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发信人: locatelli (梵天明王), 信区: Reading
标  题: 数字化生存(8)
发信站: 紫 丁 香 (Sun Apr 11 09:30:03 1999), 转信

２、图形幻界电脑制图“大爆炸”

    1963年，伊凡.苏泽兰（IvanSutherland）在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士
论文，其互动式电脑制图的构想犹如给全世界投下了“一枚炸弹”。画板是一个实时的素描
系统，使用者可以利用“光笔”，直接和电脑屏幕进行互动式交流。这个成就太伟大了，意
义也极为深远，我们中的一些人，直到10年后才开始领会它的全部价值所在。画板为我们
带来了许多新概念，随便举几个例子，就可以说出动态图形、视觉模拟、有限分辨率、光笔
追踪以及无限可用协调系统等等。画板可以说是电脑制图的“创世大爆炸”。

    接下来的10年里，许多研究人员似乎对电脑制图的实时和互动层面失去了兴趣。相
反，大多数人把创造力投入到脱机的，非实时的真实影像合成技术上。苏泽兰自己也稍稍偏
离了原本的方向，转而研究图像逼真度，也就是要寻找能够让电脑像变得栩栩如生、刻划入
微的方法。这种研究的重心完全放在阴影、明暗、反射、折射、隐蔽的物体表面等等诸如此
类的问题上。绘制精美的国际象棋棋于和茶壶成了后画板时代的象征。

    就在同一段时间里，我越来越觉得，人类如何能够简单而轻松地表述他们的图形构想，
这是一个比机器能否合成如照片般逼真的影像重要得多的问题。在好的人机界面设计中，电
脑应该能够理解不完整的，模糊不清的想法——这类想法常常会在任何一个设计的初始阶段
出现——而不是只懂得那些以比较完整和连贯的方式表达的复杂化的，己成形的东西。在电
脑上实时追踪手绘草图，为我提供了一个绝佳的领域，我得以在这一领域开展研究，把电脑
制图作为一种动态更强的、互动性更好的而且表达能力更佳的媒介来加以理解，并推动这种
媒介的发展。

    我的一个至关重要的工作思想是，你必须了解一个人的绘图“意识”。如果一位用户慢
慢地画了一条轻轻的、但似乎是有意画出的曲线，电脑会假定他或她就是要画这样一条曲
线，但是假如用户很快画了一条一模一样的曲线，很可能他或她原本打算画的是一条直线，
却不小心画歪了。假如我们只根据这两条曲线完成后的实际形状、而不是用户描绘线条时的
状况来判断，那么这两条曲线看起来完全一样。但是，用户的绘图动作却显示出两种截然不
同的意图。而且，由于每个人画画的风格都不相同，表现出来的绘图行为也会因人而异。因
此，电脑必须学习掌握每个用户的绘图风格。

    30年后，苹果公司的产品“牛顿”牌掌上型电脑（Newton）体现了同样的思想。它能
根据使用者的书写风格，辨认出他的笔迹（尽管效果还不如人意）。那些花了较长时间在牛
顿电脑上写字的人，似乎感觉更满意一些。

    电脑辨认粗略绘出的形状及物体的潜力，使我对电脑制图技术的思考从线条而更多地转
向了“点”。在一张草图上，线条之间的区域或被线条围起来的部分是最重要的部分，从中
可以了解草图的意义。

    就在这段时间里，施乐公司的帕洛阿尔托研究中心也发明了着重形状识别的电脑制图技
术。在这种技术中，图像作为庞大的点的集合而被存储和显示，不规则区域在此过程中得到
处理，变得规则起来。我们中的一些人当时得出结论，认为互动式电脑制图技术的未来将属
于与电视相似的光栅扫描显示器，而不是“画板”这类勾画线条的机器。光栅扫描系统能把
在电脑存储器中存储的影像描绘在一个显示装置上，而在过去，则是靠把阴极射线管的电波
水平和垂直地进行交叉扫描，如同用腐蚀法蚀刻一幅图画一样，电脑制图的基本元素过去一
直都是线条，现在变成了像素。像素威力大

    就像比特是信息的原子一样，像素可视为图形的分子。（我没有把像素称为图形的原子
咽为通常一个像素由不止一个比特来代表J电脑制图人员发明了“像素”这个词，它是由
“图像”（picture）和“元素”（e1ement）两个词缩合而成的。

