好奇心日報 –?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 念電子工程學博士的年輕人 Ivan Sutherland 特別想在實驗室里巨大的電腦上畫點什么東西出來。

他將這個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。當時他還沒有想到，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間鉆研麥金托什電腦的人機交互方式，我們也許也沒機會觀看到皮克斯工作室創(chuàng)造的優(yōu)質(zhì)動畫。

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

自 SketchPad 問世以后，設(shè)計行業(yè)（也許設(shè)計能成為一個具備標準化的行業(yè)，一部分也歸功于它）進入了利用電腦進行輔助設(shè)計（Computer Assisted Design）——也就是 CAD 工具的時代。

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 林肯實驗室里安裝了當時世界上最先進、儲存量最大的電腦 TX-2，它擁有一塊能夠用一支光筆來進行操作的 9 英寸屏幕，以圖像形式輸出和輸入。

如果不是 TX-2，Sutherland 不會有機會設(shè)計出 Sketchpad，因為當時普通的運算機器還需要通過一摞打孔卡才能進行人機交互。

Ivan Sutherland 出生于美國內(nèi)布拉斯加州黑斯廷斯（Hastings）的一個中產(chǎn)階級家庭。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三年級之前患有讀寫障礙癥，無法正確拼寫。從而影響到了他對繪圖方式和圖形表達的濃厚興趣。消息的來源無法準確查證。但 Sutherland 曾多次在公開場合描述自己為一個“視覺思考者”。

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

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

但真正激發(fā) Sutherland 設(shè)計出繪圖程序的，是看到同事們在玩由計算機科學家 Steve Russell 設(shè)計的最早電子游戲之一—— Spacewar！。它搭載在一臺同樣擁有圓形屏幕的電腦 PDP-1 上。這款簡單的對戰(zhàn)游戲在當時校園和各個科研機構(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、操控對戰(zhàn)的模式等功能的啟發(fā)，認為自己可以設(shè)計出一款類似的實時繪圖系統(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算機圖形繪制方法，也提出了新的計算機操作方法——圖形化的人機互動方式。

△ Sutherland 在 《SketchPad：圖形化人機交流》論文中解釋了的計算機繪圖方法。

Sketchpad 的出現(xiàn)快速推動了電腦輔助設(shè)計項目的發(fā)展。一門名叫“計算機圖形學”的新學科因此誕生。

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

人們在錄像帶中看到一名年輕人在一臺龐大計算機的一塊小屏幕上，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)人的要求進行變化。圖像的放大縮小、刪除、后退、復制、黏貼….各種繪圖功能一個不少。

這份報告為美國人對設(shè)計和生產(chǎn)過程的想象產(chǎn)生了巨大的影響。

盡管如此，由于當時先進的大型計算機造價昂貴，SketchPad 繪圖軟件出現(xiàn)的伊始，主要被汽車、飛機等大型工業(yè)、軍事生產(chǎn)商作為設(shè)計部件和產(chǎn)品外型的工具。比如當時福特汽車公司和航空航天制造商洛克希德都邀請了 MIT 的電腦輔助設(shè)計項目組員參加電腦輔助設(shè)計程序的開發(fā)。

隨著圖形化人機交互的形式漸漸被越來越多人接受，歐美國家開始對電腦作為一個戰(zhàn)爭機器的形象轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€聽話機器“奴隸”或“工作伙伴”。但是在當時，這種觀念上的改變也僅僅是認為用電腦來代替筆和紙。

△?報紙上在介紹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 項目而成為了美國高級研究計劃署（APAR）的成員。隨后又去了哈佛大學執(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)實系統(tǒng)的基本設(shè)想。成為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開端。

△ ?Ivan Sutherland 設(shè)計的世界上第一臺虛擬現(xiàn)實頭盔顯示器。不過它用起來非常不舒服，而且巨重無比。

他在猶他大學的執(zhí)教歷程為現(xiàn)代計算機圖形學的發(fā)展奠定了更重要的基礎(chǔ)。先后培養(yǎng)了影響美國、乃至我們現(xiàn)在生活的一批計算機圖形學大師。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 喜歡計算機和幾何學，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間內(nèi)解決了這么復雜的計算機圖形學問題，Sutherland 的回答是：“因為當時我沒意識到有這么復雜。”

他在 SketchPad 的論文闡述中，創(chuàng)造性地將 SketchPad ——一個計算機工具比做設(shè)計行為本身，給電腦輔助設(shè)計做了精確的定義：“我們可以將在 SketchPad 上進行繪畫操作的過程本身看作設(shè)計的過程——設(shè)置多點和多線的繪畫方式，類似設(shè)計過程中產(chǎn)生的豐富創(chuàng)意；但點、線所形成的有限幾何圖形，也類似于設(shè)計限制為產(chǎn)品價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)計師的要求，也相當于一個好的設(shè)計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。事實上，現(xiàn)在很多領(lǐng)域里的設(shè)計師除了繪制圖紙之外什么都不做。當這樣的設(shè)計條件被加入到 SketchPad 的受限列表中時，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。”

