基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的神獸形象設(shè)計(jì)

With the advent of Algorithm Era ， “algorithm dependence” has impacts on human cultural cognition，while digital lifestyle weakens people’s ecological concern. This article regards Generative Antagonistic Network as the medium， echoes with the future social environ ment and natural environment development trend， and presents innovative design for the image ofmythical creatures. This article is aimed to explore thenew applications of generative adversarial network inthe design sphere， find the way for new development oftraditional Chinese mythical creature culture， and makeintellectual enquiries for the design of technology andecosystem in Algorit hm Era.

隨著算法時(shí)代的到來，“算法依賴”影響著人類的文化認(rèn)知，數(shù)字化的生活方式削弱了人們的生態(tài)關(guān)注。本文以生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)為媒介，結(jié)合未來的社會(huì)環(huán)境及自然環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)神獸形象進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。旨在探究生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的新應(yīng)用，探索中華傳統(tǒng)神獸文化的新發(fā)展，構(gòu)建對(duì)于算法時(shí)代的技術(shù)與生態(tài)的設(shè)計(jì)思辨。

本文闡明了神獸形象的基本概念，分析總結(jié)了神獸形象的三種造型規(guī)律。探索了生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，歸納得出中間態(tài)和最終態(tài)兩類設(shè)計(jì)輔助方法。重點(diǎn)探究了基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的神獸形象設(shè)計(jì)方法，總結(jié)得出原始形態(tài)變形法、造型特征融合法以及視覺元素疊加法三種創(chuàng)意應(yīng)用方法。最終，將此三種方法應(yīng)用于神獸形象設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了完整的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和成果產(chǎn)出。

一、神獸形象的基本概念及造型規(guī)律

神獸是古代中國(guó)人民對(duì)自然界中的走獸進(jìn)行想象加工后創(chuàng)造的虛構(gòu)生物，是富有獨(dú)特藝術(shù)魅力的中華文化遺產(chǎn)。伴隨著社會(huì)發(fā)展和人們認(rèn)知水平的提升，神獸形象經(jīng)歷了長(zhǎng)期的演變，日漸多元而豐富，并逐漸形成了獨(dú)特的造型規(guī)律。深深代表著人民對(duì)美好生活的向往，蘊(yùn)含著中華民族生生不息的民族精神，反映著具有時(shí)代特征的社會(huì)環(huán)境和自然環(huán)境。

在漫長(zhǎng)的演變過程中，神獸形象的造型規(guī)律可分為三類：基于自然生物的夸張變形，多種自然生物的特征混合，生物形態(tài)和自然元素的融合。

基于自然生物的夸張變形，即以某種現(xiàn)實(shí)生物的形態(tài)為基礎(chǔ)，強(qiáng)化或削弱某些部分的特點(diǎn)，變化出奇異的外觀。在傳統(tǒng)神獸造型的變形手法中，肢體數(shù)目的增減應(yīng)用較多。如《山海經(jīng)·海內(nèi)西經(jīng)》中記載的開明獸，人面九首，是昆侖山的守護(hù)神。

多種自然生物的特征混合，即從不同的生物身上提取局部形態(tài)，經(jīng)過一定的變形加工后融合成完整的生物形象；或者以某種現(xiàn)實(shí)生物的輪廓為主體，添加一些其他生物的部位。組成生物的選擇多與神獸意涵相關(guān)，是古人心目中富有象征意義的生靈。《瑞應(yīng)圖》中描寫麒麟為狼蹄、羊首；《爾雅·釋獸》記載的麒麟有麋身、牛尾。可見麒麟的形象是由幾種不同生物的部位混合而成的。

生物形態(tài)和自然元素的融合，即在生物造型中加入代表雷、電、水、火等自然元素的花紋，將自然之力和生命軀體相融合，象征對(duì)不可控的自然現(xiàn)象的敬畏，提出避免自然災(zāi)害的希望。《山海經(jīng)·西山經(jīng)》中載有一種和火災(zāi)相關(guān)的神獸，外形似鶴，羽毛上綴有火焰般的紅色斑紋，名曰畢方。相傳畢方的出現(xiàn)預(yù)示著火災(zāi)，于是人們借此形象將火災(zāi)的誘因具象化，將火災(zāi)與“逐畢方”聯(lián)系起來，從而獲得逃災(zāi)避難的安全感。

二、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的基本概念及設(shè)計(jì)應(yīng)用

生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)由Lan Goodfellow等人于2014年首次提出，是一種新型的生成模型。能夠在分析真實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成逼真的假數(shù)據(jù)。生成網(wǎng)絡(luò)和判別網(wǎng)絡(luò)是生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)，前者用于根據(jù)輸入樣本的特征合成新數(shù)據(jù)，后者用于分辨真實(shí)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和前者輸出的合成數(shù)據(jù)。生成網(wǎng)絡(luò)和判別網(wǎng)絡(luò)在不斷的博弈之中共同進(jìn)步，從而使整體模型的產(chǎn)出趨近于真實(shí)數(shù)據(jù)。

