占鎰瑕 傅凱莉 顧藝

關(guān)鍵詞：生態(tài)設(shè)計 建筑表皮 互動投影 數(shù)字藝術(shù) 城市公共環(huán)境

引言

在數(shù)字化時代的背景之下，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展對當(dāng)代藝術(shù)和文化產(chǎn)生了不可避免的影響。計算機(jī)技術(shù)可以被認(rèn)為是藝術(shù)家表達(dá)創(chuàng)意的補(bǔ)充工具。同時，伴隨著視聽表演與交互行為，建筑表皮開始呈現(xiàn)出媒介化、信息化的特點(diǎn)。然而，我們必須看到，在建筑表皮互動投影技術(shù)發(fā)展的同時，與之相關(guān)的資源浪費(fèi)也在同步增加。當(dāng)前，國內(nèi)許多的建筑投影項目更像是燈光秀，只把建筑當(dāng)作是一塊巨大的幕布，并沒有融合建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和文化背景，更沒有考慮其生態(tài)平衡。而基于生態(tài)學(xué)思考的設(shè)計能夠促進(jìn)自然世界和文化世界相互融合，有望創(chuàng)造一種適合所有生物長期共存的設(shè)計形式。

文章通過分析了當(dāng)前建筑表皮互動投影的案例，探索其背后的技術(shù)原理及創(chuàng)作手法，融合生態(tài)設(shè)計原理，結(jié)合目前建筑表皮互動投影的設(shè)計動態(tài)，提出生態(tài)、共識、互動的設(shè)計原則，從而為建筑互動投影的創(chuàng)作提供啟示。

一、研究現(xiàn)狀

（一）建筑表皮及互動投影研究現(xiàn)狀

建筑表皮的概念第一次出現(xiàn)是在 Leatherbarrow 和 Mostafavi的Surface Architecture[1]這本書中，書中提到當(dāng)代建筑設(shè)計已經(jīng)“由功能走向了表皮”。作者指出，建筑表皮不能夠被簡單地理解為一種建筑外部空間展現(xiàn)的構(gòu)成方式，而是一種可以傳達(dá)精神力量的載體；對于表皮的研究不應(yīng)該限于視覺的美感，更多的應(yīng)該注重其材料與功能，強(qiáng)調(diào)人與自然的和諧共生；它不但是建筑形成的條件，更是人與建筑情感對話的橋梁。目前我們對建筑構(gòu)成形式的考慮已經(jīng)達(dá)到可持續(xù)建筑的高度，即把建筑視為生態(tài)系統(tǒng)中不可忽略的主要構(gòu)成。以此觀點(diǎn)來重新審視建筑表皮的呈現(xiàn)形式，需要對其進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，進(jìn)而揭示表皮背后的生態(tài)與人文意義。

當(dāng)前建筑表皮呈現(xiàn)出媒介化、信息化的特征，其中一種重要的媒介形式是建筑互動投影。這是一種嶄新的新媒體藝術(shù)形式，完美地詮釋了藝術(shù)理念和技術(shù)手段的相互補(bǔ)充、相互融合，體現(xiàn)了科學(xué)精神和人文精神的高度統(tǒng)一，成為信息技術(shù)時代發(fā)展的必然趨勢[2]。從投影的發(fā)展進(jìn)程來看，第一個將畫面投影到3D物體上的實(shí)踐是1969年迪士尼樂園的“鬼屋之旅”項目，由16毫米的膠片投射到一個空白的頭部物體，通過光學(xué)錯覺讓其看起來像是一個真正的人物面目表情。之后，許多藝術(shù)家開始在藝術(shù)品中使用投影，并應(yīng)用于越來越復(fù)雜的表面。1998年激光掃描儀問世，這項技術(shù)最初被用于建筑的修復(fù)和翻新。而近年來，由于建筑投影形式新穎、效果震撼，能夠體現(xiàn)城市的精神文化內(nèi)涵，因此受到了一大批優(yōu)秀國內(nèi)外藝術(shù)家的青睞，激光掃描儀在他們的藝術(shù)探索中開始被大量應(yīng)用于建筑表皮數(shù)據(jù)的采集。經(jīng)過幾年的探索與實(shí)踐，相關(guān)技術(shù)手段雖比較成熟，但其呈現(xiàn)的形式及資源浪費(fèi)問題受到人們的質(zhì)疑。

