TouchDesigner在數(shù)字科學藝術(shù)中的創(chuàng)新運用

摘要：隨著數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)，藝術(shù)家運用計算機這個新的數(shù)字媒介和當代藝術(shù)相融合，創(chuàng)造出新的藝術(shù)表達形式——數(shù)字藝術(shù)，數(shù)字藝術(shù)成為基于科技與藝術(shù)相融合的新興交叉學科。文章首先分析數(shù)字藝術(shù)的起源及特征，隨后通過TouchDesigner在數(shù)字藝術(shù)中的應(yīng)用，制作相對應(yīng)的具體案例，由此論述可視化編程軟件在數(shù)字藝術(shù)領(lǐng)域中的創(chuàng)新運用。

關(guān)鍵詞：TouchDesigner;數(shù)字藝術(shù);可視化編程;創(chuàng)新運用

中圖分類號：TP311.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）03-0-03

1 數(shù)字藝術(shù)的起源及特征

1.1 數(shù)字藝術(shù)的起源

對于大多數(shù)人來說藝術(shù)與科技是絕對的對立面?？茖W技術(shù)以理性嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)、技術(shù)為主，藝術(shù)以主觀上感性的情感表現(xiàn)為主。然而，數(shù)字藝術(shù)的誕生把兩者緊密地融合在一起，成為這個數(shù)字時代設(shè)計和藝術(shù)發(fā)展的新向?qū)?。藝術(shù)與科技是社會生產(chǎn)創(chuàng)造性與持續(xù)發(fā)展的源泉?？萍嫉某掷m(xù)發(fā)展為藝術(shù)家在藝術(shù)創(chuàng)作方面天馬行空的想象力提供了實現(xiàn)的基礎(chǔ)與進行了拓寬。藝術(shù)反作用于科技領(lǐng)域，啟迪了技術(shù)的突破與創(chuàng)新，在這樣不斷反復(fù)的整合優(yōu)化過程中催生出新的藝術(shù)表征，由此可見藝術(shù)與科技是相互促進發(fā)展的關(guān)系，科學技術(shù)引領(lǐng)藝術(shù)，藝術(shù)啟迪科學技術(shù)發(fā)展。

數(shù)字技術(shù)的迅速崛起宣告數(shù)字時代的到來，數(shù)字化技術(shù)的介入也賦予了當代藝術(shù)作品科技性的特殊的魅力，藝術(shù)家依托數(shù)字技術(shù)和藝術(shù)思維的優(yōu)勢，將計算機這一新的數(shù)字媒介和當代藝術(shù)融合，創(chuàng)造出新的藝術(shù)表現(xiàn)形式——數(shù)字藝術(shù)，數(shù)字藝術(shù)成為基于科技與藝術(shù)相融合的新興交叉學科。

隨著數(shù)字藝術(shù)設(shè)計的不斷崛起，藝術(shù)范疇不再單一化，問題也不斷地顯露出來?？鐚W科之間瑣碎的技術(shù)層面的種種問題，使得剛剛誕生的數(shù)字藝術(shù)發(fā)展步履維艱。

那么沒有編程基礎(chǔ)的藝術(shù)家如何具體運用數(shù)字技術(shù)進行藝術(shù)創(chuàng)作呢？

一般而言，藝術(shù)家只有在深層地了解了以計算機編程語言為基礎(chǔ)的計算思維后，才能利用它真正掌握數(shù)字藝術(shù)的創(chuàng)作表現(xiàn)方式。然而[1]可視化編程的出現(xiàn)大大地降低了數(shù)字藝術(shù)在技術(shù)層面的學習門檻，給那些沒有任何編程基礎(chǔ)的藝術(shù)家具體運用數(shù)字技術(shù)進行藝術(shù)創(chuàng)作提供了可能。

