科学之美的视觉呈现：2017年《Nature》杂志封面设计研究

李砚祖 何 靖（江苏师范大学，江苏 徐州 221006）

《Nature》（自然）杂志创建于1869年，是涵盖生命科学、物理、化学和应用科学的国际领先的科学周刊。此外，自然科研还出版一系列冠名“自然”的订阅型期刊、重要的多学科开放获取期刊，一般称之为《Nature》子刊。本文研究对象为2017年《Nature》正刊上51期封面图像。运用符号学和图像学的研究方法，对封面形象设计进行分类和筛选，研究这些封面图像的组织、结构及诠释机制，进而为国内同类期刊提供几点启示。

一、2017《Nature》杂志封面设计简介

《Nature》杂志封面设计一般都有固定的模式。2017全年封面的正中上方为杂志名称“Nature”的标准字体，字体下方六根极细的平行线之间为杂志副标题“the international weekly journal of science”。封面正下方分四栏，前三栏为期刊内容的导读，最后一栏是刊期、出版日期、条形码等必要的出版信息。在这些固定版式的下方，出血铺满版面的是每期封面文章相关的图像。这些图像一般用于再现文章的研究对象、解释复杂的科学原理、艺术化展示研究过程等，图像表征的主要形式有摄影、计算机信息图、艺术想象图等几种。

表1：2008—2012年《Nature》文章被引次数对比表[1]

有学者曾对2008—2012年《Nature》杂志12933篇文章被引率做过统计（数据来源web of science），发现封面论文的被引次数远高于其他文章（表1）。同理，笔者对2017年《Nature》杂志文章被引次数统计后发现，封面论文的平均引用为88.21次，也同样高于其他文章平均51.71次的引用率。而且12月7日的封面文章《利用DNA自组装技术再现〈蒙娜丽莎〉》引用次数竟高达774次，是目前为止2017年《Nature》杂志单篇引用次数最高的文章（数据截止时间为2018年7月）。虽然封面文章本身学术水平肯定都是本领域及本期杂志中领先的，但不能否认的是封面设计在文章影响力传播过程中的助力作用，封面论文的二次传播（经常看到国内某个作者或团队成果登上《Nature》杂志的报道）在客观上扩大了封面文章的影响力。

二、科学之美视觉呈现的类型及机制

1.摄影之美的组织与再结构

封面选用图片的第一大类是摄影，它为我们提供了认识自然世界的一种新途径。在摄影的早期发展阶段，它努力的目标在于捕捉现实问题，一般认为，第一代摄影师的意图在于科学研究。因为这种认识方式建立在摄影与被拍摄事物的独特关系的基础上，并且具有一种绘画永远也无法达到的真实性。2017年N ature封面摄影图像选择的方式大致有三种：纪实摄影（7幅）、特殊摄影（10幅）、摄影+（7幅）。

在封面中使用纪实摄影的分别为马丁瓦斯群岛、某地麦田、红天蛾、妇女捣碎藜麦等7张照片。它们都是在特定时间、特定地点和历史框架的社会背景环境中从表现上挑选的场景或对象，这种叙述的实现是通过选取“最具孕育性的时刻”来完成的。一方面，这些照片是透明地表现场景或对象的，在某种意义上说，摄影的影像就是题材本身。例如2月16日的封面所示为秘鲁高地的妇女捣碎藜麦的场景，文章研究了藜麦（Chenopodium quinoa）的参考基因组序列，Mark Tester及同事发现了一个调控苦味皂素的生物合成的转录因子，以及可用于开发甜味的商业藜麦品种的标志物（图1）。然而另一方面，虽然纪实摄影所拍摄的照片和事物本身拥有一个共同的存在，但照片又是独立于拍摄当时的时空状态之外的。在这一点上，巴赞认为在创造力上摄影甚至能够超过美术。在摄影当中存在着超现实的成分，正如超现实主义绘画一样，能够带来“一种真正的幻象”。[2]例如4月27日封面拍摄的是某地麦田的景象，按照帕诺夫斯基图像学分析的方法，该图除了具有第一层次——扑面而来的滚滚麦浪的意义，还具有收获、丰收等第二个层次的含义，在封面标题文字的“接续”下，还可解读到基因、遗传等第三个层次的含义。总之，这些纪实照片提供了与特定的时间、地点和历史背景环境相连的证据图像，这些图像有助于读者对文章所表述的事件和事态之间的预谋关系的理解。

