科技敘事的生成式變革：人類智能與人工智能的互構與平衡*

周 慎 房曼琳 陳蔚浩

摘 要：在科學傳播領域，如何有效地將晦澀的科學概念轉化為公眾易于理解的形式，達成科學嚴謹性和藝術展現力的精妙平衡，始終是一個挑戰。生成式AI技術的快速發展為科學與藝術的融合提供了新的可能，使這種平衡不再只是一種創意追求，而是轉化為人類智能與人工智能雙向互動的技術工程問題。本文以大科學裝置科普為背景，詳細闡述了前沿科技資源在科普化進程中如何運用生成式AI工具開展科學性保障和藝術性加工創作，使科學性與藝術性得以雙重實現，并激發出更廣泛、更深入的科學對話和理解。生成式科技敘事將在科學傳播中扮演越來越多元及重要的角色，其未來將向交互沉浸化、專業垂類化、教育方法化的方向發展。

關鍵詞：生成式科技敘事；科學傳播；大科學裝置；數字藝術；前沿科技資源科普化；AIGC

DOI： 10.3969/j.issn.2097-1869.2024.02.016 文獻標識碼：A

著錄格式：周慎，房曼琳，陳蔚浩.科技敘事的生成式變革：人類智能與人工智能的互構與平衡[J].數字出版研究，2024，3（2）：125-132.

當代的科學傳播并非單純的知識性傳播活動，而是通過傳播主體對科學內容傳播的解讀和延伸。這種傳播活動建立在科學性的基礎上，兼具一定的藝術與審美價值。要想在不失去科學精確性的同時吸引公眾的注意力，就需要在科學性與藝術性之間找到一個精妙的平衡點。傳統科學插畫家和視覺藝術家需要深入理解科學概念，并運用其藝術才能創造出既準確又美觀的作品。然而，隨著生成式AI的崛起，人們有了一種全新的方式——即通過人工智能生成內容（Artificial Intelligence Generated Content，AIGC）來實現這一平衡。

在繪畫領域，AIGC已在創意表現方面展現出巨大潛力。在科學傳播應用中，AI不僅可以通過大數據和機器學習的算法來理解科學概念，還能夠生成極具視覺吸引力的藝術作品。圣路易斯華盛頓大學神經科技中心主任曾利用生成式AI工具——Midjourney生成一組野生紅松鼠的圖像，將其置于森林、太空、巢穴等不同的情景中，對神經科學和生理學的重疊概念進行了探索。這些藝術作品不僅整合了科技與藝術的融合維度，也填補了現在新媒介藝術的空白，將傳播主體的創造理念、文化內涵和精神訴求傳遞給受眾[1]。

本文以大科學裝置生成式藝術作品創作為例，探討作為前沿科技資源的大科學裝置如何在科普化進程中運用AIGC實現科學性與藝術性的平衡，激發出更廣泛、更深入的公共對話和理解，為科學家、藝術家、科技傳播者和廣大公眾提供一個關于生成式AI時代科學傳播的新視角。

1 案例選取

大科學裝置是指經過長期工程建造而形成的一套復雜的、巨型的科研裝置，是基礎研究、應用研究和科學發展中不可缺少的基礎設施[2]。我國高度重視大科學裝置的建設，將其視為提升我國基礎研究和應用研究水平、促進相關領域國際科技合作的重要支撐。大科學裝置是重要的前沿科技資源，其科普化成為當代科學傳播的重要命題。當AIGC繪畫應用于以大科學裝置為主題的創作時，其能夠將設備的復雜結構和運作原理以直觀的方式呈現出來，同時還能夠通過藝術的形式來表達這些科學工具背后的美學和哲學思考。

1.1 案例介紹

“大科學·大媒介·大藝術——大科學裝置藝術文獻展”為本文的數字藝術案例。該展由中國科學技術大學科技傳播系主辦，于2023年10月24日至30日在全球1024開發者節及首屆中國（合肥）國際科學藝術節上首次展出，展示以大科學裝置為主題的生成式文獻作品，吸引超十萬人次入場觀看。參展作品主要采用Midjourney、Stable Diffusion（以下簡稱“SD”）等AI工具，在人機融合共創機制下進行藝術創作，用豐富、生動的具像化創意表達向大眾傳遞大科學裝置的相關科學信息、知識與文化。

1.2 分析對象

大科學裝置藝術文獻展包括圖片、音視頻、文本、口述文獻等作品。本文選取其中的《太陽交響》（Solar Symphony）、《針灸脈沖》（Acupunctural Pulse）和《質子秘境》（Proton Secret）三幅作品為分析對象，揭示其創作過程中如何運用AIGC工具調和科學性與藝術性。

