他讓人類能用電腦畫圖，完全創(chuàng)造了一個(gè)新的世界

好奇心日?qǐng)?bào) –?徐佳辰：說出來你可能不信，世界第一款繪圖程序是這樣開發(fā)出來的......

1960 年，22 歲就在 MIT 念電子工程學(xué)博士的年輕人 Ivan Sutherland 特別想在實(shí)驗(yàn)室里巨大的電腦上畫點(diǎn)什么東西出來。

他將這個(gè)主題做成了自己的博士論文，編寫出世界上第一款繪圖程序 Sketchpad。當(dāng)時(shí)他還沒有想到，這篇論文和程序影響到了我們今天住房結(jié)構(gòu)、汽車形狀、電腦界面、乃至家具、智能手機(jī)的制造和生產(chǎn)……如果沒有他的發(fā)明和理論，喬布斯可能還需要更多時(shí)間鉆研麥金托什電腦的人機(jī)交互方式，我們也許也沒機(jī)會(huì)觀看到皮克斯工作室創(chuàng)造的優(yōu)質(zhì)動(dòng)畫。

△ ?Ivan Sutherland 正在 TX-2 上操作 SketchPad程序。

自 SketchPad 問世以后，設(shè)計(jì)行業(yè)（也許設(shè)計(jì)能成為一個(gè)具備標(biāo)準(zhǔn)化的行業(yè)，一部分也歸功于它）進(jìn)入了利用電腦進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)（Computer Assisted Design）——也就是 CAD 工具的時(shí)代。

事情是怎么發(fā)生的？

二戰(zhàn)結(jié)束以后，1950 年代下半期，MIT 得到了來自美國(guó)空軍的大筆資金資助，用于開發(fā)軍用電腦系統(tǒng)。MIT 林肯實(shí)驗(yàn)室里安裝了當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)、儲(chǔ)存量最大的電腦 TX-2，它擁有一塊能夠用一支光筆來進(jìn)行操作的 9 英寸屏幕，以圖像形式輸出和輸入。

如果不是 TX-2，Sutherland 不會(huì)有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)出 Sketchpad，因?yàn)楫?dāng)時(shí)普通的運(yùn)算機(jī)器還需要通過一摞打孔卡才能進(jìn)行人機(jī)交互。

Ivan Sutherland 出生于美國(guó)內(nèi)布拉斯加州黑斯廷斯（Hastings）的一個(gè)中產(chǎn)階級(jí)家庭。父親是土木工程師。有一種說法，Sutherland 曾在一次采訪中提到了自己在小學(xué)三年級(jí)之前患有讀寫障礙癥，無法正確拼寫。從而影響到了他對(duì)繪圖方式和圖形表達(dá)的濃厚興趣。消息的來源無法準(zhǔn)確查證。但 Sutherland 曾多次在公開場(chǎng)合描述自己為一個(gè)“視覺思考者”。

高中的時(shí)候，Sutherland 第一次接觸到了計(jì)算機(jī)，那是一臺(tái)世界上最早的個(gè)人電腦 Simon。并和哥哥一起用打孔卡寫出了一些簡(jiǎn)單的程序。19 和 21 歲時(shí)，他在專業(yè)雜志上發(fā)表幾篇關(guān)于計(jì)算機(jī)編程的論文。

他在加州大學(xué)獲得了電子工程專業(yè)的碩士學(xué)位后，以博士生的身份在 MIT 得到了數(shù)學(xué)家 Steve Coons 和信息論的創(chuàng)造者 Claude Shannon 的指導(dǎo)。并加入到 MIT 正在開發(fā)的電腦輔助設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，這個(gè)項(xiàng)目是為了想要簡(jiǎn)化人機(jī)之間的交互方式。

但真正激發(fā) Sutherland 設(shè)計(jì)出繪圖程序的，是看到同事們?cè)谕嬗捎?jì)算機(jī)科學(xué)家 Steve Russell 設(shè)計(jì)的最早電子游戲之一—— Spacewar！。它搭載在一臺(tái)同樣擁有圓形屏幕的電腦 PDP-1 上。這款簡(jiǎn)單的對(duì)戰(zhàn)游戲在當(dāng)時(shí)校園和各個(gè)科研機(jī)構(gòu)里流傳。

△ ?圖片版權(quán)：Nick Clayton

Sutherland 受到 Spacewar！游戲中使用的星際圖背景、恒星周遭的重力設(shè)計(jì)、操控對(duì)戰(zhàn)的模式等功能的啟發(fā)，認(rèn)為自己可以設(shè)計(jì)出一款類似的實(shí)時(shí)繪圖系統(tǒng)。