    我们可以把一个图形想象成许多行和许多列像素的集合，就好像空白的填字游戏图一
样。对于任何一个特定的单色图像（monochromeimage），你都可以决定要用多少行和多少
列来构图。你用的行和列越多，每个方块的面积就越小，图形的颗粒就～越精细，效果也就
越好。想想看，假如你把这样的格子覆盖在一张照片上，然后给每一个方块依明暗度的不同
标出一个数值，那么完成了的填字游戏图将会布满一串串数字。

    假如图形是彩色的，每个像素就会带有3个数字，通常这3个数字要么代表红色、绿色
和蓝色，要么代表亮度（intensity）、色调（hue）和色彩饱和度（saturation）。我们在
小学里都学过，红色、黄色和蓝色，并不是三原色。加色三原色，也就是我们在电视机里看
到的，是红色、绿色和蓝色；而减色三原色，也就是我们在彩色印刷品上看到的，是洋红
（magenta）、青色（cyan）和黄色。它们都不是红色、黄色和蓝色。

    如果画面是运动的，我们就对时间进行取样——就好像在电影中分出一个个画面一样。
每个样本即为一幅画面，也就好比另外一个填字游戏图，如果将其罗列在一起，以足够快的
速度连续播放，就会产生运动流畅的视觉效果。你平日很少见到动态图形，或者只能在小小
的视窗上显示影像画面，原因之一就是很难快速地从存储器中取得足够数量的比特，然后以
像素的形式把它们显示在电脑屏幕上（只有每秒产生60——90幅画面，画面上的动作才会
流畅，不再闪动不己）。在这方面，每天都不断出现速度更快的新产品或新技术。

    像素的真正威力来源于它的分子本质。像素可以成为任何东西的一部分，从文字到线条
到照片，无一不可。“像素就是像素”，道理就跟“比特就是比特”一样正确。只要有足够
的像素，每个像素又有足够的比特（不管是黑白的还是彩色的），你都可以在目前的个人电
脑和工作站上，获得非凡的显示效果。然而，这种基本的网格结构决定了，在具有很多优点
的同时，它也必然存在一些缺陷。

    像素一般需要庞大的存储容量。你用的像素越多，每个像素内含的比特数目越多，你也
就需要越大的容量来存储它们。常见的全彩屏幕共有1000X1000个像素，需要容量为2400
万比特的存储器。1961年，当我还在麻省理工学院读大学一年级时，存储器的价格大约是
每个比特：美金。今天，2400万比特不过只值60美金，这意味着，尽管以像素为基础的电
脑制图技术对存储容量的胃口很大，我们却多少可以把心放下。

    仅仅在5年以前，情况还不是这样，人们为了省钱，尽可能减少每个画面所用的像素和
每个像素需要的比特。事实上，在早期的光栅扫描显示器上，每个像素常常只占用一个比
特，由此给我们留下了一个特殊的问题：锯齿状的图形（jaggies）。无法接受的锯齿图

    你是否曾经有过这样的困惑：为什么我的电脑屏幕上会出现一条条锯齿线？为什么金字
塔的图像看起来仿佛歪歪扭扭的宝塔？为什么大写的E、L和T在屏幕上挺像样，而S、W和
O则好像蹩脚的圣诞节饰物？为什么曲线看起来总像是中风病人画的一样？

    个中缘由就在于，每个像素只用了1个比特来显示图像，结果就出现这种楼梯效应
（staircaseeffect）或称空间阶梯，只要硬件和软件生产商肯把更多的比特用在一个像素
上，并且运用一点数字计算来解决这个问题，这一现象就绝对可以避免。

    那么，为什么我们不让所有的电脑显示器都带有“防锯齿”功能呢？借口是这样会消耗
大多的计算能力。10年前，我们或许还会接受这个论点，即电脑的计算能力最好是用在别
的地方；此外，当时用以防止锯齿现象的中间灰度技术还不像今天这么普遍。

    不幸的是，消费者已经被训练得对锯齿图像习以为常了，我们甚至似乎已把这类图像变
成某种吉祥物了，就好像60和70年代的图形设计人员经常用滑稽的磁性活字体来创造出
“电子”的感觉一样。到了80年代和90年代，设计人员又如法炮制，以夸张的、阶梯状的
印刷体来表现“电脑化”。今天，无论是线条还是字符，都能达到完美丽流畅的印刷效果，
别让任何人告诉你说这一点无法做到。目标背后的神奇

