计算机图形学在数字媒体艺术中的应用

陈 练

（湖北美术学院，湖北 武汉 430000）

计算机图形学在数字媒体艺术中的应用

陈 练

（湖北美术学院，湖北 武汉 430000）

短短十几年间，伴随着科技的进步与计算机的发展，艺术的形式也在迅速变化，数字媒体艺术随之发展。作为一门新兴学科，在电影、电视和互联网中，数字媒体艺术作品随处可见，虚拟现实技术正在向新的领域扩展。这门学科与数字媒体艺术同样年轻，在其发展过程中，计算机图形学对其创造产生进行了强有力的支撑。本文试图探讨计算机图形学在数字媒体艺术的发展中，扮演了怎样的角色，有着怎样的应用。

图形；计算机；数字媒体艺术

作为一门综合性学科，数字媒体艺术集中体现了科学、艺术和人文的理念，跨越了自然、社会和人文三大学科。在这一术语中，数字指该门学科以科技为基础，媒体二字表明其以媒体行业作为背景，艺术则指明其领域——艺术作品的创作、对数字产品进行艺术设计等。数字媒体技术目前属于多学科交叉，所设计的包括设计类的造型艺术、艺术设计、交互设计，还有计算机语言、计算机图形学、信息与通信技术等等。相较传统媒介，“人机交互作用”是其显著特点，也就是说，数字媒体艺术的存储、处理、传播信息均通过计算机这一媒介，其发展与计算机的发展联系紧密。其中，作为数字媒体艺术的支撑之一——计算机图形学也是一门新兴学科，随计算机的发展而发展。它是研究通过计算机将数据转换为图形的原理、方法和技术的学科。

计算机图形学（Computer Graphics，简称CG）所涉及的内容多样化，与很多学科都有交集，主要研究内容是在计算机中如何表示图形，以及以计算机为工具进行图形的显示、处理和计算等的相关原理与算法。提到CG，通常认为是指三维图形的处理，事实上CG也涵盖了二维图像及其处理，讲授内容主要是计算机图形学的基本理念、方法与算法，二维图形处理技术，包括其生成、变化、裁切及番混淆，三维图形处理技术，包括其表示、投影、消隐和真实感显示。

在计算机图形学发展初期，要解决的首要问题是在计算机中如何表示出三维几何图形，其相关原理与算法涉及利用计算机生成图像，并对其进行显示和处理步骤，并最终产生令人赏心悦目、有真实感的图像。而这些只是狭义的范畴。至今已走过了40年的计算机图形学，所涵盖的已远远不只这些了。广义的计算机图形学研究领域宽泛，有图形标准、图形交互技术、光栅图形的生成及算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。据笔者的了解，计算机图形学主要包含的内容可分为如下几个部分：模型堆建、图形渲染、动画制作和人机交互。如上这几个部分，引出了数字媒体艺术与最为相关的四个研究方向：

虚拟现实（Virtual Reality）：现在较为火热的VR，简单来说，就是能使观察者产生一种真实的身临其境、触手可碰感。在原理上，虚拟现实主要研究的是计算机模拟构筑三维图形空间，利用计算机图形产生器、位置跟踪器、多功能传感器和控制器等进行实际情景模拟，使用户与该空间进行交互。既然强调的是真实与交互，虚拟现实对三维图形处理技术有着极高的要求。早在20世纪70年代，较为简陋的虚拟现实系统已被应用于军事领域，训练驾驶员。随着计算机的发展，尤其是软硬件技术的提高，在20世纪80年代后，它也随之受到了重视，迅速发展壮大起来。目前，虚拟现实技术不仅运用于艺术、建筑等涉及绘图的领域，在航空航天、医学、教育等领域中也得到了初步应用。

可视化（Visualization）：简单来说，可视化即将不可见的数据转化成图形或图像，在屏幕上进行显示。其背后的支撑是计算机图形学和图像处理技术。现今的可视化已不止于图形的交互处理，还涵盖了数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题，是一门综合图形图像技术。上文所提到的虚拟现实技术也是以可视化技术作为依托的。在大数据时代，除了传统的科学可视化，现在的可视化还包含了信息可视化以及可视分析等方面。

计算机艺术（Computational Arts）：随着计算机图形学的发展，艺术家的创作已不局限于传统媒介。作为一种强有力的工具，计算机图形学提供了一种技术和方法，使艺术家得以拥有更广阔的天地尽情发挥和实现想象。计算机艺术的历史非常短暂，但在发展过程中，得益于信息时代的发展，其发展演化速度非常高，远超人们的预想。在代表计算机图形研究最高水平的历届数字媒体艺术年会上，精彩的计算机艺术设计作品层出不穷。除了SIGGRAPH，还有几个大型的关于计算艺术方面的会议，包括非真实性图形学（Non-Photorealistic Graphics）和Computational Aesthetics（计算美学）等。这些大型活动吸引了相关人员群聚一堂，其中不仅仅有艺术家、设计师，还有建筑师和计算机从业人员，通过交流切磋和头脑风暴的方式进行一些充满创意的研究工作。

