用试剂代替画笔,科学家导演出一幕幕化学反应,如绚丽夺目的时尚艺术片

化学魔术师

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“我们觉得你们的作品非常漂亮,希望获得授权,将它们用在场景里。”梁琰接到美国NBC电视剧场景设计师的请求时感到有些意外,因为他既不是好莱坞道具生产商,也不是室内装饰画廊的老板。美剧制作方眼中那些精妙的作品,其实是通过数字媒体技术手段呈现出来的一些化学反应。

作为科学可视化网站“美丽化学”的创办人,梁琰正在试图打破人们对化学固有的刻板记忆:元素周期表、实验室里的瓶瓶罐罐,甚至常常与“有害”联系在一起……不过,科学之美需要一双善于发现的眼睛,新的媒体技术打开了一扇门:探寻微观世界绚烂多彩的化学反应。当两种物质的溶液混合,肉眼看来或许只是浑浊、结晶、变色的简单过程,而通过高清摄像机的镜头,则会看到一个魔术般的奇妙世界:有的如烟花绽放,有的似万物生长。

事实上,“美丽化学”在吸引NBC的注意之前,已经在海内外的网络世界蹿红。去年9月底,“美丽化学”英文版网站上线,一个月内点击量超200万。其中文版于去年10月底上线,截至今年2月底,点击量超403万,其内容也在被其他平台不断转载。不久前,在美国国家科学基金会和《大众科学》杂志举办的最新一届Vizzies国际科学可视化竞赛中,由科学技术大学先进技术研究院和清华大学出版社联合制作的这一数字科普项目荣获视频类专家奖。这是来自大陆的参赛作品首次在此科学可视化顶级赛事中获奖。

除了“高票房”,美丽化学还赢得了“好口碑”。“就算你每堂化学课都睡着,但只要你看过‘美丽化学’的视频,就一定会明白科学是多么的不可思议。”美国《时代周刊》评价道。此外,包括《赫芬顿邮报》、雅虎新闻、“商业内幕”网站、探索频道等媒体都在热议“美丽化学”的故事。

科学家导演

100多年前,德国著名生物学家海克尔出版了《自然界的艺术形态》。他用精美的、具有新艺术运动风格的插画描绘了自然界中不为人知的生命形态,深受大众的喜爱。“美丽化学”的w88梁琰希望能够追寻海克尔的足迹,用数字媒体技术展示化学世界中丰富多彩的结构和变化。

“美丽化学”包括“化学反应”和“化学结构”两部分,分别从宏观和微观两个尺度展现化学之美。前者借助4K高清摄影机,捕捉化学反应中的缤纷色彩和微妙细节;后者在三维动画和HTML5互动技术的帮助下,使《自然》、《科学》等知名期刊报道的美丽化学结构可供用户互动体验。

在团队中,梁琰还担任摄影和科学可视化指导。所谓科学可视化,简言之就是利用计算机创建视觉图像,帮助人们理解错综复杂的科学问题。一些科学可视化专业人士也被称为“科学艺术家”。

在化学反应部分,他提出了“沉淀反应”、“化学花园”、“结晶过程”等八大系列,在这几大框架下,中科大化学实验教学中心副主任黄微、中科大化学系副教授陶先刚和梁琰一起构思讨论可以在其中融入怎样的化学反应。在具体操作中,梁琰负责拍摄和部分后期制作,黄陶二人分别负责化学药品的准备和化学反应的操作。

实践中,便于拍摄而又足够美丽的化学反应并不很多。为了找到丰富的化学反应,制作小组甚至翻阅了一百多年前的著作,而拍摄过程则更要面临一系列挑战。

在化学药品的准备方面,以“化学花园”为例,该实验是利用金属盐类与硅酸钠溶液进行反应,从而形成不断破裂又不断愈合的半透膜,就像植物在不断生长,宛如一座美丽的化学花园。在筹备过程中,可供选择的金属盐类繁多,如氯化钙(得到白色半透膜)、氯化铁(得到棕色半透膜)等等。哪些金属盐最适合拍摄、硅酸钠溶液的最佳浓度是多少、反应的最佳温度如何呢?这些细节都需要黄微根据经验不断进行试剂种类和浓度的调整。陶先刚多年的化学反应操作经验则为最佳拍摄效果提供了有力支持。

在去年的炎炎夏日,三人把自己关在实验室里,拍得热火朝天。“结晶过程”可谓八个系列中拍摄难度最大的,例如“硫酸铜结晶”,如果样品浓度太浓,会导致晶体析出过快,摄影机来不及充分记录这一动态过程;若样品浓度太稀,则会导致析晶时间过长,也不利于视频的拍摄。创w88就这样多次尝试和总结,花费了整整半个月才完成拍摄。

此外,由于是采用高清摄影机捕捉化学反应中的缤纷色彩和微妙细节,因此对拍摄环境要求较高,走路、开关门等不经意的行为带来的震动以及荧光灯的闪烁都可能影响拍摄效果。

而且,由于化学反应的特殊性,虽然某些反应很美,但可能需要在高温高压条件下进行,或是反应过程中会产生有毒物质等等,都限制了拍摄。

对于选材和创作,梁琰固守“美丽”是最重要的标准,他坦承这是客观和主观的平衡:一些化学反应虽然神奇,但不够美丽;一些化学结构虽然在学科内影响力够大,但不符合其个人审美观的也会被割舍。“有时科学本身就是艺术,创作则变成了一个发现的过程,这个过程让人兴奋。”

