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/

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軟體藝術、人工生命與計算機仿真

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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