他讓人類能用電腦畫圖，完全創造了一個新的世界 | 我們的生活是這樣被設計的

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麼東西出來。

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構、汽車形狀、電腦界面、乃至傢具、智能手機的製造和生產……如果沒有他的發明和理論，喬布斯可能還需要更多時間鑽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造的優質動畫。

Ivan Sutherland 正在 TX-2 上操作 SketchPad程序。圖片來源：Mr Geek

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

事情是怎麼發生的？

二戰結束以後，1950 年代下半期，MIT 得到了來自美國空軍的大筆資金資助，用於開發軍用電腦系統。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 出生於美國內布拉斯加州黑斯廷斯（Hastings）的一個中產階級家庭。父親是土木工程師。有一種說法，Sutherland 曾在一次採訪中提到了自己在國小三年級之前患有讀寫障礙症，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，那是一台世界上最早的個人電腦 Simon。並和哥哥一起用打孔卡寫出了一些簡單的程序。19 和 21 歲時，他在專業雜誌上發表幾篇關於計算機編程的論文。

他在加州大學獲得了電子工程專業的碩士學位后，以博士生的身份在 MIT 得到了數學家 Steve Coons 和資訊理論的創造者 Claude Shannon 的指導。並加入到 MIT 正在開發的電腦輔助設計項目中，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 Sutherland 設計出繪圖程序的，是看到同事們在玩由計算機科學家 Steve Russell 設計的最早電子遊戲之一—— Spacewar！。它搭載在一台同樣擁有圓形屏幕的電腦 PDP-1 上。這款簡單的對戰遊戲在當時校園和各個科研機構里流傳。

圖片版權：Nick Clayton

Sutherland 受到 Spacewar！遊戲中使用的星際圖背景、恆星周遭的重力設計、操控對戰的模式等功能的啟發，認為自己可以設計出一款類似的實時繪圖系統。

他把自己的研究成果集結成一篇名為《SketchPad：圖形化人機交流》的論文，以及一部他自己錄製的 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製方法，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。圖片來源：University of Cambridge Computer Laboratory

Sketchpad 的出現快速推動了電腦輔助設計項目的發展。一門名叫「計算機圖形學」的新學科因此誕生。

但它能在短時間內快速擴展卻得益於 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複製了 200 多份寄往各種研究機構、新聞媒體和行業廠商。

人們在錄像帶中看到一名年輕人在一台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。隨著他調節按鈕，這些圖形也可以根據人的要求進行變化。圖像的放大縮小、刪除、後退、複製、黏貼….各種繪圖功能一個不少。

這份報告為美國人對設計和生產過程的想象產生了巨大的影響。

儘管如此，由於當時先進的大型計算機造價昂貴，SketchPad 繪圖軟體出現的伊始，主要被汽車、飛機等大型工業、軍事生產商作為設計部件和產品外型的工具。比如當時福特汽車公司和航空航天製造商洛克希德都邀請了 MIT 的電腦輔助設計項目組員參加電腦輔助設計程序的開發。

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爭機器的形象轉變為一個聽話機器「奴隸」或「工作夥伴」。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。圖片來源：Google Books

少年天才的 Sutherland 職業發展得很順利，他因 Sketchpad 項目而成為了美國高級研究計劃署（APAR）的成員。隨後又去了哈佛大學執教，在那裡發表了一份名叫「終極顯示」（Ultimate Dispaly）的論文，討論了交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現實系統的基本設想。成為虛擬現實技術的開端。

Ivan Sutherland 設計的世界上第一台虛擬現實頭盔顯示器。不過它用起來非常不舒服，而且巨重無比。圖片來源：bluewin.ch

他在猶他大學的執教歷程為現代計算機圖形學的發展奠定了更重要的基礎。先後培養了影響美國、乃至我們現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者 Alan Kay 和 Pixar 創始人之一 Edwin Catmull、Adobe 公司創始人之一 John Warnock。

Sutherland 喜歡計算機和幾何學，熱衷於將兩者結合在一塊兒。Alan Kay 曾經問過他為什麼能在這麼短的時間內解決了這麼複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麼複雜。」

他在 SketchPad 的論文闡述中，創造性地將 SketchPad ——一個計算機工具比做設計行為本身，給電腦輔助設計做了精確的定義：「我們可以將在 SketchPad 上進行繪畫操作的過程本身看作設計的過程——設置多點和多線的繪畫方式，類似設計過程中產生的豐富創意；但點、線所形成的有限幾何圖形，也類似於設計限制為產品價值所能帶去的有限的多樣性。」

他繼續寫到：「SketchPad 的幾何圖形能在多大程度上滿足設計師的要求，也相當於一個好的設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計。事實上，現在很多領域裡的設計師除了繪製圖紙之外什麼都不做。當這樣的設計條件被加入到 SketchPad 的受限列表中時，電腦不僅可以幫助用戶繪製出漂亮的圖紙，也能幫助人們做出更為安全合理的設計。」

