艾小群，馮守哲，吳振東

（1.華僑大學(xué)機(jī)電學(xué)院，福建廈門361021；2.漢口學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，湖北武漢430000）

全息時代下設(shè)計可視化的嬗變和應(yīng)用

艾小群1，馮守哲2，吳振東1

（1.華僑大學(xué)機(jī)電學(xué)院，福建廈門361021；2.漢口學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，湖北武漢430000）

以計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的全息時代，信息技術(shù)憑借與其他行業(yè)的相關(guān)與兼容性，滲透到藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域。設(shè)計可視化就是與其嬗變形成的新趨勢。論文闡述了設(shè)計可視化的審美特征，剖析了現(xiàn)階段在信息技術(shù)影響下的設(shè)計由表象至內(nèi)涵的應(yīng)用現(xiàn)狀。

全息學(xué)；設(shè)計可視化；審美特征；應(yīng)用

從20世紀(jì)70年代至今，以計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的信息技術(shù)發(fā)展迅速，信息設(shè)計天生具有交叉的特性，以其強(qiáng)大的兼容性使之成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最有滲透性的組成部分，廣泛地向包裝設(shè)計、廣告設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、視覺傳達(dá)設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、建筑設(shè)計、景觀設(shè)計、數(shù)字娛樂設(shè)計、服裝設(shè)計等領(lǐng)域延伸[1]。根據(jù)非線性理論的思維模式，信息技術(shù)所帶來的設(shè)計可視化研究，建立在交叉領(lǐng)域模糊界定的基礎(chǔ)上，通過一種多學(xué)科和跨學(xué)科的途徑達(dá)到交流的目的。設(shè)計可視化引領(lǐng)傳統(tǒng)的物質(zhì)設(shè)計向智能化、交互性的非物質(zhì)設(shè)計嬗變和轉(zhuǎn)化。

1 研究背景--全息學(xué)時代

“全息學(xué)”，即全部信息全向性關(guān)聯(lián)和信息時空泛對應(yīng)性的學(xué)說，是一種相互關(guān)聯(lián)、彼此融通、普遍聯(lián)系的科學(xué)。當(dāng)代就是以計算機(jī)和多媒體技術(shù)的綜合信息傳播的全息時代。法國著名社會學(xué)家、巴黎國家科研中心主任馬克·第亞尼 （Marco Diani）在《非物質(zhì)社會》中提出：信息技術(shù)它反映了從一個基本制造和生產(chǎn)物質(zhì)的社會向一個基本服務(wù)的經(jīng)濟(jì)性社會（以非物質(zhì)產(chǎn)品為主）的轉(zhuǎn)變。人類生存方式的巨變導(dǎo)致設(shè)計形態(tài)和設(shè)計思想的飛躍，數(shù)字化生存、虛擬化生存、一體化生存等逐漸走向成熟。

電腦取代了畫筆，直尺成為便捷而智能的設(shè)計工具，設(shè)計手段、方式、過程、表現(xiàn)、功能都發(fā)生了的變革。設(shè)計可視化就是以圖像、聲音、光照、色彩等“非物質(zhì)性”信息表達(dá)思維的。任何事物都有正負(fù)兩面性，信息技術(shù)是人類跨越文明、思想飛躍的手段，但同時“信息垃圾”、“信息爆炸”、“信息優(yōu)化”等問題也不斷出現(xiàn)。認(rèn)知設(shè)計可視化、研究對數(shù)據(jù)的組織和呈現(xiàn)，將其轉(zhuǎn)化成由價值有意義的信息，學(xué)科地整合帶動知識的智能化程度提升，是推動設(shè)計發(fā)展的重要因素。

