艺术与科技导论

艺术和科学技术的共同点是什么？是创造，或者说，是推动创新与思考的力量，是人类对真理

和生活意义永无止境的探索。认知科学家玛格丽特·博登（Margaret Boden ）将人工智能视为一种

能够帮助人们理解人类创造力以及释放创造力的手段。由此，艺术与科学在经历了百年分离之后，

终于殊途同归，在历史的顶峰握手。博登指出创造力就是“提出了新颖的、令人惊讶的和有价值
的想法或人工制品的能力”，而这正是科学家、艺术家和设计师不懈努力奋斗的目标。2018 年，麻
省理工学院（MIT ）媒体实验室的奈丽·奥克斯曼（Neri Oxman ）提出了创造力的“三羧酸循环”
（KCC ）理论，用以阐释科学、艺术、设计与工程（技术）之间相互依赖的关系，该理论可以产生

新知识与新思想。

奥克斯曼指出，创造力的KCC 循环是一幅描述创造能量或创意ATP 的地图，类似于细胞生物
新陈代谢的三羧酸循环，没有它，所有的有氧呼吸生物，包括人类都不可能存活。三羧酸循环是细
胞线粒体通过一系列化学反应链，将人体吸收的营养物质转化为化学能的过程。化学能以三磷酸腺
苷（ATP ）的形式在整个细胞中流通，维持生命所需的能量。因此，ATP 可以被认为是能量转移的载
具，而三羧酸循环类似于一台源源不断制造能量的代谢时钟。在这个类比中，奥克斯曼将人类创造
力的四种模式，即科学、工程（技术）、设计和艺术，取代了三羧酸循环的碳化合物，每种模式之
间同样产生新的化学反应。科学解释和预测人们周围的世界，将信息转化为知识；工程（技术）将
科学知识应用于解决实际问题，将知识转化为产品；设计提供技术实施和增强人类体验的方案，将
产品转化为行为；艺术则质疑人类的行为并提醒人们感知世界的多样性，将行为转化为新观念，并
重新呈现。每一轮创造力循环都会产生新智慧。这个理论不仅是科技艺术的基础，也是应对未来不
确定性的指南。无论是艺术还是科学，创造力的培养都是一段相对漫长的旅程。敢于发明，敢于创新，
敢于创造，敢于藐视常规并挑战不可预知世界，这正是科技与艺术的最大魅力。

随着全球新冠疫情的逐渐消退，人们开始把目光聚焦于发展经济、改善民生和推进科技创新的
国家战略上。当代科技前沿日新月异，元宇宙、数据媒体、加密艺术、NFT 、机器学习、GAN 、智
能绘画、生成式人工智能、AIGC 、ChatGPT 等新概念、新技术与新工具层出不穷，这也预示着下
一场艺术与科技革命的浪潮即将来临。2021 年4 月，习近平总书记在清华大学考察时指出：“美术、
艺术、科学、技术相辅相成、相互促进、相得益彰。要发挥美术在服务经济社会发展中的重要作用”。
艺术与科技的联姻是智能时代推动艺术创新的动力，也是国民经济持续发展的支撑。本书的重点在
于从理论上完善艺术与科技的知识体系与构架，为相关学科建设和课程教学提供指南，同时注重教
材本身的通俗性、可读性、简洁性与实用性。本书的完成要感谢吉林动画学院的郑立国董事长、校
长和罗江林副校长，正是由于他们的支持和鼓励，这部教材才能最终按时脱稿。

编者

2023 年5 月于北京

本书是国内第一本以课程形式阐述艺术与科技理论和实践的创新教材，系统概述了近10 年来科 技艺术的**成果。教材重点在于厘清科技艺术的范畴、类型、艺术语言与表现类型，并从理论研究、 主题分析、数字美学、发展历史与创意方法等多角度绘制了科技艺术的蓝图。本书12 课的内容分为艺 术与科技基础，当代科技与社会，艺术与科学研究，媒体、影像及交互装置，人工智能、机器人与表演， 生物、生态与环境艺术，科技艺术主题与创作，艺术与科技简史，计算机艺术简史，数字娱乐发展简史， 科技艺术产业实践，艺术与科技的未来。本书简洁清晰，内容丰富，图文并茂，展示了科技艺术的灿 烂文化。本书不但每课都附有讨论与实践、练习及思考，还提供了多达16GB 的电子资源，包括电子课 件、练习素材、教学范例和相关视频等。 本书可作为高等院校“科技艺术概论”“艺术与科技”“科技艺术导论”“数字媒体技术基础”“数 字艺术导论”等专业基础课和专业课的教材，适合于艺术、设计、动画、媒体和广告等专业的本科生、 研究生学习，也可作为高校科技前沿课程及相关科普培训的讲义。