    1976年，美国高级研究计划署控制论技术中心软件部门的一位主任克瑞格.费尔兹（后
任高级研究计划署署长），委托纽约一家电脑动画公司制作了一部电影，描绘一个叫做达尔
玛拉的虚构沙漠小城的景象。这部动画片选择一架直升飞机的座舱作为观察点，这架直升机
在小城上空盘旋，时而俯冲掠过街道，时而拉起俯瞰全城，时而走访社区邻里，时而又贴近
观察建筑物。他们模仿的是《小飞侠》（PeterPan）这部电影，目的不是为了欣赏沙漠小城
的景色和建筑，而是为了探索信息世界。其想法是：假定你设计了这个小城，而且好像松鼠
储藏核桃一样，把数据储藏在特定的建筑物中，从而构筑了信息的邻里环境。随后、你可以
乘坐魔毯，飞到你储存数据的所在，检索你所需要的信息。

    古希腊诗人凯奥斯岛的西摩尼得斯（SimonidesofCeos，公元前556一468年）以非凡
的记忆力闻名于世。有一次参加宴会的时候，他刚刚被叫出宴会厅，大厅的房顶就整个坍
塌，在这场横祸中惨死的宾客都肢体破碎、难以辨识，而西摩尼得斯却可以根据此前宾客所
坐的位置加以指认。他的故事表明，把需要记忆的材料与头脑中的空间形象的许多特定的点
联系起来，可以帮助我们回忆。西摩尼得斯使用这个技术以记忆长篇讲槁。他先把讲稿分成
几个部分，每一部分都与一个神殿里的物体及其位置结合起来；等到发表演讲的时候、他重
新造访脑海里的神殿，以井然有序和容易理解的方式，唤出他想表达的看法。早期到中国传
教的耶稣会教士称这种过程为建构“心灵的殿堂”。

    这些例子都牵涉到在三维空间里漫游，存储和检索信息的过程。有些人对此很在行；有
些人则不然。

    在二维空间里，我们大多数人都比较能干。想想你书架正面；的二维空间吧。要找任何
一本书，你可能只要径直走到那本书“面前”就可以了。你也许会记得它的大小、颜色、厚
度及装订方式。如果是你亲手把书放在“那儿”的，你当然会更清晰地忆起这一切。再杂乱
的桌面、使用桌子的人都能对之了如指掌，因为可以说：杂乱是由他一手造成的。最糟糕的
事情，莫过于叫来一位图书管理员，让他按杜威十进分类法（Deweydecima1system）重新把
书架上的书排列一遍，或找到一位女佣帮助你清理书桌。你会突然变得糊涂起来，不知道东
西都放在什么地方了。

    基于这类观察，我们开发了一种叫做“空间数据管理系统”的东西。空间数据管理系统
包括了一个高及天花板、占据整面墙的全彩显示器，两台附属的桌面显示器；八度的音响；
一把装满各种仪器的埃姆斯椅（Eameschair）以及其他各种装备。它为用户提供了如沙发般
舒适的界面，用户可以在幻想中途巡于数据之中，从一个橱窗般大小的显示器向外凝视；也
可以自由地伸缩或摇动镜头，以在一个虚构的二维空间“数据乐园”里神游。用户还可以沏
览个人档案、通信、电子书、卫星图，以及各种崭新的数据形式，例如名演员彼得.福尔克
（PeierFalk）在《神探科伦坡》中的表演片断，或是54000幅有关艺术和建筑的静态图片
收藏。

    “数据乐园”本身是由一组小图像构成的景观，每个小图像都表明了自己的功能或描绘
了所代表的数据内容。例如，在一个台历图像背后可以弹出用户的日程表。如果用户驱动系
统进入到一个电话图像中，空间数据管理系统就会开启一个电话程序并附上相关的私人电话
号码本。“图标”（icon）就是这样诞生的。我们曾经半真半假地打算使用“标记”——同
来描述这种小图像，因为icon在字典上的意思并不那么贴切，但icon一词还是流传下来。

    这些邮票般大小的图像不光指明了信息内容或自身的功能，而且每个图像还拥有各自的
“位置”。这就好比在书架上找书一样，当你想检索某样东西时，你可以直接走向它所在的
地方，同时想起它的确切位置、颜色、大小，甚至它可能发出的声音。空间数据管理系统大
大领先于它产生的时代，直到10年后，个人电脑诞生，它的一些观念才成为现实。今天，
所有的电脑都离不开图标，人们把垃圾桶、计算器和电话筒等图像当作屏幕上的标准配件。
事实上，有些系统直接把屏幕称作“桌面”，唯一不同的是，今天的“数据乐园”不会顶及
大花板、占据整面墙，而是一股脑儿挤进了“视窗”之中。挤进视窗中

