當(dāng)代數(shù)字化科技背景下環(huán)境設(shè)計(jì)的藝術(shù)與科技共生性

董治年

深圳技術(shù)大學(xué)，深圳 518118

20 世紀(jì)50 年代末，隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和逐步普及，人類社會(huì)已經(jīng)步入數(shù)字化時(shí)代。歐美發(fā)達(dá)國家主導(dǎo)的時(shí)代進(jìn)步是以人們常用的、最具代表性的生產(chǎn)工具的變革來代表一個(gè)歷史時(shí)期的變革更替，例如石器時(shí)代、鐵器時(shí)代、蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、數(shù)字時(shí)代等。因此，在近100 年里發(fā)生的人類第三次產(chǎn)業(yè)革命一直延續(xù)到現(xiàn)在，新科技革命以電子信息業(yè)的突破與迅猛發(fā)展為標(biāo)志，呈現(xiàn)出從電氣時(shí)代走向了信息時(shí)代的態(tài)勢(shì)。因?yàn)殡娮有畔⒌乃袡C(jī)器語言是建立在以數(shù)字為代表的龐大語言邏輯體系上的，即人們面對(duì)的一切是建立在數(shù)字化基礎(chǔ)上的，數(shù)字全球化也就成了信息時(shí)代的代名詞。

一、數(shù)字時(shí)代的到來對(duì)環(huán)境空間概念的拓展

新技術(shù)正在從根本上改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睿渲校?0 世紀(jì)末數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和成就引發(fā)了電子技術(shù)和數(shù)字化媒體的興起與普及，如賽博空間借助超媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、多維感知等多種方式得以展現(xiàn)。當(dāng)下的設(shè)計(jì)也面臨著人類對(duì)傳統(tǒng)“環(huán)境空間”概念的重新定義與突破[1]。麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室主任尼葛洛龐帝在《數(shù)字化生存》一書中提出了“比特”作為“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，比特正滲透進(jìn)到人們生活的方方面面，給人類生活方式的變革帶來的巨大影響，數(shù)字時(shí)代影響下人們的交往方式變得日益“比特化”。麻省理工學(xué)院建筑與規(guī)劃學(xué)院院長威廉·J·米切爾和尼葛洛龐帝一樣具有建筑學(xué)的背景，他在《伊托邦：數(shù)字時(shí)代的城市生活》《我++：電子自我和互聯(lián)城市》《比特之城：空間、場所和信息高速公路》數(shù)字空間“三部曲”中進(jìn)一步暢想了未來城市發(fā)展及在數(shù)字時(shí)代、信息時(shí)代、賽博空間時(shí)代到來后，與設(shè)計(jì)息息相關(guān)的城市、建筑、環(huán)境空間呈現(xiàn)的全新面貌，旨在說明隨著比特運(yùn)用的不斷普及，被信息高速公路所連接的未來實(shí)質(zhì)空間、位置、建筑及城市生活方式體現(xiàn)出的特征明顯的數(shù)字化空間趨勢(shì)。賽博空間（Cyberspace）的誕生，體現(xiàn)了數(shù)字時(shí)代到來后人類生存空間的演進(jìn)與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類依靠自身智慧及創(chuàng)造力應(yīng)對(duì)解決生存問題的一種解決方式。信息時(shí)代背景下“環(huán)境設(shè)計(jì)空間”觀念—賽博空間作為人類開辟的第五維空間已經(jīng)完全突破了傳統(tǒng)實(shí)體空間的概念界限，在設(shè)計(jì)實(shí)踐與教育領(lǐng)域大大豐富了環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中舊有知識(shí)體系對(duì)三維空間理解的僵化、靜止、機(jī)械等特征，形成了“實(shí)體空間和賽博空間、物理空間和信息空間、物質(zhì)實(shí)體與信息表征、現(xiàn)實(shí)存在與虛擬建構(gòu)之間交互聯(lián)系、共同存在的狀態(tài)”[2]，從而使當(dāng)代環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的存在形態(tài)更為豐富、對(duì)社會(huì)的價(jià)值觀與可持續(xù)的人類發(fā)展責(zé)任理解得更為深刻，也使之不再成為一種以對(duì)美學(xué)趣味的單純模仿為目的的低層次學(xué)科環(huán)節(jié),進(jìn)而從一個(gè)講究良好形式和功能的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)文化轉(zhuǎn)向一個(gè)非物質(zhì)時(shí)代的多元文化再現(xiàn)的文化[3]。