1.2 什么是可視化編程

可視化編程是一種精準高效的計算方法與技術(shù)，它將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形圖像，方便那些沒有編程基礎(chǔ)的藝術(shù)家去理解和觀察[2]。數(shù)字藝術(shù)是更加偏向于代碼，涉及程序算法，利用編程軟件進行創(chuàng)作的藝術(shù)作品。這種創(chuàng)作模式對藝術(shù)家而言學習門檻較高。可視化編程幫助藝術(shù)家大大減少了難以理解和學習的編程問題[2]，這是一種嶄新的程序設(shè)計方法，這種方法能夠規(guī)避很多繁復(fù)的代碼語言及語法，讓藝術(shù)家更好地運用軟件提供的各種功能模塊元件，創(chuàng)造出各種各樣、豐富多彩的視覺藝術(shù)效果[2]。

本文通過使用TouchDesigner闡述可視化編程軟件在數(shù)字藝術(shù)范疇的應(yīng)用及未來發(fā)展的趨勢。可視化編程工具TouchDesigner的基本理念是通過元件節(jié)點之間相互鏈接來實現(xiàn)程序編寫的圖像化，由此實現(xiàn)動畫與交互的工作。軟件的元件節(jié)點構(gòu)建圖形從流程上看可歸納為輸入型元件節(jié)點—處理運算型元件節(jié)點—輸出型元件節(jié)點，整個流程中執(zhí)行和處理的信息都為數(shù)據(jù)信息，藝術(shù)家必須在早期創(chuàng)意到設(shè)計實施都以程序代碼的思考模式來引導(dǎo)和開展藝術(shù)創(chuàng)作工作[3]。

2 TouchDesigner在數(shù)字藝術(shù)創(chuàng)新中的優(yōu)勢

TouchDesigner是由加拿大Derivative（衍生物）公司開發(fā)的一款在新媒體交互領(lǐng)域基于節(jié)點式的可視化編程軟件[3]，用于實時交互式多媒體內(nèi)容，通過外接屏幕控件、MIDI（樂器數(shù)字接口）數(shù)據(jù)和其他的輸入設(shè)備，使它們在項目中充當模塊化的組件來進行對圖像的運算。

TouchDesigner提供了基于可視化節(jié)點的全新的創(chuàng)作形式，藝術(shù)家通過COMP（容器元件）、TOP（二維圖像元件）、CHOP（通道元件）、SOP（三維元件）、DAT（數(shù)據(jù)元件）、MAT（材質(zhì)元件）六大基礎(chǔ)功能元件進行藝術(shù)創(chuàng)作。在整個創(chuàng)作過程中，軟件將代碼的結(jié)構(gòu)和函數(shù)變成無數(shù)個模塊元件，藝術(shù)家只需要使用連線的方式任意在模塊元件之間相互鏈接、拖動或者改變元件之間的層級關(guān)系，就能創(chuàng)造出豐富多變的視覺效果[3]。軟件還可以基于數(shù)字編寫代碼與其他硬件設(shè)備之間通過各種交互協(xié)議達到與硬件設(shè)備的連通，由此可以看出，TouchDesigner還是具備跨平臺特性的編程軟件。

TouchDesigner在數(shù)字藝術(shù)創(chuàng)新中的優(yōu)勢主要有以下幾點。

2.1 實時交互

TouchDesigner是為實時交互式三維設(shè)計的，并不是已經(jīng)渲染好的三維影片，可以通過改變元件的參數(shù)和導(dǎo)入不同的三維模型進行實時修改，不需要再渲染。

2.2 線性串聯(lián)

TouchDesigner所用的程序流是從左至右，元件經(jīng)過連線方式相互連接。這個程序鏈通常是連續(xù)實時運行的，因此對開端部分的元件做出修改，后面的元件也會產(chǎn)生相應(yīng)的改變，并直接反饋到最終的可見對象。

2.3 數(shù)據(jù)交互

TouchDesigner程序中的絕大部分數(shù)據(jù)是可以相互交換的，可以表示為一組數(shù)據(jù)通道。例如，一個物體的三維幾何數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)元件作為控制數(shù)據(jù)被輸入，再加上實時程序元件，能夠?qū)?dǎo)入的三維數(shù)據(jù)進行實時的修改。

2.4 功能交互

TouchDesigner 的交互功能非常強大，在外部擴展方面支持多種通信協(xié)議，實現(xiàn)與硬件設(shè)備的連通，這是具備跨平臺特性的編程軟件。例如，TouchDesigner可以外接Kinect（微軟體感設(shè)備）捕捉人體的肢體動作從而與動畫進行交互[2]。

