数字化生存 20周年纪念版

计算机辨认粗略绘出的形状及物体的潜力，使我对计算机制图技术的思考从线条而更多地转向了“点”。在一张草图上，线条之间的区域或被线条围起来的部分是最重要的部分，从中可以了解草图的意义。

就在这段时间里，施乐公司的帕洛阿尔托研究中心也发明了着重形状识别的计算机制图技术。在这种技术中，图像作为庞大的点的集合而被存储和显示，不规则区域在此过程中得到处理，变得规则起来。我们中的一些人当时得出结论，认为互动式计算机制图技术的未来将属于与电视相似的光栅扫描显示器，而不是“画板”这类勾画线条的机器。光栅扫描系统能把在计算机存储器中存储的影像描绘在一个显示装置上，而在过去，则是靠把阴极射线管的电波水平和垂直地进行交叉扫描，如同用腐蚀法蚀刻一幅图画一样。计算机制图的基本元素过去一直都是线条，现在变成了像素。

像素威力大

就像比特是信息的原子一样，像素可视为图形的分子（我没有把像素称为图形的原子，因为通常一个像素由不止一个比特来代表)。计算机制图人员发明了“像素”这个词，它是由“图像”（picture）和“元素”(element)两个词缩合而成的。

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我们可以把一个图形想象成许多行和许多列像素的集合，就好像空白的填字游戏图一样。对于任何一个特定的单色图像（monochromeimage)，你都可以决定要用多少行和多少列来构图。你用的行和列越多，每个方块的面积就越小，图形的颗粒就越精细，效果也就越好。想想看，假如你把这样的格子覆盖在一张照片上，然后给每一个方块依明暗度的不同标出一个数值，那么完成了的填字游戏图将会布满一串串数字。

假如图形是彩色的，每个像素就会带有3个数字，通常这3个数字要么代表红色、绿色和蓝色，要么代表亮度(intensity)、色调(hue)和色彩饱和度（saturation)。我们在小学里都学过，红色、黄色和蓝色，并不是三原色(three primary colors)。加色三原色(three additiveprimaries)，也就是我们在电视机里看到的，是红色、绿色和蓝色；而减色三原色(threesubtractiveprimaries)，也就是我们在彩色印刷品上看到的，是洋红（magenta)、青色(cyan）和黄色。它们都不是红色、黄色和蓝色(据说美国人现在不教小孩这名词，因为洋红magenta这个词拼起来太长了，许多成年人也压根没听说过青色cyan。反正情况就是这样)。

如果画面是运动的，我们就对时间进行取样一一就好像在电影中分出一个个画面一样。每个样本即为一幅画面，也就好比另外一个填字游戏图，如果将其罗列在一起，以足够快的速度连续播放，就会产生运动流畅的视觉效果。你平日很少见到动态图形，或者只能在小小的视窗上显示影像画面，原因之一就是很难快速地从存储器中取得足够数量的比特，然后以像素的形式把它们显示在电脑屏幕上（只有每秒产生60\~90幅画面，画面上的动作才会流畅，不再闪动不已)。在这方面，每天都不断出现速度更快的新产品或新技术。

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像素的真正威力来源于它的分子本质。像素可以成为任何东西的一部分，从文字到线条到照片，无一不可。“像素就是像素”，道理就跟“比特就是比特”一样正确。只要有足够的像素，每个像素又有足够的比特(不管是黑白的还是彩色的)，你都可以在目前的个人计算机和工作站上，获得非凡的显示效果。然而，这种基本的网格结构决定了，在具有很多优点的同时，它也必然存在一些缺陷。

像素一般需要庞大的存储容量。你用的像素越多，每个像素内含的比特数目越多，你也就需要越大的容量来存储它们。常见的全彩屏幕共有1000×1000个像素，需要容量为2400万比特的存储器。1961年，当我还在麻省理工学院读大学一年级时，存储器的价格大约是每个比特1美元。今天，2400万比特不过只值60美元，这意味着，尽管以像素为基础的计算机制图技术对存储容量的胃口很大，我们却多少可以把心放下。

仅仅在5年以前，情况还不是这样，人们为了省钱，尽可能减少每个画面所用的像素和每个像素需要的比特。事实上，在早期的光栅扫描显示器上，每个像素常常只占用一个比特，由此给我们留下了一个特殊的问题：锯齿状的图形(jaggies)。

