杂志 PRINT 2017年3月

空间奥德赛:3-D技术的兴起

1804年版的里奥纳多·达芬奇《绘画论》(1651年)内页局部.

如今,再把3-D打印描述成一种突破性进展几乎已经过时了。技术代表着科技史上的决定性转折点的说法已经获得了广泛的认可,从奥巴马到埃隆·马斯克(Elon Musk),甚至是玛莎·斯图沃特(Martha Stewart),无一不在宣扬它的巨大威力。过去几年间这项科技已经变得门槛越来越低,并且得到了越来越广泛的使用,3-D打印世界这一前景已经越发接近现实而非只是科幻小说的内容。实际上,这个月在巴黎蓬皮杜艺术中心开幕的展览“突变-创造/打印世界”(Mutations-Creations / Print the World)就提出了这样一个命题,该展览展示了各种3-D打印产品,据说会彻底改变诸多领域。与此同时,人们尝试用这项科技完成的加工品的范畴几乎囊括一切,包括从布料到身体器官等等。在建筑的层面,已经出现了用混凝土3-D打印的房屋模型,在2012年,福斯特建筑事务所(Foster + Partners)推出了一项设计,这个设想未来在月球上建造的建筑是由安装了3-D打印机械臂的机器人完成的。

但所有这些对制作和3-D打印过程物理性结果的强调,却也转移了对它带来的更具根本性的革命的关注。三维印刷仅仅是冰山一角,它只是改变我们如何生产——以及我们如何理解和再现我们周遭的世界,我们如何观看,如何体验——的众多扫描、视觉化和建造模型的数码技术中的一种 。到目前为止,现代文化和科技基本上都是基于图像的;换言之,图像是记录和传输有关这个世界的信息的首要途径。不过3-D打印仍然只是全球科技和文化从视觉向空间转向最为明显的体现。想要完全理解这一改变的重要性,我们不仅需要向前看,而且需要往后看:从文艺复兴起的整个复制和再现技术的发展过程。本期《艺术论坛》邀请了建筑历史学家马里奥·卡普(Mario Carpo)为我们分析这一隐约闪现的科技革命的历史渊源以及它在未来的涵义。

过去三十年里的当代数码科技发展进程——从语言到视觉再到空间媒体——从一个压缩的时间线来看,十分奇特地重演了西方文化科技自有纪录的历史以来的整个发展过程。[1]一个世代之前,数码工具处理的几乎完全是文字数字数据;之后数码图像出现了,而在今天,数码工具已经可以轻松地操控三维空间里所有体块。这是因为文字比图像占用更少数据,而平面的图像又比空间中的体块使用更少数据;随着电脑变得越来越高效也越来越便宜,数码标记法得以从字母转向像素再转向立体像素。[2]

这个变化过程已经在一个更长的时间线中上演过一次:从古典时代到中世纪,纪录和传输信息的主要工具是文字,而非视觉。语言可以使用字母系统来在时空中进行记录和传输,而图像则不能。古典时期和中世纪的作者们不信任图像是有原因的:首先,古典时代尚不了解、甚至不知道制图几何法则的存在——依据这些法则,所有面对同一事物的艺术家画出来的都是同一图像,而所有观看该绘图的人看到的都是同样的事物。其次,彼时尚未出现可以制作相同复制品的技术,于是任何一张绘图的复制都取决于个体复制者的主观意志。