第1课 艺术与科技基础. 1

1.1 艺术与科技简介 2

1.2 艺术与科技的对话 5

1.3 学科分类与范畴 7

1.4 科技艺术与新媒体 10

1.5 艺术与科技理论 11

1.6 科技艺术教育研究 14

1.7 林茨电子艺术节 19

1.8 当代科技艺术趋势 21
讨论与实践 24
练习及思考 25

第2课 当代科技与社会.
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26

2.1 AIGC 与科技艺术. 27

2.2 虚拟数字人 29

2.3 虚拟现实技术 32

2.4 增强现实与混合现实. 34

2.5 扩展现实与裸眼3D . 36

2.6 沉浸式展陈技术 38

2.7 可穿戴技术 40

2.8 智慧车联网 42
讨论与实践 44
练习及思考 45

第3课 艺术与科学研究.
. 
46

3.1 创造性和真理性 47

3.2 艺术与科学体验 49

3.3 简洁性和逻辑美 51

3.4 对称、比例与韵律 52

3.5 数字美学与编程 56

3.6 无穷、迭代与复杂性. 59

3.7 分形数学与植物学 63

3.8 随机性的艺术. 67

3.9 大脑科学与艺术 69
讨论与实践 70
练习及思考 71

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艺术与科技导论——创新实践十二课

第4课 媒体、影像及交互装置
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73

4.1 数字媒体艺术特征 74

4.2 交互性与参与性 76

4.3 身体与交互体验 79

4.4 视线及声控艺术 83

4.5 足控装置艺术 85

4.6 手机与交互装置 86

4.7 媒体建筑与投影 88

4.8 录像装置艺术 90

4.9 实验动画与影像 95
讨论与实践 100
练习及思考 101

第5课 人工智能、机器人与表演103

5.1 算法艺术与人造生命. 104

5.2 机器学习与AI 绘画 107

5.3 网络艺术与遥在艺术. 111

5.4 虚拟现实与全息表演. 115

5.5 数字孪生与替身秀 119

5.6 信息与数据库艺术 122

5.7 机器人表演艺术 125

5.8 机器人与智能装置 127
讨论与实践 131
练习及思考 132

第6课 生物、生态与环境艺术134

6.1 生物艺术概述 135

6.2 组织培养与艺术 138

6.3 转基因与生命伦理 141

6.4 环境生物学与艺术 145

6.5 人造自然景观艺术 148

6.6 材料生态学实验 152

6.7 数字雕塑与3D 打印. 155

6.8 自然融合体验装置 158

6.9 综合材料与装置 160
讨论与实践 163
练习及思考 164

第7课 科技艺术主题与创作.165

7.1 新材料的美学 166

7.2 纳米科技与艺术 167

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目录
7.3 文化记忆与传承 169

7.4 科技·娱乐·设计 173

7.5 拼贴与重构 176

7.6 科技艺术的标准 178

7.7 跨学科团队与设计 180

7.8 创意思维的步骤 182

7.9 创意课程设计 185
讨论与实践 187
练习及思考 188

第8课 艺术与科技简史.189

8.1 数学与古希腊哲学 190

8.2 达·芬奇的探索之路. 192

8.3 摄影与拼贴艺术 194

8.4 电影与蒙太奇语言 196

8.5 机械装置艺术 199

8.6 欧普与迷幻艺术 200

8.7 录像艺术与装置 202

8.8 光和动力艺术 204

8.9 科技艺术大事记 207
讨论与实践 209
练习及思考 210

第9课 计算机艺术简史
. 
212

9.1 示波器与算法艺术 213

9.2 计算机图形学简史 216