无法接受的锯齿图

你是否曾经有过这样的困惑：为什么我的计算机屏幕上会出现一条条锯齿线？为什么金字塔的图像看起来仿佛歪歪扭扭的宝塔？为什么大写的E、L和T在屏幕上挺像样，而S、W和O则好像整脚的圣诞节饰物？为什么曲线看起来总像是中风病人画的一样？

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个中缘由就在于，每个像素只用了1个比特来显示图像，结果就出现这种楼梯效应（staircase effect）或称空间阶梯（spatial aliasing)[2]。只要硬件和软件生产商肯把更多的比特用在一个像素上，并且运用一点数字计算来解决这个问题，这一现象就绝对可以避免。

那么，为什么我们不让所有的计算机显示器都带有“防锯齿”功能呢？借口是这样会消耗太多的计算能力。10年前，我们或许还会接受这个论点，即计算机的计算能力最好是用在别的地方；此外，当时用以防止锯齿现象的中间灰度技术还不像今天这么普遍。

遗憾的是，消费者已经被训练得对锯齿图像习以为常了。我们甚至似乎已把这类图像变成某种吉祥物了，就好像20世纪60年代和70年代的图形设计人员经常用滑稽的磁性活字体MICR（MagneticInkCharacterRecognition，磁墨水字符识别）来创造出“电子”的感觉一样。到了20世纪80年代和90年代，设计人员又如法炮制，以夸张的、阶梯状的印刷体来表现“计算机化”。今天，无论是线条还是字符，都能达到完美而流畅的印刷效果，别让任何人告诉你说这一点无法做到。

图标背后的神奇

1976年，美国高级研究计划署控制论技术中心软件部门的一位主任克瑞格·费尔兹(CraigFields，后任高级研究计划署署长)，委托纽约一家计算机动画公司制作了一部电影，描绘一个叫做达尔玛拉（DarE1Marar）的虚构沙漠小城的景象。这部动画片选择一架直升飞机的座舱作为观察点，这架直升机在小城上空盘旋，时而俯冲掠过街道，时而拉起俯瞰全城，时而走访社区邻里，时而又贴近观察建筑物。他们模仿的是《小飞侠》（PeterPan）这部电影，目的不是为了欣赏沙漠小城的景色和建筑，而是为了探索信息世界。其想法是：假定你设计了这个小城，而且好像松鼠储藏核桃一样，把数据储藏在特定的建筑物中，从而构筑了信息的邻里环境。随后，你可以乘坐魔毯[3]，飞到你储存数据的所在，检索你所需要的信息。

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[2]光栅显示中的阶梯效应，即只能以阶梯的形式显示对角线和圆，因此对角线和圆看上去不是平滑的线条。

古希腊诗人凯奥斯岛的西摩尼得斯(Simonides of Ceos，公元前 556468年）[4]以非凡的记忆力闻名于世。有一次参加宴会的时候，他刚刚被叫出宴会厅，大厅的房顶就整个坍塌，在这场横祸中惨死的宾客都肢体破碎，难以辨识，而西摩尼得斯却可以根据此前宾客所坐的位置加以指认。他的故事表明，把需要记忆的材料与头脑中的空间形象的许多特定的点联系起来，可以帮助我们回忆。西摩尼得斯使用这个技术以记忆长篇讲稿。他先把讲稿分成几个部分，每一部分都与一个神殿里的物体及其位置结合起来；等到发表演讲的时候，他重新造访脑海里的神殿以井然有序和容易理解的方式，唤出他想表达的看法。早期到中国传教的耶稣会教士称这种过程为建构“心灵的殿堂”。

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[3]magic carpet，典出《一千零一夜》，能够载人飞行。