特殊摄影是一种有别于普通摄影或特技摄影的摄影方法，它包括高速摄影、航空摄影、显微镜摄影、无人机摄影、水下摄影、紫外线摄影、红外线摄影、X光摄影、立体摄影、全息摄影等，它们广泛运用于科学研究中。2017年度Nature杂志使用特殊摄影的10幅封面中，宏观摄影有两幅，分别为1月12日封面中于国际空间站拍下的亚马逊河鸟瞰图，1月19日封面中从热气球上拍摄到的纳米比亚纳米布兰自然保护区鸟瞰照片；水下摄影一幅，为3月16日封面中大堡礁北部的白化珊瑚景象；其余7幅均为微距摄影，主要采用的是电子显微镜成像。读者也通过摄影看到了用肉眼所未曾看到的世界，如通过航空摄影，我们看到了宇宙的广博与神秘；通过水下摄影，我们看到了丰富的海底世界；通过微距摄影，我们看到了极其微观的世界。如果说普通摄影为了营造一种更日常的、更真实的氛围的话，那么特殊摄影则呈现了科学的精微、复杂和炫丽。例如11月30日的封面所示为电子显微镜下地中海圆头涡虫的肌纤维网络，可以说，这张照片试图给读者灌注的是一种科学观而不是知识观，准确来说，即是依靠显微科学的工具而提供给读者的一种新的视像，是一种迥然不同于日常观看的、微观世界的真实。而在这种图像的表达情境中，导致的是读者日常视觉经验与图像之间发生的深层次交集与碰撞，当图像语境被日常视觉经验整合时，它将展示一种图像与现实世界多维关系的新秩序，这是一种对微妙而美丽新视界的新体验。

图1 2月16日封面

图2 5月18日封面

还有一种模式是对摄影图片进行元素的添加、组合、重构等，我们可以把这种模式统称为“摄影+”。在2017封面中有7幅这样的形式，有在人群中增加一个人工智能机器人、真假手合成、人头上添加矢量形等等。这种方法是通过诸如PS等数码图像技术实现了对照片诸多细节的整合和调控策略，数码图像制作者根据其目的和想象对图像进行必要的修改、添加和再创作。例如5月18日的封面文章内容为：即使每个人的利益都是一致的，一个群体的集体行动也面临着“协调”问题。为此，封面设计者在原有图片熙熙攘攘的人群中置入一个白色的人工智能机器人，并在其周围设置了诸多五彩的球之类的东西，这和文章的结论——利用机器人在决策过程中引入另一喧闹因素可以提高群体的整一表现，即群体因此而调控（图2）。表面上看，这些“前期”和“后期”合成的“摄影+”图像，在数码图像技术的作用下自然地、天衣无缝地“生长”在一起，本来都是单维的场景叙述方式，但是设计及新图像技术又让不同时间点上的场景或事件要素“并置”在同一个画幅上，完成了多维的综合性叙述与表达。这种设计改变了事物的原始语境或自然状态，根据论文内容的需要提取不同时段的“瞬间”甚至是设计者的意象同构在一起，不仅改变了原有的图像形态，更以非常人预料的设置和组合打破了原有物象的常规性，颠覆了人日常的视觉经验与感受。

