徐聰 謝文婷

摘 要：以案例分析法歸納物聯(lián)網(wǎng)時代下公共互動裝置藝術(shù)的現(xiàn)狀，并通過對公共空間互動裝置藝術(shù)設(shè)計流程中原型設(shè)計的重要性的論述提出Arduino硬件開源平臺。深入分析Arduino硬件開源平臺應(yīng)用于互動裝置設(shè)計中的優(yōu)勢，為城市公共互動裝置的創(chuàng)新實踐提高更多的可能性。

關(guān)鍵詞：Arduino；公共空間；互動裝置；原型設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.209

公共藝術(shù)主要是指存在在公共空間中，通過豐富多樣的藝術(shù)表現(xiàn)方式促使社會公眾與城市在生理、情感以及精神層面上產(chǎn)生互動，并在情感與行為的互動中展示城市形象與文化。傳統(tǒng)的公共藝術(shù)從其存在的物理形態(tài)角度可分為靜態(tài)為主的公共藝術(shù)：雕塑、壁畫、園林景觀，動態(tài)為主的公共藝術(shù)：噴泉、燈光秀、街頭行為表演等。而隨著社會從工業(yè)社會進入信息社會，數(shù)字制造技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和再生性能源技術(shù)等科學技術(shù)的發(fā)展對傳統(tǒng)公共藝術(shù)產(chǎn)生巨大影響，公共藝術(shù)受到的技術(shù)局限越來越小，其形式更加多樣化、材質(zhì)運用更加豐富，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的加入促使“互聯(lián)網(wǎng)+公共藝術(shù)模式”的互動裝置藝術(shù)應(yīng)運而生?；有詮?、體驗性好、參與性高的互動裝置藝術(shù)打破傳統(tǒng)“以靜態(tài)觀賞”為主的模式，沉浸式的五感體驗交互與行為互動促使公眾高度的積極性“參與”其中，更好的達成宣傳與聚集人氣等目的。在設(shè)計過程中設(shè)計師與工程師的分工界限逐漸模糊，而對于設(shè)計師而言，藝術(shù)與技術(shù)融合對他們提出的新的挑戰(zhàn)，而且在設(shè)計流程中的靜態(tài)原型已不能滿足互動裝置藝術(shù)地設(shè)計測試需求。遂本文將Arduino開源平臺引入到互動裝置藝術(shù)設(shè)計流程中，開展針對互動裝置藝術(shù)原型設(shè)計實現(xiàn)的方法研究。

1 公共互動裝置藝術(shù)概念定義與設(shè)計流程分析

1.1 公共互動裝置藝術(shù)定義

公共互動裝置藝術(shù)（Interactive Public Art Installations）是指在城市公共空間中存在的一種利用高新技術(shù)手段完成的可供人們與之實時交互的藝術(shù)表現(xiàn)形式，是數(shù)字化城市的產(chǎn)物。美國麻省理工學院教授凱文·林奇（Kevin Lynch）在《城 市意象》中指出 ：“在城市場景中人們不僅僅是簡單的觀察者，與其他的參與者一起，人們也成為場景的組成部分。”[1]公共互動裝置藝術(shù)的出現(xiàn)旨在通過參與式的體驗使人與人、人與裝置、人與空間產(chǎn)生互動交流，從而吸引人們駐足討論，提升公共環(huán)境的人氣，增強宣傳效果，引發(fā)人們對有些作品的思考。

1.2 公共互動裝置藝術(shù)案例分析

藝術(shù)家、設(shè)計師、科學家、工程師組合起來的跨領(lǐng)域創(chuàng)作團隊在最近幾年世界各大著名藝術(shù)展會和城市公共環(huán)境中呈現(xiàn)了不少基于智能互動形式的藝術(shù)設(shè)計作品。2016年由加拿大Ekumen團隊所設(shè)計所設(shè)計的大型互動式燈光藝術(shù)裝置“光環(huán)”出現(xiàn)在被世界最知名的冬日慶典之一的加拿大特婁燈光節(jié)（Montreal En Lumière）戶外公共展區(qū)內(nèi)（如圖1）。2米寬的光環(huán)內(nèi)置入24格不同故事的黑白底片，當用戶進入光環(huán)拉動內(nèi)置拉桿時便可喚醒光環(huán)開始運轉(zhuǎn)，音樂開始播放，燈光開始不斷變換，環(huán)狀壁面的黑白故事也在不斷運轉(zhuǎn)播送，它們變換的快慢取決于用戶拉桿拉動的速度。設(shè)計師將西洋鏡、音樂盒與鐵道列車的元素融入到“光環(huán)”設(shè)計中，通過視覺、聽覺為人們帶來愉悅的互動體驗。