[4]西摩尼得斯，希腊抒情诗人，警句作者，为祝贺奥林匹亚竞技会优胜者首创胜利者颂歌；其酒神颂歌在雅典竞赛中多次获胜。

这些例子都牵涉在三维空间里漫游、存储和检索信息的过程。有些人对此很在行，有些人则不然。

在二维空间里，我们大多数人都比较能干。想想你书架正面的二维空间吧。要找任何一本书，你可能只要径直走到那本书“面前”就可以了。你也许会记得它的大小、颜色、厚度及装订方式。如果是你亲手把书放在“那儿”的，你当然会更清晰地忆起这一切。再杂乱的桌面，使用桌子的人都能对之了如指掌，因为可以说，杂乱是由他一手造成的。最糟糕的事情，莫过于叫来一位图书管理员，让他按杜威十进分类法（DeweyDecimalSystem）[5]重新把书架上的书排列一遍，或找到一位女佣帮助你清理书桌。你会突然变得糊涂起来，不知道东西都放在什么地方了。

基于这类观察，我们开发了一种叫做“空间数据管理系统”的东西。空间数据管理系统包括了一个高及天花板、占据整面墙的全彩显示器，两台附属的桌面显示器；八度的音响；一把装满各种仪器的埃姆斯椅(EamesChair)[6]以及其他各种装备。它为用户提供了如沙发般舒适的界面，用户可以在幻想中逡巡于数据之中，从一个橱窗般大小的显示器向外凝视；也可以自由地伸缩或摇动镜头，以在一个虚构的二维空间“数据乐园”(Dataland)里神游。用户还可以浏览个人档案、通信、电子书、卫星图，以及各种崭新的数据形式，例如名演员彼得·福尔克(PeterFalk)在《神探科伦坡》(Columbo)的表演片断，或是54000幅有关艺

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[5] 美国图书馆学家 M. 杜威所编的图书分类法。

[6]一种模制胶合板或上塑料椅子，系美国人Charles Eames 设计。

术和建筑的静态图片收藏。

“数据乐园”本身是由一组小图像构成的景观，每个小图像都表明了自己的功能或描绘了所代表的数据内容。例如，在一个台历图像背后可以弹出用户的日程表。如果用户驱动系统进入到一个电话图像中，空问数据管理系统就会开启一个电话程序并附上相关的私人电话号码本。“图标”（icon）就是这样诞生的。我们曾经半真半假地打算使用“标记”(glyph)一词来描述这种小图像，因为icon在字典上的意思并不那么贴切，但icon一词还是流传了下来。

这些邮票般大小的图像不光指明了信息内容或自身的功能，而且每个图像还拥有各自的“位置”。这就好比在书架上找书一样，当你想检索某样东西时，你可以直接走向它所在的地方，同时想起它的确切位置、颜色、大小，甚至它可能发出的声音。

空间数据管理系统大大领先于它产生的时代，直到10年后，个人计算机诞生，它的一些观念才成为现实。今天，所有的计算机都离不开图标，人们把垃圾桶、计算器和电话筒等图像当作屏幕上的标准配件。事实上，有些系统直接把屏幕称作“桌面”。唯一不同的是，今天的“数据乐园”不会顶及天花板、占据整面墙，而是一股脑儿挤进了“视窗”之中。

挤进视窗中

有一种现象总是给我留下深刻的印象：聪明的产品命名，能够帮助产品大发利市，并给消费者带来完全不同的想象空间。当年IBM决定把它的个人计算机命名为PC（PersonalComputer)，真是神来之笔。尽管苹果计算机比其早上市4年还多，PC的名称现在却已成为个人计算机的同义语。同样地，当微软决定将其第二代的操作系统取名为“视窗”的时候，这聪明的一招，使这个名词从此永远归它所用；而实际上早在5年多前，苹果公司就开发出了更好的视窗，而且许多工作站生产商也已经广泛地使用了视窗。

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视窗之所以存在，是由于计算机屏幕很小。使用视窗后，无论在任何时间，都可以利用一个狭小的工作空间，同步进行不同的流程。《数字化生存》全书都是在一个对角线只有9英寸长的屏幕上写成的，没用任何纸张，当然出版商在编辑和制作过程中所需的纸张除外。对大多数人来说，使用视窗就好像骑自行车一样；你甚至都不记得自己学过骑车，你只是上来就用。

给电视开扇窗

视窗还有一个有趣之处：它暗示了未来电视的发展方向。在过去，美国比其他国家都更加强调，电视影像应填满整个屏幕。但是，这要付出额外的成本，因为并非所有的电影和电视片都被制作成相同的长方形格式。