2 設(shè)計可視化的厘定

隨著計算機(jī)圖形技術(shù)和數(shù)字影像處理合成技術(shù)日漸成熟，加上三維動畫能力的完善，計算機(jī)在藝術(shù)設(shè)計中不再只是輔助工具，而是成為表達(dá)思維與呈現(xiàn)設(shè)計意念可視化的媒介。在NSF（美國國家科學(xué)基金會）的報告《科學(xué)計算中的視覺化》（Visualization in Scientific Computing-McCormick and DeFant，1987）中，“可視化”首次作為一種組織性的次領(lǐng)域（an organized sub field）被提出。該文認(rèn)為它是一種能夠處理大量科學(xué)數(shù)據(jù)集的工具，并能夠提高科學(xué)家們從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象的能力。信息可視化的定義為：“利用計算機(jī)支持的、交互性的視覺表現(xiàn)物將抽象數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來以擴(kuò)大認(rèn)知能力”[2]。

在設(shè)計學(xué)領(lǐng)域中，可視化是將數(shù)據(jù)信息和知識，通過對可視界面的瀏覽、觀察、過濾、操作、探索、挖掘、發(fā)現(xiàn)、理解、研究、消化大規(guī)模的數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)事物內(nèi)部特征和規(guī)律，形成意識形態(tài)，快速而有效地識別事物，其參考模型見圖1。這是一種基于物理空間之上，把抽象信息映射為視覺化的形式，不僅是研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析、演示傳播的綜合技術(shù)，也是一種更深刻、更全面認(rèn)知事物的方式。

圖1 設(shè)計信息可視化的參考模型

3 設(shè)計可視化趨勢的演變過程

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷提升和改進(jìn)，信息技術(shù)在設(shè)計可視化中的應(yīng)用，不斷地深入和滲透。設(shè)計可視化趨勢的演變大致可以劃分為3個階段：

1）計算機(jī)繪圖階段（20世紀(jì)50年代初）。計算機(jī)輔助繪圖CAG（computer-aided graphics）是計算機(jī)圖形學(xué)的一個分支，它的主要特點(diǎn)是給計算機(jī)輸入非圖形信息，經(jīng)過計算機(jī)的處理，生成圖形信息輸出。一個計算機(jī)繪圖系統(tǒng)可以有不同的組合方式，最簡單的是由一臺微型計算機(jī)加一臺繪圖機(jī)組成。除硬件外，還必須配有各種軟件，如操作系統(tǒng)、語言系統(tǒng)、編輯系統(tǒng)、繪圖軟件和顯示軟件等[3]。

2）計算機(jī)輔助設(shè)計階段（20世紀(jì)60年代開始）。計算機(jī)輔助設(shè)計（computer-aided design）是將計算機(jī)人工智能滲透到設(shè)計思維和設(shè)計表達(dá)中，運(yùn)用二、三維圖形生成技術(shù)記錄和表達(dá)海量的設(shè)計內(nèi)容。這種信息技術(shù)已經(jīng)成為設(shè)計的組成部分?，F(xiàn)今輔助設(shè)計仍然在不斷發(fā)展和深化，設(shè)計師從繁重的事務(wù)性勞動中解放出來，投入到更多創(chuàng)新性活動中。設(shè)計表現(xiàn)從靜態(tài)描述到動態(tài)實(shí)時再現(xiàn)；從單一模擬到多維仿真；從功能為核心轉(zhuǎn)向人性為主導(dǎo)。

3）數(shù)字化設(shè)計階段（20世紀(jì)90年代開始）。數(shù)字化設(shè)計（Digital Design）綜合了設(shè)計學(xué)、計算機(jī)圖形圖像學(xué)、傳播學(xué)、心理學(xué)、媒體學(xué)，伴隨仿真技術(shù)和三維動畫能力的成熟，輔助設(shè)計表現(xiàn)已不能滿足設(shè)計和受眾的需求。數(shù)字化設(shè)計已成為與物質(zhì)設(shè)計并行發(fā)展的獨(dú)立設(shè)計門類，現(xiàn)在分支眾多，如數(shù)字視覺設(shè)計、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計、數(shù)字娛樂設(shè)計等 （圖2），并還在不斷演變和多元化。再造性和創(chuàng)造性的數(shù)字化產(chǎn)品，已經(jīng)成為人類文明進(jìn)化的標(biāo)志之一。

