[专题]智能设计与互动艺术

自古以来，艺术就是人们表现思想的一种重要和普遍的文化形式。随着科技的发展，艺术家不满足于传统领域的艺术创作，将科技与艺术合而为一，用新的媒介进行表达，这就是从20世纪60年代兴起的科技艺术。

科技艺术不仅仅是将科技作为艺术的载体，它同时也改变了艺术创作的模式和思维。以往艺术活动需要艺术家多年的艰苦练习，而科技艺术大幅度降低了艺术创作的门槛，艺术创作不再是艺术家的特权，而成为了每个人都可以创作的全民运动。

而互动艺术正是科技艺术的典型体现，通过观众与艺术品之间的互动，它将传统艺术的单向沟通转变为观众与作者之间的对话和交流。

互动艺术装置是一种智能设计，它离不开3个互动装置功能：输入、控制和输出。传感器能够感测人的活动，成为了很多互动艺术装置的输入设备；输出设备的选择有声、光、运动等；控制设备的选择有很多，其中一种典型的设备就是Arduino了。Arduino操作灵活，具有能兼容多种传感器和控制器、可采用免焊接形式等优点，为众多艺术家所青睐。而对于普通人来说，Arduino也让制作互动艺术更加平民化。

接下来，我们以输入设备为维度，用丰富的案例认识智能设计在交互艺术中的应用。

压电陶瓷传感器

压电陶瓷传感器是一种在交互艺术中常用的传感器，当观众触摸展品时，展品就像突然有了生命一般与观众进行互动。

压电陶瓷传感器是一种可以将机械能与电能互相转换的传感器。它由具有压电效应的功能陶瓷材料制成。一旦受到挤压、敲击等外力作用，压电陶瓷片会产生形变，形变会引起陶瓷内部的正负电荷中心位移，电荷重新分布，使得陶瓷表面带电。电荷的重新分布产生电信号，传输到Arduino主控板，主控板根据程序让互动装置作出响应。这样观众就能获得一次与有生命展品的交互体验了。

瑞典艺术家Trieuvy Luu的交互艺术作品“The Piezo”就是一个用压电陶瓷传感器制作的交互艺术案例。这个作品思考了我们生活空间和音乐的关系，戴上它，我们触摸的一切东西都变成了动人的音乐。

The Piezo（图片来源：Trieuvy Luu）

“The Piezo”的外观看上去就像连着几根电线和控制板的普通手套，艺术家将压电陶瓷传感器藏在食指的下方，并将手机的扬声器作为输出设备。艺术家还在手套上安装了弯曲传感器和滑动传感器，用于调声。当艺术家戴着手套触摸草地、布料、木头、金属等物品时，压电传感器发生不同程度的形变，输出不同的电信号。控制器将电信号转换成美妙的音乐，由手机扬声器播出。

压电陶瓷传感器的另外一种用法就是制成压电陶瓷发声元件，将输入设备与输出设备合二为一。将多个压电陶瓷紧密排列并通电，就能发出各种声音。它的结构简单、体积轻巧，在生活中应用广泛，麦克风、发声小玩具、发音电子表、电子仪器等，都有压电陶瓷发声元件。

著名互动艺术家王福瑞的作品“移动的声林”，就是利用压电陶瓷发声元件制作的一个互动艺术装置。这个装置由1000根细线组成一片巨大的森林，在细线的森林中，点缀着如满天繁星般的LED灯。压电陶瓷发声元件就藏在绳子上，走进展品，穿梭在森林之中，碰触到的压电陶瓷发声元件发出各种响声，同时，身旁的LED灯也随之闪烁，一场美妙的声光电盛宴就在你身边上演。艺术家将自己的体验和思考融入作品中，通过互动装置模糊了展品和观众之间的距离，营造出一种共感的情景。

