哈佛计算机图形学实验室的前世今生

2023-01-02 03:01

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哈佛大学是一所公认的世界名校，在很多领域开创先河。纽约现代艺术博物馆建筑与设计系的建筑埃文盖洛斯·科齐奥里斯（Evangelos Kotsioris）在《激进教育学》一书中记述了该校创办计算机图形和空间分析实验室的经历，让人们看到，数字化是如何从建筑设计走向地图空间信息领域的。

哈佛大学

图源：pixabay.com

哈佛大学计算机图形和空间分析实验室（LCGSA，Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis），是历史上最重要的计算实验之一，在早期进行的地图学和计算机领域的交叉应用，被认为是地理信息系统的鼻祖。

地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是人类在生产实践活动中，为描述和处理相关地理信息而逐渐产生的软件系统。它以计算机为手段，对具有地理特征的空间数据进行处理，能以一个空间信息为主线，将其它各种与其有关的空间位置信息结合起来。它的诞生改变了传统的数值处理信息方式，使信息处理由数值领域步入空间领域。GIS的用途十分广泛，可以为各类应用目的服务，例如交通、能源、农林、水利、测绘、地矿、环境、航空、国土资源综合利用等等。

在过去的五十年中，GIS 已经从一个概念发展为一门科学。从一个基本工具到理解和规划世界的强大现代平台。哈佛大学计算机图形实验室的成立是其中一个关键的里程碑。

哈佛大学计算机图形实验室（LCG）成立于1965年，是哈佛大学设计研究生院的一部分，最初隶属于该校的城市区域规划系。1964 年，西北大学的建筑师、数学制图师霍华德·T·费希尔（Howard T.Fisher）创建了早期计算机制图软件程序——SYMAP 。一年后，在哈佛大学设计研究生院院长约瑟普·卢伊斯·塞尔特（Josep Lluís Sert）的积极支持下，费希尔创建了计算机图形实验室。伴随着SYMAP和ODYSSEY等师生开发的首批计算机地图制作软件在实验室中构建和优化，该实验室成为了空间分析和可视化研究中心，培养了计算机和新媒体领域的第一代设计师。

用SYMAP程序生成的地图打印件

图源：Loeb图书馆，哈佛设计研究生院

20世纪60年代，美国城市面临着包括城市衰败、市民贫困和种族隔离等诸多问题。这些问题被摆了在常春藤联盟学校的可资助研究课题里。路易斯·温尼克（Louis Winick）是纽约市规划委员会的经济学家和前研究主任，负责处理基金会在住房和社区发展方面的投资。他支持费希尔的建议，让大量执业规划师使用计算机绘图。

从成立之初，LCG就致力于跨学科研究。它的成员包括建筑师、地理学家、制图师、数学家、计算机科学家和艺术家等。他们认为计算机的引入可以深刻地改变设计学科在教育和实践中的运作方式。虽然在初期其吸引的主要是规划专业的学生，但随着实验室研究范围的不断扩大，实验室又增加上了“空间分析”内容,名字全称拓展为“哈佛大学计算机图形和空间分析实验室”。

学生使用SYMAP创建地图：建立坐标点、键入、打印

图源：Loeb图书馆，哈佛设计研究生院

在那个年代，研究人员手动在卡片上键入数据，然后将其送到实验室进行处理，数小时或几天之后，就可以提取打印出来的地图了。

LCGSA联合研究员、年轻的建筑师艾瑞克·泰霍尔兹（Eric Teicholz）进一步开拓了实验室的研究范围，从建筑业的外围工作——工程、承包、制图等，向设计逐步靠拢。

他开发了第一批能够绘制三维透视图的计算机程序——OTOTROL，使计算机成为设计的核心工具。他深信新媒体在建筑教育中大有潜力，鼓励使用录像、静态摄影、动态摄影、激光和全息摄影等多种形式，创新性地将“设计”与数字、多媒体联系起来。

到20世纪70年代，由于早期来自基金会的捐赠已经所剩不多，LCGSA需要筹募更多的资金。除了有来自于政府机构的资金支持外，实验室还对外销售软件和服务来解决城市管理方面的一些实际问题，比如绘制城市低收入人口地图、用计算机处理抵押贷款保险申请，甚至还有空气污染研究、基础设施规划等。对于该实验室的研究人员来说，从事“现实生活”中的项目设计是最有意义的培训。

那时候，高发行量的报纸和杂志的测绘工作为实验室的运营提供了“救急金”，也为实验室打起了免费“广告”，实验室的设计能力变得有目共睹。1972年，LCGSA为《生活》杂志的一篇讨论出生率与堕胎合法化问题的文章制作了一幅三维的人口增长地图。1973年，《纽约时报》向实验室订购了一系列地图，来说明1960年至1970年美国黑人的地理迁徙行为。《国家地理》也委托该实验室制作了一系列地图，描绘自1790年以来北美的“大规模人口迁移”——这基本上代表了19世纪欧洲定居者殖民和向西扩张的结果。

1972年，由计算机生成的美国人口分布图

图源：Loeb图书馆，哈佛设计研究生院

然而，也有人认为，LCGSA制作的地图充满了数据选择和隐含的政治色彩。1967年至1972年间，剑桥发生了反战学生示威活动，特别是1969年的所谓“11月行动”。当时麻省理工学院的学生抗议常春藤盟校参与国防相关研究，像LCGSA这样的实验室受到严格的审查。

实验室的命运落在了审查委员会成员的手里。在这八名成员中包括建筑师尼古拉斯·内格罗蓬特（Nicholas Negroponte），他是麻省理工学院（MIT）建筑机器小组的联合创始人。该小组与哈佛大学的实验室竞争资金来源。进过审查，委员会认为，LCGSA归属不详，且“关注范围太窄”，基本上忽略了新的研究领域，包括人工智能和机器人在设计中的潜在应用等。

最终，在费希尔的积极争取下，LCGSA暂时得以幸免，前提是实验室远离商业软件开发，并将其活动重新集中在教育主业上。在随后的几年里，LCGSA的教职员工和学生在计算机图形和实时CAD方面进行了一些开创性研究，使用户可以在计算机屏幕上主动塑造和操作设计，而无需在打印前进行繁琐而耗时的数据打孔处理。

然而，该实验室一直无法摆脱政治操弄、商业化所产生的伦理问题。随着费希尔年事渐高，实验室逐渐走上下坡路。1979年，费希尔逝世,实验室也归于沉寂，直到1991年最终解体。

在其存在的26年时间里，哈佛大学计算机图形和空间分析实验室在理论地理学的基础研究方面积累了大量成果，研究了与区域规划、景观设计和建筑设计相关的空间分析方法论，建立了包括括引力模型、地图叠加分析、加权评价等一系列经典的空间分析方法。虽然实验室最终解体，但是其培养出了很多日后对业界产生巨大影响的人才，这也是实验室留给世界的最宝贵遗产。