圖2 數(shù)字化設(shè)計的部分分支

4 設(shè)計可視化的審美特征

4.1 以信息技術(shù)為核心，數(shù)字化產(chǎn)品為載體

設(shè)計可視化是以計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)為核心，通過聲音、圖像、文字、影像各種傳感信號的信息進(jìn)行獲取、加工、處理、傳播和存儲，為大眾提供信息服務(wù)的設(shè)計手段。傳統(tǒng)設(shè)計是以實(shí)體有型加工制作模式，信息技術(shù)介入設(shè)計后，數(shù)字化是信息設(shè)計生產(chǎn)力的特征，虛擬仿真無形的數(shù)字化產(chǎn)品是設(shè)計可視化的載體，而且“比特”為DNA的數(shù)字化產(chǎn)品的類型越來越豐富，如三維仿真模型、三維動態(tài)演示、三維交互設(shè)計、三維虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計等。

4.2 對設(shè)計數(shù)據(jù)的多維延伸和表現(xiàn)增效

相對物理性環(huán)境數(shù)字空間是流動的，文字、影像、聲音等信息以比特的形式任意穿梭于實(shí)存空間中。信息技術(shù)對設(shè)計項(xiàng)目的構(gòu)思表達(dá)、視覺識別、加工演示、流程規(guī)劃、傳播溝通等都起到增效性的作用。設(shè)計數(shù)據(jù)可視化是利用計算機(jī)圖形學(xué)和圖形處理技術(shù)，將產(chǎn)品復(fù)雜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維、三維視覺呈現(xiàn)，既非單一的視覺畫面，也不是單一的音響感受，而是一種綜合的感官刺激體驗(yàn)。設(shè)計可視化旨在形象地交流、便捷地保存和生動地演示設(shè)計信息。這種數(shù)字化表現(xiàn)方式，將完整而系統(tǒng)闡述問題，使設(shè)計呈現(xiàn)有序和人性化，增強(qiáng)信息傳達(dá)的強(qiáng)度和密度，創(chuàng)建信息的透明度和可讀性，從而為信息交換提供最佳可能性，延伸及強(qiáng)化設(shè)計的所提供的機(jī)能。

4.3 人文文化與科學(xué)技術(shù)的多重表達(dá)

傳統(tǒng)設(shè)計的表現(xiàn)形式重點(diǎn)主要集中于產(chǎn)品造型和功能上，設(shè)計可視化實(shí)質(zhì)是信息的優(yōu)化設(shè)計，計算機(jī)程序和聲、光、文字、圖形、圖像的綜合技術(shù)使藝術(shù)表現(xiàn)語言更加完備，強(qiáng)調(diào)通過人機(jī)溝通與對話，獲得有效的信息。應(yīng)用數(shù)字化手段對物質(zhì)產(chǎn)品的預(yù)想方案、實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)、后期效果、市場影響、能源開發(fā)、材料利用，一一數(shù)據(jù)化，設(shè)計者可以在數(shù)字環(huán)境中瓦解空間與時間的對應(yīng)關(guān)系，縱橫交錯、相互聯(lián)系的審視對象。設(shè)計可視化從造型和功能表現(xiàn)轉(zhuǎn)向注重人文關(guān)懷的設(shè)計服務(wù)、設(shè)計創(chuàng)意的共鳴，使概念的、方法的、精神的、人文的要素更加凸顯。設(shè)計可視化遵循可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計理念，并不是出于“技術(shù)至上”而對技術(shù)的迷戀和崇拜，強(qiáng)調(diào)人文文化與科學(xué)創(chuàng)新、精神與物質(zhì)的平衡發(fā)展。

