#c6c6c6 軟體藝術、人工生命與計算機仿真 2007/06/13
本文是台灣美術館之「數位藝術知識與創作流通平台」的邀稿
http://www.digiarts.org.tw/


軟體藝術、人工生命與計算機仿真
吳文成


  我們可以說,軟體藝術是最純粹的電腦藝術( Computer Art ),它是完全只在電腦出現之後,才有的一種藝術創作方式。 軟體藝術( Software
Art )
,可以追溯到四十多年前, 誕生於計算機科學與藝術理念的相互滲透的潮流之中,它的創作者可能是科學家、程式設計師,或者是藝術家——他們以撰寫程式,透過電腦的邏輯控制與數理運算,最後以視覺化/聽覺化的呈現,表達出人、科技與藝術之間的豐富可能性。



  例如在 1970 年代,William Kolomyjec [1] 用 Fortran 語言創作的〈鳥的弧線〉(Bird Curves), 模仿鳥群在螢幕上來回飛翔,所留下的痕跡,構成了簡單造型的幾何圖案,這類作品的特色是可以改變參數,然後再繪製出另一個不同的圖案出來。藉由模仿或模擬生物的行為,來表現的軟體藝術作品 , 例如還有人工生命學家 Christopher Langton 在八○年代的虛擬螞蟻(Langton's Ant)[2],它的規則很簡單,卻是一個非常重要的例子。

    Langton's Ant 的改良版 [3] 是這樣:我們首先在電腦所繪製的方格棋盤上,中央放幾隻螞蟻,讓螞蟻向東、西、南、北任意方向走一步,若遇上底色方格,則螞蟻向右轉九十度,並將方格變成彩色;反之,若遇上彩色方格,則螞蟻向左轉九十度,並將方格變成底色。這規則是相當容易理解的,但是它卻可以隨機地、衍生地,發展出許多色彩繽紛的圖像。



   Langton's Ant 可以讓這些虛擬螞蟻們——「自動自發」地創作繪圖,它與細胞自動機( Cellular Automata,CA)[4] 的運作原理,其實是可以互相轉換的。細胞自動機,同樣可以創作出豐富多變的圖案,我在〈軟體藝術、衍生性藝術與細胞自動機 〉 [5] 一文有介紹過,它模擬細胞在群體的環境中,例如孤單或是擁擠之條件下的演化狀態。在 1970 年 John Conway 提出了「 生命遊戲 」(Game of Life), 這是細胞自動機最有名的一組規則,它將 CA 的熱潮推向了高峰。細胞自動機與 Langton's Ant [6],都是軟體藝術結合人工生命(Artificial Life,ALife)的重要範例。

   人工生命 [7] 這個學科是什麼?大自然的生物在億萬年的進化過程,已經發展出許多有效率的行為模式,這些模式對於工程學或是資訊科學,可能會有很大的幫助。例如最短的傳輸路徑,顯然對於網路的數據傳輸是非常重要,這時候,大自然的螞蟻如何揀選食物、如何尋找最短的覓食路徑,便可以作為科學家的參考。例如,人工生命學家就因此提出了「螞蟻演算法」,並且在電腦上模擬該演算法的成果,看看是否可以運用到工程技術的領域,或是觀察這類的模擬,是否會出現什麼出乎意料的趨勢。

  人工生命模擬自然界的各種生物現象——例如生物的遷徙、捕食、繁殖行為與演化——之動態發展的過程。人工生命學家會觀察生物行為的基本原理,例如是螞蟻,例如鳥群飛翔的隊伍分佈、魚類捕食的群體行為,進而提出相關的演算法。像是粒子群優化算法(Particle Swarm Optimization
,PSO)
、群體模型( Boids Model ),或是最有名的類神經網路(Neural
Networks)
、遺傳演算法(Genetic Algorithm,GA)等等。這些演算法,都是人工生命學家「師法」生物現象的結果,雖然聽起來好像很艱深,但是它們的基本原理都很「自然」,而且當它們在電腦上被模擬的時候,非常有意思,這些呈現,換個角度看,宛如一件件豐富多變的藝術作品。







  我在〈「軟體藝術」與人工生命的相遇 〉[8] 一文, 有線上演示人工魚、人工昆蟲、人工植物等等範例程式 , 以及談到美國藝術家 Karl Sims
在 1997 年,運用遺傳演算法,所發表的〈 加拉巴哥群島 〉(Galapagos)互動裝置藝術 。 人工生命,將計算機仿真(Computer Simulation )技術帶向了各種不同的仿生(Bionics)領域,它也擴展與深化了軟體藝術的內容
,帶動科學觀念、電腦科技與藝術領域,更多的交流。它創造了許多嶄新的電腦圖案,這些科學美學的視覺表現,都讓藝術家們嘆為觀止。

  事實上,有不少重要的軟體藝術家,本身也是人工生命(或是複雜系統〔Complex System〕)相關的學者。例如 Processing 是軟體藝術的主要創作工具之一 ,它的開發者 Ben Fry 的博士論文,便是處理如何視覺化解碼成功後的人類基因資料。而 Processing 的另一位開發者 Casey Reas,更是在從事生物體系之抽象化的動態表現的研究。人工生命學的大本營是在美國的 Santa Fe Institute,其中著名的學者 John L. Casti,在 1996 年寫了一本《
Would-Be Worlds:How Simulation Is Changing the Frontiers of Science 》——他談的是,計算機仿真如何改變科學的疆域。我們也發現,在數位藝術的方面,人工生命結合科學美學,也正在改變軟體藝術的疆域。


[1] http://www.atariarchives.org/artist/sec15.php
[2] http://mathworld.wolfram.com/LangtonsAnt.html
[3] http://www.atlas-zone.com/complex/alife/ants/vants/index.html,吳文成
[4] http://www.atlas-zone.com/complex/alife/ca/index.html,吳文成
[5] 〈軟體藝術、衍生性藝術與細胞自動機〉,吳文成
  http://blog.xuite.net/sinner66/blog/11722967
[6] Langton's Ant 的重要性在於,它實現了二維的圖林機(Turing Machine
  :不考慮硬體狀態的理想計算機邏輯結構)
,它與 CA 不但位於理論
  計算機科學( Theoretical Computer Science )的核心,它們也實現了非
  線性複雜系統(Complex System)的吸引子(Attractor)行為。從這裡
  可以看到,自動機理論、碎形理論、混沌理論、複雜性科學與人工智
  慧、人工生命等等,是彼此相關的學科群。而有不少的軟體藝術家,
  本身同時也是這些學科群之一的學者
[7] 我這裡著重在軟體,不談例如機器人這類的精密機械的人工生命。
[8] 〈「軟體藝術」與人工生命的相遇〉,吳文成
  http://blog.xuite.net/sinner66/blog/10994341
2007/06/13