1.2.1 太陽交響

《太陽交響》是基于全超導托卡馬克東方超環裝置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）的生成式科學藝術作品（見圖1）。EAST有中國“人造小太陽”之稱，是用來模擬太陽核聚變反應的大科學裝置，其主機部分高11米，直徑8米，重400噸，由超高真空室、縱場線圈、極向場線圈、內外冷屏、外真空杜瓦、支撐系統這六大部件組成[3]。

1.2.2 針灸脈沖

《針灸脈沖》是基于高頻主動式極光研究（High Frequency Active Auroral Research Program，HFAARP）裝置的生成式科學藝術作品（見圖2）。

HFAARP的核心是一個電離層研究儀器（Ionospheric Research Instrument，IRI），可用于臨時激發電離層的有限區域，以觀測激發區域內發生的物理過程。該裝置由180個高頻交叉偶極子天線組成分階段陣列，占地33英畝（約13.35萬平方米），最高可產生3.6兆瓦功率的發射能力，這使科學家能夠以可控的方式更好地了解大氣在太陽自然刺激下的變化[4]。

1.2.3 質子秘境

《質子秘境》是基于超級神岡探測器（Super-Kamiokande）的生成式科學藝術作品（見圖3）。超級神岡探測器位于日本，是在一個深達1 000米的廢棄砷礦中建造的大型中微子探測器，其目標是探測質子衰變及尋找來自太陽、地球大氣等不同來源的中微子，并觀測銀河系內超新星爆發。該設施的主要部分是一個高41.4米、直徑39.3米的不銹鋼圓柱形的容器，容器內壁裝有11 200個光電倍增管，用于探測中微子與水中的氫原子和氧原子相互作用的后續過程產生的切連科夫輻射[5]。

2 工具要素

在科學傳播的科學性與藝術性平衡中，科學性要求內容準確無誤，藝術性則要求表現形式具有較強吸引力并易于理解，因此，科學傳播不僅是一個創意問題，還是一個技術問題。AIGC是繼專業生成內容（Professional Generated Content，PGC）、創作者生成內容（User Generated Content，UGC），專業創作者生成內容（Professional User Generated Content，PUGC）之后，利用人工智能技術生成內容的新型生產方式[6]。以AI工具Midjourney為例，其基于一套深度學習算法，需要創作者能夠清晰地表達想法、熟練地掌握工具操作。AI生成的圖像往往帶有不確定性和偶然性，需要創作者調整參數使圖像達到理想效果。這些新的科普內容生產工具在實現科學性與藝術性平衡方面，至少有以下三個可調用的工具要素。

2.1 提示詞

提示詞，或稱觸發文本[7]，是創作者用自然語言提供的一系列指令或描述信息，AI根據這些信息生成符合創作者需求的圖片，其具體內容一般包括主體描述、環境場景、藝術風格、材料質感、色彩燈光、構圖視角、細節精度等。在Midjourney的模型生成路徑中，創作者一般只需輸入幾個提示詞，通過對提示詞的不斷篩選和重新編輯，使生成的圖片與文字的映射更加符合創作意象。一般來說，提示詞的相關性越高，生成圖片的效果就越好。

2.2 圖像提示

圖像提示指使用一個已有的圖像作為生成過程的起點或參考。創作者上傳一張圖片，AI會基于該圖片生成新的圖像內容。這種方法還被稱為“墊圖”或“參考圖”，它可以指導AI沿特定的視覺樣式或內容方向進行創作。在利用提示詞生成圖像時，圖像生成的內容具備隨機性與不可控性，而若利用墊圖功能，一方面，機器可以通過素材墊圖的方式進行再學習，使機器在學習中更接近于人腦的想法和人類思維的表達；另一方面，墊圖可以讓AI更加了解創作者的繪畫意圖，從而生成人類想要的作品，保證創作過程的連續性。Midjourney的墊圖方式主要有兩種：一是通過上傳圖像后再添加提示詞進行調整，二是通過“/blend”指令進行圖像混合。

另外，創作者還可以通過圖像提示來反推自然語言提示詞。以Midjourney反推提示詞為例，創作者輸入命令“/describe”后上傳需要反推提示詞的圖片，Midjourney會以此生成四組圖片反推后的提示詞。總體來看，以反推提示詞再次生成的圖片與提示圖片具有更高的相似度，這為再創作提供了靈活性空間。