（二）生態(tài)設(shè)計相關(guān)研究

通常而言，“設(shè)計”是一種有意識的行為，是一個把設(shè)想通過合理的規(guī)劃傳達(dá)出來的過程。設(shè)計可以被認(rèn)為是自然與文化的紐帶，即讓現(xiàn)實(shí)世界與人類所設(shè)計的世界更好融合的手段。另一方面，“生態(tài)”則是生物生存和發(fā)展的狀態(tài)。出于對生態(tài)問題的關(guān)注，設(shè)計界出現(xiàn)了“生態(tài)設(shè)計”思潮。在Ecological Design[3]這本書中，作者西蒙·范·迪·瑞恩（Sim Van der Ryn）和斯圖亞特·考恩（Stuart Cown）（1996）將生態(tài)設(shè)計定義為“通過將自身與生活過程相結(jié)合，以保護(hù)環(huán)境為前提的任何形式的設(shè)計”。由此可見，生態(tài)設(shè)計意味著盡量減少環(huán)境污染，并將人類和生態(tài)系統(tǒng)的健康列為先決條件。

回顧文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前有關(guān)景觀方面的生態(tài)設(shè)計研究包括俞孔堅[4]的景觀與城市的生態(tài)設(shè)計研究與王盛勇[5]的城市濕地景觀的生態(tài)設(shè)計研究，產(chǎn)品方面有任杰[6]的城市公共環(huán)境標(biāo)識生態(tài)設(shè)計研究等。然而，有關(guān)建筑投影方面的生態(tài)設(shè)計相關(guān)研究寥寥無幾，因此在國內(nèi)建筑互動投影的設(shè)計實(shí)踐中還沒有形成一套設(shè)計準(zhǔn)則，故本文旨在結(jié)合科學(xué)的設(shè)計思維去定義建筑互動投影的設(shè)計形式，總結(jié)出針對建筑互動投影在公共環(huán)境中應(yīng)用的設(shè)計原則。

二、建筑表皮互動投影設(shè)計原則

基于上文分析，結(jié)合Leatherbarrow 和 Mostafavi對于建筑表皮功能的描述與生態(tài)設(shè)計的內(nèi)涵，本文嘗試定義建筑表皮互動投影的設(shè)計原則。首先，人類當(dāng)前面臨能源枯竭、生態(tài)環(huán)境破壞的危機(jī)局面，基于此建筑表皮互動投影也開始從“傳統(tǒng)的設(shè)計思維”向自然生態(tài)的美學(xué)研究層面轉(zhuǎn)變。其次，互動投影作為一種新的城市公共環(huán)境的組成部分，是科學(xué)精神和人文精神的相互融合過程，在此過程中需要人與自然相互扶持、鼓勵，從而達(dá)到一種精神上的共識。最后，設(shè)計不應(yīng)只是藝術(shù)家的個人情感表達(dá)，而應(yīng)該將公共事物最大程度地與大眾進(jìn)行聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)的是人與自然的互動交流。因此，本文提出生態(tài)、共識與互動三大原則。

（一）生態(tài)原則

建筑表皮互動投影設(shè)計的生態(tài)原則包括材料與地方性兩個部分。

1.材料的選擇與使用。在建筑投影設(shè)計中，材料的選擇、使用、維護(hù)和每個環(huán)節(jié)對環(huán)境所帶來的影響都應(yīng)通過仔細(xì)計算。此過程涉及到創(chuàng)作者對于作品的表達(dá)形式的深思熟慮，以免重復(fù)的燈光使用造成光污染和資源浪費(fèi)。當(dāng)前建筑表皮的互動投影實(shí)現(xiàn)形式上主要以實(shí)物、視頻映射與光學(xué)的方式為主，材料的選擇和技術(shù)的結(jié)合都直接關(guān)系到是否最小化對環(huán)境產(chǎn)生的污染。這就要求我們在創(chuàng)作的過程中有意識地將生態(tài)材料與生態(tài)理念相結(jié)合。