總體而言，TouchDesigner具有的互通性、高集成、實時性、數(shù)據(jù)可視化等特點讓許多藝術(shù)家紛紛選擇使用TouchDesigner來創(chuàng)作藝術(shù)作品和商業(yè)項目等。

3 TouchDesigner的數(shù)字藝術(shù)中的創(chuàng)新運用

3.1 交互裝置設(shè)計

在科技產(chǎn)品不斷迭代出新的同時，人們也在不停地思考人機交互的新方式。科技運用的摸索、交互媒體技術(shù)的出現(xiàn)不但改變了審美實踐和藝術(shù)作品展示的性質(zhì)，而且具有其獨特的轉(zhuǎn)換性、滲透性、參與性以及勇于創(chuàng)新的有機融合的思維與展示方式。

聲音可視化是將聲波轉(zhuǎn)化成視覺圖形的方式，從聽覺轉(zhuǎn)化成視覺。而伴隨著計算機圖形學的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的誕生和推廣應(yīng)用，沉浸式空間概念的發(fā)展也讓可視化設(shè)計迅速成為當前空間聲學設(shè)計中最受關(guān)注的概念和方向。但是，聲音可視化作品也帶來了問題，即如何創(chuàng)造強烈的現(xiàn)象學體驗，并通過數(shù)字技術(shù)（音頻錄制設(shè)備、音頻編輯設(shè)備等）將虛擬和媒介與聲音聯(lián)系起來。通過TouchDesigner來解析聲音、進行數(shù)據(jù)分析并轉(zhuǎn)換成各種各樣復(fù)雜的視覺圖像呈現(xiàn)出來，以此可以構(gòu)造不同的情感體驗的方式，為觀者提供跨越了虛擬和真實邊界的超級感官體驗。

3.2 數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是一個跨學科領(lǐng)域，涉及數(shù)據(jù)的圖形表示。數(shù)據(jù)可視化運用統(tǒng)計圖形、圖表、信息圖表和其他工具，能夠清楚、高效地傳達信息。這種表示被視為原始數(shù)據(jù)和圖形元素之間的映射。這些映射決定了這些元素的屬性如何根據(jù)數(shù)據(jù)而變化。數(shù)據(jù)與圖形之間的映射是數(shù)據(jù)可視化的核心能力。

數(shù)據(jù)可視化使繁雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成更加直觀的圖形，易于理解和使用。數(shù)據(jù)可視化扎根于統(tǒng)計學領(lǐng)域，因此也被認定為描述性統(tǒng)計學的其中一個方向。這不只是藝術(shù)，也是科學，數(shù)據(jù)可視化也被認為是一個扎根理論開發(fā)工具，用來研究人們?nèi)绾伍喿x各種類型的可視化數(shù)據(jù)，這有助于確定哪些類型的可視化數(shù)據(jù)在傳達信息方面最容易理解和最高效。

如何在TouchDesigner中進行數(shù)據(jù)可視化的處理？

首先要收集數(shù)據(jù)集，通過一些專門的數(shù)據(jù)集網(wǎng)站，搜索需要被可視化的數(shù)據(jù)集，再將數(shù)據(jù)集通過輸入元件導(dǎo)入TouchDesigner整理成數(shù)據(jù)表格，然后在TouchDesigner中處理數(shù)據(jù)表格中的這些數(shù)據(jù)，將表格數(shù)據(jù)進行分類，再與圖形之間形成映射關(guān)系顯示出來，以此達到數(shù)據(jù)集視覺可視化的目的。比如Billboard（《公告牌》）藝術(shù)家數(shù)據(jù)集包含1 035條記錄，代表自1999至2019年Billboard上藝術(shù)家們的音樂數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集包括每位藝術(shù)家的基本元數(shù)據(jù)，比如姓名、國籍、性別、音樂類型等。數(shù)據(jù)集中有多少人是女性藝術(shù)家、數(shù)據(jù)集中的哪些數(shù)據(jù)可以用來可視化以解答問題，這些都是需要經(jīng)過思考的問題。然后是數(shù)據(jù)集視覺呈現(xiàn)的部分，先定義好圖形的類型、大小、尺寸、顏色、位置等，然后通過TouchDesigner實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化（見圖1）。