在文艺复兴时期,这两种情况都发生了突然且剧烈的变化,其原因是几乎同时出现的透视法以及木版印刷术。莱昂·巴蒂斯塔·阿尔伯蒂(Leon Battista Alberti)的透视法(他在他1435年的论文《论绘画》[On Painting]中首次描述了这一原理)将如何捕捉图像进行了标准化处理:只要通过选取视点以及中心视线的方向建立起截取世界之图像的几何法则,其形成的图像就都是一样的——无论它是由你、我还是机器制作的。这是因为图像是一种几何投影,而阿尔伯蒂的法则阐释了如何制作这种投影,以及如何一劳永逸地将之固定下来。而印刷术则使得图像复制的过程标准化了。一旦绘图刻印在了机械网格上以及完成复印,那么它的每一个复制品看起来都是一样的。于是现代图像从捕捉到传播都获得了一种值得信赖的双重保证:经由艺术家之手绘制时尊重真实的自然;由印刷者进行复制时又尊重艺术家的绘制。最终这些图像变成了人人都可以使用并且信任的东西,而事情的发展也的确如此:在文艺复兴时期文字占据无可辩驳的统治地位的几个世纪后,西方文化走向了视觉化,[3]随即眼睛的统治地位给西方现代性的各个方面留下了不可磨灭的印记。但是现代的、透视性和投影的图像——从这个意义上说,也就是泛指所有图像——的文化和技术先进性如今渐渐走向了尾声。现代性中基于图像的视觉文化面临着无可避免且即将到来的衰落,其原因并非在于意识形态,而是纯粹的科技层面的没落:就如同在文艺复兴时期,西方信息科技从语言走向了视觉,今天全球科技和文化正从视觉走向空间化——从2-D到3-D,从透视性的投影变成了可以测定体积的点云(point cloud)。

安东尼·凡·戴克爵士,《查理一世三面肖像》 ,约1635–36,布面油画,33 1⁄4 × 39 1⁄8".

文艺复兴时期的艺术家非常敏锐地意识到了他们使用的图像中的技术创新,以及这些图像可以提供的优势。绘画开始被视作与语言同等重要,甚至可以与诗歌一较高下。[4]中世纪时,画家被认为是手工艺人,是与其他行当没有差异的行会成员,现在他们被看作艺术家,并且手中掌握着新的高科技制造工艺:透视图像。但是文艺复兴时期的艺术家中一部分是雕塑家,而绘画和雕塑之间的竞赛,也就是2-D和3-D模型之间的竞赛,很快就成为了艺术理论中最热门的话题。到16世纪中期,当佛罗伦萨人文主义者和史学家贝尼狄托·瓦尔奇(Benedetto Varchi,1503–1565)就此话题发出召集论文的邀请,随后结集出版了他收到的回复并为此作了一篇颇为冗长的序言之时,[5]这个分歧达到了最高潮。米开朗基罗是瓦尔奇在书名页唯一提及的作者,不出意外地,他推崇雕塑。米开朗基罗向来都是一位反叛者,他必然与主流背道而驰。几乎所有文艺复兴时期的艺术家都支持绘画。

绘画优于雕塑的主要观点都是基于里奥纳多·达芬奇在1492年左右所作的论述。[6]雕塑是一种工艺品,雕塑家都是手工艺人,而绘画则不同,它是基于透视的数学法则,所以说画家都同时也是数学家和科学家。从更直白的意义上来看,雕塑更接近现实,但是透视绘画不仅再现现实,而且还可以“测量”现实。从制作手法来说,透视图像反映它们所展示的对象的精确比例测量结果,因为它们所展示的是通过艺术家测量的结果,而每一个观者都可以再次对其进行测量。用达芬奇的话来说,这是因为“透视是一种极其精微的数学研究的发明和探求”,是“法则和演算”的结果。[7]用今天的话来说,透视构造中的几何学是可逆的:阿尔伯蒂法则把空间中的所有点,包括无限,都转化成画面上的一个点,反之亦然——或者说几乎如此,就像所有的投影一样。[8]简言之,绘画[9]优于雕塑的主要优势是其科学上的精确:透视是一种测量工具——既是一种再现的工具,也是一种量化的工具。是的,透视图像确实和我们肉眼所见十分相像,但如果现实主义是唯一的标准,那么雕塑可以轻而易举地获胜,因为雕塑更接近三维的现实,这是任何平面绘画都望尘莫及的。