2.地方性的原則。該原則是指在選擇建筑時要充分考慮建筑所在位置，適應(yīng)建筑場所的自然發(fā)展過程，因地制宜地分析其所在環(huán)境的優(yōu)劣勢，包括陽光、地形、水、當(dāng)?shù)夭牧霞澳芰康?，從而在設(shè)計過程中結(jié)合自然因素，維護(hù)城市環(huán)境的健康。

（二）共識原則

共識原則是指將人類與自然文化通過物質(zhì)與非物質(zhì)的關(guān)系來互相扶持、鼓勵。從而建立一種人類與自然文化、創(chuàng)作者與觀賞者之間的共鳴。因此共識原則旨在打破一種抽象、無趣、無意義的設(shè)計表達(dá)。

1.創(chuàng)作者情感的投入。共識原則要求創(chuàng)作者將個人情感、思想、觀念注入進(jìn)作品，這就要求創(chuàng)作者要對地方的歷史文化能夠有深入的研究。從而建立創(chuàng)作者與觀賞者之間的共鳴，加強(qiáng)大眾的歷史使命感。

2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及自然元素。在此基礎(chǔ)之上結(jié)合建筑表皮固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及自然元素，在建筑投影設(shè)計上不能將建筑當(dāng)作是一塊巨大的幕布，而應(yīng)設(shè)計與建筑表皮結(jié)構(gòu)與之對應(yīng)的影像，兩者相輔相成，并通過自然元素，來喚醒大眾對于自然的感知。

（三）互動原則

互動原則強(qiáng)調(diào)每個人都應(yīng)該參與設(shè)計，這不僅是人與自然的互動過程，也是人與人之間的互動。生態(tài)設(shè)計倡導(dǎo)的是“人人都是設(shè)計師”，因為在生態(tài)系統(tǒng)中每個人都不是獨(dú)立的個體，每個人的決策與行為都會直接與他人相關(guān)，并影響他人的未來。研究證明，作為城市公共環(huán)境的一部分，矗立街頭的建筑群往往能夠影響到人們在設(shè)計對象整體風(fēng)格方面的審美偏好，在潛移默化中提升人們的人文與審美素養(yǎng)[7]。對于觀賞者來說，城市公共環(huán)境不僅要滿足日常的生活、娛樂和觀賞需求，還是一個審美互動的場所。在《公共性與公共藝術(shù)》這本書中，殷雙喜教授強(qiáng)調(diào)“公共藝術(shù)謀求的不是藝術(shù)的表現(xiàn)，而是面對社會需要解決的問題。它不宣揚(yáng)個人崇拜，個人主義，而是將公共事物最大程度地與大眾進(jìn)行聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)的是人與自然的情感交流”。由此可見，觀賞者不再單純只有觀賞者的角色，創(chuàng)作者與觀賞者之間不是教育者與被教育者之間的關(guān)系，而是平等共創(chuàng)公共環(huán)境的關(guān)系。因此，要在建筑投影的創(chuàng)作過程中重視人與物、人與人、物與物之間的互動。

三、建筑表皮互動投影系統(tǒng)的技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

一套完整的建筑表皮互動投影系統(tǒng)包括建筑數(shù)據(jù)采集和數(shù)字影像內(nèi)容的設(shè)計與制作，以及互動投影系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

1. 建筑數(shù)據(jù)采集。首先是基于三維激光掃描儀數(shù)據(jù)獲取，其次是對收集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模。傳統(tǒng)的方法是利用二維圖紙或文獻(xiàn)由技術(shù)人員手工量測后，將古建筑的各種信息繪制記錄成冊[8]。這種方法不但費(fèi)時費(fèi)力效率低，對于異形建筑的數(shù)據(jù)采集也非常困難，另外，頻繁接觸建筑物容易對建筑造成“傷害”。近年來，隨著三維技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)（terrestrial laser scanning，TLS）、“3S”技術(shù)、AutoCAD和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等相結(jié)合構(gòu)建建筑表皮互動投影正在逐漸成為研究的焦點(diǎn)。早在20世紀(jì)60年代末，國外就開始進(jìn)行TLS方面的研究。例如，研究人員利用TLS對漢堡市政大廳內(nèi)兩個物體進(jìn)行了掃描，并利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立模型。此方法不僅效率高，且能精確地建立一套建模模型。