荷蘭羅斯加德工作室創(chuàng)始人丹·羅斯加德（Daan Roosegaarde）是一名擁有藝術(shù)碩士和建筑學博士學位的跨學科藝術(shù)家，他善于運用高科技手段實現(xiàn)作品和參觀者的互動，將眾多結(jié)合現(xiàn)代科技的城市景觀裝置帶動大眾身邊?！渡徎ā肥怯稍S多智能的鋁合金箔片組合而成的互動裝置，它隨著人們的移動與周圍溫度的變化而自發(fā)的收折或打開（如圖2）。丹·羅斯加德運用智能薄片、傳感器等多種綜合技術(shù)，通過對用戶行為的捕捉展現(xiàn)形態(tài)的不同變化，給人們帶來人與空間相融合的光與影的互動形態(tài)變化。

1.3 公共互動裝置藝術(shù)設(shè)計流程分析

一個成功的創(chuàng)新不但需要具備巧妙的創(chuàng)意，而且還需制定周密、詳盡且不乏彈性的計劃，并付諸實踐，持之以恒地執(zhí)行。[2]公共互動裝置是科學技術(shù)與設(shè)計藝術(shù)的結(jié)合體，其作品中互動技術(shù)的加入使用戶在參與中得到沉浸式的感官與情感體驗。公共互動裝置在設(shè)計過程中“以人為本”的根本導向符合產(chǎn)品設(shè)計的核心思想，因此其設(shè)計流程按照產(chǎn)品設(shè)計流程基本框架進行。而關(guān)于產(chǎn)品設(shè)計流程國際上很多著名專家和學者做過詳細的描述和解釋。1984年，德國Pahl和Beitz教授以系統(tǒng)化理論為基礎(chǔ)將產(chǎn)品設(shè)計流程分為任務(wù)明確、概念設(shè)計、設(shè)計進化以及詳細設(shè)計四個階段，其倡導設(shè)計工作應(yīng)具備條理性，并認為產(chǎn)品設(shè)計的重點是需求分解和方案評估。[3]1995年，Roozenburg 和Eekels站在項目的全局角度聯(lián)合創(chuàng)新設(shè)計流程模型，將產(chǎn)品設(shè)計劃分為產(chǎn)品規(guī)劃（制定目標和策略、產(chǎn)品創(chuàng)意選擇）、嚴謹開發(fā)（產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品測試、產(chǎn)品營銷計劃）與產(chǎn)品實現(xiàn)（產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售）三個主要步驟，他們認為不應(yīng)將設(shè)計從一個完整項目獨立出來單獨思考其流程。他們將嚴謹開發(fā)視為最核心的步驟，從前期計劃中將需求進行功能點轉(zhuǎn)化得出產(chǎn)品開發(fā)的方向，將最具前景的方案轉(zhuǎn)化成周密的產(chǎn)品設(shè)計，并以草模的形式進行原型測試，通過測試驗證產(chǎn)品造型、功能、材質(zhì)、配色設(shè)計的合理性，此步驟保證后期大批量生產(chǎn)的有序進行，也在一定程度上降低了產(chǎn)品失敗的風險。他們強調(diào)在原型測試中對新產(chǎn)品的各個因素（功能、外觀、使用行為、制作、成本、使用環(huán)境等）進行慎重考慮，并不斷完善產(chǎn)品。

原型設(shè)計作為整個產(chǎn)品開發(fā)流程中至關(guān)重要的部分受到越來越多企業(yè)的重視，是紙面方案與批量生產(chǎn)之間的重要環(huán)節(jié)，將抽象的方案具體化有利于設(shè)計人員對產(chǎn)品進行更加客觀的評價和測試。

在以批量生產(chǎn)為代表的硬件類產(chǎn)品設(shè)計中，原型設(shè)計需要工程師、CMF設(shè)計師、結(jié)構(gòu)設(shè)計師等專業(yè)人員協(xié)同完成；在交互類虛擬軟件產(chǎn)品設(shè)計中，原型設(shè)計可借助Axure、高保真圖等簡單易學的工具完成，這一過程設(shè)計師便可獨立完成。而基于人交互行為的公共互動裝置對原型設(shè)計提出更高的要求，它不再僅僅對材質(zhì)、色彩、外觀等要素進行評估，而需要通過可交互的原型進行行為測試評估、交流溝通、設(shè)計思考和方案管理。因此，交互技術(shù)的加入成為公共互動裝置原型設(shè)計的必備要素，而交互相關(guān)的技術(shù)知識也成為設(shè)計師必備的知識儲備。但java、c++等面向嵌入式的硬件編程門檻較高，對于大部分以藝術(shù)學為學科背景沒有理工科基礎(chǔ)的設(shè)計師而言難度太大，而為傳授互動設(shè)計而誕生的Arduino開源平臺成為非專業(yè)人士的首選。

