吳曉平　馬春利

摘? 要：隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，藝術(shù)與科學的邊界變得越來愈模糊了，越來越多的藝術(shù)作品開始轉(zhuǎn)向科技尋求靈感。許多藝術(shù)家借助紅外傳感器、壓電陶瓷傳感器、觸摸傳感器等把環(huán)境的變化轉(zhuǎn)化為電信號的變化，再通過Arduino等裝置轉(zhuǎn)換成變量輸出形成不同的藝術(shù)效果，讓這些藝術(shù)作品變成可以與觀眾交互的裝置藝術(shù)。交互裝置不僅藝術(shù)性強，更重要的是能與觀眾進行交流和互動，增加了其趣味性，豐富了我們的文化生活。

關(guān)鍵詞：壓力傳感器;聲音傳感器;科技;交互藝術(shù)裝置

現(xiàn)階段，科技正以迅猛之勢向前發(fā)展，其中自動化技術(shù)的發(fā)展帶動了工業(yè)的巨大進步，同時也大大豐富了現(xiàn)代藝術(shù)的表現(xiàn)形式。自動化成為藝術(shù)作品和觀眾交互的主要手段，造型藝術(shù)不再是高高在上、無法交流的靜止藝術(shù)作品。輸入方式也從觀眾采用鼠標或鍵盤等發(fā)展到了現(xiàn)在的利用手勢、聲音、姿勢、壓力、腦電波等同藝術(shù)作品交流互動。同時，輸出的方式也由原來的平面輸出發(fā)展到多維立體輸出以及與燈光效果和影音效果相結(jié)合。這一切都得益于傳感器的使用。傳感器就像整個藝術(shù)裝置的感覺器官，它感受外界信息，處理人類與之互動的信息，將處理好的信息輸送給計算機或者控制器，再發(fā)送相應的指令給執(zhí)行裝置，從而呈現(xiàn)出不同的藝術(shù)效果。

一、傳感器的簡介

傳感器是一種檢測裝置，由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，能夠感受到被測物理量的微小變化，并將這種物理量按照一定的規(guī)律變換成方便傳送和處理的信號（如電流、電容、電阻等）或其他形式信息的一種裝置或器件。傳感器具有低耗能、輕量化、小體積的特點。目前，傳感器已經(jīng)不僅應用于航空、汽車、醫(yī)療、物流、機器人等領(lǐng)域，也開始應用在藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域，藝術(shù)領(lǐng)域中常用的有紅外傳感器、超聲波傳感器和壓力傳感器等。

（一）紅外傳感器

凡是感測自身溫度大于絕對零度的物體都向外輻射紅外線。紅外傳感器通過感測物體輻射的紅外線并進行數(shù)據(jù)處理。當傳感器檢測到有紅外輸入時，就給工作電路一個啟動信號，使工作電路開始工作，人類也會向外輻射紅外線。它靈敏度很高，常用于無接觸溫度測量。生活中感應充電器、紅外報警器、自動門、感應水龍頭等都是利用紅外線傳感器進行工作的。

（二）超聲波傳感器

超聲波是聲波的一種，其頻率高于人耳的接受頻率上限，它方向性和穿透性較好，在空氣中的傳播速度一般為340m/s。超聲波傳感器通過計算回聲傳播的時間進行距離測量，機器人和倒車雷達等通常用超聲波傳感器進行距離測量，以達到降低碰撞機率的目的，它可以在藝術(shù)作品中用作智能避障。

（三）壓電陶瓷傳感器

壓電陶瓷傳感器的內(nèi)部的核心元件是一種具有壓電效應的功能陶瓷材料，它的特點是可以將壓力等機械信號轉(zhuǎn)換成電信號，當藝術(shù)作品中的壓力傳感器遭到擠壓、敲擊、碰撞等外力作用時，內(nèi)部的敏感陶瓷片就會發(fā)生形變，陶瓷片形狀的改變引起內(nèi)部的正負電荷中心位移，使傳感器的內(nèi)部產(chǎn)生電壓，相當于電源，這樣就可以在受到外界壓力時點亮藝術(shù)作品與人互動。

（四）加速度傳感器

加速度傳感器是可以測量物體運動加速度的傳感器，利用牛頓第二定律“F=ma”可以獲得加速度值。當物體受到外力作用，它可以利用內(nèi)部電容距離的改變量，計算出物體此時的加速度。

（五）觸摸傳感器

在現(xiàn)代生活中，電容式觸摸屏傳感器是我們最常接觸到的傳感器，它可以分為電阻式和電容式兩種，觸摸開關(guān)的使用就是一個典型的例子，當有人觸摸傳感器時，傳感器的內(nèi)部電容就會產(chǎn)生變化，當這種變化超過一定范圍時，控制器就被輸入相應的電壓信號并做出不同的反應。在藝術(shù)作品中常用觸摸傳感器控制藝術(shù)作品的執(zhí)行機構(gòu)動作。