3.3 虛擬現(xiàn)實體驗

虛擬現(xiàn)實體驗，即VR（虛擬現(xiàn)實）、XR（擴展現(xiàn)實）體驗，是用電腦創(chuàng)造出一個三維的虛擬世界，通過硬件設(shè)備在視覺、聽覺、觸覺等感官上進行模擬[2]，混淆虛擬世界和真實世界的邊界。

TouchDesigner有非常強大的外部拓展功能，因為它有多種交互協(xié)議，可以與VR、XR等工具或設(shè)備進行流暢的數(shù)據(jù)傳輸、產(chǎn)生交互行為。比如在以下測試中，用手機上的ZIGCAM APP（移動應(yīng)用程序）與TouchDesigner進行聯(lián)合使用，將在軟件里制作的三維模型從虛擬空間投射到現(xiàn)實世界中，試圖模糊虛擬世界和真實世界的邊界。這樣人們在使用手機上的ZIGCAM APP的同時，可以將在軟件中搭建的任意虛擬三維物體或者場景投射到真實世界中，并與之發(fā)生交互（見圖2）。

3.4 即興影像表演

VJ（視頻藝術(shù)家）即實時即興影像表演，通過輸入一段音頻信號與一段視覺動畫相鏈接，而TouchDesigner是打造一個特殊的音頻系統(tǒng)，不同的音頻節(jié)奏會映射出不同的視覺畫面。這樣即便切換到不同的音頻，也會立刻實現(xiàn)其特別的視覺效果，而不用再進行制作，這樣的改變是實時的改變，類似參數(shù)化設(shè)計。因此當藝術(shù)家真正懂得并掌握了TouchDesigner的使用，就可以開發(fā)出更多豐富多彩的舞臺藝術(shù)效果。

THE MAN是一個音畫交互作品（見圖3），作者在TouchDesigner里運用音樂節(jié)奏與三維動畫之間形成映射，高低不同的音樂節(jié)奏會對動畫的畫面造成影響，看似在三維動畫與音樂節(jié)奏頻率之間形成交互映射的關(guān)系，結(jié)合音樂和視覺效果營造出沉浸式實時體驗空間，帶給人們視覺和聽覺并存的超感官體驗。

4 結(jié)語

在數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域，科學技術(shù)的發(fā)展永遠都是藝術(shù)的發(fā)展根基。在藝術(shù)思維的引導(dǎo)下，數(shù)字藝術(shù)在數(shù)字技術(shù)的輔助下形成蓬勃生長的數(shù)字藝術(shù)生命。只有在科技與藝術(shù)的相互促進下，數(shù)字藝術(shù)才能更好地得到融合與發(fā)展。數(shù)字技術(shù)是輔助藝術(shù)的方式和手段，而數(shù)字時代的藝術(shù)家不但需要具備較高的藝術(shù)素養(yǎng)，而且還要具備科技素養(yǎng)，這樣才能更好地呈現(xiàn)自身天馬行空的藝術(shù)想法，在數(shù)字技術(shù)的加持下創(chuàng)作出更加富有想象力、創(chuàng)新性的優(yōu)秀數(shù)字藝術(shù)作品。

參考文獻：

[1] 方夢陽.“文旅融合”與“媒體融合”背景下交互藝術(shù)的創(chuàng)新研究[J].藝術(shù)百家，2020（2）：105.

[2] 張澤方.試論可視化編程在數(shù)字媒體藝術(shù)中的運用：以TouchDesigner為例[J].時代報告，2019（12）：140-141.

[3] 朱洪萱，韓帆.基于TouchDesigner的互動裝置藝術(shù)應(yīng)用研究[J].藝術(shù)科技，2021，34（15）：1-2.

作者簡介：田沐卉（1987—），女，湖南懷化人，碩士在讀，講師，研究方向：信息與交互設(shè)計。