    有一种现象总是给我留下深刻的印象：聪明的产品命名，能够帮助产品大发利市，并给
消费者带来完全不同的想象空间。当年IBM决定把它的个人电脑命名为pc真是神来之笔。
尽管苹果电脑比其早上市4年还多，pc的名称现在却已成为个人计算的同义语。同样地，
当微软决定将其第二代的操作系统取名为“视窗”的时候，这聪明的一招，使这个名词从此
永远归它所用；而实际上早在1年多前，苹果公司就开发出了更好的视窗，而且许多工作站
生产商也已经广泛地使用了视窗。

    视窗所以存在，是由于电脑屏幕很小。使用视窗后，无论在任何时间，都可以利用一个
狭小的工作空间，同步进行不同的流程。《数字化生存》全书都是在一个对角线只有9英寸
长的屏幕上写成的，没用任何纸张，当然出版商在编辑和制作过程中所需的纸张除外。对大
多数人来说，使用视窗就好像骑自行车一样；你甚至都不记得自己学过骑车，你只是上来就
用。给电视开扇窗

    视窗还有一个有趣之处：它暗示了未来电视的发展方向。在过去，美国比其他国家都更
加强调，电视影像应填满整个屏幕。但是，这要付出额外的成本，因为并非所有的电影和电
视片都被制作成相同的长方形格式。

    事实上，50年代初期的时候，电影业曾经有意识地朝宽银幕方向发展。当时出现了
“全景电影系统”，“超级全视系统”，“超级全景技术系统”，35毫米“全视系统”，
以及我们今天仍在使用的“电影宽银幕系统”。这一发展是为了抑制早期电视的扩张。今天
电视荧幕3：4的高宽比，源自于第二次世界大战之前的电影银幕规格，并不能与“电影宽
银幕系统”相匹配，也就是说，过去40年来制作的大多数电影的格式都与电视不合。

    欧洲的电视业者以所谓的“上下加框”的办法来解决荧幕高宽比的差异问题。他们把荧
幕的上下两边都用黑框盖住，因此留下来的放映区域正好符合电影银幕的高宽比。通过牺牲
一些像素，观众得以看到忠实地重现出原本的画面形状的影片。事实上，我认为“上下加
框”的效果十分令人满意，而且这样做还有一个额外的优点：它在影像上下各自放置了一道
鲜明的水平黑边，从而取代了电视机原本的弧形塑料边；否则的话，影像的界限就不会那么
明确。

    我们在美国则很少这么做。当我们要把电影转换成录像带时，采用的是“摇摄及扫描”
（panandsca-n）的做法，把宽银幕电影压缩为3：4的长方形。我们不是真的把影像压扁
（尽管我们有时会压缩标题和工作人员名单字幕）。相反地，在转换过程中，当影片在机器
中转动时（机器通常是一台飞点扫描器），操作员会以手控方式，把一个高宽比为3：4的
窗口套在宽得多的电影画面上，借着上下左右调整移动该窗口，来捕捉每一幅电影画面中最
直接相关的内容。

    而有那么一些电影制作人，不同意这种做法，例如伍迪.艾伦，但是大多数人似乎都无
所谓。这种“摇摄及扫描”的办法，在某些情况下会无可救药地失败，最好的例证之一就是
《毕业生》（TheGraduate）。影片中有一场戏是达斯汀.霍夫曼与安.班克罗夫特各据银幕
的一端，分别宽衣解带，操作员根本无法把他们俩同时放在录像带的同一幅画面中。

    日本和欧洲一直都在推动发展一种更新、更宽的电视荧幕，这种荧幕的高宽比为9：
16，而美国的高清晰度电视竞争厂商也胆小地尾随其后。然而，9：16的高宽比实际上也许
比3：4还要糟，因为所有现存的录像材料（其高宽比为3：4）在放映的时候，都会在9：
16的荧幕左右两旁造成垂直的黑边，也就是所谓的幕布。幕布不仅比“上下加框”更难以
达到视觉效果，而且，即使你想用“摇摄及扫描”的方法来补救，都做不到。

    我们应当把高宽比作为一个变数。当电视有了足够的像素时，采取视窗方式具有非比寻
常的意义。10英尺银幕与18英寸荧幕的收视经验开始合而为一。事实上，将来，当你拥有
极高的显像分辨率和上及天花板、占满整面墙的超大显示器时，与小屏幕上的画面不同，你
也许会把你的电视影像放在大屏幕上，就好像房间里的植物一样，成为室内装饰的一部分。
整面墙都可以成为电视画面。

        


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      宁    淡
      静    泊
      致    明
      远    志

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