生成艺术中的生命涌现游戏

这篇文章是为凯特·瓦斯画廊在线举办的展览“生活的游戏-世代艺术中的出现”而写的，部分原因是为了纪念数学家约翰·霍顿·康威的工作，他于2020年4月11日从新冠肺炎手中去世。--杰森·贝利(Jason Bailey)。

对于许多人来说，很难看出艺术、数学和自然之间存在的优雅联系。从小到大，我都喜欢学习艺术。我经常从大自然中写生和绘画。然而，我很早就患上了数学恐惧症，对许多人来说，我从未见过艺术、数学和自然世界之间显而易见的线索。

当我在研究生院开始编写代码，并在几周内相继了解了三个新主题时，情况发生了变化：

这三个相互关联的发现彻底改变了我的世界观，向我展示了我们在自然界中发现的许多复杂性都可以用相对基本的算法来模拟和仿真。

这次展览探索了通过四位富有创造力的艺术家的艺术，从看似简单的算法或规则集创造巨大复杂性的想法：亚历山大·雷本(Alexander Reben)、马诺洛·甘博阿·纳恩(Manolo Gumbera Naon)、凯蒂尔·戈利德(Kjetil Golid)和贾里德·塔贝尔。但在我们进入他们的艺术之前，让我们首先定义生成艺术、涌现、细胞自动机和生命游戏。

生成艺术是一种利用非人类的自主系统的艺术，它可以帮助在艺术品中产生一些特征，否则这些特征就会留给艺术家来决定。在这次展览中，我们具体讨论的是用计算机代码编写的生成性艺术，它包含了涌现或涌现行为的元素。

当两个或更多的物体聚集在一起形成更大的东西时，就会出现，这些东西具有不同的特性，而不是从各部分的总和中预期的。想一想一个蚁群。每只蚂蚁都很笨，手无寸铁，而且遵循非常基本的规则。但是，当与蚁群中的许多其他蚂蚁结合时，一种新的智能在蚁群层面上出现，使它们能够适应、自卫和寻找食物。通过了解单个蚂蚁的有限能力，无法预测蚁群复杂的紧急行为。成群的鸟和成群的鱼以类似的方式运作，在当地遵循一套简单的规则，这些规则导致了全球范围内的复杂行为。涌现并不局限于我们的动物朋友。人类是紧急行为的副产品，我们的经济、天气和交通也是如此。

艺术家、数学家和计算机科学家经常使用称为细胞自动机的简单黑白方块的大网格来生成他们自己的复杂的新兴“蚁群”系统。细胞自动化最著名的模型之一是约翰·霍顿·康威的“生命游戏”。

这款游戏首次发表在1970年10月版的“科学美国人”上，它由一个细胞网格组成，基于一些简单的规则，这些细胞要么死亡，要么相乘，形成复杂的图案。规则如下：

任何少于两个活邻居的活细胞都会死亡，就好像是由于人口不足所致。

任何有两三个活邻居的活细胞都会传到下一代。

恰好有三个活的邻居的任何死亡细胞都会变成一个活细胞，就好像是通过繁殖一样。

通过涌现，这些非常基本的规则触发了令人惊讶的复杂行为，可以使网格上的一小组黑白方块看起来栩栩如生。

下面是基于Daniel Shiffman的教程，我在处理过程中快速编程的生活游戏的一个示例。

玩过“生活的游戏”后，我和其他许多人都有一种感觉，任何事情，无论表面上看起来多么复杂和神秘，也可能都可以归结为一套基本的算法。对于艺术家来说，像“生活的游戏”这样的细胞自动机可以激励他们在这些系统上即兴创作，或者为自己的新兴系统建模，在复杂性、美感和惊喜方面与自然相媲美。

艺术家亚历山大·雷本(Alexander Reben)在他的作品“清教徒交流”(Puritan_Communion)中玩弄着生活的游戏规则，巧妙地编写了新的规则，随着时间的推移改变了正方形的颜色，而不是使用传统的黑白配色方案。他解释说：

在常规的生活游戏中，细胞可以是活的，也可以是死的。在代码的情况下，这意味着黑色或白色。在此版本中，这些颜色是通过存储世界的历史来创建的，其中一个新的单元格在活着时会变成黄色，当该单元格死亡时，它会随着时间的推移改变颜色，最终会再次变成黑色。

这些结果在视觉上让我想起了花园里鲜花盛开的定格视频和外星人宇宙飞船之间的星际枪战之间的混合。按下图下方的播放按钮观看作品的展开。

你可能会认为像清教徒共融这样的工作需要大量的指令，因为有如此多的活动部分可以持续这么长时间而从不重复。这就是紧急行为的力量。上面的几行代码实际上捕获了生成整个动画所需的所有指令。自己试一下-只需将上面的代码复制并粘贴到您的浏览器中即可。

莱本的背景是应用数学和机器人技术，他的工作是关于人类和技术之间的关系--特别是心理学和工程学。莱本在麻省理工学院媒体实验室的论文集中在他开发的一种名为Boxie的机器人上。博克西只能执行简单的动作，但当你把所有这些动作放在一起时，机器人似乎是活的和智能的。Boxie与康威的“生活的游戏”有关，因为让它看起来活着所需的实际编程和传感器相当简单。