目前，生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用可分為兩類：中間態(tài)設(shè)計(jì)輔助，最終態(tài)設(shè)計(jì)輔助。

中間態(tài)設(shè)計(jì)輔助，即通過在隱空間中設(shè)置差值以提取不同的中間態(tài)圖像。這些中間狀態(tài)所隱含的微妙差異和豐富可能為設(shè)計(jì)提供了龐大的方案樣本，成為設(shè)計(jì)的靈感來源。例如，在訓(xùn)練DCGAN生成多樣化的臥室圖像的過程中，通過更改隱空間中的潛在向量，獲取不同臥室之間的過渡圖像，從而探索不同設(shè)計(jì)風(fēng)格的中間狀態(tài)。

最終態(tài)設(shè)計(jì)輔助，即將模型經(jīng)訓(xùn)練后生成的最終成品作為設(shè)計(jì)樣本。生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)根據(jù)設(shè)計(jì)師給出的草圖等初步設(shè)計(jì)構(gòu)想，以交互的形式給出多樣化的最終效果方案，從而縮短從草稿到實(shí)物圖的進(jìn)程，提高設(shè)計(jì)效率。例如，iGAN允許用戶對(duì)低維圖像進(jìn)行畫筆編輯，進(jìn)而將編輯結(jié)果轉(zhuǎn)譯成高維向量并合成到原圖上，最終生成編輯后的成品效果圖。

三、基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的神獸形象設(shè)計(jì)方法

（一）原始形態(tài)變形法

原始形態(tài)變形法對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)神獸造型規(guī)律中的第一條：基于自然生物的夸張變形。古人以某種現(xiàn)實(shí)生物的形態(tài)為基礎(chǔ)，強(qiáng)化或削弱其局部的特點(diǎn)，變化出奇異的外觀。變形手法以肢體數(shù)目的增減為主，整體呈現(xiàn)規(guī)則、清晰的視覺效果。

運(yùn)用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的隱空間插值技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)原始生物形態(tài)的變形，是一種中間態(tài)設(shè)計(jì)輔助形式。通過在不同的特征向量集群之間的潛在空間中進(jìn)行采樣，提取不同生成結(jié)果的中間形態(tài)。不同于傳統(tǒng)神獸的形態(tài)變形法，隱空間插值得到的中間形態(tài)不以特定的生物部位作為變形重點(diǎn)，而是整體性地在各個(gè)部位進(jìn)行同步變形，在整體的變化中消解肢體的原始形態(tài)。因此，最終的形態(tài)呈現(xiàn)出渾然一體的視覺效果，可以創(chuàng)造出與原始形態(tài)截然不同的、具備非自然的新特征的生物造型。

（二）造型特征融合法

造型特征融合法對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)神獸造型規(guī)律中的第二條：多種自然生物的特征混合。在創(chuàng)造傳統(tǒng)神獸形象時(shí)，人們將不同種類生物的局部形態(tài)進(jìn)行重組，或者在某種生物的整體輪廓基礎(chǔ)上添加其他生物的部位。傳統(tǒng)的人為融合方式創(chuàng)造出的神獸形象常具有熟悉的生物構(gòu)造和清晰的外形特征。

利用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)混合訓(xùn)練多種生物圖像，可以達(dá)到不同生物造型特征融合的目的，是一種最終態(tài)設(shè)計(jì)輔助形式。在訓(xùn)練過程中，網(wǎng)絡(luò)通過損失反饋不斷減小生成圖像與真實(shí)圖像的概率分布之間的差距。由于概率分布代表了數(shù)據(jù)集中所有圖像的綜合特征，生成的圖像將具備多樣的混合視覺效果。與傳統(tǒng)的人為造型融合相比，生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)不會(huì)刻意篩選具有代表性的形態(tài)特征，而是根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中各類圖像的數(shù)量比重和輸出向量，形成不同的混合形態(tài)。在多維圖像屬性的復(fù)雜排列組合下，往往能產(chǎn)生奇特的邊緣融合效果。由于上述特性，生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)融合形成的生物造型，往往是陌生的、特征模糊的。

（三）視覺元素疊加法

視覺元素疊加法對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)神獸造型規(guī)律中的第三條：生物形態(tài)和自然元素的融合。古代先民將雷、電、水、火等自然視覺元素進(jìn)行抽象提取，再將其疊加到由自然生物形態(tài)變化而來的神獸造型上，以傳達(dá)自然之力與生命軀體的相融感。傳統(tǒng)神獸造型中的視覺元素疊加，多呈現(xiàn)平面化的裝飾效果。

生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在視覺元素疊加法中的應(yīng)用可以通過元素融合的方式實(shí)現(xiàn)，同樣為最終態(tài)設(shè)計(jì)輔助形式。在訓(xùn)練時(shí)，將視覺元素圖像和整體造型圖像同時(shí)放入生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行混合學(xué)習(xí)，使生成圖像貼近訓(xùn)練圖像的綜合概率分布，從而將元素特征融入造型框架中。與傳統(tǒng)的自然元素疊加不同，這種生成方式以元素的肌理和色彩為提取重點(diǎn)，使得視覺元素均勻融入整體造型的各個(gè)部位，而不改變?cè)煨偷妮喞徒Y(jié)構(gòu)。在最終呈現(xiàn)上，通常具有豐富的細(xì)節(jié)和順承的過渡，給人以自然天成之感。