2.信息可视之美的作用与再创造机制

20世纪60年代以来，自然科学就最大限度地应用了视觉美学方面的革新成果，其目的就在于使人们常常看不到的信息可视化，让人们能够看到它们。诚如米切尔的图像理论所说，西方哲学和科学的某些方面已经开始采用一种图像的而非文本的世界观，当代“视觉文化最惊人的特征之一是它越来越趋于把那些本身并非视觉性的东西予以视觉化”[3]分子生物学、毫微工艺学、图像医学以及气候研究工作和空间研究活动等领域也都使用了图像或图示，这些图像或图示在视觉上所取得的可视化效果已经使它们远远地超过了传统“插图画”这个概念。可视化能帮助人们从一个个独立的信息点中解脱出来，换一个不同的角度去探索它们。2017年《Nature》杂志封面中，使用信息可视化表达方式的例子有10幅，它们既有生物体中的细胞、蛋白质、基因等，也有物理化学世界中的离子、量子等。例如10月12日的封面设计中表达了基因型——组织表达（GTE）研究联盟通过大量采样遗体捐献者死后的正常无疾病人体组织，确定了一个参照目录和相关组织生物样本库，以便表征不同个体、不同组织的基因表达水平。这个样本涵盖了来自449名捐献者、44种人体组织，多达7051份。这些信息如果通过单纯的数据和文字来传达，也许需要花费数分钟甚至几小时，甚至可能无法传达。但通过颜色、布局、标记和其他元素的融合，图形却能够在几秒钟之内把这些信息传达给人们。

这种基于自然科学创作的图形已经不是描绘的工具，而是用作独立的分析手段，它标志着传统插图功能的改变。8月3日封面所示为在美国纽约布鲁克黑文国家实验室相对论重离子对撞机所执行的STAR实验中，两颗金原子核发生碰撞后产生的轨迹（图3）。碰撞所产生的图形轨迹的一个显著特点就在于它能够把时间坐标置于静态的视觉领域，这种加工过的图形设计，试图引导专业读者构想出一个充斥着动态力量和能量之流的世界：当这样的重离子碰撞时，它们会产生一种在本质上同流体一样的奇异物质态；如果两个粒子发生斜碰，这种流体就会产生漩涡。我们知道，专业从事此类科学研究工作的专家学者，能够通过这种图像迅速有效地理解封面论文的关键信息，以致在这个变化不定的、迅速传播的视觉习语中对应自己的观察，即有益于自身的科学研究。随着视觉图形的普泛化，各种视觉图像几乎变成了客观呈现的代名词。不仅在上述的科学领域，这种新的视觉功能或视觉素养的模式也渗透到了一般人的观念中。

随着构建图像和设计能力的发展，构建信息可视化图形的方法已经形成了一个视觉再现的全新范式，这个范式更适合捕捉和揭示动态现象的本质。这个新颖的视觉性领域，从起初作为一个科学成像的形式出现，进而变成了一个被广泛传播并可被理解的视觉术语。如12月7日封面展示了一幅利用DNA自组装技术创造出来的8704像素的《蒙娜丽莎》画像（图4）。这是个时间维度赋予了图形轨迹生成的视觉图像，并迥别于传统画面与透视表现。罗伯特·布莱恩指出：“图示法并非像线性表现那样是一个对象或领域，而是时间过程的空间产物，他的顺序是连续而有结构的。”[4]可视化在这里成为一种应用广泛的媒介和方法，它们没有明确清晰的界限，可视化作品既可以是艺术的，同时又是科学的，更准确地说是介于艺术与科学之间的东西。电子技术书写的线条被赋予了形象的意义，成为文字文本的可信表征。这也给超现实主义艺术家以启示：了解图形轨迹，因此能够以一种恒定的视觉媒介将时间的延续结合起来，让不可能成为可能。

图3 8月3日封面

图4 12月7日封面

3.艺术想象之美的诠释与展现

在《Nature》杂志对每期封面介绍的官方表述中，直接使用“artist’s impression（艺术想象）”有6次，“artist’s interpretation（艺术再现）”有1次，“reconstruction（复原）”有1次，其他封面介绍虽没有直接语言上的表述，但都符合艺术想象或再现图的特征，即使用一定的技术手段表现业已消失、压根就不存的事物或是人类肉眼无法正常观察到的事物或现象。在本研究对象中，生活在寒武纪最早期中国的冠状皱囊动物复原图（2月9日封面）、鸟臀目恐龙库琳达奔龙艺术想象图（3月23日封面）、肿瘤干细胞通过血液转移艺术想象图（3月30日封面）等都具备此类特征。