可视媒体计算与处理（Visual Media Processing）：作为数字媒体，在发展初期涉及的是声音、图像和视频，而几何数据，被认为是继这几者之后的新一代数字媒体，是计算机图形学的重点研究领域。近几年的发展趋势是图像视频处理技术与计算机图形学相结合，相关的研究与技术日益增多。在图像和视频上运用大数据处理，会在处理技术与手段上给计算机图形学带来更新，这一点笔者已在上文有所提及。另一方面，在计算机图形学技术的应用之下，图像处理与视觉方法融合在一起，风格化的画面跃然屏上，同时生成动画序列。这一切都是基于视频和图像数据的。正向，是计算机图形学生成图像；逆向，是利用计算机视觉从图像中恢复各种信息。这一正逆向的结合，带来了无尽的想象空间，可以创造视觉特效，最终应用于增强现实，甚至是数字地图、虚拟博物馆展示等多种方面。因此，从众多应用途径来看，计算机图形学已渐渐融合了多门学科，不仅仅是图像和视频的处理，还囊括了多媒体处理及计算机视觉等，向更为广大的学科发展。

回顾人类文明的历史长河，科技与艺术的关系一直都是令人关注的，但很少有像当前数码技术尤其是计算机图形学这样引发的空前演变。回顾其发展历程，首先是摄影、摄像和电影技术的发展，艺术家们不再囿于传统方式，开始运用这些新的图像技术来思考和创作。也就是说，机器化的图像技术为艺术创作带来了新的可能性和巨大的创作空间。这些影像记录类的艺术不仅仅是传播流行文化，更是一种重要的艺术表现形式。在影像记录为艺术提供了新的可能性的同时，影像复制技术的发展也对艺术的发展提供了新的可能。正是这些影像记录和复制艺术为计算机图形学里的可视化奠定了基础。

当今不仅是大数据时代，而且工业化日趋成熟发达，生产和制造的主力军不再是人，而是机器，艺术家们从而大胆设想：通过机器这个媒介，艺术也可以进行制作和生成，而不仅仅是影像的记录和复制。在20世纪70年代计算机发展初期，尽管当时的计算机缺乏足够的数字图像处理能力，但已有个别超前的艺术家开展了机器绘画的尝试，随后，计算机图像处理技术渐渐发展了起来，数字图像技术作为新的平台，给艺术家们提供了更为广阔的表现空间，也对广告设计产生了深刻的影响，数码技术为虚拟图像的产生提供了梦幻般的手段，这种机器带来了无限的创造、遐想空间，远超传统艺术。

计算机图像图形处理技术在发展初期时，新兴的科技手段在艺术创作中被大量使用，如激光艺术和全息摄影等，直至如今的虚拟现实。随着计算机的发展，处理能力进一步提高，MMX技术开始在CPU中应用，技术的提高也使得CPU的处理速度产生了飞跃，从而极大地提高了计算机对数字媒体的处理运算能力；CD以及DVD被硬盘甚至更高规格的硬介存储介质所取代，这种基于光存储的技术为为多媒体信息的记录与发布提供了更为强有力的支持，也就是说，更大的存储与读写空间，也使得计算机信息处理迈入了多媒体时代。在先进的技术条件前提之下，不同媒体之间的融合变得十分简单，为艺术设计带来了更为丰富的感官体验。在传统媒体中，例如电视和电影，采用的是线性叙述手段，但多媒体技术可以打破这种常规，以超级链接的媒体整合法带来了全新的作品模式——非线性感官体验。而随着人工智能技术的发展，人机界面的运用，交互性也开始大量体现在艺术作品中。

近年来，计算机网络增长势头迅猛，翻天覆地地改变了人们的生活方式，同时也推动了一种新的艺术形式的形成——网络艺术。所谓网络艺术，即基于网络进行创作的艺术。当今，分布式多媒体技术、人工智能技术以及虚拟现实技术均日趋成熟，这使得网络艺术的互动性更强，更多人可以参与进来。新媒体艺术作为一种艺术形式，极大地甚至可以说是从根本上改变了艺术，改造其思维模式、设计模式、传播模式及欣赏模式。

J50

A

陈练（1989-），女，湖南省益阳市，湖北美术学院，2013级硕士，研究方向：楚美术研究。