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，同時又指出了關(guān)于設(shè)計表現(xiàn)的多樣性和設(shè)計執(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：“當年這群 MIT 電腦輔助設(shè)計研究員將設(shè)計（Design）這一過程變成了建造（Building），導致產(chǎn)生了一種觀念——即設(shè)計過程變成了一系列有結(jié)構(gòu)的信息管理過程。令設(shè)計師能夠為一件設(shè)計作品推測出一個尚未存在的形式。”

這種轉(zhuǎn)變在個人電腦使用爆發(fā)后，為設(shè)計行為帶來了福禍相依的狀況。

1990 年代是 CAD 在設(shè)計行業(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)計大師都開始嘗試用電腦繪圖制作產(chǎn)品設(shè)計。

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

由于計算機運算能力不斷增強，從前使用計算尺和計算器工具所出現(xiàn)的工程誤差被減小，嚴格按照規(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)計西班牙畢爾巴鄂古根海姆美術(shù)館的時候，用到了最初由福特汽車公司研發(fā)，法國達索集團改進后推出的的 CATIA——3D 參數(shù)建模系統(tǒng)。他是一個熱愛電腦輔助設(shè)計的建筑師，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)計北京的“鳥巢”時，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)計設(shè)計。

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。但日本建筑師石上純也在建造神奈川工科大學 KAIT 工房時候，利用自己編寫的 CAD 程序設(shè)計出了一座玻璃房，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。這是一個完全打破規(guī)則的實驗性設(shè)計作品，沒有 CAD，這種建筑是不可能被建造出來的。

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

反之，盡管計算機圖形學和電腦輔助設(shè)計為世界創(chuàng)造了巨變，它逐漸演變成一種設(shè)計的“方式”，而不僅是純粹的工具。（盡管建筑學院都盡量讓學生將 CAD 看作工具，但它能做的事情實在太多了）。因此，不論是建筑師、設(shè)計師、還是文化學者們在談?wù)摰竭@一點時都看上去顯得有些警惕。

社會學、人類學教授 Richard Sennett 在《匠人》一書中提出：“現(xiàn)代電腦程序確實能夠通過更新的形式從它們的經(jīng)驗中吸取教訓，因為算法可以借鑒反饋的資料進行重寫。但問題在于人們可能會讓機器學習，自己只是被動地見證和消費這種不斷擴展的能力，而不是參與到其中去。濫用 CAD 的例子表明，當雙手和大腦分離時，受到傷害的是大腦。”

一個例子是十多年前關(guān)于空客 A380 的建造項目。顯然，作為這個世界上最復雜的交通工具設(shè)計之一，沒有 CAD 工具，飛機的設(shè)計和制造都難以完成。但這個項目卻由于內(nèi)部線路的設(shè)計問題而推遲交付了兩年，并多花費了幾十億美元預算。

事情起源于當工程師在法國圖盧茲建造第一架 A380 原型時發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)在按設(shè)計規(guī)格生產(chǎn)的電線完全無法滿足飛機內(nèi)服復雜的線路集成系統(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：問題的關(guān)鍵在于，由于該設(shè)計制造項目涉及 4 個不同國家的 16 方團隊，不同設(shè)計團隊使用了不同的 CAD 設(shè)計軟件，從而導致電線穿過飛機機身的彎曲半徑的計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，試圖糾正這個失誤。

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

這種差異其實是一系列 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，而掩蓋在實施或?qū)嶋H使用過程中會出現(xiàn)的問題。

蘋果的設(shè)計總監(jiān) Jony Ive 在一次倫敦設(shè)計博物館的討論會里稍稍抱怨過一次：“我們現(xiàn)在面試過太多知道怎么設(shè)計，但不知道怎么制作的設(shè)計師。因為顯然，學校里的創(chuàng)意研討班很貴，但一臺電腦很便宜。而且 CAD 能讓一個壞的設(shè)計看上去是可以被接受的。”

Henry Petroski 在《設(shè)計，人類的本性》一書中則提出了另一種擔憂：“由于電腦的成本低廉，計算機軟件容易獲取，年輕的工程師對演算出的設(shè)計缺乏判斷力。”這一方面導致了產(chǎn)品安全系數(shù)存疑，另一方面——復制變得容易、成本更低——在產(chǎn)品設(shè)計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工作是否出色呢？其中一個標準是某件事應該怎么做，另一個標準是這項工作有沒有用。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)實世界，它們經(jīng)常是有沖突的。” Richard Sennett 說，他認為，真正執(zhí)行制作的匠人會對產(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。“這正是技能的問題所在：大腦和雙手分離不是因為知識不夠，而是社會造成的。”

題圖來自：Pinterest

「工具取代紙筆，AI 取代設(shè)計師？」

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