4.4 交互式可視控制

當(dāng)今設(shè)計從“可用性”到“易用性”的研究轉(zhuǎn)型，“用戶體驗(yàn)”和“用戶友好”是其重要趨勢，因此交互式可視控制是實(shí)現(xiàn)的重要手段。交互式可視控制將計算機(jī)豐富的時間維、空間維、眾多屬性維的多維展示能力與認(rèn)知和形象思維結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)。從數(shù)據(jù)映射到視頻可視化形式，用戶通過界面操作與人機(jī)對話，改變變換過程中的參數(shù)，定位數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)中的既定模式，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互與對話的目的。交互可視控制以用戶體驗(yàn)與感受為中心（User-Centered-Design為基本原則，以實(shí)用的信息演示和良好的操作體驗(yàn)為目標(biāo)，前者是實(shí)現(xiàn)和增效基本功能，后者是人性心理、審美角度的研究與開發(fā)。在交互設(shè)計中，計算機(jī)工程技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫作為后臺支撐，設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)系，設(shè)計師需要研究人類工程學(xué)，制定和規(guī)范界面圖像布局、界面優(yōu)化、體驗(yàn)流程等，這些屬于綜合前臺設(shè)計。受眾與虛擬環(huán)境中的各種物體和對象的相互作用是完全模擬現(xiàn)實(shí)世界的，當(dāng)使用者移動視線時，虛擬環(huán)境中的圖像也會實(shí)時地跟隨變化，重量感、碰撞感、速度感都可以通過信息技術(shù)一一實(shí)現(xiàn)。

5 設(shè)計可視化的應(yīng)用

5.1 工程及產(chǎn)品動態(tài)演示設(shè)計--信息技術(shù)與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的交叉

工程及產(chǎn)品動態(tài)演示采用三維機(jī)械仿真技術(shù)和動畫及影視后期處理軟件，把產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、功能、工作原理通過動態(tài)視頻的形式演示出來，尤其是工業(yè)產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)、功能、生產(chǎn)流程等，通過三維動畫多角度全方位的演示，三維機(jī)械仿真技術(shù)把真實(shí)的事物以解決了傳統(tǒng)紙質(zhì)說明書、書面宣傳方式繁復(fù)的弊端和不足，解決了以前無法拍攝產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單靠文字和CAD圖紙說明的瓶頸。數(shù)字圖像化 （圖3、圖4）能夠通過清晰、簡潔明了的界面讓大眾和用戶快速地了解產(chǎn)品系統(tǒng)內(nèi)部的工作機(jī)制和生產(chǎn)流程，并熟悉操作步驟和適用領(lǐng)域，在最短的時間內(nèi)形象、細(xì)致、全面地深入了解設(shè)計的產(chǎn)品。

圖3 產(chǎn)品動態(tài)演示截圖

圖4 工程設(shè)計可視化截圖

5.2 建筑仿真虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計--信息技術(shù)與建筑設(shè)計的交叉

建筑仿真虛擬現(xiàn)實(shí)吸收了動畫、影視的表現(xiàn)形式，將建筑和環(huán)境作為表現(xiàn)的主題，中和應(yīng)用故事版、鏡頭移動、燈光、音效、后期特效、合成、計算機(jī)視覺等因素，為公眾提供優(yōu)化的設(shè)計方案，并形象的演示，增強(qiáng)人機(jī)的互動性體驗(yàn)（圖5）。建筑可視化使人能夠在虛擬的三維空間中，直接對形體的信息進(jìn)行直接的操作，和計算機(jī)產(chǎn)生交流，使人和機(jī)器自然而直覺的方式統(tǒng)一起來，激發(fā)受眾的空間想象創(chuàng)作力，在虛擬現(xiàn)實(shí)中體驗(yàn)和感知建筑文化。史蒂芬·霍爾（Steven Holl）提出：“空間的感知和體驗(yàn)是由人的整個身軀和所有的知覺來感受的，而建筑空間也只有在感知重才是完整的”[4]。信息可視化在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅僅是圖像的生動表達(dá)，而是增強(qiáng)受眾對空間的認(rèn)識由“實(shí)體存在”跨越到“感知體驗(yàn)”，從二維、三維超越到多維。