显然，Boxie和“生活的游戏”都不是真的活着。然而，我们的心理中有一些东西让我们认为它们可能是。正如雷本解释的那样：

康威的“生活游戏”更像是一半是心理学，一半是数学。作为人类，我们将这些像素的行为解释为具有某种作用。我们把他们想象成活着的人。算法只是其中的一部分。这是一种人类算法，因为它是我们对它所做的事情的解释。我认为这也是观赏艺术的一部分。很多艺术都是关于我们如何在自己的背景下解释它的。我敢打赌，一只狗会和我们不同地解读康威的“生活游戏”。

在接下来的几个月里，我们将更深入地研究雷本迷人的作品，并分享我们对这位艺术家的完整采访。让我们来看看第二代艺术家是如何解读康威的“生活的游戏”的。

阿根廷艺术家马诺洛·甘博阿·纳恩(Manolo Gumbera Naon)，更为人所知的名字是“马诺洛”(Manolo)，是我今天最喜欢的创作艺术家之一。他是一位杰出的色彩家，似乎是一口无穷无尽的才华横溢、引人入胜的创作艺术之井。对于他对生活游戏的三种解释，马诺洛将游戏的几个版本同时进行分层，给人一种深度的错觉，并增加了它的视觉复杂性和动态性。正如马诺洛解释的那样：

我喜欢简单的规则变得非常复杂的时候。我觉得他们甚至用一种非常简约的方式来解释世界。我做的视频是几层不同大小的生活游戏。起初，我想探索保持静止、存活一段时间的模式，并达到它们不再变异的地步。随着时间的推移消失了，新的出现了。

我把这部作品拍成视频是因为时间似乎是生活游戏中必不可少的元素。起初，我想用“生活的游戏”来寻找有趣的图像(有些方面让我想起了很多像素艺术--我无法停止看“太空入侵者”中的人物)。但最终，我认为生命是随着运动/进化/时间而出现的。所以我喜欢有两个瞬间的想法。首先，他们进化并活了下来，然后他们死亡并消失了，随着时间的推移，其他人也诞生了，就这样一直持续下去，直到永远。

生命游戏只是细胞自动机的一种特殊模型。它的独特之处在于它是二维的，随着时间的推移逐帧展开，产生看起来像动画的效果。与“生活的游戏”不同，一维(或初级)细胞自动机是基于行设计的。

在初级元胞自动机中，每个单元仍然基于其邻居的开/关状态而改变。但是，单元格不是基于八个相邻单元格，而是仅基于三个单元格进行更改：左上角的单元格、正上方的单元格和右上角的单元格。然后根据这些邻居是打开还是关闭来创建下面的行。此序列逐行反复重复，仅根据这几条规则即可快速创建高度复杂的模式。下面的动画有助于解释规则以及该过程是如何展开的。

总共有256种可能的规则组合来创建基本元胞自动机。每条规则都有自己的相应模式(您可以在这里看到所有规则)和一个Wolfram编号(以数学家Stephen Wolfram命名)。有些自动机比其他自动机更出名，因为它们在大量行中连续执行时所产生的美观和复杂性，如规则#30。

尽管从基本公式进化而来，规则#30产生的标记产生了错综复杂的非重复图案。从这个意义上说，它类似于我们可能在自然界中发现的模式。事实上，规则#30与有毒的海螺Conus纺织品外壳上发现的图案非常相似。

我希望阅读这篇文章的艺术爱好者能够开始看到计算算法和自然界之间的联系，他们可能对细胞自动机、新兴系统和生成艺术的接触较少。计算机、算法和新技术不会对艺术中的自然美和人性构成威胁(正如我经常从传统艺术界听到的那样)。在富有创造力的艺术家的熟练手中，这些工具实际上加强了我们与自然世界和支撑它的系统的联系。

来自挪威的多产艺术家凯蒂尔·戈利德(Kjetil Golid)一直在开发一系列受一维细胞自动机和噪声场启发的艺术品。他的过程导致了大胆的作品，篮子编织般的图案，类似于图形像素化的旗帜或横幅。这些作品让人回想起提花机的计算起源，提花机是一种利用穿孔卡片简化18世纪纺织品复杂织造过程的装置。戈利德解释了他的过程：

它基于这种传统的变体，其中像素在2D网格上可以是活的，也可以是死的。我想，‘如果你不改变规则，而是改变形象化呢？’我不使用黑白像素，而是使用可以朝不同方向的线条。一个标准的一维元胞自动机从它的三个北方邻居那里获得像素值，而这个是一个在三个方向上都有线的六边形网格。特定行的存在取决于其前面的三行是否存在。线条将整个区域分割成单独的空间，然后我继续用颜色填充这些空间。颜色是使用一维元胞自动机选择的，每个空间的颜色基于左侧和上部相邻空间。

结果相当不错。这看起来很随意，但实际上是基于严格的规则。这种随机性的唯一种子是你给它的数字。所以无论何时你给它数字120，你都会得到完全相同的输出。但它看起来如此随机，因为它变得如此复杂，如此之快。噪音部分来自我制作的另一件作品，实际上更像是一种工具，可以扭曲任何图像。

