数字艺术设计中的科学美_以分形艺术为例_徐桂楠

计算机的广泛应用使得它已经作为一种媒介工具将科
学和艺术结合到一起，这种结合不但扩展了艺术表现的舞 台，更创造了新的艺术创作方法。比如，人们可以借助专业 的绘图软件创作油画、水彩、素描等等，除了使用工具的不 同，创作的作品仍具有传统艺术的内在艺术属性。毫无疑 问，计算机的介入使得艺术创作变得更有效率，也使得艺术 家可以更清楚明白地表现自己的思想。数字艺术作品的创 作仍具有传统艺术设计的造型手法，但从某种程度上讲，数 字艺术设计作品在具有传统艺术美的同时也具有科学美， 比如近年来因其独特特征正引起越来越多艺术家关注的分 形艺术。
了一个“万花筒”，在两分半钟内变换成各种绚丽的图案，动 作都惊人的一致，震撼了亿万观众。本节目同时也被评为春 晚最具震撼力的节目。２０１３ 年东方蛇年春晚 Ｃｈｉａｒａ 的分形 艺术作品也被运用在舞台背景上，美轮美奂的图像配合先 进的 ＬＥＤ 设备效果让人赞叹。另外，分形用于一些软件中可 以很快做出层峦叠嶂的分形山和河流，这种制作手法已经 广泛运用于一些魔幻题材的电影中，如《星球大战》、《蝴蝶 效应》、《指环王》等。
作者简介：徐桂楠（1994—），男，专业为视觉传达（动漫游戏方向），研究方向为数字媒体。 １３２
总第ｕｃａｔｉｏｎ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｓ
Ｔｏｔａｌ．２７７ Ｍａｙ ２０１４（Ａ）
越来越多的人开始着迷于对分形图像设计的研究，为 了更快捷直观地得到想要的分形图案，很多人致力于分型 软件的开发，甚至有些软件是开源的，每天都会有使用者和 爱好者帮助更新。一般常见的分形软件有以下这些：
分形作为计算机图形学的产物，在某种程度上证明了 科学与艺术结合的可能性。即使有人认为分形作品只是变 换函数运行的结果，只能算作数字计算的结果，不能称之为 艺术。但仍不能否认分形图形具有其自身的艺术美特征：秩 序性、节奏性、对称性、随机性。
１）秩序性。 分形图形的美是各种参数运算不断迭代循环的结果， 将这种迭代循环本身的秩序可视化，会出现不可预知的图 案，创造出分形图案的秩序美。 ２）节奏性 分形图案因其自身的自相似特征，不断迭代的结果就 是一层层子结构的无限推进，反映到整体上则是蕴含无限 张力与动态的节奏和韵律美。 ３）对称性 分形图形的对称性不仅仅是传统意义上图形元素构成 的对称，还被理解为整体与局部的对称。这种不规则图像的 缠绕与构图，让色彩能够像水一样在其中流淌贯穿，这种艺 术美是一般的造型语言难以达到的。 ４）随机性 分形图形的源头是一个简单的变换函数，在无限的时 间和空间内，这种微小的细微变化不断迭代变成更大的改 变，这种变化会因一个参数值的改变而大为不同，这让分形 图形的创作充满了不确定性，因为你无法知道你改变任意 一个小数点会出现一个怎样的图像。 分形艺术出现在艺术学科内不过短短二三十年，便已 经被尝试用于各种艺术设计作品中，这说明了大家对分形 艺术美丽的一种认同。确实，分形艺术设计和传统的艺术设 计相比，有着本质性的区别，这不仅仅是创作工具的差别， 其美学属性在表达上也有一定的差别。但是分形作为数学 向艺术学科最近一次的靠拢，已经向我们证明了数字独具 的科学魅力。这种魅力也可以成为艺术。 然而，分形也是一门新的学科，国内对其的研究已经有 一定的水准，但仍缺少标志性的突破，在设计领域内的应用 也还不够广泛，不够成熟。这需要更多的数学家、科学家和 艺术家都致力于分形艺术的研究和实践中，将分形艺术不 断推广，让更多人看到分形艺术的科学美。
目前为止学术界将分形现象的特征做了以下总结： １）自相似性。自相似性即局部和整体的相似性，这种相 似性不一定是形状，它也可能是功能、精神或者理念方法等。 ２）层次性。这种层次性体现在任何一个点可能都是整 体某一个分结构的分支点，整体又可能是另一个整体的分 结构的分支点，依此递推。 ３）递归性。即整体不断重复局部，局部不断再重复局部 的局部。 分形在数学上可以看做函数的一个迭代结果，或者是 一个简单函数在无限空间的集合。甚至分形理论正式提出 的一百多年前，在数学界这种无限循环自相似的集合曾被 公认为是一种病态畸形的曲线和几何集合。例如 １８７２ 年康 托的康托三分集被认为是病态集，但它开创了现代集合论， 正是这些前人的“病态集”为后来分形几何的提出奠定了前 期研究基础。 在我们对这些“病态集”感兴趣的同时会发现这些曲线 通常不能用传统的 ｙ＝（ｆ ｘ）的函数表达式来表达，因此用传统 的圆规、直尺等绘图工具也无法对其进行绘制。因此，康托 所在的时代这种集合所表现的曲线才会被看成是病态的， 这种情况也是可以被理解的。常见的这种集合有 Ｃａｎｔｏｒ 集、 Ｋｏｃｈ 曲线、Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ 垫等。 得益于计算机图形学的发展，使用计算机绘制出来的 分形集合，如 Ｊｎｌｉａ 集和 Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ 集等被形象化地展现在 人们面前，并受到越来越多人的关注。分形艺术具有一定的 随机性，将公式输入计算机后，只要稍稍改动某一个参数， 就可创造出不一样的精美图案。这种曲线具有极高精度的 复杂性，自相似性在高性能的计算机将其一直放大仍可见 到，漂亮的图像已经开始应用于很多领域，可以说是计算机 使分形几何重焕生机。 分形艺术发展仅二三十年，但已经开始被数学、生物、 环境等学科，甚至社会学科接受并加以利用。分形艺术因其 特殊的表现力也被广泛用于艺术设计领域。设计者只需稍 加培训，即可通过自己的美学基础知识对迭代公式进行调 整，以创造出自己想要的透视、光影和色彩空间，从而创造 出表现自己独特想法的分形作品。
