陳 練

（湖北美術學院，湖北 武漢 430000）

計算機圖形學在數(shù)字媒體藝術中的應用

陳 練

（湖北美術學院，湖北 武漢 430000）

短短十幾年間，伴隨著科技的進步與計算機的發(fā)展，藝術的形式也在迅速變化，數(shù)字媒體藝術隨之發(fā)展。作為一門新興學科，在電影、電視和互聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)字媒體藝術作品隨處可見，虛擬現(xiàn)實技術正在向新的領域擴展。這門學科與數(shù)字媒體藝術同樣年輕，在其發(fā)展過程中，計算機圖形學對其創(chuàng)造產(chǎn)生進行了強有力的支撐。本文試圖探討計算機圖形學在數(shù)字媒體藝術的發(fā)展中，扮演了怎樣的角色，有著怎樣的應用。

圖形；計算機；數(shù)字媒體藝術

作為一門綜合性學科，數(shù)字媒體藝術集中體現(xiàn)了科學、藝術和人文的理念，跨越了自然、社會和人文三大學科。在這一術語中，數(shù)字指該門學科以科技為基礎，媒體二字表明其以媒體行業(yè)作為背景，藝術則指明其領域——藝術作品的創(chuàng)作、對數(shù)字產(chǎn)品進行藝術設計等。數(shù)字媒體技術目前屬于多學科交叉，所設計的包括設計類的造型藝術、藝術設計、交互設計，還有計算機語言、計算機圖形學、信息與通信技術等等。相較傳統(tǒng)媒介，“人機交互作用”是其顯著特點，也就是說，數(shù)字媒體藝術的存儲、處理、傳播信息均通過計算機這一媒介，其發(fā)展與計算機的發(fā)展聯(lián)系緊密。其中，作為數(shù)字媒體藝術的支撐之一——計算機圖形學也是一門新興學科，隨計算機的發(fā)展而發(fā)展。它是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉換為圖形的原理、方法和技術的學科。

計算機圖形學（Computer Graphics，簡稱CG）所涉及的內(nèi)容多樣化，與很多學科都有交集，主要研究內(nèi)容是在計算機中如何表示圖形，以及以計算機為工具進行圖形的顯示、處理和計算等的相關原理與算法。提到CG，通常認為是指三維圖形的處理，事實上CG也涵蓋了二維圖像及其處理，講授內(nèi)容主要是計算機圖形學的基本理念、方法與算法，二維圖形處理技術，包括其生成、變化、裁切及番混淆，三維圖形處理技術，包括其表示、投影、消隱和真實感顯示。

在計算機圖形學發(fā)展初期，要解決的首要問題是在計算機中如何表示出三維幾何圖形，其相關原理與算法涉及利用計算機生成圖像，并對其進行顯示和處理步驟，并最終產(chǎn)生令人賞心悅目、有真實感的圖像。而這些只是狹義的范疇。至今已走過了40年的計算機圖形學，所涵蓋的已遠遠不只這些了。廣義的計算機圖形學研究領域寬泛，有圖形標準、圖形交互技術、光柵圖形的生成及算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法，以及科學計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實等。據(jù)筆者的了解，計算機圖形學主要包含的內(nèi)容可分為如下幾個部分：模型堆建、圖形渲染、動畫制作和人機交互。如上這幾個部分，引出了數(shù)字媒體藝術與最為相關的四個研究方向：

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）：現(xiàn)在較為火熱的VR，簡單來說，就是能使觀察者產(chǎn)生一種真實的身臨其境、觸手可碰感。在原理上，虛擬現(xiàn)實主要研究的是計算機模擬構筑三維圖形空間，利用計算機圖形產(chǎn)生器、位置跟蹤器、多功能傳感器和控制器等進行實際情景模擬，使用戶與該空間進行交互。既然強調的是真實與交互，虛擬現(xiàn)實對三維圖形處理技術有著極高的要求。早在20世紀70年代，較為簡陋的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)已被應用于軍事領域，訓練駕駛員。隨著計算機的發(fā)展，尤其是軟硬件技術的提高，在20世紀80年代后，它也隨之受到了重視，迅速發(fā)展壯大起來。目前，虛擬現(xiàn)實技術不僅運用于藝術、建筑等涉及繪圖的領域，在航空航天、醫(yī)學、教育等領域中也得到了初步應用。

可視化（Visualization）：簡單來說，可視化即將不可見的數(shù)據(jù)轉化成圖形或圖像，在屏幕上進行顯示。其背后的支撐是計算機圖形學和圖像處理技術?，F(xiàn)今的可視化已不止于圖形的交互處理，還涵蓋了數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題，是一門綜合圖形圖像技術。上文所提到的虛擬現(xiàn)實技術也是以可視化技術作為依托的。在大數(shù)據(jù)時代，除了傳統(tǒng)的科學可視化，現(xiàn)在的可視化還包含了信息可視化以及可視分析等方面。

計算機藝術（Computational Arts）：隨著計算機圖形學的發(fā)展，藝術家的創(chuàng)作已不局限于傳統(tǒng)媒介。作為一種強有力的工具，計算機圖形學提供了一種技術和方法，使藝術家得以擁有更廣闊的天地盡情發(fā)揮和實現(xiàn)想象。計算機藝術的歷史非常短暫，但在發(fā)展過程中，得益于信息時代的發(fā)展，其發(fā)展演化速度非常高，遠超人們的預想。在代表計算機圖形研究最高水平的歷屆數(shù)字媒體藝術年會上，精彩的計算機藝術設計作品層出不窮。除了SIGGRAPH，還有幾個大型的關于計算藝術方面的會議，包括非真實性圖形學（Non-Photorealistic Graphics）和Computational Aesthetics（計算美學）等。這些大型活動吸引了相關人員群聚一堂，其中不僅僅有藝術家、設計師，還有建筑師和計算機從業(yè)人員，通過交流切磋和頭腦風暴的方式進行一些充滿創(chuàng)意的研究工作。