梁琰的兴奋在世界各地得到了共鸣,2013年诺贝尔奖和平奖得主“禁止化学武器组织”希望在化学武器使用100周年的纪录片中采用“美丽化学”的视频,欧洲核子研究组织则正在以粒子加速器等实验设施为背景的舞蹈剧《对称》中与“美丽化学”展开合作。

相对于媒体和国际组织的好评,来自教师和学生的反馈更令梁琰感动:英国Longhill中学的教师费尔霍尔从学生那里看到“美丽化学”后难掩激动,特地写信给梁琰表达支持;德国一位痴迷化学的15岁少年保罗也想拍摄化学反应,于是向梁琰求教。在国内,来自南开大学、扬州化学工业园区等多个机构希望使用“美丽化学”影像资料的申请纷至沓来。

方程式价值

“最大的乐趣就是创作能将科学和艺术完美结合的作品,并把科学的美丽和神奇传递给大众。”通过“美丽化学”,这位清华大学硕士和明尼苏达大学材料科学博士向这一目标迈出了坚实一步。

2011年梁琰拿到博士学位后,加入科学可视化公司Digizyme。当时Digizyme主要向企业和研究机构等客户提供网站、图像和动画视频等服务,帮助其理解科研成果、技术和产品。其中,动画制作收费最高,每分钟的收费达几万美元。2012年,梁琰作为科学动画师,参与开发了数字教科书《地球上的生命》。这是一本具有革命意义的美国高中生物数字教科书,其中大量运用了高水平的科学动画和先进的互动技术。

一段时间后,梁琰开始遇到职业上的瓶颈,面临成为“一颗高级螺丝钉”的风险。他决定辞职,一边从事自由职业,一边思考未来方向。梁琰开始尝试自己的科学可视化商业模式。起初他的方法很简单,就是给大学教授们发邮件,告诉他们自己可以提供科学图像服务。

“发出去100封邮件,大概会有5个教授回复。”梁琰向《环球w88优德亚洲官网》回忆。就这样,他找到了第一位客户。梁琰自觉经验有限,提出免费为这位麻省理工教授设计封面,但对方最终还是坚持支付了300美元。这是梁琰作为自由职业者获得的第一笔收入。口碑逐渐积累,这位年轻科学艺术家的作品也一次次登上《科学》、《自然-材料》、《美国科学院院报》等顶尖科学期刊的封面。

客户虽然越来越多,但梁琰逐渐觉得这些封面只是科研的“锦上添花”,惊喜也越来越少。他期待更加激动人心的科学艺术作品。这时远在大洋彼岸的清华大学出版社数字教学平台总监郑奇和他发生了创作上的化学反应。梁琰还在美国时两人就有邮件往来。郑一直想做高品质科学可视化内容,苦于找不到合适的人。“遇到梁琰就像在黑暗中见到了光。”郑奇如此向《环球w88优德亚洲官网》描述当时的激动。

如果说梁琰是“美丽化学”的导演,那么郑奇就是制片人。他为“美丽化学”这把烈火抱来了第一捆干柴—国家文化创意产业基金。不仅如此,在中科大传播系系主任周荣庭的邀请下,梁琰以特任副研究员的身份加盟,得到了自由职业无法比拟的平台支持。在数字技术方面,北京新港致远有限公司提供了无偿帮助。这家公司和梁琰团队在数字教育产品开发领域有不少相同的理念,其技术总监刘吉源为化学反应部分提供了视频呈现技术,并保证了化学结构部分的交互体验和多平台兼容。

目前,梁琰和他的朋友们正在为“美丽化学”升级。在预计今年6月上线的1.5版中,将增加新的化学反应视频和互动化学结构,并使用显微镜以全新视角展现化学反应的美丽;在计划于明年底上线的2.0版中,“美丽化学”将聚焦于前沿化学研究,力图展示化学在解决人类面临重大问题方面的重要作用,关注化学如何让生活更美好。

同时,梁琰很清楚实现上述目标需要找到一个可持续的运营模式。理工科出身的他善于“实验”。在他看来,“美丽化学”本身就是一次实验,验证了作品能否在世界范围内获得广泛关注与认可。接下来他将继续验证两个问题:一个基于满足人们求知欲和好奇心的、能够得到广泛关注的数字作品能否为制作团队带来经济上的回报?这样的回报存在于欧美市场还是市场?

据梁琰介绍,“美丽化学”正在通过以下几种方式融入商业元素。首先,通过推出图书、杯子、T恤衫等周边产品,以及授权其他机构使用“美丽化学”素材来获得一定收入。例如,“美丽化学”的中文版图书将于今年底由清华大学出版社出版发行,英文版将在随后发行;授权NBC制作的美剧、品牌赞助的时装发布会等产品或活动中使用“美丽化学”的素材。

其次,向教育产品转化。例如,通过增强现实技术,与纸质版的教科书结合,在学生遇到某个知识点时,利用智能手机等终端设备扫描课本,就可随时看到相关数字影像,使之变得生动立体。甚至可以再进一步,彻底数字化,替代纸质教科书。此前,中科大已和皖新传媒联合成立新媒体研究院,接下来将以其为平台推进“美丽化学”相关教育产品。

第三,借鉴BBC、Discovery的成功经验,与央视这样的国家级平台合作,制作美丽化学纪录片,向公众讲述化学如何改变生活的故事,将其打造为更系统的文化产品。

在梁琰看来,在上述方面既有不少成熟技术可用,也有商业模式可循,但内容是关键,“做好内容才能走在别人前面”。