淺談傳感器技術在藝術領域的應用

吳曉平　馬春利

摘? 要：隨著自動化技術的發(fā)展，藝術與科學的邊界變得越來愈模糊了，越來越多的藝術作品開始轉向科技尋求靈感。許多藝術家借助紅外傳感器、壓電陶瓷傳感器、觸摸傳感器等把環(huán)境的變化轉化為電信號的變化，再通過Arduino等裝置轉換成變量輸出形成不同的藝術效果，讓這些藝術作品變成可以與觀眾交互的裝置藝術。交互裝置不僅藝術性強，更重要的是能與觀眾進行交流和互動，增加了其趣味性，豐富了我們的文化生活。

關鍵詞：壓力傳感器;聲音傳感器;科技;交互藝術裝置

現(xiàn)階段，科技正以迅猛之勢向前發(fā)展，其中自動化技術的發(fā)展帶動了工業(yè)的巨大進步，同時也大大豐富了現(xiàn)代藝術的表現(xiàn)形式。自動化成為藝術作品和觀眾交互的主要手段，造型藝術不再是高高在上、無法交流的靜止藝術作品。輸入方式也從觀眾采用鼠標或鍵盤等發(fā)展到了現(xiàn)在的利用手勢、聲音、姿勢、壓力、腦電波等同藝術作品交流互動。同時，輸出的方式也由原來的平面輸出發(fā)展到多維立體輸出以及與燈光效果和影音效果相結合。這一切都得益于傳感器的使用。傳感器就像整個藝術裝置的感覺器官，它感受外界信息，處理人類與之互動的信息，將處理好的信息輸送給計算機或者控制器，再發(fā)送相應的指令給執(zhí)行裝置，從而呈現(xiàn)出不同的藝術效果。

一、傳感器的簡介

傳感器是一種檢測裝置，由敏感元件和轉換元件組成，能夠感受到被測物理量的微小變化，并將這種物理量按照一定的規(guī)律變換成方便傳送和處理的信號（如電流、電容、電阻等）或其他形式信息的一種裝置或器件。傳感器具有低耗能、輕量化、小體積的特點。目前，傳感器已經(jīng)不僅應用于航空、汽車、醫(yī)療、物流、機器人等領域，也開始應用在藝術設計領域，藝術領域中常用的有紅外傳感器、超聲波傳感器和壓力傳感器等。

（一）紅外傳感器

凡是感測自身溫度大于絕對零度的物體都向外輻射紅外線。紅外傳感器通過感測物體輻射的紅外線并進行數(shù)據(jù)處理。當傳感器檢測到有紅外輸入時，就給工作電路一個啟動信號，使工作電路開始工作，人類也會向外輻射紅外線。它靈敏度很高，常用于無接觸溫度測量。生活中感應充電器、紅外報警器、自動門、感應水龍頭等都是利用紅外線傳感器進行工作的。

（二）超聲波傳感器

超聲波是聲波的一種，其頻率高于人耳的接受頻率上限，它方向性和穿透性較好，在空氣中的傳播速度一般為340m/s。超聲波傳感器通過計算回聲傳播的時間進行距離測量，機器人和倒車雷達等通常用超聲波傳感器進行距離測量，以達到降低碰撞機率的目的，它可以在藝術作品中用作智能避障。

（三）壓電陶瓷傳感器

壓電陶瓷傳感器的內部的核心元件是一種具有壓電效應的功能陶瓷材料，它的特點是可以將壓力等機械信號轉換成電信號，當藝術作品中的壓力傳感器遭到擠壓、敲擊、碰撞等外力作用時，內部的敏感陶瓷片就會發(fā)生形變，陶瓷片形狀的改變引起內部的正負電荷中心位移，使傳感器的內部產(chǎn)生電壓，相當于電源，這樣就可以在受到外界壓力時點亮藝術作品與人互動。

（四）加速度傳感器

加速度傳感器是可以測量物體運動加速度的傳感器，利用牛頓第二定律“F=ma”可以獲得加速度值。當物體受到外力作用，它可以利用內部電容距離的改變量，計算出物體此時的加速度。

（五）觸摸傳感器

在現(xiàn)代生活中，電容式觸摸屏傳感器是我們最常接觸到的傳感器，它可以分為電阻式和電容式兩種，觸摸開關的使用就是一個典型的例子，當有人觸摸傳感器時，傳感器的內部電容就會產(chǎn)生變化，當這種變化超過一定范圍時，控制器就被輸入相應的電壓信號并做出不同的反應。在藝術作品中常用觸摸傳感器控制藝術作品的執(zhí)行機構動作。