移动的声林（图片来源：王福瑞）

触摸传感器

另一种接触式传感器是触摸传感器，它也常被用于交互艺术的创作中。现代生活中触摸传感器可以说非常常见，手机、电脑等几乎所有触屏设备都用到了触摸式传感器。触摸传感器分为2种：电阻式和电容式。目前电阻式传感器比较少见，我们最常接触到的是电容式触摸传感器。电容式触摸传感器一旦受到人体接触，传感器的电容发生变化，当这种改变超过一定阈值时，传感器就将其识别为一次触摸，并输出相应的电压信号给控制器。控制器接收到信号之后，根据程序做出相应动作。艺术家用触摸传感器制作出各种美丽交互艺术装置。

Snax'n Macs是一个擅长用Arduino进行交互艺术创作的团队，他们的代表作品“Crystalline Highlands”是一个基于触摸传感器设计的交互艺术案例。这个作品由一个摆满了各种毛绒材料的石膏造景桌面和投影屏幕、扬声器组成，当观众抚摸造景桌面的毛绒球时，屏幕就会投影出缤纷多彩的图案，周围的扬声器也会发出幽长的声音，通过不同媒介与触摸传感器的结合，使观众宛如置身于未知星球中。

Crystalline Highlands（图片来源：Snax'n Macs）

接触式传感器拉近了观众和交互艺术装置之间的距离，触碰之间，观众浑然成为展品的一部分。与之相对的，使用非接触式传感器的交互艺术作品，展现出的是另一种观众与艺术之间的关系。接下来让我们认识艺术家是怎样用红外传感器、超声波传感器、环境光线传感器、声音传感器制作互动艺术装置，展现自己的思考的。

红外传感器

红外传感器是一种生活中非常常见的传感器，如全自动感应冲便器、红外报警器、自动门、全自动感应水龙头等设施上都能找到红外传感器。与其他传感器不同，红外传感器能够很好地识别人体所发出的电磁辐射，受到其他物体的干扰较小。所以，在交互艺术中运用红外传感器，能够让装置更好地分辨是否在与人进行互动。

美国著名设计公司Patten Studio制作的交互艺术装置“Lift”，就是一个用红外传感器实现交互的例子。Lift看上去就像一根飘在空中的含羞草，在弯曲的主轴上安装着24个白色的塑料叶瓣，叶瓣的背面暗藏着红外传感器；可变形的金属导线连接着主轴和叶片，控制着每一对叶瓣的高度。把Lift单独或成组地悬挂在半空，叶瓣轻轻摆动，仿佛微风吹过一般。

Lift（图片来源：Lift）

当观众从Lift下方走过的时候，红外传感器感测到人体，主轴便会自动加热，连接着叶瓣的金属导线受热收缩，将叶瓣轻轻拉起；观众远离装置之后，金属导线自然冷却，叶瓣也就慢慢降下来。通过这个制作，艺术家完成了一次自然生命与科技制造的生命之间的对话，引发观众的思考。

超声波传感器

超声波传感器是一种能够反应物体与障碍物之间距离的传感器。它由声波发射器和接收器组成，声波发射器以疏密形式发送超声波，一旦超声波遇到障碍物就会反射回来，被接收器所接收。通过计算声波发射和接收的时间，超声波传感器能够很好地测量物体之间的距离。艺术家能用它表达对“距离”这个主题的思考。

捷克艺术家Juraj Kotian设计的作品“Reflection of the Age”就是用超声波传感器表达人与财富之间关系的互动艺术装置。装置由Arduino Mega板驱动，它的正面是一排排整齐的白球，白球的背后安装了舵机，可以控制球的运动。装置正中央安装了2个超声波传感器，感测观众与作品的距离。当观众双手靠近互动艺术装置时，舵机控制白球向观众靠拢，仿佛就要与观众进行接触。当观众马上就要触碰到白球时，它突然就收回去了，任观众再怎么挥舞也不再有反应。

Reflection of the Age（图片来源：Juraj Kotian）

这个作品的副标题是“贪婪：人类对财富的过度索求”，暗示了人与财富之间的关系，一旦超越了一定的界限，你所获得的财富将离你远去。

环境光线传感器

环境光线传感器是一种能感测环境光照强度变化的传感器，在智能手机、智能家居等领域皆有广泛应用。环境光线传感器的核心元件为光敏电阻，它的阻值大小随着光线变化而变化，亮度增加时，阻值降低；亮度降低时，阻值增大。传感器通过对光敏电阻阻值的测量，即可判断出周围环境光的强弱，并输出模拟信号。