封面艺术想象图有助于读者对文章内容的理解。《Nature》杂志所刊登论文均为自然科学领域，这些专业学术论文的科学语言具有高度的抽象性。和这种高度概括和抽象的文字、数字语言，在科学表述话语中具有正统性不可撼动的话语霸权，但这也预埋了两种东西，一是来自传统的不变方式，这些被称为“不可理喻”的形式符号往往在当代的语义学上成为难以阅读的无情感意义的符号，它们不能唤起任何世界图像和感觉经验。一是有悖于现时代的视觉趋向，必然使其与包括科学家在内的普通大众的视觉偏好相脱离。在7月20日的封面文章中，一组来自世界各地的物理学家、数学家和化学家共同提出了一个全新的、完整的拓扑量子化学理论，该理论虽然能够大大简化对具有奇异属性的新材料的搜索，也能够帮助人们理解现存拓扑材料背后的物理学。但这种理论语言是陈述科学理论的语言，它有一套表述的模式与方法，深奥的术语和抽象的概念可以说具有必然性。此时，能指与所指精确的对应关系把发话主体对世界的认识成果用语言符号确定下来，然而这种精确的对应是以牺牲语言表达的感染力为代价的。如何既忠实表达了论文的精髓又具有可读性？这无疑是封面设计的关键。经过设计，封面图像则选择了由一种新型类似金属的材料构成的经典拓扑图形——莫比乌斯带（俗称无穷大符号），在莫比乌斯带上镌刻着各式的化学元素符号（图5）。无穷大符号往往被誉为科学的象征，它是最直观、常见的认知符号，当它和化学元素符号同构在一起，即将两者“视觉化”，自然和“拓扑量子化学”的文章主题紧密联系起来了。

图5 7月20日封面

对于科学杂志的封面设计而言，艺术图像不仅具有超越科学语言的表达力，还有助于增加文章内容的感染力。艺术图像语言反映的不是物理的事实，它是一种有意味的言语形式，通过图像的形象性直接诉诸人的感情，产生出一种直观性和意象性之美。它的主体既具有科学的语言特征，又具有艺术语言的属性，而就艺术构型而言，通过设计所创造的艺术形象是一种综合的、叙事的又具有情感色彩的东西，使封面设计的整体形象不仅具有了形式和表义的新颖性，也强化了视觉的张力。例如9月21日的封面文章中，Tobias Meyer及同事研究的是细胞周期调控系统，他们揭示了遗传自母细胞的互相矛盾的记忆如何让子细胞决定停止还是启动下一个细胞周期的问题，封面设计了很多彩色的小立方体堆积成了类似魔方状物体，连接“魔方”的是交错纵横的黑色管道。这种形象化的图像将细胞的启动、传递、停止、增值等等一系列科学语言转化成艺术语言，让它变得更有视觉经验价值和文化意味。这些艺术图像不仅完成了自然科学领域内相关规律、原理或是现象的阐释，同时承担着向受众传达科学文本的“浅层”和“深层”整合描述的责任。在“浅层”描述中主要是表面的、形式化的含义。例如2月23日封面中七颗类地行星绕TRAPPIST-1运行图，只是完成了七颗行星围绕恒星运转的描述。在“深层”描述中传达的是深层的、隐晦的含义。通过读图，读者会提出诸如七颗行星洒落的液体是什么，七颗行星与TRAPPIST-1关系如何等等问题。正是这些“深层”描述，增加了文章内容的感染力。

三、对中国科技类期刊的启示

《Nature》杂志的封面设计有一套较为规范的遴选机制，自然出版集团首先在每期刊登文章中挑选几篇候选文章，这些文章作者都会收到自然出版集团的封面设计邀请，并从他们提供的封面中竞争产生最终“封面设计”成果。如果接到邀请的作者设计作品均无法满足期刊的要求，那期刊社将自己组织重新设计本期封面。《Nature》杂志的封面设计遴选标准主要为视觉效果，即要具有视觉美感和良好的传播力；表达内容，即要符合该期主推成果的内容；图片质量，即图片要清晰，适宜放大等。当然还有知识产权方面的要求，杂志每期封面除了注明封面设计作者外，还不能存在图片的知识产权争议。

