数学作为一种具有高度审美特质及造型潜力的学科,对艺术的审美追求以及形态造型一直有着深刻的影响。对称思想在建筑艺术中随处可见,而中国传统绘画又往往追求非对称的画面结构以获取别样的韵味,黄金分割比同样在建筑造型、摄影构图和绘画布局中成为创作的规则,抽象艺术大师蒙德里安的许多作品中格子的长宽比也是黄金分割比例,波洛克的行动绘画中则包含随机方法所带来的混沌美学效果。
在视觉形态的构造方面,数学对艺术指导功能的典型方面体现在,透视几何长期以来一直被画家应用于营造画面的景深效果。艺术与数学的追求也有不谋而合的时候,如葛饰北斋的名作《神奈川冲浪里》,早在分形理论尚未提出时就蕴含了分形几何的美学特征。而一些现代艺术家则明显地受到近代数学发展的影响,如达利的名作《受难》中,十字架被描绘为一个展开到三维空间中的四维超立方体,达利还受到法国数学家勒内·托姆在拓扑学等方面的影响,在他的作品《女性柔术拓扑成为一个大提琴》中,将拓扑思想应用于对人体形象的艺术化变形。
而早期更为系统深入地将数学应用于艺术创作的艺术家则是埃舍尔,这个诞生于1898年的版画家在计算机尚未诞生的年代就已经极为深刻地应用了多面体、分形、图形镶嵌、双曲几何、指数变形网格、反透视绘画、扭结、拓扑曲面等多种数学方法进行创作,许多画面离不开对复杂公式精密的数学计算,而即便是当代的艺术家要想绘制出类似的画面往往也离不开计算机的帮助,因此着实令人叹为观止。
随着计算机图形学及数学软件的丰富和发展,艺术家对几何及数学应用的门槛相对降低,为艺术造型带来的可能性越发丰富。许多数学中特有的形态及造型为艺术创作带来了全新的美学特征。
算法艺术是使用数学公式或算法作为形式或结构来源的艺术,它的概念甚至可以追溯到诸如远古时代伊斯兰几何图案的构建。计算机的发明,使得通过算法创造艺术变得可行,在计算机发明初期,许多艺术家设计了各种算法进行艺术的创作,如Yoshiyuke Abbe、Harold Cohen、Charles Csuri、Hans Dehlinger、Helaman Ferguson、Manfred Mohr、Vera Molnar、Mark Wilson、Georg Nees、Frieder Nake、A Michael Noll等。
算法具有简单、优雅、逻辑性强的特性,并且拥有巨大的生成能力,一个好的算法就像是一个引擎,可以生成无限的视觉形式。许多算法艺术可以产生令人难以想象的极其复杂的几何图形及线条结构,为人们带来一种独特的审美反应。
在许多早期的算法艺术作品中,我们都可以感受到随机函数所带来的魅力,如Edward Zajec、Michael Noll、Manfred Mohr等人基于随机函数对几何形状的生成。
在1995年SIGGRAPH的“艺术与算法”研讨会上,Roman Verostko和Jean Pierre Hebert首次提出“算法艺术家”(Algorists)一词 [26] 。就像音乐家谱写乐曲一样,算法艺术家通过对算法的设计来实现视觉形态的创建。算法艺术这一概念的创始人Jean Pierre Hebert认为,算法艺术家必须是由艺术家本人设计的算法生成艺术作品的创作者,这一定义强调了艺术家对算法的创造及调配。每个算法艺术家都建立了一个独特的艺术创作系统,可以产生无限数量的形式,极大地扩展了艺术的生产力。而计算机的应用则使得依托于算法的艺术得以源源不断地生成出来,从这个角度来看,算法艺术也是生成式艺术(Generative Art)。
鉴于这一定义,算法艺术往往使用各种数学函数进行创作,本身算是数学艺术,但是并非所有进行数学艺术创作的艺术家都能算作算法艺术家,如分形艺术的创作,虽然一些艺术家自己设计分形的算法,但是也有许多创作者并非使用自己的算法而是基于已有的软件。
早期的算法艺术家通常使用屏幕显示算法艺术的效果,或者通过笔式绘图仪将算法生成的画面绘制出来,Jean Pierre Hebert还曾通过算法控制一个钢球在沙子上形成图案,以沙迹来呈现算法生成的结果,如图2-1,创造出禅宗般的意境。除了绘图仪之外,算法艺术家们还通过探索各种媒体的线条生成技术,包括喷墨和激光打印技术、屏幕动画、视频投影、动态装置和模拟绘图设备,由此改变了抽象的范式。
图2-1 Jean Pierre Hebert作品
Manfred Mohr还通过算法实现数字动画的创作,如基于高维度几何的算法,生成包含速度的随机变化的图形,并且给作品添加了音乐节奏。
而作为高度依赖于算法的人工智能,在这一时期也开始了与艺术的融合,细胞自动机、专家系统、遗传算法等被诸多艺术家创造性地应用于艺术的生成,如Harold Cohen所开发的AARON就是一款可以生成人物花草画的专家系统。
与算法艺术相比较而言,另外一个相关的概念是计算艺术。计算艺术的概念侧重艺术创造对计算机及移动终端等计算设备计算能力的利用和依赖,依托于计算机图形图像、虚拟现实、增强现实、人工智能等先进技术,借助程序设计手段,为音乐、美术、书法、舞蹈、戏曲、电影等多种媒体形态的艺术创作带来更高的生产效率及更加丰富多彩的艺术效果。
算法艺术可以认为是计算艺术的一个方面,计算艺术的内涵更加宽泛,甚至也超出了数学艺术的内涵,而算法艺术本质上还是属于数学艺术。
数学包含许多分支领域,这些领域为艺术的形态造型、创作规则、思想方法和作品形态等带来了全新的可能性,成为艺术作品的重要内容。许多创作者孜孜不倦地探索数学的各种方面,为艺术带来丰富多彩的面貌。
Reza Sarhangi(1952—2016)于1998年在堪萨斯州温菲尔德市创立了Bridges会议(http://bridgesmathart.org/),并毕生致力于使其成为数学艺术的精彩庆典。Bridges会议的目标是激发人们对艺术、音乐、建筑、教育、文化与数学的联系的研究、实践和兴趣。
Bridges会议通常在每年年初开始征稿,包括数学艺术作品、数学艺术短片和数学艺术论文,经过评选入围的作品及论文在每年7月下旬或8月初举行的会议上进行展示及出版。近年来,中国大陆地区的张燕翔、中国台湾地区的陈明彰等人的作品多次入选。
参会成员由数学家、计算机科学家,其他不同学科的研究者,音乐家、雕塑家、舞蹈家、编织者在内的各种艺术家,教育者、作家和许多跨学科小组组成。Bridges会议内容通常包括大会演讲、论文研究、研讨会、视觉艺术展览,以及音乐、电影、诗歌和戏剧中以艺术为重点的表演活动。