实际上,达芬奇也不得不承认雕塑可以更好地完成对对象的全面性再现,因为雕塑提供了从所有视点观看对象的画面,而绘画只局限于一个。达芬奇的反证是说两个图像,其中每一个都是从一个精心挑选的视点来完成构图——比如正面和背面——可以捕获足够多的数据来全面描绘出三维的对象,但是他自己也知道,这个论点并非完全成立。[10]从洛伦佐·洛托(Lorenzo Lotto)开始,文艺复兴画家们经常通过在一张绘画中提供三个而非两个画面来全面地展示他们的描绘对象。洛托似乎是将他的对象每次旋转120度,于是可以给出一个从背面看到的局部画面。当凡·戴克(Van Dyke)被委任制作一个查理一世头像的全景图像,以便运到罗马由贝尼尼(Bernini)雕刻出国王的半身像(于是免去了国王本人的旅行之劳顿)时,他对这位君主的再现采用了一种建筑式的构图方式:包括正面、侧面以及45度角肖像。而菲利普·德·尚帕涅(Philippe de Champaigne)为何在接受一个类似的实用主义委任时将黎塞留主教(Cardinal de Richelieu)绘制成一个略有角度的正面像以及两个几乎完全相同的左右侧面像的动机就不是很清晰。这张画甚至几乎是种浪费:黎塞留主教那非凡的鼻子从两个侧面像里看起来是完全一样的。

但随着现代科学的兴起,透视图像的测量功能已经越来越受到其他更适用于技术标记的投影模式的挑战。从最开始,阿尔伯蒂就建议设计师们避开透视,而是使用一种非透视收缩的、等比的制图方式——类似今天我们在平行投影中所说的投影平面(plan)、立面图(elevation)和侧视图(side view)。[11]在用这种方法制图时,所有互相平行的线都是等比的——这对技术以及建筑绘图来说十分有利。但15世纪时平行投影法尚未出现,投影平面、立面图、侧视图和截面图(section)还都没有数学理论的支持:平行投影法是于18世纪末才由法国数学家加斯帕尔·蒙日(Gaspard Monge)总结出来的。蒙日的方法被称作画法几何学(descriptive geometry),是用两组平行投影精确记录空间中任意点的位置,从而在两个平面上将其标记出来,如果需要的话,也可以画在同一张纸上。[12]

保罗·乌切洛,圣餐杯的透视研究,约1430–40年,纸上墨水,11 3/8 × 9 5/8".

画法几何学是一项杰出的数学发明,而当它用于实际用途,它的有效性是无比惊人的。在现实中,没有任何人可以“储存”一幢摩天大楼——比如西格拉姆大厦;但是,很多事务所可以用几个抽屉就可以装下建造或者重建某个巨型建筑物的项目图纸。通过使用平行投影(包括轴测图[axonometric view],它出现的时间略晚),[13]将巨型的三维物体压缩在小而平的纸面(或者羊皮纸或者画布或者聚酯膜)上达到了现代量化精确度的高峰:平行投影甚至不追求看起来像它们再现的对象,而是旨在尽量精确地纪录和传输测量数据、地点以及空间中体积的形状。从纯粹的数据量来看,我们可以说这种节省几乎是无限的——或者至少是巨大的。但是,这种数据节省在今天正变得越来越缺乏必要性:通过使用数码科技,我们不仅已经可以储存大量的平面图纸,而且可以在一张小小的记忆卡上储存整座建筑的3-D模型——包含我们用来在虚拟现实中模拟该建筑或者甚至是在现实中真正重建的全部数据。

奇怪的是,阿尔伯蒂甚至预见到了这项最新的科技进步。在他写于15世纪中期的论文《论雕塑》(On Sculpture)中,阿尔伯蒂介绍了一种革命性的3-D设计和制造方法,完全基于数码数据。有赖于他发明的一个奇特的测量设备(一个装有旋转轮辐的轮子,以及一些吊下来的铅垂线),阿尔伯蒂宣称可以完全依靠数字来完成对独立实体的扫描、记录、传输和复制——而不用借助于图像。[14]但是,要做到这一点,需要动用大量的人力来完成无数的测量工作;所以阿尔伯蒂早熟的CAD/CAM技术很快就被人遗忘了。自机械时代开端以来,也有不少同样不成功的此类复制技术的研发实验——其中包括因为发明电报而闻名于世的萨缪尔·摩尔斯(Samuel F. B. Morse)。摩尔斯也是一位知名画家,之后又成为了设计艺术学科的教授,他或许意识到了他的前辈阿尔伯蒂的先例,但他设计的机器并没有比那位佛罗伦萨先驱者更为成功。[15]