二、數(shù)字影像對(duì)環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐的影響

視覺媒體是人類用來溝通與傳遞信息的形式之一。當(dāng)代媒介傳播學(xué)家麥克盧漢在20 世紀(jì)60 年代出版了《理解媒介》一書，書中以全新的視角闡述了媒介即是訊息的概念，他認(rèn)為任何媒介都是人體的延伸，媒介決定文化特質(zhì)與傳播——感知模式。從媒介哲學(xué)的意義上說，文化傳媒的嬗變就是一部人類的精神發(fā)展史和文化藝術(shù)發(fā)展史。從歷史發(fā)展的規(guī)律中可以看到：一部人類文明史也必然是一部媒介的發(fā)展創(chuàng)造史。從文化發(fā)展角度來說，它必然是一定媒介系統(tǒng)作用下的文化，一種媒介的創(chuàng)制與推廣，往往孕育了一種新的文化或文明。尤其隨著科學(xué)技術(shù)中數(shù)字化與信息化的日新月異，信息領(lǐng)域由模擬信息向數(shù)字化信息過渡，使得“人類世界將會(huì)成為地球村”的這一觀點(diǎn)，影響著人們對(duì)新科技媒介引發(fā)下的生活方式的變革[4]。

芝加哥千禧公園中運(yùn)用數(shù)字影像的皇冠噴泉環(huán)境設(shè)計(jì)是將當(dāng)代建筑景觀作為媒介特征的最好例證，見圖1。在人造環(huán)境的歷史中，如何對(duì)受眾需要的強(qiáng)烈視覺沖擊力的形象本身進(jìn)行表達(dá)，當(dāng)代城市中LED電子燈光、液晶顯示器、霓虹燈、廣告燈箱等早就以夸張的媒介形式，大大超過了環(huán)境場所中對(duì)實(shí)體要素的空間需求。在這個(gè)意義上，數(shù)字技術(shù)的批量化、虛擬化、信息化特點(diǎn)就很好地滿足了作為信息媒介的虛擬性和模型化意義上的審美化傾向。由于數(shù)字媒體技術(shù)的不斷進(jìn)步，結(jié)合數(shù)字影像技術(shù)的環(huán)境視覺傳達(dá)也使得環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)作擁有了越來越大的實(shí)踐場所和想象空間，許多設(shè)計(jì)構(gòu)思甚至是在以往工業(yè)社會(huì)中設(shè)計(jì)的領(lǐng)域所無法企及的。通過巧妙地組合各種媒體組件，傳媒要素的應(yīng)用可以成為創(chuàng)造新的空間形式的一個(gè)手段，使其成為與建筑、環(huán)境、室內(nèi)空間相輔相成、相得益彰的數(shù)字媒體信息傳播媒介，同時(shí)為環(huán)境設(shè)計(jì)提供了更多形式與意義上的設(shè)計(jì)可能性。例如，在法國著名建筑師讓·努維爾設(shè)計(jì)的德國科隆的媒體園綜合大樓，把建筑的附著信息作為表達(dá)建筑形象的一個(gè)重要元素，使得建筑形式別具特色，通過附著信息使其各自明確標(biāo)識(shí)。在其設(shè)計(jì)的另一作品西班牙巴塞羅那阿格巴大廈中透過透明或經(jīng)印刷處理的玻璃引入外部光線，并將內(nèi)部強(qiáng)烈的彩色信息送出，這功能就如同電腦或視聽熒光屏一樣，除了標(biāo)示性的功能之外，還有像巨大的液晶顯示屏一樣的數(shù)字影像作為表皮顯現(xiàn)的媒介意象，并將其詩意化的功能表現(xiàn)得淋漓盡致，見圖2。隨著數(shù)字時(shí)代信息技術(shù)的發(fā)展，類似全息影像技術(shù)、新媒體影像技術(shù)等全新的表現(xiàn)手段開始在建筑的表皮外立面等方面中逐漸應(yīng)用，這使得建筑形式因此有了更多的空間、色彩、感知表現(xiàn)可能性。這種反映媒體時(shí)代特征，而對(duì)建筑表皮媒體化的極力倡導(dǎo)，主要體現(xiàn)在積極探索運(yùn)用新的信息技術(shù)把建筑表皮轉(zhuǎn)化成一種信息的屏幕作用的裝飾性的外表包裝。