9.3 CGI 与电影特效. 221

9.4 桌面时代的数字艺术. 225

9.5 数字超现实主义 229

9.6 交互时代的数字艺术. 232

9.7 多感官体验艺术 234

9.8 自动绘画机器 234
讨论与实践 236
练习及思考 237

第10课 数字娱乐发展简史239

10.1 数字娱乐产业概述 240

10.2 电子游戏概述 242

10.3 电子游戏的起源 245

10.4 商业电子游戏的诞生. 247

10.5 主机游戏的世代交替. 248

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艺术与科技导论——创新实践十二课

10.6 计算机游戏 250

10.7 移动游戏的崛起 253

10.8 电子竞技异军突起 256
讨论与实践 258
练习及思考 259

第11课 科技艺术产业实践260

11.1 文化创意产业 261

11.2 网络游戏设计 262

11.3 数字插画与绘本 265

11.4 交互界面设计 269

11.5 信息可视化设计 273

11.6 建筑渲染与漫游 277

11.7 虚拟博物馆设计 278

11.8 博物馆多模态设计. 282

11.9 数字影视与动画 284
讨论与实践 286
练习及思考 287

第12课 艺术与科技的未来289

12.1 智能艺术的影响力 290

12.2 算法与创造力 292

12.3 科技创新艺术体验 294

12.4 实验艺术史的启示 296

12.5 艺术、技术与工程的结合. 298

12.6 创意产业奠定发展之路. 300

12.7 数据媒体带来的机遇. 302

12.8 区块链与加密艺术 304

12.9 后视镜中的人类未来. 305
讨论与实践 307
练习及思考 308

参考文献.309

本书是国内第一本以课程形式阐述艺术与科技理论和实践的创新教材，系统概述了近10 年来科 技艺术的**成果。教材重点在于厘清科技艺术的范畴、类型、艺术语言与表现类型，并从理论研究、 主题分析、数字美学、发展历史与创意方法等多角度绘制了科技艺术的蓝图。本书12 课的内容分为艺 术与科技基础，当代科技与社会，艺术与科学研究，媒体、影像及交互装置，人工智能、机器人与表演， 生物、生态与环境艺术，科技艺术主题与创作，艺术与科技简史，计算机艺术简史，数字娱乐发展简史， 科技艺术产业实践，艺术与科技的未来。本书简洁清晰，内容丰富，图文并茂，展示了科技艺术的灿 烂文化。本书不但每课都附有讨论与实践、练习及思考，还提供了多达16GB 的电子资源，包括电子课 件、练习素材、教学范例和相关视频等。 本书可作为高等院校“科技艺术概论”“艺术与科技”“科技艺术导论”“数字媒体技术基础”“数 字艺术导论”等专业基础课和专业课的教材，适合于艺术、设计、动画、媒体和广告等专业的本科生、 研究生学习，也可作为高校科技前沿课程及相关科普培训的讲义。

当今是艺术与科技高度融合的时代。科技推动艺术创新，艺术启发科技进步，已经成为当前社会创新的驱动力。 众多高校陆续开设“艺术与科技”专业，专业相对缺乏。《艺术与科技导论》的出版对艺术与科技专业的专业建设与课程建设无疑有着积极的意义。 
本书作者李四达深耕于该领域，出版一批相关精品教材，《数字媒体艺术概论》第4版于2021年获得首届全国优秀教材二等奖。本书无疑是李四达老师又一力作。 
本书系统梳理了科技艺术的范畴、类型、艺术语言与表现类型，并从理论研究、主题分析、数字美学、发展历史与创意方法等多角度绘制了科技艺术的蓝图。全书共12课：艺术与科技基础，当代科技与社会，艺术与科学研究，媒体、影像及交互装置，人工智能、机器人与表演，生物、生态与环境艺术，科技艺术的主题与创作，科技与艺术简史，计算机艺术简史， 数字娱乐产业简史，科技艺术产业实践，艺术与科技的未来。 
本书简洁清晰，内容丰富，图文并茂，超过 380 幅彩色插图展示了科技艺术灿烂的文化。每课都有讨论与实践、练习和思考题。提供了相关的电子资源，包括电子课件、练习素材和相关视频等。 
本书四色彩印，制作精美。