2. 數(shù)字影像內(nèi)容設(shè)計與制作。互動投影系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件。視頻影像的制作軟件主要包括3DMA X、MAYA、C4D、AE等軟件，交互系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要使用的是編程C語言或者JAVA進(jìn)行開發(fā)，結(jié)合Unity3D完成。

3.互動投影系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在建筑表皮互動投影中，實(shí)現(xiàn)過程需要不斷調(diào)整來達(dá)到更好的視聽體驗。在進(jìn)行投影的過程中，由于建筑表皮是由多個不規(guī)則的平面或曲面構(gòu)成，投影儀的光線無法正好垂直于墻面，因此投影過程中會導(dǎo)致圖像發(fā)生畸變，需要通過幾何校正技術(shù)來改善。當(dāng)前，大多數(shù)的矯正方法是利用攝像機(jī)等圖像感知設(shè)備來模擬觀察者，獲取投影表面上的投影圖像，并進(jìn)行圖像識別與分析，在控制單元中將投影儀緩存圖像進(jìn)行逆向變形，抵消圖像畸變部分，使投影表面上的投影圖像與預(yù)期圖像保持一致[9]。具體來說，就是將兩臺投影儀交疊的部分圖像，通過調(diào)整其亮度和飽和度的形式，來確保畫面的一致性，在視覺上達(dá)到無縫銜接的效果。

四、建筑表皮互動投影案例分析

（一）武漢江灘元宵光影秀

武漢江灘元宵光影秀項目由武漢麥塔威科技有限公司策劃，于2013年正月十五晚在武漢市漢口江灘上演。此次光影秀以“復(fù)興大武漢，星光耀荊楚”為主題，以“江漢光”等多棟代表建筑為載體。“江漢關(guān)”大樓，位于武漢市漢口沿江大道與江漢路交匯處，占地面積1499平方米，是在現(xiàn)存最早的三座海關(guān)大樓之一。與以往國內(nèi)的建筑表皮互動投影相比，武漢元宵光影秀不僅運(yùn)用了領(lǐng)先的新媒體技術(shù)，而且結(jié)合了建筑結(jié)構(gòu)的特征，將建筑之間的空間關(guān)系聯(lián)系起來，注重人文精神的傳達(dá)。同時，影像的互動與真人表演讓觀賞者有了更好的沉浸體驗。

1.數(shù)字媒體手段。通過建筑的表皮結(jié)構(gòu)設(shè)計與其相匹配的視頻影像，使建筑與影像之間相互融合，賦予彼此新的生命力與可能性。在此基礎(chǔ)上融合武漢晚清時期到現(xiàn)代的歷史征程，將科技與自然文化相融合，塑造武漢的良好城市形象（圖1）。

2.傳達(dá)人文精神。通過影像結(jié)合實(shí)體表演的形式，回顧了武漢近代以來的歷史文化變遷和建設(shè)發(fā)展，從古代的盤古城，到近代的辛亥革命戰(zhàn)爭，再到現(xiàn)代的經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展，展示其厚重的文化底蘊(yùn)和璀璨的歷史征程，重新塑造城市形象，喚醒大眾對于城市文化的認(rèn)同感。

3.視聽體驗。運(yùn)用大功率的工程投影機(jī)將影像投射在建筑群體上，結(jié)合多媒體設(shè)備的影像與光處理功能，創(chuàng)立了沉浸式的視聽環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了文化與科技真正的融合（圖2）。從生態(tài)設(shè)計原理角度分析，本次的互動投影基本符合其共識、互動的原則。但是演出過程中不可避免地對周圍的居民產(chǎn)生了噪音干擾，一定程度上也造成了光污染。