圖1 芝加哥千禧公園的皇冠噴泉環(huán)境設(shè)計(jì)

圖2 西班牙巴塞羅那阿格巴大廈

圖3 法國巴黎香榭麗舍大道上的智能數(shù)字站

設(shè)計(jì)師通過信息化編程、數(shù)字控制、環(huán)境交互信息技術(shù)把建筑的信息媒介傳達(dá)功能充分地表達(dá)出來，使建筑脫離了原有鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)玻璃、飾面板材等限制，而體現(xiàn)出全新的構(gòu)成當(dāng)代環(huán)境空間設(shè)計(jì)的創(chuàng)新創(chuàng)意功能。電子影像的傳播機(jī)制不僅網(wǎng)絡(luò)化了整個(gè)都市的架構(gòu)及連通系統(tǒng)，位于法國巴黎香榭麗舍大道上的智能數(shù)字站（見圖3）則體現(xiàn)了城市物質(zhì)環(huán)境設(shè)計(jì)與數(shù)字媒介環(huán)境設(shè)計(jì)的有機(jī)融合[5]。這款城市公共家具是一個(gè)將科技直接植入城市生活的先行者，這個(gè)智能數(shù)字站在與生態(tài)環(huán)境融為一體的外觀下，在功能上結(jié)合智慧城市的發(fā)展理念，為游客和居民配置了一個(gè)包含城市服務(wù)信息和指南的大觸摸屏，能讓使用的每一個(gè)人都受益。這個(gè)數(shù)字站的造型像由樹樁托起的綠色花園可以遮擋陽光，為人們提供座椅，并提供高速的Wi-Fi接入；同時(shí)在為人考慮的人性化座椅也配有插座和休息小臺(tái)面，方便等候及休憩的人在此存放物品與筆記本電腦[6]。

圖4 《清明上河圖》靜態(tài)與動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境展示的對(duì)照

三、交互設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐的影響

交互性設(shè)計(jì)在環(huán)境設(shè)計(jì)中的參與主要體現(xiàn)在人與構(gòu)成室內(nèi)外環(huán)境空間的人工物之間雙向能夠達(dá)到實(shí)時(shí)信息交流的作用。這也是當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)下通過程序運(yùn)行與高速度網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下共同產(chǎn)生的，基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境實(shí)施成果。具體地說，當(dāng)代環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出的交互性參與，可以理解為以計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出來的視覺、聽覺、觸覺等多感知維度形成的一體化環(huán)境與體驗(yàn)者之間的交互作用、相互影響體驗(yàn)性感受，與以往不同于物質(zhì)化環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中空間所呈現(xiàn)出來的感受和體驗(yàn)，這種交互設(shè)計(jì)影響下的環(huán)境設(shè)計(jì)越來越呈現(xiàn)出一種非物質(zhì)化、虛擬化、沉浸化的空間感受。