Sutherland 將「在電腦上建造一件事物」和「在圖紙上畫出一件事物」兩者區分了開來，同時又指出了關於設計表現的多樣性和設計執行過程中所受的限制性之間永恆不斷的衝突。

Daniel Cardoso Llach 在《建造與視野》一書中提到：「當年這群 MIT 電腦輔助設計研究員將設計（Design）這一過程變成了建造（Building），導致產生了一種觀念——即設計過程變成了一系列有結構的信息管理過程。令設計師能夠為一件設計作品推測出一個尚未存在的形式。」

這種轉變在個人電腦使用爆發后，為設計行為帶來了福禍相依的狀況。

1990 年代是 CAD 在設計行業開始真正被大規模使用的年代。包括 Marc Newson、Phillip Stack、Jasper Morrison 等設計大師都開始嘗試用電腦繪圖製作產品設計。

Marc Newson 第一次利用 CAD 工具做的設計：Ikepod手錶的橡膠錶帶設計。可以看出今天蘋果手錶的錶帶設計受此影響很大。圖片來源：A Blog to Wtach

由於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的工程誤差被減小，嚴格按照規範建築的四方形建築形態立刻被打破了。

建築大師 Frank Ghyre 在設計西班牙畢爾巴鄂古根海姆美術館的時候，用到了最初由福特汽車公司研發，法國達索集團改進后推出的的 CATIA——3D 參數建模系統。他是一個熱愛電腦輔助設計的建築師，還自己開發了一套數字建模系統，成立了 Digital Project 科技公司。赫佐格在設計北京的「鳥巢」時，利用的便是這套系統。

利用 Digital Project 建模工具呈現的「鳥巢」建築設計設計。圖片來源：PRICEONOMICS

以往，為了確保安全，工程師必須按照一種既定的規範來設計。但日本建築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 程序設計出了一座玻璃房，打破了柱子傳統的矩陣排列方式。305 根柱子呈現不規則狀態散步在房子中，每一根的切面形狀也各不相同。這是一個完全打破規則的實驗性設計作品，沒有 CAD，這種建築是不可能被建造出來的。

神奈川工科大學（Kanagawa Institute of Technology，KAIT）於2008年春天落成啟用的 KAIT 工房。圖片來源：douban

反之，儘管計算機圖形學和電腦輔助設計為世界創造了巨變，它逐漸演變成一種設計的「方式」，而不僅是純粹的工具。（儘管建築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，不論是建築師、設計師、還是文化學者們在談論到這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：「現代電腦程序確實能夠通過更新的形式從它們的經驗中吸取教訓，因為演算法可以借鑒反饋的資料進行重寫。但問題在於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於空客 A380 的建造項目。顯然，作為這個世界上最複雜的交通工具設計之一，沒有 CAD 工具，飛機的設計和製造都難以完成。但這個項目卻由於內部線路的設計問題而推遲交付了兩年，並多花費了幾十億美元預算。

事情起源於當工程師在法國圖盧茲建造第一架 A380 原型時發現，已經在按設計規格生產的電線完全無法滿足飛機內服複雜的線路集成系統的需求——它們都太短了。

空客管理層幾經內部審查，才弄明白原委：問題的關鍵在於，由於該設計製造項目涉及 4 個不同國家的 16 方團隊，不同設計團隊使用了不同的 CAD 設計軟體，從而導致電線穿過飛機機身的彎曲半徑的計算在不同軟體中的結果是不一致的。

最後，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，設計的步驟是非常複雜而充滿了重複性的：從想法到實體必須經過草圖、圖紙、模型、最終模型，最後製作之間來回反覆轉換。而 CAD 出現之後，設計和修改圖紙都變得非常容易——設計過程變得只有幾個基本步驟——想法、CAD 圖紙、模型、製作。

這種差異其實是一系列 CAD 軟體在商業上取得成功的部分原因——人們可用它來生產漂亮的圖紙，而掩蓋在實施或實際使用過程中會出現的問題。

蘋果的設計總監 Jony Ive 在一次倫敦設計博物館的討論會裡稍稍抱怨過一次：「我們現在面試過太多知道怎麼設計，但不知道怎麼製作的設計師。因為顯然，學校里的創意研討班很貴，但一台電腦很便宜。而且 CAD 能讓一個壞的設計看上去是可以被接受的。」

Henry Petroski 在《設計，人類的本性》一書中則提出了另一種擔憂：「由於電腦的成本低廉，計算機軟體容易獲取，年輕的工程師對演算出的設計缺乏判斷力。」這一方面導致了產品安全係數存疑，另一方面——複製變得容易、成本更低——在產品設計圖紙上的互相抄襲造成了大量山寨產品。

「我們用什麼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麼做，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別。在理想的情況下，這兩者是沒有衝突的；但在現實世界，它們經常是有衝突的。」 Richard Sennett 說，他認為，真正執行製作的匠人會對產品的製作和使用擁有更周全的考慮，而他們往往無法參與設計。「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

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