他把自己的研究成果集結(jié)成一篇名為《SketchPad：圖形化人機(jī)交流》的論文，以及一部他自己錄制的 Sketchpad 操作視頻。

在他的論文演講中，Sutherland 不僅展示了一種新的計(jì)算機(jī)圖形繪制方法，也提出了新的計(jì)算機(jī)操作方法——圖形化的人機(jī)互動(dòng)方式。

△ Sutherland 在 《SketchPad：圖形化人機(jī)交流》論文中解釋了的計(jì)算機(jī)繪圖方法。

Sketchpad 的出現(xiàn)快速推動(dòng)了電腦輔助設(shè)計(jì)項(xiàng)目的發(fā)展。一門名叫“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的新學(xué)科因此誕生。

但它能在短時(shí)間內(nèi)快速擴(kuò)展卻得益于 MIT 的一次營(yíng)銷——研究所把 Sutherland 使用 Sketchpad 的錄像和項(xiàng)目組的研究成果復(fù)制了 200 多份寄往各種研究機(jī)構(gòu)、新聞媒體和行業(yè)廠商。

人們?cè)阡浵駧е锌吹揭幻贻p人在一臺(tái)龐大計(jì)算機(jī)的一塊小屏幕上，用光筆繪畫直線、虛線、曲線、圓等等。隨著他調(diào)節(jié)按鈕，這些圖形也可以根據(jù)人的要求進(jìn)行變化。圖像的放大縮小、刪除、后退、復(fù)制、黏貼….各種繪圖功能一個(gè)不少。

這份報(bào)告為美國(guó)人對(duì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程的想象產(chǎn)生了巨大的影響。

盡管如此，由于當(dāng)時(shí)先進(jìn)的大型計(jì)算機(jī)造價(jià)昂貴，SketchPad 繪圖軟件出現(xiàn)的伊始，主要被汽車、飛機(jī)等大型工業(yè)、軍事生產(chǎn)商作為設(shè)計(jì)部件和產(chǎn)品外型的工具。比如當(dāng)時(shí)福特汽車公司和航空航天制造商洛克希德都邀請(qǐng)了 MIT 的電腦輔助設(shè)計(jì)項(xiàng)目組員參加電腦輔助設(shè)計(jì)程序的開發(fā)。

隨著圖形化人機(jī)交互的形式漸漸被越來越多人接受，歐美國(guó)家開始對(duì)電腦作為一個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器的形象轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)聽話機(jī)器“奴隸”或“工作伙伴”。但是在當(dāng)時(shí)，這種觀念上的改變也僅僅是認(rèn)為用電腦來代替筆和紙。

△?報(bào)紙上在介紹SketchPad的使用原理和方法。

少年天才的 Sutherland 職業(yè)發(fā)展得很順利，他因 Sketchpad 項(xiàng)目而成為了美國(guó)高級(jí)研究計(jì)劃署（APAR）的成員。隨后又去了哈佛大學(xué)執(zhí)教，在那里發(fā)表了一份名叫“終極顯示”（Ultimate Dispaly）的論文，討論了交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本設(shè)想。成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開端。

△ ?Ivan Sutherland 設(shè)計(jì)的世界上第一臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔顯示器。不過它用起來非常不舒服，而且巨重?zé)o比。

他在猶他大學(xué)的執(zhí)教歷程為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展奠定了更重要的基礎(chǔ)。先后培養(yǎng)了影響美國(guó)、乃至我們現(xiàn)在生活的一批計(jì)算機(jī)圖形學(xué)大師。其中包括了圖形用戶界面的先驅(qū)者 Alan Kay 和 Pixar 創(chuàng)始人之一 Edwin Catmull、Adobe 公司創(chuàng)始人之一 John Warnock。

Sutherland 喜歡計(jì)算機(jī)和幾何學(xué)，熱衷于將兩者結(jié)合在一塊兒。Alan Kay 曾經(jīng)問過他為什么能在這么短的時(shí)間內(nèi)解決了這么復(fù)雜的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)問題，Sutherland 的回答是：“因?yàn)楫?dāng)時(shí)我沒意識(shí)到有這么復(fù)雜。”

他在 SketchPad 的論文闡述中，創(chuàng)造性地將 SketchPad ——一個(gè)計(jì)算機(jī)工具比做設(shè)計(jì)行為本身，給電腦輔助設(shè)計(jì)做了精確的定義：“我們可以將在 SketchPad 上進(jìn)行繪畫操作的過程本身看作設(shè)計(jì)的過程——設(shè)置多點(diǎn)和多線的繪畫方式，類似設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的豐富創(chuàng)意；但點(diǎn)、線所形成的有限幾何圖形，也類似于設(shè)計(jì)限制為產(chǎn)品價(jià)值所能帶去的有限的多樣性。”