“Constellaction”是波兰设计团队panGenerator为哥白尼科学中心设计的一款互动艺术装置。它由若干个半透明的三棱锥形塑料组成，每个三棱锥都内置了环境光线传感器、LED灯和控制器，一旦感测到环境光的强度超过了阈值，LED灯便会快速发光。黑夜降临时，艺术家将400个三棱锥按一定的形状排列在一起，用手电筒“点亮”1个三棱锥，周围的三棱锥感测到了环境亮度的变化，就会一个接一个地亮起来。链式效应形成了光线的多米诺骨牌效果，400个三棱锥汇成了星光灿烂的海洋。

Constellaction（图片来源：panGenerator）

这个在哥白尼科学中心的互动艺术装置不仅是艺术的展现，更是科学的表达。艺术家从鸟类行为得到启发，将种群生活的个体抽象为一个个三棱锥，一旦某个个体受到来自外界的刺激，它能够用一个简单的模式将信号迅速传遍整个群体，从而展现出一种集群行为。

声音传感器

声音传感器是一种常见的传感器。它内置了驻极体薄膜，通过测量驻极体的电容变化检测声音的大小。当外界的声音传入传感器话筒时，声波的振动会引起驻极体薄膜振动，导致电容发生变化。电容变化量经过放大后以模拟信号的形式向外输出。生活中常见的声控灯、麦克风等电器都内置了声音传感器，而艺术家把声音变成了动力之源。

2010年上海世博会德国“动力之源”展厅悬挂着1个直径3米、重1.2吨的巨型金属球，金属球的表面布满了40万个LED灯，并用声音传感器作为巨型金属球的动力控制，这便是由德国设计公司Milla & Partner设计、斯图加特大学研发的巨型互动艺术装置“和谐都市之球”（The Sphere of Balancity）。在展览中，两位主持人鼓励观众热情欢呼，金属球就像钟摆一样开始摇摆，观众的欢呼声越高，金属球的摇摆幅度就越大，LED显示的效果就越精彩。当主持人让全场停止欢呼时，巨大的金属球变成了地球的模样，一颗种子在地球上生根发芽，仿佛在告诉人们人与自然的和谐相处便是动力之源。

和谐都市之球（图片来源：Milla und Partner）

设计师将城市、能源、环境、工业等一系列思考都融入到互动艺术装置中，世博会的游客对德国馆的“动力之源”展厅留下了极其深刻的印象，并给予了高度评价。后来，“和谐都市之球”更是获得了4个顶级国际设计大奖。

现在，我们已经介绍了7个用智能设计制作互动艺术的案例：不同的传感器、不同的输出装置和不同的控制逻辑，可以产生无数种组合方式。尽管上面有些例子结构复杂，我们可能无法做到，但艺术设计不是炫技，而是思想的表达。只要有思想，我们同样可以用Arduino和其他配套的软硬件表达我们的看法。

网络资源

The Piezo：

https://www.behance.net/gallery/13588009/Piezo-An-Experimental-Musical-Glove

移动的声林：

https://solomo.xinmedia.com/photo/ 24825-movingsoundforest/1

Crystalline Highlands：

https://www.instructables.com/id/Capacitive-Sensing-Open-Frameworks-SPACEBREW/

Lift：

http://www.pattenstudio.com/works/lift/

Reflection of the Age：

https://www.behance.net/gallery/27308485/Reflection-of-the-Age-Mammon

Constellaction：

https://pangenerator.com/projects/constellaction/

和谐都市之球：

http://www.milla.de/en/projects/german-pavilion-sphere-balancity

在“科技学堂”微信公众号（sciclass）回复关键词“传感器与艺术”，即可获得多种传感器交互艺术的视频资料。

本文原载于《中国科技教育》2018年第4期“专题”栏目，作者邱伟诚，有删减。