全息时代下设计可视化的嬗变和应用

艾小群，冯守哲，吴振东

（1.华侨大学机电学院，福建厦门361021；2.汉口学院艺术设计学院，湖北武汉430000）

全息时代下设计可视化的嬗变和应用

艾小群1，冯守哲2，吴振东1

（1.华侨大学机电学院，福建厦门361021；2.汉口学院艺术设计学院，湖北武汉430000）

以计算机和网络技术为核心的全息时代，信息技术凭借与其他行业的相关与兼容性，渗透到艺术设计领域。设计可视化就是与其嬗变形成的新趋势。论文阐述了设计可视化的审美特征，剖析了现阶段在信息技术影响下的设计由表象至内涵的应用现状。

全息学；设计可视化；审美特征；应用

从20世纪70年代至今，以计算机和网络技术为核心的信息技术发展迅速，信息设计天生具有交叉的特性，以其强大的兼容性使之成为现代科学技术最有渗透性的组成部分，广泛地向包装设计、广告设计、工业设计、视觉传达设计、环境设计、建筑设计、景观设计、数字娱乐设计、服装设计等领域延伸[1]。根据非线性理论的思维模式，信息技术所带来的设计可视化研究，建立在交叉领域模糊界定的基础上，通过一种多学科和跨学科的途径达到交流的目的。设计可视化引领传统的物质设计向智能化、交互性的非物质设计嬗变和转化。

1 研究背景--全息学时代

“全息学”，即全部信息全向性关联和信息时空泛对应性的学说，是一种相互关联、彼此融通、普遍联系的科学。当代就是以计算机和多媒体技术的综合信息传播的全息时代。法国著名社会学家、巴黎国家科研中心主任马克·第亚尼 （Marco Diani）在《非物质社会》中提出：信息技术它反映了从一个基本制造和生产物质的社会向一个基本服务的经济性社会（以非物质产品为主）的转变。人类生存方式的巨变导致设计形态和设计思想的飞跃，数字化生存、虚拟化生存、一体化生存等逐渐走向成熟。

电脑取代了画笔，直尺成为便捷而智能的设计工具，设计手段、方式、过程、表现、功能都发生了的变革。设计可视化就是以图像、声音、光照、色彩等“非物质性”信息表达思维的。任何事物都有正负两面性，信息技术是人类跨越文明、思想飞跃的手段，但同时“信息垃圾”、“信息爆炸”、“信息优化”等问题也不断出现。认知设计可视化、研究对数据的组织和呈现，将其转化成由价值有意义的信息，学科地整合带动知识的智能化程度提升，是推动设计发展的重要因素。

2 设计可视化的厘定

随着计算机图形技术和数字影像处理合成技术日渐成熟，加上三维动画能力的完善，计算机在艺术设计中不再只是辅助工具，而是成为表达思维与呈现设计意念可视化的媒介。在NSF（美国国家科学基金会）的报告《科学计算中的视觉化》（Visualization in Scientific Computing-McCormick and DeFant，1987）中，“可视化”首次作为一种组织性的次领域（an organized sub field）被提出。该文认为它是一种能够处理大量科学数据集的工具，并能够提高科学家们从数据中发现现象的能力。信息可视化的定义为：“利用计算机支持的、交互性的视觉表现物将抽象数据呈现出来以扩大认知能力”[2]。

在设计学领域中，可视化是将数据信息和知识，通过对可视界面的浏览、观察、过滤、操作、探索、挖掘、发现、理解、研究、消化大规模的数据，从而发现事物内部特征和规律，形成意识形态，快速而有效地识别事物，其参考模型见图1。这是一种基于物理空间之上，把抽象信息映射为视觉化的形式，不仅是研究数据表示、数据处理、决策分析、演示传播的综合技术，也是一种更深刻、更全面认知事物的方式。

图1 设计信息可视化的参考模型

3 设计可视化趋势的演变过程

随着计算机技术的不断提升和改进，信息技术在设计可视化中的应用，不断地深入和渗透。设计可视化趋势的演变大致可以划分为3个阶段：

1）计算机绘图阶段（20世纪50年代初）。计算机辅助绘图CAG（computer-aided graphics）是计算机图形学的一个分支，它的主要特点是给计算机输入非图形信息，经过计算机的处理，生成图形信息输出。一个计算机绘图系统可以有不同的组合方式，最简单的是由一台微型计算机加一台绘图机组成。除硬件外，还必须配有各种软件，如操作系统、语言系统、编辑系统、绘图软件和显示软件等[3]。