事实上，20世纪50年代初期，电影业曾经有意识地朝宽银幕方向发展。当时出现了“全景电影系统”（Cinerama)[7]、“超级全视系统”(Super Panavision)[8]、“超级全景技术系统”(Super Technirama)[9]、35毫米“全视系统”(35mmPanavision)[10]，以及我们今天仍在使用的“电影宽银幕系统”(Cinemascope)[11]。这一发展是为了抑制早期电视的扩张。今天电视荧幕3:4的高宽比，源自于第二次世界大战之前的电影银幕规格，并不能与“电影宽银幕系统”相匹配，也就是说，过去40年来制作的大多数电影的格式都与电视不合。

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欧洲的电视业者以所谓的“上下加框”（letterboxing）的办法来解决荧幕高宽比的差异问题。他们把荧幕的上下两边都用黑框盖住，因此留下来的放映区域正好符合电影银幕的高宽比。通过牺牲一些像素，观众得以看到忠实地重现出原本的画面形状的影片。事实上，我认为“上下加框”的效果十分令人满意，而且这样做还有一个额外的优点：它在影像上下各自放置了一道鲜明的水平黑边，从而取代了电视机原本的弧形塑料边；否则的话，影像的界限就不会那么明确。

我们在美国则很少这么做。当我们要把电影转换成录像带时，采用的是“摇摄及扫描”（panandscan）的做法，把宽银幕电影压缩为3:4的长方形。我们不是真的把影像压扁(尽管我们有时会压缩标题和工作人员名单字幕)。相反地，在转换过程中，当影片在机器中转动时（机器通常是一台飞点扫描器[12])，操作员会以手控方式，把一个高宽比为3:4的窗口套在宽得多的电影画面上，接着上下左右调整移动该窗门，来捕捉每一幅电影画面中最直接相关的内容。

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[7]由3台连接在一起的摄影机在3条35毫米的胶片上分别摄取宽画面的1/3，用3台同步运转的放映机将3条影片同时投映于宽阔的弧形银幕上。合成整幅画面，并配用多路立体声还音装置。

[8] [9] [10] 均为银幕电影的工艺。

[11]摄影时加装变形附加镜，使所摄影像沿水平方向压缩，在胶片上形成狭长的变形影像，放映时也加装放映变形附加镜，使变形影像恢复为正常影像，成为宽银幕画面。

而有那么一些电影制作人，不同意这种做法，例如伍迪·艾伦(WoodyAllen）[13]，但是大多数人似乎都无所谓。这种“摇摄及扫描”的办法，在某些情况下会无可救药地失败，最好的例证之一就是《毕业生》(TheGraduate)。影片中有一场戏是达斯汀·霍夫曼(DustinHoffman）与安·班克罗夫特（AnneBancroft）各据银幕的一端，分别宽衣解带，操作员根本无法把他们俩同时放在录像带的同一幅画面中。

日本和欧洲一直都在推动发展一种更新、更宽的电视荧幕，这种荧幕的高宽比为9:16，而美国的高清晰度电视竞争厂商也胆小地尾随其后。然而，9:16的高宽比实际上也许比3:4还要糟，因为所有现存的录像材料（其高宽比为3:4）在放映的时候，都会在9:16的荧幕左右两旁造成垂直的黑边，也就是所谓的幕布(curtain)。幕布不仅比“上下加框”更难以达到视觉效果，而且，即使你想用“摇摄及扫描”的方法来补救，都做不到。

我们应当把高宽比作为一个变数。当电视有了足够的像素时，采取视窗方式具有非比寻常的意义。10英尺银幕与18英寸荧幕的收视经验开始合而为一。事实上，将来，当你拥有极高的显像分辨率和上及天花板、占满整面墙的超大显示器时，与小屏幕上的画面不同，你也许会把你的电视影像放在大屏幕上，就好像房间里的植物一样，成为室内装饰的一部分。整面墙都可以成为电视画面。

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[12]飞点扫描器(flyingspotscanner)是扫描器的一种，采用较高的加速电压、精密的电子聚焦系统和扫描偏转系统以得到高亮度、高分辨率的光点，并使扫描的几何畸变较小。

[13]伍迪·艾伦(1935—)，美国当代幽默作家兼喜剧演员。