2021年9月22日下午，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)高等研究院名譽(yù)院長楊振寧先生學(xué)術(shù)思想研討會——賀楊先生百歲華誕在清華大學(xué)舉行。原國務(wù)委員、第十一屆全國人大常委會副委員長陳至立，清華大學(xué)校長邱勇，中國物理學(xué)會理事長張杰，香港中文大學(xué)校長段崇智，清華大學(xué)原校長、高等研究院院長顧秉林在會上致辭。校黨委書記陳旭主持會議。

清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院米海鵬副教授受清華大學(xué)高等研究院之邀，主持了高研院師生敬獻(xiàn)之賀禮——“楊振寧的世界”的設(shè)計(jì)工作。

楊振寧先生是享譽(yù)世界的物理學(xué)家，在近代理論物理領(lǐng)域取得了卓越的成就。經(jīng)高研院翟薈教授、顧秉林院士、李家強(qiáng)副院長及朱邦芬院士等反復(fù)商議，基本確立了百歲華誕賀禮作品要突出體現(xiàn)的三個核心要素：對人類文明所做出的科學(xué)貢獻(xiàn)、中西融匯的人生經(jīng)歷，以及濃厚的家國情懷。確立了設(shè)計(jì)思路后，美院團(tuán)隊(duì)和高研院團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步配合，逐一確定了各個要素的呈現(xiàn)方式。例如，以楊-米爾斯理論的公式代表?xiàng)钫駥幭壬目茖W(xué)貢獻(xiàn)，以一系列年份來代表?xiàng)钫駥幭壬娜松?jīng)歷，用地球的形態(tài)來代表“全人類”。此外，米海鵬副教授還提出要使用投影技術(shù)，利用作品的“實(shí)”和其光影的“虛”相結(jié)合的主要思路，虛實(shí)結(jié)合，相得益彰。

確立了這些具體元素以后，米海鵬副教授團(tuán)隊(duì)和高研院老師多次開會研討。最終確立由一對設(shè)計(jì)思路相同，但表現(xiàn)形式不同的作品共同組成的方案。每個作品的主體都是形似“地球”的球體。作品配有投影燈，通過光影效果，兩個球體中的重要文字信息被投影顯示出來，映射作品虛實(shí)相生的意境，延展觀者的想象空間。在不打光投影時，這一對作品本身也應(yīng)該是優(yōu)美的藝術(shù)品。其中之一的主體是鏤空經(jīng)緯線的黑色地球，而另一個的主體是整體金屬表面的白色地球。兩件作品一黑一白，一虛一實(shí)，暗合中國傳統(tǒng)文化的陰陽哲學(xué)。代表?xiàng)钫駥幭壬鷮W(xué)術(shù)成就的楊-米爾斯方程，只有當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)動到一個恰當(dāng)?shù)慕嵌葧r，才會通過投影的方式呈現(xiàn)在投影墻上。而在沒有打開投影的時候，那些公式中的字符則巧妙隱藏在工藝品的不同位置中，給人帶來想象的空間。

數(shù)字建模技術(shù)在作品的設(shè)計(jì)過程中，發(fā)揮了重要的作用。在探求方案細(xì)節(jié)階段，數(shù)字建?？梢宰屧O(shè)計(jì)更加接近實(shí)際的想法，將設(shè)計(jì)師的想法逐漸成型的完善設(shè)計(jì)構(gòu)思。在精度要求如此高的作品中，數(shù)字建模更是必不可少的一環(huán)。米海鵬副教授的博士生姚智皓負(fù)責(zé)數(shù)字建模和燈光模擬工作。他需要在數(shù)字環(huán)境中1：1搭建一個完整的設(shè)計(jì)方案，并通過不斷調(diào)整經(jīng)線、緯線、版圖、字符等等各種要素，既要讓它們呈現(xiàn)出一種靜態(tài)的美感，還要讓它們在光源照射的情況下，完美地把楊-米爾斯方程等關(guān)鍵信息投射到墻上。這些要求導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)受到的約束非常多。不僅需要考慮內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，還要注重美感的一致性，更要兼顧投影效果。經(jīng)過不斷推敲打磨模型構(gòu)思和細(xì)節(jié)，最終完成了整體的造型、結(jié)構(gòu)、材料、比例、色彩、肌理、光影等多方面的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

數(shù)字建模不僅需要模擬設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)本身，還需要模擬電路的搭建以及工藝的選材。從工藝方面來說，數(shù)字建?？梢越o人以最直觀的視覺效果體驗(yàn)，選用何種材料可以展現(xiàn)何種效果都非常直觀，甚至對于烤漆的顏色，都可以模擬出真實(shí)的顏色效果。這也大大減少了試錯的成本，提高了整個團(tuán)隊(duì)整體的效率。比如白色地球的設(shè)計(jì)方案中，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的切割角度選擇非常重要又很難確定。在模擬過程中發(fā)現(xiàn)，弧面切割會導(dǎo)致構(gòu)件無法旋轉(zhuǎn)，只能通過直線切割的方式保證構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的可行性。除此之外，切割還需要控制構(gòu)件表面美洲板塊所占整體球面面積的比例，如果面積過大會導(dǎo)致電機(jī)的受力過大從而不穩(wěn)定。經(jīng)反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)，最終將這一切面的夾角確定為42度，也就是最終所呈現(xiàn)的方案。而黑色地球的方案中，為了保證工藝的精度，模型細(xì)化到了0.1mm的量級，為后續(xù)工藝的加工提供了完整性方案。每一根經(jīng)緯線的旋轉(zhuǎn)角度和位置都經(jīng)過了模型中的數(shù)輪調(diào)整，才確定了最終形態(tài)。