具体在每期封面的设计上，封面设计还呈现以下特点：第一，知名专业设计师参与封面设计。在51个封面中，有10个为个人独立完成，这些个人均为知名专业设计师。例如3月2日关于人口迁移的封面中，设计师是意大利艺术家Alberto Seveso，他擅长将人像与某种影像混合，利用数码技术将前者轮廓与后者质感完美融合，达到震撼的视觉效果，本期封面利用数码技术将人群和世界地图融合在一起的形象是Alberto Seveso的典型风格。第二，封面设计大多数由团队合作完成。在41个由团队完成的封面设计中，团队的组成形式是多种多样的。有论文作者直接参与设计团队合作完成的，例如2月9日的封面中，来自中国的韩健参与了设计，他同时又是封面文章的作者之一。还有和专业的科研机构合作的，例如2月23日封面七颗类地行星绕TRAPPIST-1运行图，虽为艺术想象图，但是设计团队中有NASA署名（美国国家航空航天局），很显然NASA为该设计提供了专业上支持。第三，国际知名的图片社或供应商为封面提供图片。除了National Geographic Creative ，Getty Image，Corbis，Shutterstock，Istockphoto 等知名图片社外，还有Visuals unlimited，photo researchs（science source），Wellcome Images等一些专门从事科学范畴类视觉传播的图片供应商。第四，《Nature》杂志社的直接参与。前文说道《Nature》杂志在不满意的情况下会主持重新设计封面，这点在6月15日的封面中得到印证，本期封面设计的署名为Jasiek Krzysztofiak/Nature，Jasiek Krzysztofiak为知名设计师，他不仅每年都和《Nature》合作参与封面设计，而且还为CNS其他期刊提供封面插图或设计。

相比之下，国内科技类期刊在封面设计方面尚有差距。笔者抽样调查了高校学报（自然科学版）、工程科技类、化学类、药学类刊物100种，发现几乎所有期刊在封面设计的规范性做得较好，比如注意期刊名称字体、版式的统一，注重版面风格的连续性和稳定性。但也存在如下不足：首先，尚未形成期刊封面设计的遴选机制。笔者所调查的期刊中，《细胞研究》《药学学报》等期刊虽有类似《Nature》杂志的封面故事文章，但尚未形成连续性及竞争性封面遴选机制。其次，期刊封面设计缺乏变化。部分期刊一年或是常年一种风格，例如高校学报常年以校园风景作为背景，化学类期刊常年出现的晶体形象，还有的期刊只是将整块的渐变颜色作为封面等。第三、封面设计的专业水平不高。虽然部分期刊也聘请专业设计师参与封面设计（如《包装工程》杂志），但是基本上是个人设计师所为，根本无法形成类似《Nature》杂志那样多领域合作团队。国内兼具科学研究和艺术设计能力的人员不多，科学家虽然对自己的科研成果比较了解，但是欠缺独立艺术设计创作能力，而设计师对于科学知识理解能力有限，因此科学研究成果转译成艺术设计作品的成功案例鲜见。

四、结语

以《Nature》杂志为代表的科技期刊，基于科学和艺术美的双重要求，运用图像表征的方式，对自然科学世界的物体、现象、概念、数据、过程等进行视觉化呈现。杂志采用科学规范的遴选机制和运作程序，使用摄影、数码技术、信息化技术、艺术插画等手段，塑造出独具科学和艺术特色的封面设计。图像表征为主的描述方式，一方面使研究对象的多层次的抽象信息成为直观、生动的视觉形象，有助于复杂科学问题的理解和传播。另一方面封面的二次传播也扩大了封面论文及期刊的学术影响。图像表征在科学研究中具有特殊的认识论地位，是开展创新研究的重要方法论工具。《Nature》杂志封面设计的这些做法也是值得中国科技类期刊学习和效仿的。