在研究生院，戈利德对图灵机、正则语言和演绎系统等结构和系统产生了浓厚的兴趣，所有这些都是他论文的重点。他发现自己使用编程来帮助自己理解和可视化这些系统。然而，实际上是在设计学校，他第一次开始学习使用处理编程语言编程。

并不是所有的生成艺术都直接受到元胞自动机的启发。艺术家们经常从头开始开发他们自己的应急系统。在本世纪初，多产艺术家贾里德·塔贝尔(Jared Tarbell)用他著名的作品“底物”制作了一个更知名的例子。

在我最近对塔贝尔进行的一次采访中，他分享了这部备受喜爱的标志性作品背后的灵感：

我坐在圣特菲的一家咖啡馆里，窗户上贴着一张贴纸，每天都被太阳晒坏。它开始分裂成这些裂缝，我就看到了整个算法就在那里。好的，第一个裂缝形成并变宽了，然后另一个裂缝又出来了。我就在咖啡厅里写了算法。沙漠的太阳相当残酷。

塔贝尔在母亲的鼓励下，在他长大的家里创作艺术。然而，他的大学学习重点是数学和计算机科学。他分享说，虽然他以计算的方式看待世界，但他并不害怕表达自己或试图在计算中发现美。

试图通过理解自然界的算法来理解我们自己，并通过创作艺术来产生我们自己的系统，这可能是一种深刻的精神体验。我认为塔贝尔是一种创造性的萨满，开启了我们和周围自然世界之间的新联系--这些联系并不总是纯粹的逻辑或完全可以解释的。

塔贝尔最近的作品之一，“石皮波图案”，灵感来自于石皮布人看到的图案，石皮波人是居住在秘鲁亚马逊雨林的一个土著部落。石皮伯人认为，有一些独特的模式起到了治愈力量(或破坏性力量)的作用。正如塔贝尔解释的那样：

在仪式期间，这些人会看到和听到一种特殊的图案，作为对自然现实的描述。我也看过了。视觉模式不是实际目击到的，而是试图在两个维度上表现出来的。图案由反射图案、分形自相似图案和递归图案组成。这些构造中的许多都是计算的自然现象。石皮博人相信，这些模式在情感、身体和精神层面上都在疗愈。我对这个愿景的亲身经历使我相信它是一个客观的现实，一个可以建模和探索的现实。

背景模糊是用常用的自替换希尔伯特曲线生成的。网络连接节点被定期添加到曲线上的点，以实现更高的复杂性。

前景物体基本上是一个连接的迷宫，围绕两个轴反射。Mino是相邻的块集合。两个街区可以被称为多米诺骨牌，三个街区可以称为Trimino，四个街区可以称为Tourmino，依此类推。此算法允许最多11个Mino块。

光晕效果是通过在每个对象周围放置多个旋转和缩放不同的高Alpha框来实现的。与生成艺术中的一切一样，效果强度也是参数化的。

对我来说，浮现证明了一种分散化的选择，而不是更普遍的、集中化的创造神话，这种神话规定了唯一的神圣建筑师从某种理性的蓝图中创造了世界。相反，出现和分散指向遵循基本规则的无限个更简单的实体，这些规则汇聚在一起，产生壮观的结果。然而，理解涌现的力量和成为灵性并不是相互排斥的。正如塔贝尔在我们的采访中分享的那样：

我不知道浮现是否能描述一切。事实上，我有点不相信会这样。我认为宇宙中仍然有一些非常灵性的、神秘的元素。但可以肯定的是，从计算的角度考虑问题，你可以很好地理解实际发生的事情。

塔贝尔和我一样，都是在摩门教信仰中长大的。我们都不再是教会的活跃成员了。然而，我们在成长过程中都深深投入于尝试过一种精神生活，我们最终都努力使数学、科学和逻辑与我们的宗教教育相协调。在某种程度上，我认为这场斗争让我们都在追寻，最终将我们带到了生殖艺术的世界。当你不再去教堂时，那种想要了解我们在世界上的位置以及一切之间的联系的强烈愿望并不会消失。对我们来说，创作生成性艺术和探索涌现提供了一条精神路径，让我们更好地理解我们所有人都参与的最新的“生活游戏”。

对于世界各地的人们来说，这是艰难的一年。我们中的大多数人都不得不与朋友和家人隔绝，以帮助防止新冠肺炎病毒的传播。艺术在这样的时代可能看起来微不足道，但我相信这是我们比以往任何时候都更需要艺术的时候。我选择创作这个展览，是希望它能起到一点小作用，帮助我们更好地理解隐藏在自然界中的治愈模式，一些艺术家(比如这次展览中的艺术家)会定期解开这些模式，在我们真正需要的时候团结我们所有人。

衷心感谢凯特·瓦斯画廊赞助本次展览的策划。要询问本次展览中的艺术家并了解更多他们的作品，请访问凯特·瓦斯画廊(Kate Vass Galerie)。我真诚地感谢那些信任我的艺术家们，他们会写下他们的作品，并与世界分享。