2）计算机辅助设计阶段（20世纪60年代开始）。计算机辅助设计（computer-aided design）是将计算机人工智能渗透到设计思维和设计表达中，运用二、三维图形生成技术记录和表达海量的设计内容。这种信息技术已经成为设计的组成部分。现今辅助设计仍然在不断发展和深化，设计师从繁重的事务性劳动中解放出来，投入到更多创新性活动中。设计表现从静态描述到动态实时再现；从单一模拟到多维仿真；从功能为核心转向人性为主导。

3）数字化设计阶段（20世纪90年代开始）。数字化设计（Digital Design）综合了设计学、计算机图形图像学、传播学、心理学、媒体学，伴随仿真技术和三维动画能力的成熟，辅助设计表现已不能满足设计和受众的需求。数字化设计已成为与物质设计并行发展的独立设计门类，现在分支众多，如数字视觉设计、虚拟现实设计、数字娱乐设计等 （图2），并还在不断演变和多元化。再造性和创造性的数字化产品，已经成为人类文明进化的标志之一。

图2 数字化设计的部分分支

4 设计可视化的审美特征

4.1 以信息技术为核心，数字化产品为载体

设计可视化是以计算机图形学、多媒体技术、网络技术、微电子技术为核心，通过声音、图像、文字、影像各种传感信号的信息进行获取、加工、处理、传播和存储，为大众提供信息服务的设计手段。传统设计是以实体有型加工制作模式，信息技术介入设计后，数字化是信息设计生产力的特征，虚拟仿真无形的数字化产品是设计可视化的载体，而且“比特”为DNA的数字化产品的类型越来越丰富，如三维仿真模型、三维动态演示、三维交互设计、三维虚拟现实设计等。

4.2 对设计数据的多维延伸和表现增效

相对物理性环境数字空间是流动的，文字、影像、声音等信息以比特的形式任意穿梭于实存空间中。信息技术对设计项目的构思表达、视觉识别、加工演示、流程规划、传播沟通等都起到增效性的作用。设计数据可视化是利用计算机图形学和图形处理技术，将产品复杂数据转换成二维、三维视觉呈现，既非单一的视觉画面，也不是单一的音响感受，而是一种综合的感官刺激体验。设计可视化旨在形象地交流、便捷地保存和生动地演示设计信息。这种数字化表现方式，将完整而系统阐述问题，使设计呈现有序和人性化，增强信息传达的强度和密度，创建信息的透明度和可读性，从而为信息交换提供最佳可能性，延伸及强化设计的所提供的机能。

4.3 人文文化与科学技术的多重表达

传统设计的表现形式重点主要集中于产品造型和功能上，设计可视化实质是信息的优化设计，计算机程序和声、光、文字、图形、图像的综合技术使艺术表现语言更加完备，强调通过人机沟通与对话，获得有效的信息。应用数字化手段对物质产品的预想方案、实现基础、后期效果、市场影响、能源开发、材料利用，一一数据化，设计者可以在数字环境中瓦解空间与时间的对应关系，纵横交错、相互联系的审视对象。设计可视化从造型和功能表现转向注重人文关怀的设计服务、设计创意的共鸣，使概念的、方法的、精神的、人文的要素更加凸显。设计可视化遵循可持续发展的设计理念，并不是出于“技术至上”而对技术的迷恋和崇拜，强调人文文化与科学创新、精神与物质的平衡发展。

4.4 交互式可视控制

当今设计从“可用性”到“易用性”的研究转型，“用户体验”和“用户友好”是其重要趋势，因此交互式可视控制是实现的重要手段。交互式可视控制将计算机丰富的时间维、空间维、众多属性维的多维展示能力与认知和形象思维结合在一起，实现复杂的系统。从数据映射到视频可视化形式，用户通过界面操作与人机对话，改变变换过程中的参数，定位数据，揭示数据中的既定模式，实现人机交互与对话的目的。交互可视控制以用户体验与感受为中心（User-Centered-Design为基本原则，以实用的信息演示和良好的操作体验为目标，前者是实现和增效基本功能，后者是人性心理、审美角度的研究与开发。在交互设计中，计算机工程技术建立数据库作为后台支撑，设计数据结构和关系，设计师需要研究人类工程学，制定和规范界面图像布局、界面优化、体验流程等，这些属于综合前台设计。受众与虚拟环境中的各种物体和对象的相互作用是完全模拟现实世界的，当使用者移动视线时，虚拟环境中的图像也会实时地跟随变化，重量感、碰撞感、速度感都可以通过信息技术一一实现。

