人工智能在艺术设计中的应用与突破

徐双双　丁伟　贝典徽

摘要：随着科技的飞速发展“人工智能”一词慢慢被人们所熟知。人工智能通过理性的分析，将理性的事物公式化，运用科技的巨大力量逐渐在改变着世界；另—方面，在艺术设计领域人工智能正在不断地学习人类的感性思维，慢慢占领人类的艺术世界。本文通过浅析艺术与人工智能的发展现状，提出人工智能与艺术教育更好的结合理念，进一步促进艺术设计的发展。

关键词：人工智能 艺术设计 人工智能与艺术教育 当代艺术创作

中图分类号：J05 文獻标识码：A

文章编号：1003-0069（2018）06-0104-02

背景

自从2016年AlphaGo打赢了人类世界的围棋冠军，社会上对人工智能技术的关注热度日渐提升。在人类理性工作领域，人工智能正在颠覆性地改变着许多行业，很多机械化的工作已经被人工智能取代。另一方面，人工智能也正在进入人类的感性的艺术领域，努力将艺术公式化（规范化），人工智能产品通过深度学习艺术家的笔触，并依据一定的逻辑继续创造艺术作品，再次让经典艺术家“复活”，以此陶冶人类的情操。未来，机器可以代替人类完成很多事情，很多可以被公式化的人类职业都可以被人工智能取代，人类从脑力以及体力方面都可以最大化地解放出来。然而对于人工智能是否能够最终取代艺术这块领地，业界的说法不一。下文将通过探讨人工智能在数字化时代中的应用，进一步分析探讨人工智能与艺术设计之间的关系。

一、艺术设计的简介与发展

（一）艺术设计的简介

艺术设计是艺术家把自己的灵感、经验和感觉通过艺术作品为媒介表达出来并且与大众交流的一个过程。艺术创作有三个动机要素，包括对事物的认识、目标意图和欲望冲动，三者之间是相互联系不可分割的。在这个过程中，艺术家用我们的五种感官去表达某种情绪和感觉，可能是好感觉，也可能是坏的感觉，美妙的又或者肮脏的……艺术家会把自己对事物的认识、目标意图和欲望冲动以及生活经验、教育认知、生活环境、情感等因素融合到艺术作品中。不同人有着不同的生活经历、不同程度的美感识别力。所以，艺术设计产物是随机的、感性的，无法用理性的思维去衡量，更无法将其公式化。

（二）计算机对现代艺术设计的影响

在当代计算机科学的大力发展下，设计者可以借助大量的设计软件将自己的灵感视觉化。相对于传统的艺术创作所耗费长达几个月甚至几年的时间，计算机科学可以帮助设计师快速、高效地完成其创作，并且通过模具进行量产。例如，艺术家可以通过计算机建模，利用3D打印技术制造出人们所需要的产品；可以利用计算机中大量的色彩素材创作更加随心所欲的作品，也可以通过计算网络中海量的艺术设计资源，激发灵感，扩展艺术思维，把自己的思想与计算机科学有机的结合在一起实现设计创作。在作品呈现方面，随着虚拟现实技术的日渐成熟，很多高校正在将虚拟现实技术应用到艺术设计类专业教学领域，虚拟现实可以较好地展现艺术与技术相结合的设计作品，通过虚拟环境的体验与交流，有效地传达设计作品所表达的设计理念，艺术家可以利用此项技术更加真实地将作品展现出来，使人们可以身临其境，更加直观地观赏艺术的细节。

二、人工智能的发展

（一）人工智能的简介

所谓人工智能简单概括通过运用机器去实现所有目前必须借助人类智慧才能实现的任务。目前人工智能有强人工智能与弱人工智能之分。强人工智能就像科幻片里面那样，机器可以和人类一样与世界进行交流，可以自我学习与记忆、推理和解决问题。但由于技术的限制，计算机并不完全具备以上能力。所以就出现了所谓的弱人工智能，指的是只能解决特定领域问题的人工智能，很难在各个领域都达到领先水平。这就是专家们所说的“迁移学习”。通俗地说，迁徙学习就是举一反三，机器可以将某方面的能力应用在其他领域。这一点人工智能还做不到。就像前文提到的AlphaGo，她已经在围棋方面达到了人类的顶峰，但是其他方面并不能超越人类。

（二）人工智能的发展历程

人工智能一词在1955年达特茅斯学院举办的一次会议上由计算机专家约翰.麦卡锡第一次提出，至今已经有长达60年的历史。期间经历过两起两落，并且在2016年达到第三次高潮。1957第一款神经网络Perceptron的发明，使得业界对于人工智能的关注度骤升，人工智能达到第一次高潮。在此之后长达十余年的时间里，计算机被广泛应用于数学和自然语言领域，用来解决代数、几何和英语问题。这让很多研究学者看到了机器向人工智能发展的信心。1970年，人工智能面临技术瓶颈，计算机没能使机器完成大规模数据训练和复杂任务，AI进入第一个低谷。第二次高潮是BP算法的提出，这种算法的出现使得大规模神经网络的训练成为可能。因为现实任务中所使用的神经网络，只有在使用BP算法下才能进行训练。BP算法由BP神经网络中的输入层、输出层和若干个隐层构成。输入信号经输入层输入，通过隐层计算由输出层输出，输出值与标记值比较，若有误差，将误差反向由输出层向输入层传播，在这个过程中，利用梯度下降算法对神经元权值进行调整。

