TouchDesigner在数字科学艺术中的创新运用

摘要：随着数字技术的出现，艺术家运用计算机这个新的数字媒介和当代艺术相融合，创造出新的艺术表达形式——数字艺术，数字艺术成为基于科技与艺术相融合的新兴交叉学科。文章首先分析数字艺术的起源及特征，随后通过TouchDesigner在数字艺术中的应用，制作相對应的具体案例，由此论述可视化编程软件在数字艺术领域中的创新运用。

关键词：TouchDesigner;数字艺术;可视化编程;创新运用

中图分类号：TP311.1 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）03-0-03

1 数字艺术的起源及特征

1.1 数字艺术的起源

对于大多数人来说艺术与科技是绝对的对立面。科学技术以理性严谨的数据、技术为主，艺术以主观上感性的情感表现为主。然而，数字艺术的诞生把两者紧密地融合在一起，成为这个数字时代设计和艺术发展的新向导。艺术与科技是社会生产创造性与持续发展的源泉。科技的持续发展为艺术家在艺术创作方面天马行空的想象力提供了实现的基础与进行了拓宽。艺术反作用于科技领域，启迪了技术的突破与创新，在这样不断反复的整合优化过程中催生出新的艺术表征，由此可见艺术与科技是相互促进发展的关系，科学技术引领艺术，艺术启迪科学技术发展。

数字技术的迅速崛起宣告数字时代的到来，数字化技术的介入也赋予了当代艺术作品科技性的特殊的魅力，艺术家依托数字技术和艺术思维的优势，将计算机这一新的数字媒介和当代艺术融合，创造出新的艺术表现形式——数字艺术，数字艺术成为基于科技与艺术相融合的新兴交叉学科。

随着数字艺术设计的不断崛起，艺术范畴不再单一化，问题也不断地显露出来。跨学科之间琐碎的技术层面的种种问题，使得刚刚诞生的数字艺术发展步履维艰。

那么没有编程基础的艺术家如何具体运用数字技术进行艺术创作呢？

一般而言，艺术家只有在深层地了解了以计算机编程语言为基础的计算思维后，才能利用它真正掌握数字艺术的创作表现方式。然而[1]可视化编程的出现大大地降低了数字艺术在技术层面的学习门槛，给那些没有任何编程基础的艺术家具体运用数字技术进行艺术创作提供了可能。

1.2 什么是可视化编程

可视化编程是一种精准高效的计算方法与技术，它将大量数据转化为图形图像，方便那些没有编程基础的艺术家去理解和观察[2]。数字艺术是更加偏向于代码，涉及程序算法，利用编程软件进行创作的艺术作品。这种创作模式对艺术家而言学习门槛较高。可视化编程帮助艺术家大大减少了难以理解和学习的编程问题[2]，这是一种崭新的程序设计方法，这种方法能够规避很多繁复的代码语言及语法，让艺术家更好地运用软件提供的各种功能模块元件，创造出各种各样、丰富多彩的视觉艺术效果[2]。

本文通过使用TouchDesigner阐述可视化编程软件在数字艺术范畴的应用及未来发展的趋势。可视化编程工具TouchDesigner的基本理念是通过元件节点之间相互链接来实现程序编写的图像化，由此实现动画与交互的工作。软件的元件节点构建图形从流程上看可归纳为输入型元件节点—处理运算型元件节点—输出型元件节点，整个流程中执行和处理的信息都为数据信息，艺术家必须在早期创意到设计实施都以程序代码的思考模式来引导和开展艺术创作工作[3]。

2 TouchDesigner在数字艺术创新中的优势

TouchDesigner是由加拿大Derivative（衍生物）公司开发的一款在新媒体交互领域基于节点式的可视化编程软件[3]，用于实时交互式多媒体内容，通过外接屏幕控件、MIDI（乐器数字接口）数据和其他的输入设备，使它们在项目中充当模块化的组件来进行对图像的运算。

TouchDesigner提供了基于可视化节点的全新的创作形式，艺术家通过COMP（容器元件）、TOP（二维图像元件）、CHOP（通道元件）、SOP（三维元件）、DAT（数据元件）、MAT（材质元件）六大基础功能元件进行艺术创作。在整个创作过程中，软件将代码的结构和函数变成无数个模块元件，艺术家只需要使用连线的方式任意在模块元件之间相互链接、拖动或者改变元件之间的层级关系，就能创造出丰富多变的视觉效果[3]。软件还可以基于数字编写代码与其他硬件设备之间通过各种交互协议达到与硬件设备的连通，由此可以看出，TouchDesigner还是具备跨平台特性的编程软件。

TouchDesigner在数字艺术创新中的优势主要有以下几点。

2.1 实时交互

TouchDesigner是为实时交互式三维设计的，并不是已经渲染好的三维影片，可以通过改变元件的参数和导入不同的三维模型进行实时修改，不需要再渲染。

2.2 线性串联

TouchDesigner所用的程序流是从左至右，元件经过连线方式相互连接。这个程序链通常是连续实时运行的，因此对开端部分的元件做出修改，后面的元件也会产生相应的改变，并直接反馈到最终的可见对象。

2.3 数据交互

TouchDesigner程序中的绝大部分数据是可以相互交换的，可以表示为一组数据通道。例如，一个物体的三维几何数据可以通过数据元件作为控制数据被输入，再加上实时程序元件，能够对导入的三维数据进行实时的修改。

2.4 功能交互

TouchDesigner 的交互功能非常强大，在外部扩展方面支持多种通信协议，实现与硬件设备的连通，这是具备跨平台特性的编程软件。例如，TouchDesigner可以外接Kinect（微软体感设备）捕捉人体的肢体动作从而与动画进行交互[2]。