2 Arduino應(yīng)用與城市公共互動裝置藝術(shù)原型設(shè)計中的可行性

Arduino由歐洲開發(fā)團隊于2005年研發(fā)而成，由硬件（各種型號的Arduino Board）和軟件（Arduino IDE）組成，主要以AVR單片機為核心控制器的單片機應(yīng)用開發(fā)板，是一款專門針對創(chuàng)客、設(shè)計師、電子愛好者的可開源電子硬件設(shè)計平臺。Arduino是一個開放源代碼的單芯片微電腦，它使用了Atmel AVR單片機，構(gòu)建于開放源代碼，其編程語言是建立在C/C++語言基礎(chǔ)上的。[4]它作為一個使用便捷源代碼的微型控制器旨在為非專業(yè)人士傳授互動技術(shù)，以用戶獨立完成互動類產(chǎn)品原型設(shè)計為目標，鼓勵全世界的人去做他們認為最酷的事情。其開放性、易用性、交流性及豐富的第三方資源激起了全球范圍內(nèi)的創(chuàng)客風潮，是21世紀創(chuàng)客運動興起的標志性事件。

（1）門檻低。樹莓派（Raspberry Pi）、英特爾和Arduino是目前嵌入式計算與開源硬件（OSHW）領(lǐng)域中用戶量與口碑排名前三的產(chǎn)品。樹莓派與英特爾在運行速度、性能等方面優(yōu)于Arduino，但相比樹莓派與英特爾而言，Arduino其接口的標準化使得使用流程標準化，而且模塊化的電子元件讓硬件的入門門檻被大幅度降低。同時，隨著Webduino、haohaodada、KenRobot等圖形化編程軟件的出現(xiàn)Arduino平臺的軟件編程變得越來越簡單，而且擁有大量可被修改編輯的開源協(xié)議范圍內(nèi)的原始代碼，編程這一最大技術(shù)壁壘對于非專業(yè)人士的影響也越來越小。因此，對于創(chuàng)客、設(shè)計師等非專業(yè)人士來說，學習成本較低的Arduino更適合運用在原型設(shè)計當中。

（2）功能較完整。Arduino其軟件IDE界面基于開放源代碼，網(wǎng)絡(luò)上有眾多程序開發(fā)代碼免費下載使用，也可依據(jù)個人需求對代碼進行修改。其硬件方面Arduino可獨立運行與軟件進行交互，同時目前市面中擁有大量電子元件可供用戶選擇，例如開關(guān)、舵機、各類傳感器、馬達等各類輸出裝置與控制器件，用戶可通過“加法”的形式進行模塊化組合，得出無限的可能。面向電子愛好者的開源電子硬件平臺Arduino由于其可組裝的功能模塊和豐富文件庫能夠基本滿足設(shè)計師在制作可交互裝置原型的需求。同時，隨著Arduino功能不斷完善，國內(nèi)小米yeelight、無人機的大疆、Pebble 智能手表等都是使用Arduino作為平臺基礎(chǔ)研發(fā)完成。

Arduino其研發(fā)的目的是為實現(xiàn)非專業(yè)人士的創(chuàng)意、設(shè)想而創(chuàng)造的一款可自主設(shè)計的智能控制器。但這里所指的創(chuàng)意與設(shè)計師、科學家所完成專業(yè)級產(chǎn)品有所區(qū)別。在城市公共互動類設(shè)施產(chǎn)品設(shè)計流程中，學習門檻低的Arduino主要幫助設(shè)計師完成產(chǎn)品在量產(chǎn)與產(chǎn)品實體模型化之前的功能與體驗的可用性測試，驗證產(chǎn)品的行為邏輯合理性以及評估產(chǎn)品可用性。同時，Arduino模塊化的特點可以讓用戶在進行原型設(shè)計的過程中嘗試不同的組合方式，有利于創(chuàng)造新的可能。

3 結(jié)論

互聯(lián)網(wǎng)與傳感器技術(shù)不斷發(fā)展與成熟的趨勢下，公共空間藝術(shù)不斷智能化、互動化、趣味化已成為未來幾年的必然發(fā)展方向。公共空間互動裝置作為藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，其原型設(shè)計在整個設(shè)計流程中顯得尤為重要。而如何更接近構(gòu)想的互動行為呈現(xiàn)出來是設(shè)計師應(yīng)該考慮的問題。基于Arduino開源硬件的技術(shù)途徑可以幫助設(shè)計師更好的完成其最終作品，同時在原型調(diào)試過程中迸發(fā)出新的創(chuàng)意靈感，在設(shè)計質(zhì)量得到保證的同時大大提升效率。將Arduino開源平臺引入公共互動裝置的設(shè)計過程中不僅打破傳統(tǒng)公共空間藝術(shù)只供觀賞的價值體現(xiàn)，形成一種全新的公共空間藝術(shù)，而且?guī)椭O(shè)計師通過作品更多的考慮人、裝置、周圍環(huán)境乃至社會的交流互動。

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基金項目：教育部人文社科西部和邊疆地區(qū)項目（15XJC760004）；重慶市教育委員會人文社會科學研究項目（16SKGH052）；重慶郵電大學社會科學基金重點項目（2017KZD04）；重慶市教委科學技術(shù)研究項目（KJ120512）。