2.3 參數調節

在人工智能繪畫語境中，參數是被輸入到函數或程序中用以影響圖像生成行為的變量。參數可以看作是調整代碼執行或算法表現的“旋鈕”，可以控制圖像生成的過程和結果，參數調節是對生成過程進行微調的設置，例如更改圖片的風格、明暗、分辨率等。例如，創作者可以調整創作的風格參數來使得生成的圖像更接近某個特定藝術家的作品風格，調整細節參數來獲得更精細或更抽象的圖像，調整分辨率參數來設置輸出圖像的像素尺寸，調整創意參數來調節算法生成圖像時的創新程度，包括隨機性或多樣性。以Midjourney為例，其包含眾多生成圖像參數，部分參數示例見表1。

AI繪畫生成圖片時會經過加噪和降噪過程。“噪”指噪聲，是圖像中的隨機變異或雜散信息，幫助模型探索新的圖像區域。初始圖像可以是純隨機噪聲，也可以是有類別標簽等的條件初始化噪聲，以此作為生成過程的起點。在迭代生成過程中，生成模型有時會“故意”加噪，這是一種前向過程，即在圖像生成時加入噪聲以保證后續的降噪步驟能夠更有效地引導圖像向創作者期望的方向發展。降噪則是一種反向過程，用于減少圖像中的顆粒和變色，并能夠最大限度避免圖像質量下降。值得注意的是，在對圖像進行降噪的過程中，保留原圖像的部分元素及人眼的視覺細節同樣重要。創作者可通過調整參數來改變降噪過程中的步數和學習率，從而影響最終圖像的外觀。由于降噪過程是迭代進行的，過多的迭代可能會導致圖像過于平滑、缺乏細節，因此創作者在調整圖像的光線、材質、視角的同時，也要注意減少圖像原始特征的損失程度，提高信噪比。

3 創作過程

在科學傳播領域，如何將晦澀的科學概念有效轉化為易于公眾理解的形式，始終是一個挑戰。而借助生成式AI，科學的嚴謹性和藝術的展現力在人類智能與人工智能的雙向互動下不僅可以共存，還可以相輔相成。

3.1 科學性保障

在大科學裝置生成式科學藝術作品創作中，主要通過圖像提示、提示反推、語匯選擇及作品文字說明來保障科學性維度聲張（見圖4）。

3.1.1 圖像提示

使用大科學裝置的真實圖像作為墊圖可以為生成模型提供一個準確的視覺參考，有助于使生成圖像在視覺上保持科學的準確性。這些真實圖像捕捉了裝置的精確結構和環境上下文，為生成過程提供了一個基礎框架。選擇合適的大科學裝置真實圖片是生成圖像過程中的一個關鍵步驟，因為其直接影響生成圖像的質量和科學準確性，需要創作者了解該大科學裝置的功能、重要性等信息，從科學研究機構的數據庫、科學出版物、官方網站等可靠來源獲得圖像，對收集到的圖片進行分析整理，再根據圖片的清晰度、代表性、角度和視角、照明和對比度、有無干擾信息、版權和使用許可等綜合標準出發，最終確定最適合作為墊圖的一張或多張真實圖片進入迭代創作流程。在實際操作中，可能需要對真實圖片進行一些預處理，如裁剪圖片、調整色彩等，以進一步提高其作為墊圖的有效性。

如在《太陽交響》作品創作中，創作者選取網絡資料“休斯頓自然博物館魏斯能源大廳”（Wiess Energy Hall，Houston Museum of Natural Science）的核聚變展示圖作為墊圖（見圖5）。

3.1.2 提示反推

提示反推指通過分析已有的大科學裝置真實圖像，確定哪些特定的描述詞匯或短語能夠更好地復現圖像中的科學內容。在此過程中，創作者提取出墊圖中的關鍵元素，如關于裝置外觀、結構和環境的確切信息，幫助生成模型理解主題的物理特征和實際的科學背景，將這些元素提煉為文字描述并形成一系列精準的提示詞，并進入語匯選擇的綜合考量階段，這有助于確保后期生成的圖像在視覺上與真實的裝置相匹配，幫助觀眾更好地理解這些復雜設備的實際外觀。

如在《質子秘境》作品創作中，創作者通過在Midjourney中輸入“/describe”指令對墊圖進行提示反推，獲得四組提示詞（見圖6）。

3.1.3 語匯選擇

提示詞是實現科學性與藝術性平衡的核心要素，在提示詞中加入科學性的詞匯可以確保作品在表達藝術性的同時，傳達裝置的科學原理和作用。通過選擇包含描述裝置工作原理的科學性詞匯，可以使生成的圖像更有重點地展示科學概念。創作者通過對提示詞的不斷篩選和重新編輯，使圖片和文字的映射更加符合與大科學裝置相關的專業知識及專有名詞的指向性，有助于增強作品在科學界的融合度和對公眾的科學教育價值。