（二）韓國光州媒體藝術(shù)節(jié)開幕式——《光州之光》

本案例是2020年韓國光州媒體藝術(shù)節(jié)建筑光雕投影作品《光州之光》，該作品使用了空間轉(zhuǎn)換、時間轉(zhuǎn)換以及激光光雕投影的創(chuàng)作手法。

1.空間轉(zhuǎn)換的創(chuàng)作手法?！豆庵葜狻烽_篇展示的是雷電的自然現(xiàn)象，將大眾在日常生活中無法觀賞到的高空天文現(xiàn)象拉近人們的視野，給觀賞者帶來強(qiáng)烈的視覺與審美體驗（圖3）。

2.時間轉(zhuǎn)換的創(chuàng)作手法。如圖4所示，畫面中巨大的鐘擺飛速運(yùn)轉(zhuǎn)，隱喻著時間的倒流，接著畫面將觀賞者帶到了獨(dú)立運(yùn)動的血腥畫面，又通過快速的畫幅移動把畫面切回到當(dāng)今民眾日常生活的畫面，眼前的建筑表皮起到了時空機(jī)器一般的作用，在同一空間的不同景象，過去與現(xiàn)在的碰撞，引發(fā)人們的思考，使建筑投影不再只是帶來視聽的體感，更多的是心靈上的洗禮。建筑投影成了激起觀賞者進(jìn)一步思考的媒介化工具。

3.激光光雕投影的創(chuàng)作手法。通過粒子與光線組合構(gòu)成透視的三維圖像，以此來制造出建筑物體相對運(yùn)動的視覺效果。當(dāng)前這種創(chuàng)作手法在影院中應(yīng)用較多，這種手法同樣適用于建筑表皮互動投影當(dāng)中。

另外，激光投影儀相對于普通投影儀來說，在亮度與邊緣的清晰度上更甚一籌。極高的亮度與飽和度，突破了使用場景的限制，在制作與使用上更容易操作，制作的成本也低于傳統(tǒng)投影儀。

（三）案例評述

隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，霧霾、水污染、光污染等環(huán)境惡化的問題層出不窮，國際上生態(tài)運(yùn)動愈演愈烈，人們開始重新認(rèn)識人與自然的關(guān)系，同樣，建筑作為城市的重要組成部分，承擔(dān)著城市文化形象和核心價值的表達(dá)工具，因此以生態(tài)設(shè)計為理論框架，提出能夠指導(dǎo)建筑表皮互動投影的設(shè)計原則的設(shè)計思維成為重要的研究課題。

通過上述國內(nèi)外的建筑表皮互動投影案例可以發(fā)現(xiàn)，首先建筑投影項目大多應(yīng)用于燈光秀的表演中，欣賞者與作品之間的互動寥寥無幾，觀眾更多沉浸于視聽體驗上，忽略了燈光秀與人之間的聯(lián)結(jié)，暫未形成完整的生態(tài)設(shè)計理念。對于材料的選擇、使用、維護(hù)環(huán)節(jié)欠缺考慮。其中材料還包含了設(shè)備的選擇，韓國光州媒體藝術(shù)節(jié)開幕式選擇的激光投影儀，以更低的成本做出同樣的燈光秀效果是值得借鑒和參考的優(yōu)秀案例。

其次，在共識原則上，強(qiáng)調(diào)設(shè)計要考慮作品與環(huán)境的融合度，創(chuàng)作者將情感轉(zhuǎn)化為符合生態(tài)設(shè)計理念的作品，從而使觀賞者與創(chuàng)作者產(chǎn)生共鳴。武漢江灘元宵光影秀，是以中國傳統(tǒng)元宵節(jié)為契機(jī)，借助其特有的建筑優(yōu)勢，利用投影的形式講述了武漢的城鎮(zhèn)源起、發(fā)展歷程以及晚清時期到現(xiàn)代都市的歷史文化變遷。該作品在創(chuàng)作上與環(huán)境融合，充分結(jié)合建筑自身的結(jié)構(gòu)與周邊自然資源。沒有將內(nèi)容只局限在趣味與視覺體驗上，觀眾在享受建筑投影帶來的視聽體驗的同時，突破對傳統(tǒng)藝術(shù)形式的認(rèn)知，從過去的被動欣賞轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃铀伎迹瑥亩_(dá)到真正的人類與自然文化、創(chuàng)作者與觀賞者的共識。體現(xiàn)了巨大的價值和意義。