（六）聲音傳感器

聲音傳感器里安裝了對聲音敏感的駐極體薄膜，它能感測外界的聲音信號，振動的聲音引起薄膜的振動，導致內部的電容發(fā)生變化，從而產(chǎn)生與之相對應的微小電壓。在麥克風、樓道聲控燈、手機以及其他電器中都安裝有聲音傳感器。藝術家通過把聲音傳感器安裝到藝術作品中，就可以把聲音的大小變化轉換為燈光的變化，呈現(xiàn)不同的藝術效果。

（七）環(huán)境光線傳感器

環(huán)境光線傳感器可以感知周圍光線變化，它的核心元件有光敏電阻、光敏二極管、光電三極管等，例如光敏電阻的阻值大小會隨著外界環(huán)境光線的變化而變化，亮度增加時阻值降低，亮度降低時阻值增大，通過阻值的變化進而調節(jié)電路的電流變化。經(jīng)過放大的電流就會借助電路里的其它設備使得設備執(zhí)行工作。當一個燈光設備亮起來時，周圍的光線傳感器會因為光照強度的增強也會跟著發(fā)光，由此及彼形成豐富的藝術效果。

二、傳感器在藝術領域的具體應用

（一）《戶外音樂樓梯》和《人體重力感應腳踩音樂互動燈》

《戶外音樂樓梯》為一件重力感應型的公共藝術作品，設計師將樓梯設計成一個鋼琴鍵盤的形式，在上下樓梯的同時人們還能享受生動優(yōu)雅的音樂。設計師在每一層鋼琴樓梯的下面鋪裝有壓敏傳感器、揚聲器和燈光裝置。當壓力傳感器接收到人們上下樓梯時的壓力，就會將這種信號轉化成電信號，然后通過揚聲器發(fā)出聲音信號，人們就可以聽到悅耳的音樂了。壓力傳感器給揚聲器傳遞信息的同時也會觸動led燈光裝置，不同的音符再配合多彩的燈光效果，上樓梯動作也變得有趣，每步都像在敲擊樂器的按鍵，帶來有趣的視聽體驗。與此相類似的還有人體重力感應腳踩音樂互動燈（如圖1），該設備將編程好的設備放置在踩燈下，作為控制燈的開關。利用壓力傳感器，把人的重力轉化為控制燈亮暗程度的信號，同時還可以根據(jù)踩踏頻率變換燈的顏色。

（二）《圣堂的背叛》

知名先鋒藝術家Chris Milk在其作品中大量運用傳感器技術，并因此與觀眾構建互動關聯(lián)，《The Treachery of Sanctuary》（圣堂的背叛）是Chris Milk最出名的作品，這件作品有一潭靜水池，另外還有三片白色幕布。當觀眾進入水池前的區(qū)域后，觀眾的影子就會出現(xiàn)在某個白幕上，當在第一片幕布上時會出現(xiàn)很多的小鳥，伸手觸摸幕布上方的鳥群時，影子或會幻化成無數(shù)只小鳥融入鳥群。在第二片幕布上時影子會被鳥群吞噬，當在第三片幕布時影子會變成擁有翅膀的天使，每塊幕布的展示內容不同。三塊白幕通過Kinect體感監(jiān)控探頭和紅外傳感器組件捕捉用戶的體態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)信息，利用Unity 3D游戲開發(fā)環(huán)境，通過open Frameworks創(chuàng)意編碼平臺，處理傳感器提供的數(shù)據(jù)并建立與之相對應的模型，形成與觀眾相關的投影效果和互動場景。

（三）《盛放的花朵》

《盛放的花朵》（如圖2）由HQ Architects團隊設計，它是耶路撒冷政府為了改善這個城市的公共空間而設計的，它位于以色列耶路撒冷中心區(qū)域的Vallero Square廣場上。它不僅是一個交互藝術裝置，還是一個智能的花朵路燈。該作品共包含4個紅色巨型花朵，每一朵都高達9米多，兩個為一組，位于道路兩旁的關鍵位置。無人經(jīng)過時，它們看起來像凋零的花朵，當感應到下方有物體移動跡象時，花蕊部分的紅外傳感器就會驅動充氣裝置自動充氣，花朵隨之慢慢綻放。當物體離開之后，花朵就會因為放氣而合攏，烈日下，它可以為人們遮陽。夜幕降臨后，環(huán)境光線傳感器又發(fā)出信號使花蕊的照明裝置散發(fā)光芒，花朵路燈的盛開和合攏充滿人情味和藝術氣息，美觀且節(jié)能。