繪畫作為一種早期人類對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬形式，主要是以藝術(shù)再現(xiàn)的二維圖面來模擬三維的空間感受與體驗(yàn)?！肚迕魃虾訄D》是中國十大傳世名畫之一，屬國寶級(jí)文物，現(xiàn)藏于北京故宮博物院。畫作采用散點(diǎn)透視的構(gòu)圖法，在總計(jì)在528.7 cm多長的畫卷里，生動(dòng)記錄了北宋都城汴京的城市面貌和當(dāng)時(shí)人民的生活狀況，畫作在農(nóng)耕文明科技不發(fā)達(dá)時(shí)期，將繁雜的景物納入統(tǒng)一而富于變化的圖畫中使觀看者有一種沉浸式的原始虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。圖中通過二維繪畫形式模擬出的城市環(huán)境空間，例如：城廓、市橋、屋廬、草樹、馬牛、驢駝、居者、行者，舟車等形態(tài)俱備，內(nèi)容極為豐富，生動(dòng)地記錄了中國12世紀(jì)城市生活的面貌。然而，作為一幅靜默的在二維空間里顯現(xiàn)的平面圖畫，作為在信息時(shí)代計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)的背景下，其信息傳達(dá)的局限性也是顯而易見的。因此，設(shè)計(jì)師運(yùn)用數(shù)字化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及沉浸式用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ綄ⅰ肚迕魃虾訄D》所描繪的北宋汴梁城的場景投影到100多米電子屏幕長卷上，并通過多媒體手法，使《清明上河圖》中的500多個(gè)人物都動(dòng)起來。觀眾通過計(jì)算機(jī)模擬的動(dòng)態(tài)白天和晚上的不同場景，能夠身臨其境參與到歷史的場景中，領(lǐng)略到一個(gè)鮮活的北宋汴梁歷史生活場景。參觀者在虛擬空間中穿梭航行，如同進(jìn)入時(shí)空隧道，在視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬技術(shù)參與下，讓觀眾體驗(yàn)到超現(xiàn)實(shí)的賽博空間所營造的身臨其境，從而多感官體驗(yàn)仿真感覺，見圖4。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)可持續(xù)環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)用的影響

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表現(xiàn)出的諸如：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）及想象性（Imagination）等特征對(duì)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的當(dāng)代理論與實(shí)踐具有相當(dāng)大的啟示意義。當(dāng)代設(shè)計(jì)已經(jīng)步入數(shù)字化時(shí)代，電子技術(shù)和數(shù)字化媒體的興起與普及帶來的數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步越來越影響著構(gòu)成環(huán)境及其相關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的研究與發(fā)展，并將推動(dòng)了環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)從研究方法、手段到表現(xiàn)形式等各方面的革新。虛擬現(xiàn)實(shí)作為建立在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能等學(xué)科基礎(chǔ)上的一門綜合性極強(qiáng)的高新信息技術(shù)，在設(shè)計(jì)、藝術(shù)、娛樂等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，而作為中國環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)展歷程中虛擬現(xiàn)實(shí)從手繪表現(xiàn)到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)再到虛擬現(xiàn)實(shí)的三步階梯式跨越，從本質(zhì)來說，也一直都是與數(shù)字化社會(huì)影響下的設(shè)計(jì)內(nèi)涵發(fā)展相同步的。以AutoCad、3DMax、Maya 等三維計(jì)算機(jī)模型軟件在建筑、景觀、室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)表現(xiàn)方面的運(yùn)用已經(jīng)讓中國的設(shè)計(jì)師不再陌生，這種以“想象性”為特征的虛擬現(xiàn)實(shí)輸出的電腦渲染表現(xiàn)圖和多媒體動(dòng)畫形式不僅讓人領(lǐng)略到數(shù)字化表現(xiàn)媒介的魅力，而且成為了設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐中不可缺少的思維表達(dá)方式和推敲過程。

圖5 Revit中的模型

圖6 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)仿真家具屋室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)