总体而言，TouchDesigner具有的互通性、高集成、实时性、数据可视化等特点让许多艺术家纷纷选择使用TouchDesigner来创作艺术作品和商业项目等。

3 TouchDesigner的数字艺术中的创新运用

3.1 交互装置设计

在科技产品不断迭代出新的同时，人们也在不停地思考人机交互的新方式。科技运用的摸索、交互媒体技术的出现不但改变了审美实践和艺术作品展示的性質，而且具有其独特的转换性、渗透性、参与性以及勇于创新的有机融合的思维与展示方式。

声音可视化是将声波转化成视觉图形的方式，从听觉转化成视觉。而伴随着计算机图形学的发展，尤其是虚拟现实技术的诞生和推广应用，沉浸式空间概念的发展也让可视化设计迅速成为当前空间声学设计中最受关注的概念和方向。但是，声音可视化作品也带来了问题，即如何创造强烈的现象学体验，并通过数字技术（音频录制设备、音频编辑设备等）将虚拟和媒介与声音联系起来。通过TouchDesigner来解析声音、进行数据分析并转换成各种各样复杂的视觉图像呈现出来，以此可以构造不同的情感体验的方式，为观者提供跨越了虚拟和真实边界的超级感官体验。

3.2 数据可视化

数据可视化是一个跨学科领域，涉及数据的图形表示。数据可视化运用统计图形、图表、信息图表和其他工具，能够清楚、高效地传达信息。这种表示被视为原始数据和图形元素之间的映射。这些映射决定了这些元素的属性如何根据数据而变化。数据与图形之间的映射是数据可视化的核心能力。

数据可视化使繁杂的数据转化成更加直观的图形，易于理解和使用。数据可视化扎根于统计学领域，因此也被认定为描述性统计学的其中一个方向。这不只是艺术，也是科学，数据可视化也被认为是一个扎根理论开发工具，用来研究人们如何阅读各种类型的可视化数据，这有助于确定哪些类型的可视化数据在传达信息方面最容易理解和最高效。

如何在TouchDesigner中进行数据可视化的处理？

首先要收集数据集，通过一些专门的数据集网站，搜索需要被可视化的数据集，再将数据集通过输入元件导入TouchDesigner整理成数据表格，然后在TouchDesigner中处理数据表格中的这些数据，将表格数据进行分类，再与图形之间形成映射关系显示出来，以此达到数据集视觉可视化的目的。比如Billboard（《公告牌》）艺术家数据集包含1 035条记录，代表自1999至2019年Billboard上艺术家们的音乐数据。数据集包括每位艺术家的基本元数据，比如姓名、国籍、性别、音乐类型等。数据集中有多少人是女性艺术家、数据集中的哪些数据可以用来可视化以解答问题，这些都是需要经过思考的问题。然后是数据集视觉呈现的部分，先定义好图形的类型、大小、尺寸、颜色、位置等，然后通过TouchDesigner实现数据的可视化（见图1）。

3.3 虚拟现实体验

虚拟现实体验，即VR（虚拟现实）、XR（扩展现实）体验，是用电脑创造出一个三维的虚拟世界，通过硬件设备在视觉、听觉、触觉等感官上进行模拟[2]，混淆虚拟世界和真实世界的边界。

TouchDesigner有非常强大的外部拓展功能，因为它有多种交互协议，可以与VR、XR等工具或设备进行流畅的数据传输、产生交互行为。比如在以下测试中，用手机上的ZIGCAM APP（移动应用程序）与TouchDesigner进行联合使用，将在软件里制作的三维模型从虚拟空间投射到现实世界中，试图模糊虚拟世界和真实世界的边界。这样人们在使用手机上的ZIGCAM APP的同时，可以将在软件中搭建的任意虚拟三维物体或者场景投射到真实世界中，并与之发生交互（见图2）。

3.4 即兴影像表演

VJ（视频艺术家）即实时即兴影像表演，通过输入一段音频信号与一段视觉动画相链接，而TouchDesigner是打造一个特殊的音频系统，不同的音频节奏会映射出不同的视觉画面。这样即便切换到不同的音频，也会立刻实现其特别的视觉效果，而不用再进行制作，这样的改变是实时的改变，类似参数化设计。因此当艺术家真正懂得并掌握了TouchDesigner的使用，就可以开发出更多丰富多彩的舞台艺术效果。

THE MAN是一个音画交互作品（见图3），作者在TouchDesigner里运用音乐节奏与三维动画之间形成映射，高低不同的音乐节奏会对动画的画面造成影响，看似在三维动画与音乐节奏频率之间形成交互映射的关系，结合音乐和视觉效果营造出沉浸式实时体验空间，带给人们视觉和听觉并存的超感官体验。

4 结语

在数字技术领域，科学技术的发展永远都是艺术的发展根基。在艺术思维的引导下，数字艺术在数字技术的辅助下形成蓬勃生长的数字艺术生命。只有在科技与艺术的相互促进下，数字艺术才能更好地得到融合与发展。数字技术是辅助艺术的方式和手段，而数字时代的艺术家不但需要具备较高的艺术素养，而且还要具备科技素养，这样才能更好地呈现自身天马行空的艺术想法，在数字技术的加持下创作出更加富有想象力、创新性的优秀数字艺术作品。

参考文献：

[1] 方梦阳.“文旅融合”与“媒体融合”背景下交互艺术的创新研究[J].艺术百家，2020（2）：105.

[2] 张泽方.试论可视化编程在数字媒体艺术中的运用：以TouchDesigner为例[J].时代报告，2019（12）：140-141.

[3] 朱洪萱，韩帆.基于TouchDesigner的互动装置艺术应用研究[J].艺术科技，2021，34（15）：1-2.

作者简介：田沐卉（1987—），女，湖南怀化人，硕士在读，讲师，研究方向：信息与交互设计。