圖5 建筑虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計截圖

其特點(diǎn)是：

1）實(shí)時運(yùn)動。虛擬現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)的圖形、圖像的場景和環(huán)境是仿真模擬現(xiàn)實(shí)世界的，通過用戶界面的操作，能夠自由移動，并可以自由選擇瀏覽的方式和速度。

2）人機(jī)交互。通過鼠標(biāo)和鍵盤操作界面或輸入數(shù)據(jù)，計算機(jī)程序?qū)ㄖ碍h(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和瀏覽，對三維虛擬物體進(jìn)行操作，實(shí)行可視化的控制。

3）仿真性。虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)上一直追求仿真性，建立建筑特征的真實(shí)感、紋理細(xì)節(jié)的逼真感，才能使人全身心沉浸其中，以滿足受眾的視覺感受。

5.3 建筑漫游設(shè)計

建筑動態(tài)漫游指以建筑為表現(xiàn)主題及相關(guān)活動的動畫宣傳片（圖6）。通常根據(jù)建筑圖紙在計算機(jī)上制作出虛擬建筑環(huán)境，有地理位置、建筑物外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、園林景觀、配套設(shè)施、四季天氣、生活場景等動態(tài)設(shè)計存在于一個整體的有機(jī)環(huán)境中，結(jié)合鏡頭的語言、美術(shù)特效、音樂效應(yīng)、語言解說等方式演示建筑。建筑漫游設(shè)計是以影片的方式播放，受眾是被動的接受，不能與數(shù)字化產(chǎn)品產(chǎn)生人機(jī)交互，但藝術(shù)氣質(zhì)和影視語言更為完善和豐富。

圖6 古建筑動態(tài)漫游設(shè)計截圖

美國麻省理工學(xué)院教授及媒體實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)辦人尼葛洛龐帝（Negroponte），在《數(shù)字化生存》一書中提出：“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。數(shù)字科技可以變成一股人們吸引到一個更和諧的世界之中的自然動力。設(shè)計可視化，就是設(shè)計學(xué)的由信息革命帶來的一股強(qiáng)勁力量，對設(shè)計的表達(dá)方式、思維模式、價值觀念帶來深刻的影響，嬗變和衍生出的設(shè)計可視化，是非常值得我們繼續(xù)探索和研究的，讓我們更加理解這個時代脈搏，設(shè)計的可持續(xù)和諧發(fā)展。

[1]翟墨.人類設(shè)計思潮[M].石家莊：河北美術(shù)出版社，2007：24-27.

[2]Stuart Card.Jock Mackinlay，Ben Shneiderman，Readings in Information Visualization：Using Vision to Think[M].[s.l.]：Morgan Kaufmann，1999：30-36.

[3]張雙才.計算機(jī)繪圖基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：67-68.

[4]韓國C3設(shè)計.世界名建筑師系列-史蒂芬霍爾[M].黃燕譯.鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2004：145-149.

〔責(zé)任編輯 李?！?/p>

Evolution and A pp lication of D esign V isualization on Hologram E ra

AIXiao-qun1，F(xiàn)ENG Shou-zhe2，WU Zheng-dong1
（1.School ofMechanical E ngineering and Automation，Huaqiao University，Xiamen Fujian，361021；2.School of Artand Design，College of Hankou，Wuhan Hubei，430000）

As computer and network technology become the core of the Hologram time，information technology，related with.ther industries，penetrate d into the field of artand design.Visual design and its evolution is the a new trend.The paper described the aesthetic characteristics of visual design.

h ologram science；design visualization；aesthetic characteristics；application

X171.1

A

1674－0874（2012）02－0018－04

2012-01-20

艾小群（1980-），女，湖北荊州人，碩士，講師，研究方向：三維數(shù)字動畫。