3.1.4 文字說明

每件生成式科學藝術作品都可以附加一段文字說明，這些說明為觀眾提供了理解作品中科學元素的必要背景信息。作品文字說明中可以包括對大科學裝置的描述，強調其在科學和技術上的重要性，解釋生成的藝術作品如何與實際的科學研究相聯系，提供科學數據或研究成果參考，向公眾傳達科學知識，提升其對科學的興趣和理解。

創作者需要根據最初想象調試出的圖片效果來決策是否需要墊圖，墊圖決策的過程實際上也是創作者深入掌握科學知識的過程。科學性的聲張必然要經過嚴謹的調查、思考、求證和調試過程。在對生成圖像進行提示詞描述和調整的過程中，創作者首先需要找到相關大科學裝置的介紹、影像、論文、設計原理圖為生成圖像提供參考，同時需要不斷熟悉相關科學知識、理論，以及大科學裝置背后蘊藏的文化內涵、歷史發展、社會環境。

3.2 藝術性加工

在大科學裝置生成式科學藝術作品創作中，主要通過想象調試、提示工程、高清轉碼、展示加工及策展設計以使藝術性維度得到彰顯。

3.2.1 想象調試

想象調試在本研究中主要為創作者將自己對某一大科學裝置的理解與想象轉化為具體的創作思路和文本提示詞。該階段的重點在于創作者對大科學裝置的個人見解、情感反應和想象力的運用，需要創作者將科學理解與藝術想象相結合，撰寫出引導AI創作的提示詞，這些提示詞需要精確且充滿創造力，以引導大模型生成符合創作者心中的大科學裝置科學藝術形象。想象調試是初始階段，迭代生成效果與創作者意象的符合程度是進一步創作的基礎，本研究的三幅作品早期調試階段生成圖片效果見圖7。

3.2.2 提示工程

生成式科學藝術作品創作中的提示工程指精心設計提示詞和調整參數引導生成模型創作出科學性與藝術性相平衡的圖像。藝術加工下的提示工程要選取能夠激發AI創造力和藝術性的語言表達，精細調整生成過程中的參數，如風格、色彩、細節、構圖等，以產生符合藝術愿景的效果，通過不斷試驗和調整，優化提示詞和參數設置，以達到預期的藝術效果。本研究的三幅作品提示過程見表2。

3.2.3 高清處理

高清處理指根據不同媒體和展示場合的需求提高圖像的分辨率，使圖像更加精細，以便在大型打印或高清屏幕上展示時保持圖像質量。在實際創作中，創作者將Midjourney生成的選定圖片在SD上進行高清處理，在SD圖生圖腳本中選擇SD upscale放大腳本，低分辨率版本將會被切割為n×n塊小圖塊并分別進行重繪，同時預留圖像可能重疊的部分，在每個小圖塊完成重繪后重新進行拼接，以保證圖片的連貫性。最終的圖像大小在確定圖塊重疊像素和設置寬高的基礎上調整，其中包括對重疊像素設定值的添加，同時還需調整圖像的縮放倍數來確保高清處理后的精確尺寸。圖像高清處理在分割重繪的過程中具有不可控性且操作較為繁瑣。

3.2.4 展示加工

在作品展示前，還需要進一步人為加工以滿足展示的具體需求。如根據展示空間和藝術效果的需要對圖像調整構圖、應用藝術濾鏡或進行色彩校正，以增強作品的藝術表現力和觀賞價值，或者為藝術作品賦予一個有意義的作品名稱，以反映其藝術理念及科學概念，增加其故事性和可理解性。

3.2.5 策展設計

完成作品創作后，作品的策展設計仍不能忽視。好的策展設計可以提升作品展示的藝術性和觀眾參與度。策展設計應考慮展覽序言、海報設計、空間布局、動線互動等。如在大科學裝置藝術文獻展中，創作者設計了“實景彈幕提示詞”交互式展覽機制，邀請觀眾在看展時將想到的任何語匯寫在展品旁邊。該設計增加了互動元素，調動觀眾參與，也使作品的再創作成為可能，這些都將進一步豐富科學傳播的手段和深度。

作品藝術性的彰顯是通過一系列綜合的創作和展示技巧完成的。AI繪畫雖然并沒有太多專業性的理論，但生成的作品仍然能被觀眾欣賞到其美妙之處，引起情感共鳴[8]。如《太陽交響》的畫面整體色彩明快活潑，利用旋轉木馬、電流等具體意象，將高溫等離子等晦澀、抽象的科學概念趣味性地呈現在大眾面前；如《針灸脈沖》中一根根充滿力量感的“銀針”沖向天空，具備了視覺沖擊力與美感；如《質子秘境》中，人們在地下千米的一潭靜水中探索微觀的宇宙奧秘。可以說，創作者通過AIGC實現了對大科學裝置的浪漫構想。