无论是阿尔伯蒂还是摩尔斯的技术都需要基于数字的扫描和同样基于数字的制作过程之间的无缝对接,这是任何人工或者机械器具都无法有效提供的。但是今天廉价而且越来越无处不在的数码3-D扫描仪和3-D打印机都可以完全以此方式完成工作。

现在很多人把3-D打印看作科技史上的一个转折点。但与此同时,今天扫描和视觉化的3-D科技的兴起——从全世界建筑系学生都热衷使用的便宜且万用的微软Kinect,到近期虚拟现实立体视觉的发展——也或许会改变我们观看所有事物,以及再现和理解我们周遭世界的方式。3-D打印的物件似乎已经准备好了取代此前摄影图像在我们日常生活中扮演的角色。我们所熟悉的图像制作技术让我们可以给任何的对象拍摄快照——比方说,一只猫——然后把它打印成一张平面的、摄影的、透视的图片。但今天的科技使得我们可以瞬间扫描记录下同样一只猫,并且把它打印成一个雕塑——甚至可以是等大的。法国Photomaton公司(该公司最为人所知的是他们拥有并经营着成千上万个公共场所的自动照像亭),最近发布了一个3-D照相亭,不仅可以拍摄传统的平面照片,而且可以对用户进行立体扫描(后期制作的3-D打印小型雕像可以寄送到消费者提供的地址)。[16]Autodesk公司的“123D Catch”以及谷歌的Tango等相对廉价的技术已经可以制作出大型全角度体块以及内部空间,客户可以根据各自的需求添加物理数据;[17]在构成立体像素的材料属性上添加信息后称作“maxel”,设计师经常用3-D模型来呈现几何构造和形状,以及模拟各种运行情况(建筑、热能、能源等等)。

但无论是为了完成高度技术性的任务还是为了满足普通大众需求,3-D模型其实很少真的会打印出来。3-D打印或许会很快颠覆全球制造业,但就如同大部分照片都是以电子图片的形式被观看,今天的3-D模型也是在模拟状态下最为适用。第一个面向消费者的光场相机Lytro于2012年推出;当时的广告宣传是说这个相机可以让使用者在照片拍摄完成之后重新调焦并且可以轻微地调整每张照片的视点。[18]但这个相机并不成功,部分是因为光场技术在深度传感方面存在欠缺,但是它的新的图像制作过程的意义却是巨大而深远的:当你用这种方式拍摄照片时,你不是一次性把它投射到一个屏幕上(阿尔伯蒂式的);你是在空间中建起一个3-D模型,以便之后任意浏览,从不同方向观看和转动它(用阿尔伯蒂式的修辞来说,就是旋转中心视线并改变视角)。2014年,ScanLAB Projects(伦敦巴特莱特建筑学院一个研究团队的衍生工作室)[19]把整场维维安·韦斯特伍德(Vivienne Westwood)的时装秀用测定体积的点云记录了下来,2016年夏天,他们在虚拟现实中直播了多场体育赛事(包括里约奥运会的比赛),观看者通过头盔显示器(HMD)来体验。这些由VR科技支持的沉浸式体验的程度是有差异的——终端用户的视点可能是固定的,也可能是移动的,头的旋转角度或大或小;头盔未必是立体镜式的,但如果是的话效果更好。[20]除了VR,现在还出现了一批支持AR(augmented-reality)和MR(mixed-reality)的头盔显示器。实际上,3-D模型一旦制作完成,利用和体验它的方式是无穷无尽的,但是平面图像仍然具备很多比3-D模型更有实际用途的优势:只要我们还是用眼睛观看,我们就会因为各种原因继续使用单目图像(为了获得立体感最好是成对以及同步的)来满足各种需求。但是投影图像在过去数个世纪比3-D模型更具优势既是因为生理构造的原因,也是由于数据体量的问题造成的。从阿尔伯蒂的时代到现在,投影图像是最佳的捕捉、记录和复制各种三维对象的途径,因为投影(透视的或者其他类型)将空间信息压缩到小而方便携带的平面文件上——大部分时候都是跟一张纸差不多。这点不会发生改变,但却越来越不重要,因为现在数据极易收集,而且储存和复制都变得十分廉价。要不了多久,我们就可以用手机进行3-D扫描,而不是拍照。[21]保存、编辑、发送、浏览、分享,甚至打印出雕塑式的自拍都将变得和保存、编辑、发送、观看、分享甚至打印照片一样廉价。

一座娜芙蒂蒂胸像复制品正在被3D扫描,弗劳恩霍夫计算机绘图研究机构图像处理研究中心, 达姆施塔特,德国,2013年12月3日. 摄影:Boris Roessler/Alamy.