四、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在神獸形象設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)方案

（一）實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)聚焦于算法時(shí)代下由算法技術(shù)導(dǎo)致的兩大社會(huì)問題：算法依賴與生態(tài)忽視。以生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)為創(chuàng)作媒介，以神獸形象為表達(dá)載體，以精神意涵、造型方法、造型組成為創(chuàng)新重點(diǎn)，結(jié)合算法時(shí)代的社會(huì)環(huán)境及自然環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)并呈現(xiàn)未來的神獸形象。旨在引導(dǎo)人們反思算法對(duì)文化認(rèn)知的影響，重視算法時(shí)代的環(huán)境問題，構(gòu)建對(duì)于算法社會(huì)“人文－技術(shù)－自然”的設(shè)計(jì)思辨。

（二）實(shí)驗(yàn)過程與成果

1.神獸形象設(shè)定

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)傳統(tǒng)神獸文化的特征，以及這些文化特征與其時(shí)代背景的關(guān)系，一一對(duì)應(yīng)地推導(dǎo)出未來語境下神獸文化的樣貌。

傳統(tǒng)神獸文化時(shí)期，由于原始的技術(shù)狀態(tài)和受制于自然的生活方式，形成了一類象征自然之力的神獸，用于提供避免自然災(zāi)害的希望。這類神獸主要由與自然災(zāi)害相關(guān)的生物和視覺元素組成，遵循第一部分總結(jié)的三種造型規(guī)律。未來神獸文化時(shí)期，算法技術(shù)的發(fā)展加強(qiáng)了算法依賴，加劇了生態(tài)忽視和環(huán)境污染。因此，本實(shí)驗(yàn)推演塑造了一類象征算法之力的未來神獸，用于提供消除環(huán)境污染的希望。其神獸形象由算法生成，組成元素包括與環(huán)境污染相關(guān)的生物和視覺元素。在造型規(guī)律方面，以生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)為媒介，用三種訓(xùn)練方法分別模擬傳統(tǒng)神獸的三類造型規(guī)律。

2.神獸形象生成

神獸形象的生成包含三個(gè)訓(xùn)練階段，分別對(duì)應(yīng)第三部分闡述的三種設(shè)計(jì)方法。

在“原始形態(tài)變形”階段，將各神獸的基礎(chǔ)生物圖像進(jìn)行訓(xùn)練，利用隱空間插值法獲取其生成結(jié)果的中間形態(tài)，形成了諸如形體局部膨脹、表皮斑塊漸變、邊緣模糊且?guī)в忻珷罴y理等奇異效果。在“造型特征融合”階段，將各種融合生物圖像與第一階段的生成結(jié)果以1：2的數(shù)量比輸入到生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行混合訓(xùn)練。這一階段創(chuàng)造出了具備多樣的混合視覺效果的神獸形態(tài)，例如囊泡結(jié)構(gòu)、鞭毛狀須、甲殼紋理等，均體現(xiàn)出不同生物形態(tài)的融合。在“視覺元素疊加”階段，將第二階段生成的生物圖像疊加各類污染視覺圖像后，投入生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。融入了污染視覺特征的神獸形象，既保留了多生物混合形成的生物表皮質(zhì)感，又疊加了相應(yīng)污染的色彩和肌理。

最終，根據(jù)生成的神獸平面圖像進(jìn)行三維設(shè)計(jì)和材質(zhì)制作，對(duì)四大神獸進(jìn)行建模和立體渲染，得到最終態(tài)的立體神獸形象。

五、結(jié)論

本文研究分析了傳統(tǒng)神獸形象的造型方法，歸納了生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用方式，進(jìn)而提出生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在神獸形象設(shè)計(jì)中的三種創(chuàng)意應(yīng)用方法：原始形態(tài)變形法、造型特征融合法以及視覺元素疊加法。上述方法與傳統(tǒng)神獸形象的造型方法具有組成規(guī)律上的相通性以及構(gòu)型邏輯上的對(duì)應(yīng)性。

通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論，在訓(xùn)練過程上，三種創(chuàng)意應(yīng)用方法中生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的底層學(xué)習(xí)原理相同，但生成邏輯和訓(xùn)練數(shù)據(jù)有所差異。在產(chǎn)出結(jié)果上，三種方法生成的圖像具有統(tǒng)一的視覺風(fēng)格，且與傳統(tǒng)神獸形象的風(fēng)格形成了鮮明對(duì)比。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在神獸形象的塑造過程中，通過三種方法的分階段使用，將各階段的生成結(jié)果進(jìn)行順次迭代，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)出效果進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)試，能夠創(chuàng)造兼具審美性和創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)成果。這種以算法邏輯模擬傳統(tǒng)造型規(guī)律的設(shè)計(jì)方式，拓展了生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用方法，創(chuàng)造出了獨(dú)特的神獸形象。