（六）聲音傳感器

聲音傳感器里安裝了對聲音敏感的駐極體薄膜，它能感測外界的聲音信號，振動的聲音引起薄膜的振動，導致內(nèi)部的電容發(fā)生變化，從而產(chǎn)生與之相對應的微小電壓。在麥克風、樓道聲控燈、手機以及其他電器中都安裝有聲音傳感器。藝術(shù)家通過把聲音傳感器安裝到藝術(shù)作品中，就可以把聲音的大小變化轉(zhuǎn)換為燈光的變化，呈現(xiàn)不同的藝術(shù)效果。

（七）環(huán)境光線傳感器

環(huán)境光線傳感器可以感知周圍光線變化，它的核心元件有光敏電阻、光敏二極管、光電三極管等，例如光敏電阻的阻值大小會隨著外界環(huán)境光線的變化而變化，亮度增加時阻值降低，亮度降低時阻值增大，通過阻值的變化進而調(diào)節(jié)電路的電流變化。經(jīng)過放大的電流就會借助電路里的其它設(shè)備使得設(shè)備執(zhí)行工作。當一個燈光設(shè)備亮起來時，周圍的光線傳感器會因為光照強度的增強也會跟著發(fā)光，由此及彼形成豐富的藝術(shù)效果。

二、傳感器在藝術(shù)領(lǐng)域的具體應用

（一）《戶外音樂樓梯》和《人體重力感應腳踩音樂互動燈》

《戶外音樂樓梯》為一件重力感應型的公共藝術(shù)作品，設(shè)計師將樓梯設(shè)計成一個鋼琴鍵盤的形式，在上下樓梯的同時人們還能享受生動優(yōu)雅的音樂。設(shè)計師在每一層鋼琴樓梯的下面鋪裝有壓敏傳感器、揚聲器和燈光裝置。當壓力傳感器接收到人們上下樓梯時的壓力，就會將這種信號轉(zhuǎn)化成電信號，然后通過揚聲器發(fā)出聲音信號，人們就可以聽到悅耳的音樂了。壓力傳感器給揚聲器傳遞信息的同時也會觸動led燈光裝置，不同的音符再配合多彩的燈光效果，上樓梯動作也變得有趣，每步都像在敲擊樂器的按鍵，帶來有趣的視聽體驗。與此相類似的還有人體重力感應腳踩音樂互動燈（如圖1），該設(shè)備將編程好的設(shè)備放置在踩燈下，作為控制燈的開關(guān)。利用壓力傳感器，把人的重力轉(zhuǎn)化為控制燈亮暗程度的信號，同時還可以根據(jù)踩踏頻率變換燈的顏色。

（二）《圣堂的背叛》

知名先鋒藝術(shù)家Chris Milk在其作品中大量運用傳感器技術(shù)，并因此與觀眾構(gòu)建互動關(guān)聯(lián)，《The Treachery of Sanctuary》（圣堂的背叛）是Chris Milk最出名的作品，這件作品有一潭靜水池，另外還有三片白色幕布。當觀眾進入水池前的區(qū)域后，觀眾的影子就會出現(xiàn)在某個白幕上，當在第一片幕布上時會出現(xiàn)很多的小鳥，伸手觸摸幕布上方的鳥群時，影子或會幻化成無數(shù)只小鳥融入鳥群。在第二片幕布上時影子會被鳥群吞噬，當在第三片幕布時影子會變成擁有翅膀的天使，每塊幕布的展示內(nèi)容不同。三塊白幕通過Kinect體感監(jiān)控探頭和紅外傳感器組件捕捉用戶的體態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)信息，利用Unity 3D游戲開發(fā)環(huán)境，通過open Frameworks創(chuàng)意編碼平臺，處理傳感器提供的數(shù)據(jù)并建立與之相對應的模型，形成與觀眾相關(guān)的投影效果和互動場景。

（三）《盛放的花朵》

《盛放的花朵》（如圖2）由HQ Architects團隊設(shè)計，它是耶路撒冷政府為了改善這個城市的公共空間而設(shè)計的，它位于以色列耶路撒冷中心區(qū)域的Vallero Square廣場上。它不僅是一個交互藝術(shù)裝置，還是一個智能的花朵路燈。該作品共包含4個紅色巨型花朵，每一朵都高達9米多，兩個為一組，位于道路兩旁的關(guān)鍵位置。無人經(jīng)過時，它們看起來像凋零的花朵，當感應到下方有物體移動跡象時，花蕊部分的紅外傳感器就會驅(qū)動充氣裝置自動充氣，花朵隨之慢慢綻放。當物體離開之后，花朵就會因為放氣而合攏，烈日下，它可以為人們遮陽。夜幕降臨后，環(huán)境光線傳感器又發(fā)出信號使花蕊的照明裝置散發(fā)光芒，花朵路燈的盛開和合攏充滿人情味和藝術(shù)氣息，美觀且節(jié)能。