最后，在互動原則上，生態(tài)設(shè)計強(qiáng)調(diào)設(shè)計的過程是一種“道”而不是只由專業(yè)人員提供的作品，強(qiáng)調(diào)人人參與的過程，從而讓更多人參與到生態(tài)化的環(huán)境和建設(shè)中來。與傳統(tǒng)的設(shè)計相比較，生態(tài)設(shè)計有其特有的設(shè)計特點(diǎn)，所以，歸根結(jié)底，生態(tài)設(shè)計囊括了人們的一切日常行為中，這就要求創(chuàng)作者在設(shè)計時必須走入大眾的生活，將大眾的生活與認(rèn)知融入設(shè)計之中，它不是一種全新的設(shè)計形式，而是一種傳統(tǒng)設(shè)計的進(jìn)化與發(fā)展。在韓國光州媒體藝術(shù)節(jié)開幕式——《光州之光》案例中，運(yùn)用了時間轉(zhuǎn)換和空間轉(zhuǎn)換的創(chuàng)作手法，結(jié)合韓國當(dāng)?shù)貙τ谒囆g(shù)形式的認(rèn)知，讓大眾真正沉浸其中，重拾文化的歸屬感。為后人建筑表皮互動投影的呈現(xiàn)提供了良好的參考依據(jù)。

總而言之，在建筑互動投影設(shè)計中，應(yīng)將生態(tài)設(shè)計理念貫穿始終。應(yīng)保留傳統(tǒng)設(shè)計中優(yōu)秀的部分并結(jié)合當(dāng)下設(shè)計動態(tài)，對其進(jìn)行延續(xù)而非割裂的設(shè)計。如缺乏美感只談生態(tài)的設(shè)計也是不能被社會所接受的，只會被人們所遺忘，從而設(shè)計的價值也無從體現(xiàn)。因此以生態(tài)思維為核心的建筑表皮互動投影設(shè)計才能夠擁有最大的價值與發(fā)展。

總結(jié)與展望

在數(shù)字媒體藝術(shù)快速發(fā)展的今天，建筑表皮投影的設(shè)計形態(tài)開始走進(jìn)大眾的生活。本文以建筑表皮互動投影為對象，通過文獻(xiàn)研究和案例分析，探索建筑表皮互動投影的發(fā)展歷程、呈現(xiàn)形式和創(chuàng)作手法。以生態(tài)設(shè)計原理為框架，結(jié)合當(dāng)下建筑表皮互動投影的發(fā)展動態(tài)，歸納出生態(tài)、共識、互動的設(shè)計原則。

建筑投影以建筑作為載體，以文化、科技與生態(tài)的融合為核心，綜合運(yùn)用了多種高新技術(shù)，不僅符合新媒體藝術(shù)的創(chuàng)新趨勢，其核心理念又順應(yīng)全球時代的發(fā)展。同時，建筑表皮與影像的相結(jié)合能夠豐富建筑表皮功能，使其成為一種新的表達(dá)媒介。隨著技術(shù)的發(fā)展、模式不斷創(chuàng)新，建筑投影也將進(jìn)一步發(fā)展，促進(jìn)城市公共環(huán)境的健康快速發(fā)展，提升文化倡議在城市建設(shè)中的主體地位，推動城市文化更加繁榮。本文為未來的新媒體藝術(shù)設(shè)計研究與實(shí)踐提供了參考。在未來，建筑投影中的交互技術(shù)還可以進(jìn)一步優(yōu)化，使其更符合生態(tài)設(shè)計的理念，最終讓建筑表皮互動投影系統(tǒng)更加完善。