（四）上海世博會的《魔方》和德國展館

上海世博會企業(yè)館被稱為“魔方”，它的整個建筑外墻采用鏤空結構，外墻的顏色隨外界聲音的變化而改變，能夠產(chǎn)生五彩繽紛的魔幻效果。它的建筑外墻是由3米厚的聚碳酸酯塑料管構建，此材料透明且可再生，在這些透明塑料管中安裝色彩斑斕的LED燈和聲音傳感器，它可以捕捉觀眾吶喊聲或者鼓掌聲的力度和速度，然后轉換成芯片可識別的數(shù)字信號，再通過可編程的軟件設備使LED呈現(xiàn)神奇的燈光效果。

上海世博會的德國館展廳中有一個巨大的金屬球懸掛于空中。當有外來聲響時，隱藏于球體中的聲音傳感器可以檢測到外界的聲音信號。在轉換成電信號的同時啟動內部的機械裝置使金屬球擺動，球體會向聲音大的一方靠近，觀眾喊的聲音越齊、越洪亮，金屬球產(chǎn)生的能量也就越大。同時球面的圖像和色彩也會跟著聲音的變化而變化，增強與群眾的互動性。

藝術裝置《I LUME》由很多懸掛在空中的燈泡組成，它通過聲音傳感器控制燈的開關，觀眾可以通過拍手或者笑聲來控制燈的亮滅。有的藝術裝置還有許多會煽動的蝴蝶。當觀眾對著裝置藝術作品吹氣，隱藏在內部的聲音傳感器可以感測吹氣的時間長短和聲音大小，進而驅動控制器使蝴蝶煽動翅膀，翅膀聞聲而動，聲停則止。

（五）《抵抗與共振卵形體》（Resisting and Resonating Ovoids）

《抵抗與共振卵形體》是 Team lab藝術設計團隊為日本福岡城創(chuàng)作的作品，它被放置在古城遺址的草坪中。《Resisting and Resonating Ovoids》是一個會抵抗、會呼應的卵球體。當這個會發(fā)光的“卵球體”被推倒之后，它的顏色也會隨之改變，同時能夠發(fā)出特殊的音色。它呈現(xiàn)的燈光效果與福港城遺跡周圍樹木叢生的環(huán)境相互呼應，周圍的樹木和石墻都被染了色。這個互動裝置藝術作品是通過壓力傳感器來感知人的行為。作品意義在于希望作品與觀眾和自然環(huán)境對話，從而讓大眾關注和感知空間中的人和物。

三、結語

科技改變了生活，也改變著藝術家的創(chuàng)作思路。李政道先生曾說過：“科學與藝術就像是一個硬幣的兩面”，看似獨立的兩面卻相互影響、相互促進，其實誰也離不開誰。未來科技的發(fā)展會更加迅速，藝術中也會融入更多的科學成果。科學與藝術相互作用，科學的不斷發(fā)展為藝術提供更多可能的空間，反過來藝術也可以為科學發(fā)展提供啟發(fā)。那些曾經(jīng)異想天開的藝術想法隨著科學的發(fā)展也逐漸地變?yōu)楝F(xiàn)實。新材料的發(fā)現(xiàn)和電磁學的發(fā)展使傳感器應用在生活的方方面面。當這些新發(fā)明應用于藝術設計中時，藝術也變得更加繽紛多彩。傳感器技術介入藝術作品，使觀眾可以走近藝術成為交互藝術作品的一部分，使藝術的表現(xiàn)形式更加多樣、不拘形式，使藝術家的想象得到更好的發(fā)揮。跨界融合、數(shù)字媒體、新材料等的廣泛運用使藝術來到我們身邊，藝術變得更為親切、有趣、魔幻。將來，傳感器的應用還將為藝術的發(fā)展打開一片更為廣闊的新天地。

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作者簡介：

吳曉平，鄭州輕工業(yè)大學研究生。研究方向：公共藝術。

馬春利，鄭州輕工業(yè)大學研究生。研究方向：包裝設計、可拓學。