（四）上海世博會的《魔方》和德國展館

上海世博會企業(yè)館被稱為“魔方”，它的整個建筑外墻采用鏤空結(jié)構(gòu)，外墻的顏色隨外界聲音的變化而改變，能夠產(chǎn)生五彩繽紛的魔幻效果。它的建筑外墻是由3米厚的聚碳酸酯塑料管構(gòu)建，此材料透明且可再生，在這些透明塑料管中安裝色彩斑斕的LED燈和聲音傳感器，它可以捕捉觀眾吶喊聲或者鼓掌聲的力度和速度，然后轉(zhuǎn)換成芯片可識別的數(shù)字信號，再通過可編程的軟件設(shè)備使LED呈現(xiàn)神奇的燈光效果。

上海世博會的德國館展廳中有一個巨大的金屬球懸掛于空中。當有外來聲響時，隱藏于球體中的聲音傳感器可以檢測到外界的聲音信號。在轉(zhuǎn)換成電信號的同時啟動內(nèi)部的機械裝置使金屬球擺動，球體會向聲音大的一方靠近，觀眾喊的聲音越齊、越洪亮，金屬球產(chǎn)生的能量也就越大。同時球面的圖像和色彩也會跟著聲音的變化而變化，增強與群眾的互動性。

藝術(shù)裝置《I LUME》由很多懸掛在空中的燈泡組成，它通過聲音傳感器控制燈的開關(guān)，觀眾可以通過拍手或者笑聲來控制燈的亮滅。有的藝術(shù)裝置還有許多會煽動的蝴蝶。當觀眾對著裝置藝術(shù)作品吹氣，隱藏在內(nèi)部的聲音傳感器可以感測吹氣的時間長短和聲音大小，進而驅(qū)動控制器使蝴蝶煽動翅膀，翅膀聞聲而動，聲停則止。

（五）《抵抗與共振卵形體》（Resisting and Resonating Ovoids）

《抵抗與共振卵形體》是 Team lab藝術(shù)設(shè)計團隊為日本福岡城創(chuàng)作的作品，它被放置在古城遺址的草坪中。《Resisting and Resonating Ovoids》是一個會抵抗、會呼應的卵球體。當這個會發(fā)光的“卵球體”被推倒之后，它的顏色也會隨之改變，同時能夠發(fā)出特殊的音色。它呈現(xiàn)的燈光效果與福港城遺跡周圍樹木叢生的環(huán)境相互呼應，周圍的樹木和石墻都被染了色。這個互動裝置藝術(shù)作品是通過壓力傳感器來感知人的行為。作品意義在于希望作品與觀眾和自然環(huán)境對話，從而讓大眾關(guān)注和感知空間中的人和物。

三、結(jié)語

科技改變了生活，也改變著藝術(shù)家的創(chuàng)作思路。李政道先生曾說過：“科學與藝術(shù)就像是一個硬幣的兩面”，看似獨立的兩面卻相互影響、相互促進，其實誰也離不開誰。未來科技的發(fā)展會更加迅速，藝術(shù)中也會融入更多的科學成果。科學與藝術(shù)相互作用，科學的不斷發(fā)展為藝術(shù)提供更多可能的空間，反過來藝術(shù)也可以為科學發(fā)展提供啟發(fā)。那些曾經(jīng)異想天開的藝術(shù)想法隨著科學的發(fā)展也逐漸地變?yōu)楝F(xiàn)實。新材料的發(fā)現(xiàn)和電磁學的發(fā)展使傳感器應用在生活的方方面面。當這些新發(fā)明應用于藝術(shù)設(shè)計中時，藝術(shù)也變得更加繽紛多彩。傳感器技術(shù)介入藝術(shù)作品，使觀眾可以走近藝術(shù)成為交互藝術(shù)作品的一部分，使藝術(shù)的表現(xiàn)形式更加多樣、不拘形式，使藝術(shù)家的想象得到更好的發(fā)揮?？缃缛诤稀?shù)字媒體、新材料等的廣泛運用使藝術(shù)來到我們身邊，藝術(shù)變得更為親切、有趣、魔幻。將來，傳感器的應用還將為藝術(shù)的發(fā)展打開一片更為廣闊的新天地。

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作者簡介：

吳曉平，鄭州輕工業(yè)大學研究生。研究方向：公共藝術(shù)。

馬春利，鄭州輕工業(yè)大學研究生。研究方向：包裝設(shè)計、可拓學。