5 设计可视化的应用

5.1 工程及产品动态演示设计--信息技术与工业产品设计的交叉

工程及产品动态演示采用三维机械仿真技术和动画及影视后期处理软件，把产品的结构、特点、功能、工作原理通过动态视频的形式演示出来，尤其是工业产品的外观、结构、功能、生产流程等，通过三维动画多角度全方位的演示，三维机械仿真技术把真实的事物以解决了传统纸质说明书、书面宣传方式繁复的弊端和不足，解决了以前无法拍摄产品内部结构、单靠文字和CAD图纸说明的瓶颈。数字图像化 （图3、图4）能够通过清晰、简洁明了的界面让大众和用户快速地了解产品系统内部的工作机制和生产流程，并熟悉操作步骤和适用领域，在最短的时间内形象、细致、全面地深入了解设计的产品。

图3 产品动态演示截图

图4 工程设计可视化截图

5.2 建筑仿真虚拟现实设计--信息技术与建筑设计的交叉

建筑仿真虚拟现实吸收了动画、影视的表现形式，将建筑和环境作为表现的主题，中和应用故事版、镜头移动、灯光、音效、后期特效、合成、计算机视觉等因素，为公众提供优化的设计方案，并形象的演示，增强人机的互动性体验（图5）。建筑可视化使人能够在虚拟的三维空间中，直接对形体的信息进行直接的操作，和计算机产生交流，使人和机器自然而直觉的方式统一起来，激发受众的空间想象创作力，在虚拟现实中体验和感知建筑文化。史蒂芬·霍尔（Steven Holl）提出：“空间的感知和体验是由人的整个身躯和所有的知觉来感受的，而建筑空间也只有在感知重才是完整的”[4]。信息可视化在建筑设计领域的应用，不仅仅是图像的生动表达，而是增强受众对空间的认识由“实体存在”跨越到“感知体验”，从二维、三维超越到多维。

图5 建筑虚拟现实设计截图

其特点是：

1）实时运动。虚拟现实呈现的图形、图像的场景和环境是仿真模拟现实世界的，通过用户界面的操作，能够自由移动，并可以自由选择浏览的方式和速度。

2）人机交互。通过鼠标和键盘操作界面或输入数据，计算机程序对建筑及环境进行实时监控和浏览，对三维虚拟物体进行操作，实行可视化的控制。

3）仿真性。虚拟现实在技术上一直追求仿真性，建立建筑特征的真实感、纹理细节的逼真感，才能使人全身心沉浸其中，以满足受众的视觉感受。

5.3 建筑漫游设计

建筑动态漫游指以建筑为表现主题及相关活动的动画宣传片（图6）。通常根据建筑图纸在计算机上制作出虚拟建筑环境，有地理位置、建筑物外观、内部结构、园林景观、配套设施、四季天气、生活场景等动态设计存在于一个整体的有机环境中，结合镜头的语言、美术特效、音乐效应、语言解说等方式演示建筑。建筑漫游设计是以影片的方式播放，受众是被动的接受，不能与数字化产品产生人机交互，但艺术气质和影视语言更为完善和丰富。

图6 古建筑动态漫游设计截图

美国麻省理工学院教授及媒体实验室的创办人尼葛洛庞帝（Negroponte），在《数字化生存》一书中提出：“信息的DNA”正在迅速取代原子而成为人类生活中的基本交换物。数字科技可以变成一股人们吸引到一个更和谐的世界之中的自然动力。设计可视化，就是设计学的由信息革命带来的一股强劲力量，对设计的表达方式、思维模式、价值观念带来深刻的影响，嬗变和衍生出的设计可视化，是非常值得我们继续探索和研究的，让我们更加理解这个时代脉搏，设计的可持续和谐发展。

[1]翟墨.人类设计思潮[M].石家庄：河北美术出版社，2007：24-27.

[2]Stuart Card.Jock Mackinlay，Ben Shneiderman，Readings in Information Visualization：Using Vision to Think[M].[s.l.]：Morgan Kaufmann，1999：30-36.

[3]张双才.计算机绘图基础教程[M].北京：清华大学出版社，2007：67-68.

[4]韩国C3设计.世界名建筑师系列-史蒂芬霍尔[M].黄燕译.郑州：河南科学技术出版社，2004：145-149.

〔责任编辑 李海〕

Evolution and A pp lication of D esign V isualization on Hologram E ra

AIXiao-qun1，FENG Shou-zhe2，WU Zheng-dong1
（1.School ofMechanical E ngineering and Automation，Huaqiao University，Xiamen Fujian，361021；2.School of Artand Design，College of Hankou，Wuhan Hubei，430000）

As computer and network technology become the core of the Hologram time，information technology，related with.ther industries，penetrate d into the field of artand design.Visual design and its evolution is the a new trend.The paper described the aesthetic characteristics of visual design.

h ologram science；design visualization；aesthetic characteristics；application

X171.1

A

1674－0874（2012）02－0018－04

2012-01-20

艾小群（1980-），女，湖北荆州人，硕士，讲师，研究方向：三维数字动画。