中世纪末期,捕捉和压缩图像的新技术和复制这些图像的新技术的结合改变了整个西方世界。今天,直接在三维世界中捕捉和复制现实的新技术的结合——而且不需要借助投影图像作为中介——也极有可能具备同样的划时代意义。16世纪中期,佛罗伦萨的疯狂画家蓬托尔莫(Jacopo da Pontormo)宣称,上帝需要三维创造世界,而画家仅仅需要二维就可以做到;于是他总结道,这“着实是一种不可思议的神迹般的技术”。[22]现在我们对这种技术的需求大大降低了,因为我们可以以这个世界被创造出的方式来再现和复制它——也就是说,三维的。造型描述(ekphrasis)和投影图像制作在小数据时代既具优势,也有实际的必要性。但那些时代已经结束了——数据现在如此廉价并且无处不在,我们不再需要吝惜。字母标记法和投影图像这些数据压缩技术曾经对我们起到过重大作用,但现在我们不再需要它们了。三维模型已经取代了文本和图像,成为我们记录、复制、再现和量化我们周遭物理世界的工具。知识曾经以文字、视觉的方式记录和传输,而现在我们正迎来全新的空间化形式。

“突变-创造/打印世界”目前正在巴黎蓬皮杜艺术中心展出,该展览将持续到6月19日。

马里奥·卡普(Mario Carpo)是伦敦大学学院巴特莱特建筑学院建筑理论和历史系雷纳•班纳姆教授。

请访问|杂志文献|artforum.com/inprint|阅读马里奥·卡普关于大数据和设计的文章(2104年2月)。

注释:

1. 这篇文章部分节选自马里奥·卡普即将出版的新书《第二次数码转向:超越智能的设计》(The Second Digital Turn: Design Beyond Intelligence,剑桥,麻省:MIT出版社,2017),读者可以参考其完整引述、原始文献翻译以及个人简介。

2. 像素是数码化图片中最小的单位片段;立体像素是数码化体块中最小的构成块。

3. 透视的发现和印刷的发明和瓦萨里(Vasari)一样古老。关于这个话题的一些更近期(也更具争议性)的论述,请参阅小威廉・M・艾文斯(William M. Ivins Jr.),《图片和视觉交流》(Prints and Visual Communication,剑桥,麻省:哈佛大学出版社,1953),23, 168–80;弗里德里希·A·基特勒(Friedrich A. Kittler),“透视和书”(Perspective and the Book),Sara Ogger译,《灰房间》(Grey Room),no. 5 (2001年秋季):38–53。首次发表原文德文,标题为“Buch und Perspektive”,《Perspektiven der Buch- und Kommunikationskultur》,Joachim Knape和Hermann-Arndt Riethmüller编,(图宾根,德国:Osiander, 2000), 19–31。

4. 请参阅文艺复兴时期对贺拉斯(Horace)的经典说法“诗如画”(Ut pictura poesis,《诗艺》[Ars Poetica]361)的重新阐释:雷赛勒・W・李(Rensselaer W. Lee),《诗如画:绘画的人文主义理论》(Ut Pictura Poesis: The Humanistic Theory of Painting,纽约:W. W. Norton,1967),3。首次发表是作为《艺术通报》(Art Bulletin 22)上的一篇文章,no. 4 (1940年12月)196–269。

5. 贝尼铁托·瓦尔奇(Benedetto Varchi),《Due lezzioni di M. Benedetto Varchi》。以及瓦尔奇,《Paragone: Rangstreit der Künste》,Oskar Bätschmann和Tristan Weddingen编译(达姆施塔特,德国:WBG, 2013)。