三、人工智能的应用

（一）人工智能在科技中的应用

近年来，人工智能技术正在应用到越来越多的领域，医疗领域有微软的Watson，无人驾驶汽车有特斯拉、谷歌、苹果，生活个人助手的应用有谷歌Home、亚马逊的Echo。下面从大家常见的语音识别领域和人脸识别领域进行简述。

微软小冰，手机上最喜闻乐见的人工智能助理之一，可以帮助人们解决各种问题，整理用户数据，根据用户的习惯推荐适合用户的生活方式。像小冰这样的人工智能助理应用其实已经有很多，2011年苹果开发的智能搜索语音助理Siri；百度在2015年开发的个人搜索和智能聊天功能的度蜜；科大讯飞研发的语音识别应用讯飞语记应用等。但是机器必定是机器，在回答问题的时候总是表现出不偏不倚的态度，并不会像人类一样具有说话的“智慧”。

其次，人工智能在人脸识别方面的应用也涵盖生活的方方面面，公司门禁、设备登录、机场登机、公共区域的监控等。近日，苹果公司推出的新型手机iphoneX，就可以应用人脸识别一键解锁和购物，给我们的生活带来了极大的便利。

（二）人工智能在艺术中的应用

人工智能在艺术中最有影响力的创新便是卷积神经网络的应用与发展。卷積神经一般应用于图像处理领域，如Facebook的自动标注算法、Google（谷歌）的图片搜索、Amazon（亚马逊）的产品推介服务、Pinterest的主页个性化信息流中都应用到了神经网络。下面通过几个案例来具体分析人工智能在设计领域中的具体应用：

1.Google的“艺术家机器人”

谷歌的DeepDream是一款可以识别、分类和整理图像的人工智能程序。通过输入数以百万计的艺术家创作风格，作为学习的样本，然后通过每一层神经网络的学习逐步提升对艺术创作风格的认识，直到最后可以自动合成具有艺术家风格的图片。

2.艺术修图神器Prisma

Prisma是一款将艺术与修图相结合的app，这款App运用人工智能技术，深度学习个各个流派艺术大师的笔触，将用户上传的照片重新诠释，生成一副具有艺术气息的照片。此软件的使用方法与其他普通软件的流程大致相同，首先需要打开软件、拍照或者上传已有照片、然后选择名画笔触，例如梵高，莫奈，毕加索的笔触等、最后APP根据上传的照片以及选择的艺术家风格重新生成一张带“艺术感”的新照片。不同的是由于此APP包括人工智能算法，处理速度相对于普通软件相对较慢。Prisma一共包括三层人工神经网络，左右两边的神经网络分别学习艺术家风格以及分析处理原图片的风格，中间的神经网络则吸收两边神经网络的处理结果，进一步加工处理，模仿人类的脑神经元，学习外界施加的艺术家刺激，不断修正算法里的参数，使其输出结果越来越接近艺术家的风格。合成一副全新的具有艺术气息的照片。

四、将人工智能更好地应用到艺术教育中

当代教育中教师利用计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，简称CAI），学校配备的多媒体教室，可以把知识更加形象、生动地向学生展现出来。例如教师可以利用多媒体技术将上课内容形象生动地展现出来，虚拟现实技术可以让学生“真正”地置身于伟大艺术家的作品之中，打破了时间、地点的限制；3D打印技术学生可以将脑海中的构思进行建模，通过打印真实地将自己的想象再现。传统的CAI虽然进一步提高了学生的学习效率与积极性，但是并不能充分地了解学生的学习情况，不能因人而异，也不能保证学生积极地参与到老师的教学中来。因此如果希望学生能够更加积极主动地参与到教师的教学中来，并且可以通过人机交互收集个体的学习状况并给予不同的指导，所以许多专家提出了新的教学理念：人工智能与多媒体技术的结合（简称ICIA）。据调查，美国将人工智能应用在教学中的案例已经比比皆是，具体包括：通过调研分析为大学教师以及学生提供自适应的学习系统；与教材的互动，根据学生对随机测试的回答改变课程内容；根据学生的个性化需求制定智能教科书；通过图像分析对界面进行合理的设计，更大地提升用户体验等。这些课程起到了事半功倍的效果，加快了学生对知识的吸取进度。

对于艺术类学生，要想创作出更好的作品，必须具有超人的创造力与想象力，这些都需要人生阅历与经验的支持。将人工智能应用到艺术教育中，可以释放学生的想象空间，考试不再局限于卷面，学生通过与计算机的自由对话来进行“考试”，计算机可以从对话中来进行评分；将人工智能应用到艺术教育中，人工智能可以将艺术知识进行加工、分类以及整理，可以根据学生的习惯将知识进行系统的划分，帮助学生建立属于自己的艺术知识库，提高学生的学习效率，进一步减轻学生的体力劳动以及工作任务，使其在极少的时间内获得更多的实践与经验，进而创作更好的艺术作品。

结语

经过以上的案例分析不难看出，人工智能在艺术设计领域虽然取得了一定的成就，但是这些发展领域都是理性的，可以公式化的，仅仅是模拟人的意识、思维，并不能像人类的大脑一样产生设计灵感。人的审美并不完全是先天的遗传，也包括后天大量的积累。所以艺术的发展需要借助人工智能技术与教学更好地结合，不断提高学生的审美。使人工智能在影响人的理性思维的同时，渐渐进入到感性思维领域，形成共同促进、共同发展的有机整体，树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，进一步促进艺术设计产业的发展。