他繼續(xù)寫到：“SketchPad 的幾何圖形能在多大程度上滿足設(shè)計(jì)師的要求，也相當(dāng)于一個(gè)好的設(shè)計(jì)師能多有效地利用有限材料、有限成本做出滿足各種需求的設(shè)計(jì)。事實(shí)上，現(xiàn)在很多領(lǐng)域里的設(shè)計(jì)師除了繪制圖紙之外什么都不做。當(dāng)這樣的設(shè)計(jì)條件被加入到 SketchPad 的受限列表中時(shí)，電腦不僅可以幫助用戶繪制出漂亮的圖紙，也能幫助人們做出更為安全合理的設(shè)計(jì)。”

Sutherland 將“在電腦上建造一件事物”和“在圖紙上畫出一件事物”兩者區(qū)分了開來，同時(shí)又指出了關(guān)于設(shè)計(jì)表現(xiàn)的多樣性和設(shè)計(jì)執(zhí)行過程中所受的限制性之間永恒不斷的沖突。

Daniel Cardoso Llach 在《建造與視野》一書中提到：“當(dāng)年這群 MIT 電腦輔助設(shè)計(jì)研究員將設(shè)計(jì)（Design）這一過程變成了建造（Building），導(dǎo)致產(chǎn)生了一種觀念——即設(shè)計(jì)過程變成了一系列有結(jié)構(gòu)的信息管理過程。令設(shè)計(jì)師能夠?yàn)橐患O(shè)計(jì)作品推測(cè)出一個(gè)尚未存在的形式。”

這種轉(zhuǎn)變?cè)趥€(gè)人電腦使用爆發(fā)后，為設(shè)計(jì)行為帶來了福禍相依的狀況。

1990 年代是 CAD 在設(shè)計(jì)行業(yè)開始真正被大規(guī)模使用的年代。包括 Marc Newson、Phillip Stack、Jasper Morrison 等設(shè)計(jì)大師都開始嘗試用電腦繪圖制作產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

△ ?Marc Newson 第一次利用 CAD 工具做的設(shè)計(jì)：Ikepod手表的橡膠表帶設(shè)計(jì)。可以看出今天蘋果手表的表帶設(shè)計(jì)受此影響很大。圖片來源：A Blog to Wtach

由于計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力不斷增強(qiáng)，從前使用計(jì)算尺和計(jì)算器工具所出現(xiàn)的工程誤差被減小，嚴(yán)格按照規(guī)范建筑的四方形建筑形態(tài)立刻被打破了。

建筑大師 Frank Ghyre 在設(shè)計(jì)西班牙畢爾巴鄂古根海姆美術(shù)館的時(shí)候，用到了最初由福特汽車公司研發(fā)，法國(guó)達(dá)索集團(tuán)改進(jìn)后推出的的 CATIA——3D 參數(shù)建模系統(tǒng)。他是一個(gè)熱愛電腦輔助設(shè)計(jì)的建筑師，還自己開發(fā)了一套數(shù)字建模系統(tǒng)，成立了 Digital Project 科技公司。赫佐格在設(shè)計(jì)北京的“鳥巢”時(shí)，利用的便是這套系統(tǒng)。

△ ?利用 Digital Project 建模工具呈現(xiàn)的“鳥巢”建筑設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。

以往，為了確保安全，工程師必須按照一種既定的規(guī)范來設(shè)計(jì)。但日本建筑師石上純也在建造神奈川工科大學(xué) KAIT 工房時(shí)候，利用自己編寫的 CAD 程序設(shè)計(jì)出了一座玻璃房，打破了柱子傳統(tǒng)的矩陣排列方式。305 根柱子呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)散步在房子中，每一根的切面形狀也各不相同。這是一個(gè)完全打破規(guī)則的實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)作品，沒有 CAD，這種建筑是不可能被建造出來的。

△?神奈川工科大學(xué)（Kanagawa Institute of Technology，KAIT）于2008年春天落成啟用的 KAIT 工房。

反之，盡管計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和電腦輔助設(shè)計(jì)為世界創(chuàng)造了巨變，它逐漸演變成一種設(shè)計(jì)的“方式”，而不僅是純粹的工具。（盡管建筑學(xué)院都盡量讓學(xué)生將 CAD 看作工具，但它能做的事情實(shí)在太多了）。因此，不論是建筑師、設(shè)計(jì)師、還是文化學(xué)者們?cè)谡務(wù)摰竭@一點(diǎn)時(shí)都看上去顯得有些警惕。