6. 列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci),《论绘画》(Codex Urbinas Latinus 1270),20ff.,摘选自《Scritti d’arte del Cinquecento》的一卷,Paola Barocchi编,(米兰:Riccardo Ricciardi, 1971),475–88。Carlo Pedretti在其《列奥纳多·达·芬奇论绘画:遗失之书》(Leonardo da Vinci On Painting: A Lost Book,伯克利:加州大学出版社,1964)中提出他认为《论绘画》的年代是在1492年左右。

7. 同上,484–88。

8. 同一视觉线上所有的点在同一点上与画面相交,所以它们生成透视投影的一个单点。从一个透视图像提取实际测量信息的数学方法(今天称作照相测量法[photogrammetry])从17世纪初就出现了:请参阅Filippo Camerota,“‘太阳之眼’:关于正射投影”,《投射、投影和设计:建筑表现技巧》,马里奥·卡普和Frédérique Lemerle编,(伦敦:Routledge,2008), 115–25, 尤其是 123。

9. 在文艺复兴时期这指的是“投影绘画”或者投影图像制作。自阿尔伯蒂起就没有去区分投影图像和绘画的差异:我们现在所称的“透视绘画”是他在《论绘画》中提出的,但实际上阿尔伯蒂从来没有使用过“透视”一次,如同所有图像都是投影,所有绘画都是透视的。

10. 他在《论绘画1270》中的确是如此说的,Barocchi,《Scritti d’arte》,487–9。

11. 卡普,《字母表与算法》(The Alphabet and the Algorithm,剑桥,麻省:MIT出版社,2011),16-20。

12. 加斯帕尔·蒙日,《画法几何学》(Géométrie descriptive,巴黎:Baudouin,1799)。

13. 我们现在称为轴测图的画法法则是由剑桥科学家和教育学威廉·法来喜(William Farish)在1820年左右发表的。请参阅彼得·杰弗里·布克(Peter Jeffery Booker),《机械绘图史》(A History of Engineering Drawing,伦敦:Chatto and Windus,1963),114–27。

14. 阿尔伯蒂,《De statua》,收录于《论绘画与雕塑:“De Pictura”和“De Statua”的拉丁文本》,Cecil Grayson编译(伦敦:Phaidon,1972),117–42。《De statua》是于1435到1466年间编写的。阿尔伯蒂用了一种类似的基于数字的技术来扫描和复制了一张罗马地图:请参阅马里奥·卡普和Francesco Furlan编,《莱昂·巴蒂斯塔·阿尔伯蒂描绘的罗马城》(Leon Battista Alberti’s Delineation of the City of Rome,坦佩:亚利桑那州中世纪和文艺复兴文本及研究中心,2017),以及卡普,《字母表与算法》,尤其是章节2.2,“走向数码”(Going Digital),54-8。

15. 《萨缪尔·摩尔斯:书信和笔记——由其子爱德华·林德·摩尔斯编辑补充》(His Letters and Journals—Edited and Supplemented by His Son Edward Lind Morse,波士顿:Houghton Mifflin,1914),1,245;也可参阅他1823年8月22日的关于“雕塑机器”的信件(247),其中提到这种机器可以生产出“任何模型的完美复制品”(245)。以及摩尔斯,《关于绘画同其他艺术形式的亲缘关系》(Lectures on the Affinity of Painting with the Other Fine Arts),. Nicolai Cikovsky Jr.编(剑桥,马苏里大学出版社,1983),43,139。

16. “Cabine 3D”,于2016年8月17日登录查询, www.photomaton.fr/innovations/cabine_3d.

17. Autodesk 123D首页, 于 2016年3月3日登录查询,http://123dapp.com/catch; Tango首页, 于 2016年3月3日登录查询, https://get.google.com/tango/.

18. “关于Lytro”,于2016年8月7日登录查询,http://lytro.com/about.

19. ScanLAB Project首页,于 2016年3月3日登录查询,http://scanlabprojects.co.uk.

20. 比如Facebook的Oculus Rift,三星的Gear VR或者微软的HoloLens。

21. Autodesk的123D Catch在写作本文时已经出现。

22. 蓬托尔莫,1546年2月18日的信件,瓦尔奇,in 《Varchi, Due lezzioni di M. Benedetto Varchi》,134。

译/ 郭娟