4 未來展望

生成式科學藝術作品的創作是一個多維度、多步驟的創作過程，是激發人與人工智能雙向互動的融合共創。藝術從誕生時就是技藝不分、密切聯系的，而AI技術的興起進一步催生了后人類主義美學，這一新興領域注重分析技術進步對人類關系的影響，并探討在科技浪潮下人類藝術的深層價值。它不僅考察藝術的實踐性和反思性，更為探索人與高新技術融合的后人類美學路徑鋪平了道路[9]。可以預見，隨著創作流程的沉淀、人工智能算法的進步及更多的生成式創作實踐，生成式科學藝術將能夠提供更為精準的科學信息，展現出更加深邃與復雜的科學概念，同時也能創作出更為豐富多彩、更具感染力的藝術作品。

AIGC在科學傳播領域中扮演的角色也將日益多元和重要，跨學科合作可能成為生成式科學藝術創作的常態。藝術家、科學家、工程師和人工智能專家將更緊密地合作，共同打造跨越學科邊界的創新作品，以全新的視角揭示科學與藝術的內在聯系。生成式科學藝術作品的未來也充滿無限可能性，如作品創作將更加注重觀眾的互動體驗，增強科學傳播的沉浸感；通過專業垂直的小模型精調，更好地理解細分科學知識，并生成更科學嚴謹的內容；將生成式科學藝術作為科學教育教學法，通過將學生作品創作與教學目的相結合，提高學生學習科學的興趣和效率，讓學習變得更加生動有趣。同時，如何在尊重知識產權、個人隱私和社會道德的前提下創造出既符合科學真實性又具有藝術價值的生成式作品，有待持續研究與實踐。

生成式科學藝術的發展將不斷突破現有界限，為科學傳播帶來新的革命性變革，其在啟迪人們探索科學奧秘的同時，也為人類文化的多樣性與創新性做出不可磨滅的貢獻。科學與藝術可以成為數字藝術蓬勃發展的“雙翼”，為其提供無窮的發展空間，增添更加多樣的美麗色彩，推動人類文明不斷演進。

作者簡介

周慎，男，博士，中國科學技術大學人文與社會科學學院科技傳播系、中國科學院科學傳播研究中心特任副研究員。研究方向：網絡與新媒體、科技傳播。

房曼琳，女，中國科學技術大學人文與社會科學學院碩士研究生。研究方向：科技傳播。

陳蔚浩，男，中國科學技術大學人文與社會科學學院碩士研究生。研究方向：網絡與新媒體。

參考文獻

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[7]周慎.新文本間性：生成式人工智能的文本內涵、結構與表征[J].新聞記者，2023（6）：39-45.

[8]黃莞馨.AI繪畫技術及其創造力和藝術性思考[J].玩具世界，2023（3）：135-137.

[9]段吉方，閻愷祺.AI生成藝術與后人類技術的美學意義[J].廈門大學學報（哲學社會科學版），2023，73（6）：54-64.

Generative Change in Science and Technology Narratives： Interconstructing and Balancing Human Intelligence and Artificial Intelligence

ZHOU Shen1， 2， 3， FANG Manlin1， CHEN Weihao1

1. School of Humanities and Social Sciences， University of Science and Technology of China， 230026， Hefei， China; 2. Science Communication Research Center， Chinese Academy of Sciences， 230026， Hefei， China; 3. Anhui Key Laboratory of Science Education and Communication， 230026， Hefei， China

Abstract： In the field of science communication， it is always a challenge to effectively transform obscure scientific concepts into forms that are easily understood by the public， and to achieve a delicate balance between scientific preciseness and artistic expression. The rapid progress of generative AI technology provides new possibilities for the integration of science and art， making the balance no longer just a creative pursuit， but a technical engineering problem of two-way interaction between human intelligence and artificial intelligence. Taking the popularization of large-scale facilities as a background， this study detailed how generative AI tools could be used to carry out scientific assurance and artistic processing in the process of popularization of cutting-edge scientific and technological resources， realizing both scientificity and artistry， and stimulating broader and deeper scientific dialogue and understanding. Generative science and technology narratives will play an increasingly diverse and important role in science communication， and will develop in the direction of interactive immersion， professional classification， and educational methodology in the future.

Keywords： Generative science and technology narratives; Science communication; Large-scale facilities; Digital art; Popularization of cutting-edge science and technology resources; AIGC