而虛擬現(xiàn)實(shí)模型所表現(xiàn)的早已不僅僅是20 世紀(jì)90 年代初期那種從外觀造型、幾何形狀、立體構(gòu)成等視覺因素造就的傳統(tǒng)空間，而是進(jìn)一步拓展到更為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)三維空間模擬空間體驗(yàn)中，在環(huán)境仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧環(huán)境中利用到例如光照條件、聲場音效、材料質(zhì)感、能源利用、建筑環(huán)境可持續(xù)綠色預(yù)評(píng)估等高科技技術(shù)及科研項(xiàng)目應(yīng)用方面。從3DMax到Revit的在環(huán)境設(shè)計(jì)中的運(yùn)用實(shí)例，可以清晰地看到環(huán)境設(shè)計(jì)從單純形態(tài)美化的視覺審美化追求到探求設(shè)計(jì)本質(zhì)的可持續(xù)設(shè)計(jì)技術(shù)與觀念的演變過程。例如，通過對(duì)光線陰影運(yùn)動(dòng)的模擬，可以觀察到一天內(nèi)光環(huán)境的變化；場地音效的模擬可以探索不同方位的聲音效果，從而發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的聲響問題，也可以依此來調(diào)節(jié)房間內(nèi)部空間的尺度；通過對(duì)建筑物內(nèi)部及其與其他建筑物之間的溫度、濕度和氣流變化狀況的仿真，考量熱傳導(dǎo)和自然通風(fēng)中能源效率的應(yīng)用，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)中開放空間及房間比例的設(shè)計(jì)[7]。Revit中的模型生產(chǎn)高質(zhì)、逼真的效果圖，可用于可持續(xù)設(shè)計(jì)技術(shù)中的采光分析和量化偽彩色強(qiáng)度輻射度模型，見圖5。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破了專業(yè)化和非專業(yè)化之間的溝通障礙，在可持續(xù)設(shè)計(jì)研究中可以方便地將可視化的數(shù)字化視覺界面作為量化設(shè)計(jì)是否節(jié)能、生態(tài)、可持續(xù)的量化標(biāo)準(zhǔn)，并為人機(jī)交流、數(shù)據(jù)可視化、環(huán)境仿真等方面的工作成為可能，同時(shí)為當(dāng)代環(huán)境設(shè)計(jì)能從原來以經(jīng)驗(yàn)性、靜態(tài)性向多學(xué)科協(xié)同、多專業(yè)交叉、迭代學(xué)習(xí)與相互信息的兼容帶來了合作的可能性[8]。沉浸性與交互性使用戶通過計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化、操作以及實(shí)時(shí)交互的環(huán)境，從而感覺到好像完全置身于虛擬世界之中一樣，這對(duì)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的用戶參與過程的缺失，提供了很好的探索途徑。在沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)仿真家具屋CAVE 室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)這個(gè)案例中，人們可以看到，直接將用戶投入到虛擬的經(jīng)過設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)完成的三維室內(nèi)設(shè)計(jì)空間中去，在這個(gè)虛擬的世界里，用戶戴上立體眼鏡能夠自由地運(yùn)動(dòng)，與交互的環(huán)境融為一體完全融入了立體虛擬仿真房屋內(nèi)。他們可以摸到桌子、椅子、窗戶，餐桌、沙發(fā)，并可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。通過一套基于多通道視景同步技術(shù)和立體顯示技術(shù)的虛擬展示環(huán)境，所有參與者均可參與并完全沉浸在被立體投影畫面包圍的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中。借助數(shù)據(jù)手套、力反饋裝置、位置跟蹤器等虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備，參與者可獲得一種身臨其境的高分辨率三維立體視聽影像和多維度交互感受。這無論在技術(shù)上還是思想上對(duì)環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐發(fā)展都是具有真正意義上質(zhì)的飛躍，見圖6。

五、結(jié)語

數(shù)字化的崛起使電子信息時(shí)代將藝術(shù)與技術(shù)重新融為一體。當(dāng)虛擬世界的矩陣成為新時(shí)代設(shè)計(jì)的主角，數(shù)字化時(shí)代的新技術(shù)可為環(huán)境設(shè)計(jì)帶來諸多新的可能，而虛擬現(xiàn)實(shí)作為計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，使今天的環(huán)境設(shè)計(jì)師比以往任何時(shí)候都更加依賴技術(shù)，并將設(shè)計(jì)的更多精力與重點(diǎn)投入到這個(gè)虛擬環(huán)境中[9]。然而，這種對(duì)賽博空間的過度依賴也使設(shè)計(jì)陷入了“數(shù)字化工具主義”的誤區(qū)，在現(xiàn)實(shí)生活和空間體驗(yàn)的物質(zhì)空間設(shè)計(jì)和規(guī)劃中過于注重?cái)?shù)字形式本身，大大忽視了以生態(tài)、資源、環(huán)境失衡為代價(jià)的物質(zhì)屬性缺失，造成可持續(xù)設(shè)計(jì)中生態(tài)技術(shù)、營建結(jié)構(gòu)、地域文化等“人與真實(shí)自然環(huán)境”的綜合系統(tǒng)思考的真空[10]。作為一種對(duì)數(shù)字空間時(shí)代的文化反思，環(huán)境設(shè)計(jì)的本質(zhì)任務(wù)還應(yīng)當(dāng)是以建立人類棲居的最優(yōu)環(huán)境與空間形式為要義的。