可視媒體計算與處理（Visual Media Processing）：作為數(shù)字媒體，在發(fā)展初期涉及的是聲音、圖像和視頻，而幾何數(shù)據(jù)，被認為是繼這幾者之后的新一代數(shù)字媒體，是計算機圖形學的重點研究領域。近幾年的發(fā)展趨勢是圖像視頻處理技術與計算機圖形學相結合，相關的研究與技術日益增多。在圖像和視頻上運用大數(shù)據(jù)處理，會在處理技術與手段上給計算機圖形學帶來更新，這一點筆者已在上文有所提及。另一方面，在計算機圖形學技術的應用之下，圖像處理與視覺方法融合在一起，風格化的畫面躍然屏上，同時生成動畫序列。這一切都是基于視頻和圖像數(shù)據(jù)的。正向，是計算機圖形學生成圖像；逆向，是利用計算機視覺從圖像中恢復各種信息。這一正逆向的結合，帶來了無盡的想象空間，可以創(chuàng)造視覺特效，最終應用于增強現(xiàn)實，甚至是數(shù)字地圖、虛擬博物館展示等多種方面。因此，從眾多應用途徑來看，計算機圖形學已漸漸融合了多門學科，不僅僅是圖像和視頻的處理，還囊括了多媒體處理及計算機視覺等，向更為廣大的學科發(fā)展。

回顧人類文明的歷史長河，科技與藝術的關系一直都是令人關注的，但很少有像當前數(shù)碼技術尤其是計算機圖形學這樣引發(fā)的空前演變。回顧其發(fā)展歷程，首先是攝影、攝像和電影技術的發(fā)展，藝術家們不再囿于傳統(tǒng)方式，開始運用這些新的圖像技術來思考和創(chuàng)作。也就是說，機器化的圖像技術為藝術創(chuàng)作帶來了新的可能性和巨大的創(chuàng)作空間。這些影像記錄類的藝術不僅僅是傳播流行文化，更是一種重要的藝術表現(xiàn)形式。在影像記錄為藝術提供了新的可能性的同時，影像復制技術的發(fā)展也對藝術的發(fā)展提供了新的可能。正是這些影像記錄和復制藝術為計算機圖形學里的可視化奠定了基礎。

當今不僅是大數(shù)據(jù)時代，而且工業(yè)化日趨成熟發(fā)達，生產(chǎn)和制造的主力軍不再是人，而是機器，藝術家們從而大膽設想：通過機器這個媒介，藝術也可以進行制作和生成，而不僅僅是影像的記錄和復制。在20世紀70年代計算機發(fā)展初期，盡管當時的計算機缺乏足夠的數(shù)字圖像處理能力，但已有個別超前的藝術家開展了機器繪畫的嘗試，隨后，計算機圖像處理技術漸漸發(fā)展了起來，數(shù)字圖像技術作為新的平臺，給藝術家們提供了更為廣闊的表現(xiàn)空間，也對廣告設計產(chǎn)生了深刻的影響，數(shù)碼技術為虛擬圖像的產(chǎn)生提供了夢幻般的手段，這種機器帶來了無限的創(chuàng)造、遐想空間，遠超傳統(tǒng)藝術。

計算機圖像圖形處理技術在發(fā)展初期時，新興的科技手段在藝術創(chuàng)作中被大量使用，如激光藝術和全息攝影等，直至如今的虛擬現(xiàn)實。隨著計算機的發(fā)展，處理能力進一步提高，MMX技術開始在CPU中應用，技術的提高也使得CPU的處理速度產(chǎn)生了飛躍，從而極大地提高了計算機對數(shù)字媒體的處理運算能力；CD以及DVD被硬盤甚至更高規(guī)格的硬介存儲介質所取代，這種基于光存儲的技術為為多媒體信息的記錄與發(fā)布提供了更為強有力的支持，也就是說，更大的存儲與讀寫空間，也使得計算機信息處理邁入了多媒體時代。在先進的技術條件前提之下，不同媒體之間的融合變得十分簡單，為藝術設計帶來了更為豐富的感官體驗。在傳統(tǒng)媒體中，例如電視和電影，采用的是線性敘述手段，但多媒體技術可以打破這種常規(guī)，以超級鏈接的媒體整合法帶來了全新的作品模式——非線性感官體驗。而隨著人工智能技術的發(fā)展，人機界面的運用，交互性也開始大量體現(xiàn)在藝術作品中。

近年來，計算機網(wǎng)絡增長勢頭迅猛，翻天覆地地改變了人們的生活方式，同時也推動了一種新的藝術形式的形成——網(wǎng)絡藝術。所謂網(wǎng)絡藝術，即基于網(wǎng)絡進行創(chuàng)作的藝術。當今，分布式多媒體技術、人工智能技術以及虛擬現(xiàn)實技術均日趨成熟，這使得網(wǎng)絡藝術的互動性更強，更多人可以參與進來。新媒體藝術作為一種藝術形式，極大地甚至可以說是從根本上改變了藝術，改造其思維模式、設計模式、傳播模式及欣賞模式。

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陳練（1989-），女，湖南省益陽市，湖北美術學院，2013級碩士，研究方向：楚美術研究。