將這一獨(dú)特的作品實(shí)現(xiàn)，需要分別解決電路工藝和金屬加工工藝兩方面的問題。

電路工藝方面，首先是在投影燈的選擇上，為了最好的投影效果，需要使用盡可能接近點(diǎn)光源的光源。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行逐一測試排查后，挑出了投影效果最好的投影燈。但是，投影燈本身的散熱也是需要解決的問題，在測試初期，投影燈不能連續(xù)點(diǎn)亮超過5分鐘，否則一定會燒掉控制電路板。為此，團(tuán)隊(duì)專門找到一款專用驅(qū)動板，用來調(diào)控電流，并增加散熱模塊，才得以解決這個問題。關(guān)于供電方式，也有很多細(xì)節(jié)的考慮，為了讓作品看起來更是一個純粹的工藝品，團(tuán)隊(duì)提出了不能使用一根外露導(dǎo)線的要求。對于白色地球方案，這一要求尤為困難。因?yàn)榍蝮w內(nèi)藏著電機(jī)，要供電，還不能連導(dǎo)線，幾乎是無法做到。最終團(tuán)隊(duì)采用了無線電源傳輸?shù)姆桨?，?jīng)過細(xì)致的測算，使得作品精確放置在底座之上時，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和投影的效果。

要將這樣獨(dú)特大膽的設(shè)計(jì)方案呈現(xiàn)出來，更需要有頂尖的金屬加工工藝的支撐。這需要考慮到材料的機(jī)械特性和加工工藝，怎么把它高水準(zhǔn)地制做出來，成了團(tuán)隊(duì)眼前的大問題。米海鵬邀請到美術(shù)學(xué)院工藝美術(shù)系的王曉昕副教授擔(dān)任工藝技術(shù)顧問，王曉昕邀請了一位他曾指導(dǎo)過的學(xué)生陸勇來解決具體的傳統(tǒng)金屬工藝加工問題。現(xiàn)任中國工藝美術(shù)協(xié)會金屬藝術(shù)專業(yè)委員會委員的陸勇曾經(jīng)在清華美術(shù)學(xué)院進(jìn)修，他和他的團(tuán)隊(duì)擅長高難度的銑切削焊等加工工藝。然而此次作品本身的難度，還是讓陸勇感受到了很大壓力。這個作品不僅需要藝術(shù)表現(xiàn)力，還需要和科技相結(jié)合，需要非常高的精密度以及精巧的結(jié)構(gòu)，還要集成團(tuán)隊(duì)從來沒有涉足過的電子控制系統(tǒng)。

由于需要采用鈦合金材質(zhì)加工，又給工藝團(tuán)隊(duì)帶來了更大的困難。鈦合金導(dǎo)熱性能差，不易于銑削等加工，在之前行業(yè)內(nèi)幾乎很少有大尺寸鈦合金一體銑削制造的先例。工藝團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)過程中，克服了諸多困難，產(chǎn)生了很多創(chuàng)新的方法，最終完成了作品的制作實(shí)現(xiàn)。

鈦合金容易在焊接點(diǎn)產(chǎn)生反應(yīng)，使其脆化，這就容易導(dǎo)致已經(jīng)做好了的焊接，在后期發(fā)生折斷或者損壞。在黑色地球的方案中，楊-米爾斯公式的字符需要采用鏤空焊接的工藝。焊接連接的部分只是一個極小的橫切面，這對焊接就造成了非常大的困難。作品的投影特性，也使得字母并不是焊接上就可以了，而是需要焊點(diǎn)能夠非常精準(zhǔn)地還原投影效果。為此，工藝團(tuán)隊(duì)只能在晚上焊接。在沒有環(huán)境光線影響的情況下，打開投影燈光，就著投影燈光效果焊接。

白色地球方案的工藝難點(diǎn)在于“銑削”。白色地球球體的材料是鈦合金，其內(nèi)部中空，一是為了球體減重，二是需要在球體內(nèi)部放置電機(jī)、控制器等電路系統(tǒng)，以支持球體旋轉(zhuǎn)部分的運(yùn)動。外觀上雖然看起來像是兩個部件，其實(shí)是用四塊實(shí)心的材料，銑削成中空殼體之后，再分別焊接組裝。而最終的球殼璧厚達(dá)到了5mm到6mm，對于這樣的銑削厚度，在直徑30cm的鈦合金球體這么大體量的加工下是有極大的困難的。鈦合金在車床上加工過程中容易產(chǎn)生共振，從而使刀具的刃口迅速磨損、崩裂、并生成積屑瘤，又使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步縮短刀具壽命。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)不斷地摸索調(diào)整，終于戰(zhàn)勝了這一工藝難題，完成了加工。

9月22日活動結(jié)束之后， 高研院翟薈教授攙扶著楊振寧先生走出會場。路上，楊先生關(guān)切地問起，這兩件工藝品是怎么制作出來的？是不是用了電腦建模的技術(shù)，使用了什么材料進(jìn)行加工等等。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的每個人都對于楊先生對這份賀禮的關(guān)注感到非常興奮，也驚訝于楊先生觀察之細(xì)致，思維之清晰。

“楊振寧的世界”是一座橋梁搭建在先生與后輩之間的橋。在這份賀禮中所大膽嘗試的新方法、新工藝，也體現(xiàn)著后輩們對于楊先生所提倡的科學(xué)與藝術(shù)相互啟發(fā)之理念，以及勇攀高峰之創(chuàng)新精神的探索與踐行。

策劃

米海鵬 翟薈

設(shè)計(jì)

米海鵬 姚智皓

工藝顧問

王曉昕

工藝制作

陸勇

控制技術(shù)

肖文鵬 沈祥佑

測試保障

高明月 吳昊

資料提供：

信息藝術(shù)設(shè)計(jì)系米海鵬副教授

撰稿：李安吉