社會(huì)學(xué)、人類學(xué)教授 Richard Sennett 在《匠人》一書中提出：“現(xiàn)代電腦程序確實(shí)能夠通過更新的形式從它們的經(jīng)驗(yàn)中吸取教訓(xùn)，因?yàn)樗惴梢越梃b反饋的資料進(jìn)行重寫。但問題在于人們可能會(huì)讓機(jī)器學(xué)習(xí)，自己只是被動(dòng)地見證和消費(fèi)這種不斷擴(kuò)展的能力，而不是參與到其中去。濫用 CAD 的例子表明，當(dāng)雙手和大腦分離時(shí)，受到傷害的是大腦。”

一個(gè)例子是十多年前關(guān)于空客 A380 的建造項(xiàng)目。顯然，作為這個(gè)世界上最復(fù)雜的交通工具設(shè)計(jì)之一，沒有 CAD 工具，飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造都難以完成。但這個(gè)項(xiàng)目卻由于內(nèi)部線路的設(shè)計(jì)問題而推遲交付了兩年，并多花費(fèi)了幾十億美元預(yù)算。

事情起源于當(dāng)工程師在法國(guó)圖盧茲建造第一架 A380 原型時(shí)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)在按設(shè)計(jì)規(guī)格生產(chǎn)的電線完全無法滿足飛機(jī)內(nèi)服復(fù)雜的線路集成系統(tǒng)的需求——它們都太短了。

空客管理層幾經(jīng)內(nèi)部審查，才弄明白原委：?jiǎn)栴}的關(guān)鍵在于，由于該設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目涉及 4 個(gè)不同國(guó)家的 16 方團(tuán)隊(duì)，不同設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)使用了不同的 CAD 設(shè)計(jì)軟件，從而導(dǎo)致電線穿過飛機(jī)機(jī)身的彎曲半徑的計(jì)算在不同軟件中的結(jié)果是不一致的。

最后，1100 名工程師不得不在圖盧茲通宵露營(yíng)，試圖糾正這個(gè)失誤。

斯坦福大學(xué)研究員 Polly Brown 在一篇論文中指出，在 CAD 工具被普遍利用之前，設(shè)計(jì)的步驟是非常復(fù)雜而充滿了重復(fù)性的：從想法到實(shí)體必須經(jīng)過草圖、圖紙、模型、最終模型，最后制作之間來回反復(fù)轉(zhuǎn)換。而 CAD 出現(xiàn)之后，設(shè)計(jì)和修改圖紙都變得非常容易——設(shè)計(jì)過程變得只有幾個(gè)基本步驟——想法、CAD 圖紙、模型、制作。

這種差異其實(shí)是一系列 CAD 軟件在商業(yè)上取得成功的部分原因——人們可用它來生產(chǎn)漂亮的圖紙，而掩蓋在實(shí)施或?qū)嶋H使用過程中會(huì)出現(xiàn)的問題。

蘋果的設(shè)計(jì)總監(jiān) Jony Ive 在一次倫敦設(shè)計(jì)博物館的討論會(huì)里稍稍抱怨過一次：“我們現(xiàn)在面試過太多知道怎么設(shè)計(jì)，但不知道怎么制作的設(shè)計(jì)師。因?yàn)轱@然，學(xué)校里的創(chuàng)意研討班很貴，但一臺(tái)電腦很便宜。而且 CAD 能讓一個(gè)壞的設(shè)計(jì)看上去是可以被接受的。”

Henry Petroski 在《設(shè)計(jì)，人類的本性》一書中則提出了另一種擔(dān)憂：“由于電腦的成本低廉，計(jì)算機(jī)軟件容易獲取，年輕的工程師對(duì)演算出的設(shè)計(jì)缺乏判斷力。”這一方面導(dǎo)致了產(chǎn)品安全系數(shù)存疑，另一方面——復(fù)制變得容易、成本更低——在產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙上的互相抄襲造成了大量山寨產(chǎn)品。

“我們用什么來衡量某項(xiàng)工作是否出色呢？其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是某件事應(yīng)該怎么做，另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是這項(xiàng)工作有沒有用。這是正確性和功能性之間的區(qū)別。在理想的情況下，這兩者是沒有沖突的；但在現(xiàn)實(shí)世界，它們經(jīng)常是有沖突的。” Richard Sennett 說，他認(rèn)為，真正執(zhí)行制作的匠人會(huì)對(duì)產(chǎn)品的制作和使用擁有更周全的考慮，而他們往往無法參與設(shè)計(jì)。“這正是技能的問題所在：大腦和雙手分離不是因?yàn)橹R(shí)不夠，而是社會(huì)造成的。”

題圖來自：Pinterest

「工具取代紙筆，AI 取代設(shè)計(jì)師？」

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好奇心日?qǐng)?bào)：你的頭條不該只是些無聊事，讓好奇驅(qū)動(dòng)你的世界。

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