艺术传媒
数字艺术设计中的科学美
— ——以分形艺术为例
徐桂楠
（中南财经政法大学中韩国际教育学院 湖北·武汉 430000）
中图分类号：Ｊ５１
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－７８９４（２０１４）１３－０１３２－０２
摘 要 数字艺术作为信息时代科技发展的产物， 已经越 来越广泛地运用于艺术设计领域内， 艺术与科学之间的界 限也越来越模糊。 我们在不否认数字艺术科学性的同时更 不能否认其独具的美学特征。 而在数字艺术设计中，分形艺 术更是打破了传统艺术创作的流程与方法， 研究其美学意 义十分有价值。 本文在梳理分形艺术发展的同时，尝试用多 学科的角度去挖掘分形作品带给人的美学享受， 并探讨其 实际价值。 其次，对于分型的常用软件以及常见作品的形式 做了说明。 最后，从美学角度分析了分形作品的美学属性， 并尝试做出总结。 关键词 数字艺术 分形艺术 迭代 自相似 On the Science Beauty in Digital Art Design: A Case Study on Fractal Art ／／ Ｘｕ Ｇｕｉ＇ｎａｎ Abstract Ａｓ ａ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｒａ， ｄｉｇｉｔａｌ ａｒｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ａｒｔｉｓｔｉｃ ｄｅｓｉｇｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｒｔ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｆｕｚｚｙ． Ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃａｎｎｏｔ ｗｅ ｄｅｎｙ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｎｅｓｓ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ａｒ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ａｅｓ－ ｔｈｅｔｉｃ ｆｅａｔｕｒｅｓ． Ｉｎ ｄｉｇｉｔａｌ ａｒｔｉｓｔｉｃ ｄｅｓｉｇｎ， ｆｒａｃｔａｌ ａｒｔ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｂｒｅａｋｓ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｒｔｉｓｔｉｃ ｃｒｅ－ ａｔｉｏｎ， ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｔｓ ａｅｓｔｈｅｔｉｃ ｓｉｇｎｉｆｉ－ ｃａｎｃｅ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｒａｃ－ ｔａｌ ａｒｔ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｔｔｅｍｐｔｓ ｔｏ ｔａｐ ｔｈｅ ａｅｓｔｈｅｔｉｃ ｅｎｊｏｙｍｅｎｔ ｆｒａｃｔａｌ ａｒｔ ｂｒｉｎｇｓ ｔｏ ｐｅｏｐｌｅ ｆｒｏｍ ｍｕｌｔｉ－ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ ａｎｇｌｅ， ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｉｔｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ． Ｂｅｓｉｄｅｓ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｃｏｍｍｏｎ ｆｒａｃｔａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｓｔｙｌｅｓ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｗｏｒｋｓ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｅｓ－ ｔｈｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｒａｃｔａｌ ｗｏｒｋｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｅｓｔｈｅｔｉｃ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ａｔ－ ｔｅｍｐｔｓ ｔｏ ｍａｋｅ ａ ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ． Key words ｄｉｇｉｔａｌ ａｒｔ；ｆｒａｃｔａｌ ａｒｔ；ｉｔｅｒａｔｉｏｎ；ｓｅｌｆ－ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ
艺术来源于生活，也反映了生活。从古老的洞穴作画到 现代的各种形式和手段的艺术方法，艺术随着社会的科学 技术发展而逐渐丰富自己的形式、内容，并被赋予更加深刻 的意义。
科学技术和信息技术的发展越来越深刻地影响着艺术 设计领域，并逐渐成为一种重要的艺术设计方法— ——数字 艺术设计（数码艺术设计）。近年来，数字艺术的发展异常迅 速，这都要归于各种新技术的发展。数字艺术设计形式也在 进一步的完善中。最初的数字艺术只包括数字摄影、数字 ＤＶ、数字音乐、多媒体动画和网络游戏等形式，目前随着各 种媒体技术的突飞猛进，数字艺术开始运用于新媒体领域 内，包括各种移动终端设备。在这些领域内，数字艺术的表 现形式增加了虚拟展示设计、交互应用系统、数字广告等新 形式。
分形图 Ｆｒａｃｔｉｎｔ Ｆｒａｃｔｉｎｔ 作为一个数学类的分形几何研究辅助工具，它 要求使用者具备一定的数学知识。从 １９９０ 年的第一版，一 直更新到 ２００８ 年，目前已停止更新。它的开发是基于最简 单的分形集，功能最全面，速度最快，并开放源代码致力于对 分形集合的拓展。 Ｕｉｔｒａ Ｆｒａｃｔａｌ Ｕｉｔｒａ Ｆｒａｃｔａｌ 在色彩运算、渐变调整、图层使用、变换函 数调整、图像渲染上具有独特的优势。你可以利用软件自带 的公式编辑器对原始变换函数进行调整、组合，进而得到自 己专有的变换函数。另外，Ｕｉｔｒａ Ｆｒａｃｔａｌ 中图像具有的图层和 ＰＳ 中的图层一样，可以对其单独操作，所有图层又可以重叠 或部分重叠，以得到最好的视觉效果。 Ａｐｏｐｈｙｓｉｓ Ａｐｏｐｈｙｓｉｓ 目前不断更新，其制作出的作品都具有非常 震撼的视觉效果，极具艺术性。这款软件在国外十分风靡， 很多非艺术设计人员也可以创作出属于自己的艺术作品。 它采用的是 ＩＦＳ 分形模型系统，且能够安装很多开放的插 件，增加不同的变换形式。 三维分形发生器 Ｍａｎｄｅｌｂｕｌｂ３Ｄ Ｍａｎｄｅｌｂｕｌｂ３Ｄ 是一款制作三维立体分形图像的软件。 因分形的精度和无限循环性，三维立体的效果更加复杂，配 合光照模型的使用，能创造出抽象和超现实的分形作品。 如今数字艺术设计作品已经与我们的生活融为一体随 处可见，手机、平板中的界面设计，户外 ＬＥＤ 广告展示，科技 馆的虚拟演示等都属于数字艺术设计发展的新领域。利用分 形设计的艺术作品主要通过以下几类形式运用到生活中： 图形图案 向计算机输入分形公式，最直观的输出结果即为精美 的图像，其自身独特的美感可用于一些装饰图案，或者作为 创作灵感和素材用于装饰工艺，在工业上已经有人将分形 图像用于墙纸设计、便签设计，以及服装设计等。意大利的 女艺术家 Ｓｉｌｖｉａ Ｃｏｒｄｅｄｄａ 使用分形软件创作的作品多集中 于三维抽象的花，并且赋予其独特的外形，数学的奇妙性让 它们不同于这个世界上的任何种类的花，明亮的半透明加 上丰富多彩的靓丽颜色使得这些图像具有一定的审美价 值。在国内，１９９９ 年 ９ 月，中邮发布的一套四枚的《分形几 何》的 ＩＣ 电话卡，四幅分形图像选用了自然界的素材，有一 定的收藏价值。 立体展示 一些分形软件根据公式也能生成三维的立体分形物 体，为其添加光照模型产生光影效果，并结合材质的表现 力，可以创造出令人叹为观止的立体作品。特别是 ３Ｄ 打印 机近年来的发展，将分形软件与打印机结合起来，任何一个 公式，任意一个参数的细微改变都将创作出极具艺术感的 作品。选择 ３Ｄ 打印来完成自己设计分形作品的艺术细节， 将这些作品从数字空间带进现实。如果使用传统的技术，他 们不可能在现实世界制造出这些复杂的形状。将聚酰胺材 料使用激光烧结技术（ＳＬＳ）制成的这些分形作品，分辨率高 达 ０．７ 毫米。两位艺术家是这样描述他们的创作意图的：“我 们的创作处于计算机科学与设计的交界上，并结合了这两 门学科。我们在这个交叉的领域寻找新的技术来处理它、分 析它并形成图形，这就是我们的兴趣所在，我们将纯粹的数 学作为主要创作工具，并寻求计算机的帮助。” 影像设计 分形图像的对称美适合用于晚会的 ＬＥＤ 背投，２０１２ 年 的春节联欢晚会中 《剪花花》 节目的背投即为分形图案制 作，在欢快的童谣中，２４ 名小舞蹈演员在舞台上用肢体搭建