牛、驢駝、居者、行者，舟車等形態俱備，內容極為豐富，生動地記錄了中國12世紀城市生活的面貌。然而，作為一幅靜默的在二維空間里顯現的平面圖畫，作為在信息時代計算機虛擬現實技術出現的背景下，其信息傳達的局限性也是顯而易見的。因此，設計師運用數字化虛擬現實技術及沉浸式用戶體驗模式將《清明上河圖》所描繪的北宋汴梁城的場景投影到100多米電子屏幕長卷上，并通過多媒體手法，使《清明上河圖》中的500多個人物都動起來。觀眾通過計算機模擬的動態白天和晚上的不同場景，能夠身臨其境參與到歷史的場景中，領略到一個鮮活的北宋汴梁歷史生活場景。參觀者在虛擬空間中穿梭航行，如同進入時空隧道，在視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬技術參與下，讓觀眾體驗到超現實的賽博空間所營造的身臨其境，從而多感官體驗仿真感覺，見圖4。

四、虛擬現實對可持續環境設計應用的影響

虛擬現實技術表現出的諸如：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）及想象性（Imagination）等特征對環境藝術設計的當代理論與實踐具有相當大的啟示意義。當代設計已經步入數字化時代，電子技術和數字化媒體的興起與普及帶來的數字化技術的進步越來越影響著構成環境及其相關聯設計的研究與發展，并將推動了環境藝術設計從研究方法、手段到表現形式等各方面的革新。虛擬現實作為建立在計算機圖形學、人機接口技術、傳感技術和人工智能等學科基礎上的一門綜合性極強的高新信息技術，在設計、藝術、娛樂等多個領域都得到了廣泛的應用，而作為中國環境藝術設計發展歷程中虛擬現實從手繪表現到計算機輔助設計再到虛擬現實的三步階梯式跨越，從本質來說，也一直都是與數字化社會影響下的設計內涵發展相同步的。以AutoCad、3DMax、Maya 等三維計算機模型軟件在建筑、景觀、室內環境設計表現方面的運用已經讓中國的設計師不再陌生，這種以“想象性”為特征的虛擬現實輸出的電腦渲染表現圖和多媒體動畫形式不僅讓人領略到數字化表現媒介的魅力，而且成為了設計研究與實踐中不可缺少的思維表達方式和推敲過程。

圖5 Revit中的模型

圖6 沉浸式虛擬現實仿真家具屋室內設計系統

而虛擬現實模型所表現的早已不僅僅是20 世紀90 年代初期那種從外觀造型、幾何形狀、立體構成等視覺因素造就的傳統空間，而是進一步拓展到更為復雜的動態三維空間模擬空間體驗中，在環境仿真、虛擬現實、智慧環境中利用到例如光照條件、聲場音效、材料質感、能源利用、建筑環境可持續綠色預評估等高科技技術及科研項目應用方面。從3DMax到Revit的在環境設計中的運用實例，可以清晰地看到環境設計從單純形態美化的視覺審美化追求到探求設計本質的可持續設計技術與觀念的演變過程。例如，通過對光線陰影運動的模擬，可以觀察到一天內光環境的變化；場地音效的模擬可以探索不同方位的聲音效果，從而發現和解決設計中出現的聲響問題，也可以依此來調節房間內部空間的尺度；通過對建筑物內部及其與其他建筑物之間的溫度、濕度和氣流變化狀況的仿真，考量熱傳導和自然通風中能源效率的應用，從而指導設計中開放空間及房間比例的設計[7]。Revit中的模型生產高質、逼真的效果圖，可用于可持續設計技術中的采光分析和量化偽彩色強度輻射度模型，見圖5。

虛擬現實技術打破了專業化和非專業化之間的溝通障礙，在可持續設計研究中可以方便地將可視化的數字化視覺界面作為量化設計是否節能、生態、可持續的量化標準，并為人機交流、數據可視化、環境仿真等方面的工作成為可能，同時為當代環境設計能從原來以經驗性、靜態性向多學科協同、多專業交叉、迭代學習與相互信息的兼容帶來了合作的可能性[8]。沉浸性與交互性使用戶通過計算機對復雜數據進行可視化、操作以及實時交互的環境，從而感覺到好像完全置身于虛擬世界之中一樣，這對環境藝術設計中的用戶參與過程的缺失，提供了很好的探索途徑。在沉浸式虛擬現實仿真家具屋CAVE 室內設計系統這個案例中，人們可以看到，直接將用戶投入到虛擬的經過設計師設計完成的三維室內設計空間中去，在這個虛擬的世界里，用戶戴上立體眼鏡能夠自由地運動，與交互的環境融為一體完全融入了立體虛擬仿真房屋內。他們可以摸到桌子、椅子、窗戶，餐桌、沙發，并可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。通過一套基于多通道視景同步技術和立體顯示技術的虛擬展示環境，所有參與者均可參與并完全沉浸在被立體投影畫面包圍的虛擬現實環境中。借助數據手套、力反饋裝置、位置跟蹤器等虛擬現實交互設備，參與者可獲得一種身臨其境的高分辨率三維立體視聽影像和多維度交互感受。這無論在技術上還是思想上對環境設計實踐發展都是具有真正意義上質的飛躍，見圖6。

五、結語

數字化的崛起使電子信息時代將藝術與技術重新融為一體。當虛擬世界的矩陣成為新時代設計的主角，數字化時代的新技術可為環境設計帶來諸多新的可能，而虛擬現實作為計算機生成的一種特殊環境，使今天的環境設計師比以往任何時候都更加依賴技術，并將設計的更多精力與重點投入到這個虛擬環境中[9]。然而，這種對賽博空間的過度依賴也使設計陷入了“數字化工具主義”的誤區，在現實生活和空間體驗的物質空間設計和規劃中過于注重數字形式本身，大大忽視了以生態、資源、環境失衡為代價的物質屬性缺失，造成可持續設計中生態技術、營建結構、地域文化等“人與真實自然環境”的綜合系統思考的真空[10]。作為一種對數字空間時代的文化反思，環境設計的本質任務還應當是以建立人類棲居的最優環境與空間形式為要義的。