向文、蔡际洲 | 地理信息系统（GIS）在我国艺术学研究中的应用——兼谈其在音乐学研究领域的作用路径
2021 第2期
《艺术百家》
作者简介
向文（1971—）男，湖北荆州人，音乐与舞蹈学博士，南京师范大学音乐学院教授；武汉音乐学院客座教授。
研究方向：中国传统音乐理论，音乐教育理论与实践。
蔡际洲（1952—）男，陕西汉中人，文学（音乐学）硕士，武汉音乐学院音乐学系教授。
研究方向: 中国传统音乐理论，民族音乐学理论。摘 要 地理信息系统（GIS）在我国艺术学门类中的应用起步于2000年以后，这是继20世纪90年代GIS向人文学科转向之后的又一学术新动态。通过短短二十年时间，艺术学领域的GIS应用就实现了跨越式发展。其呈现特点是涉及学科多、深入领域广、融合速度快，并为艺术学各一级学科的空间研究领域提供了新的视角和新的方法。全文以艺术学门类中各一级学科为观察对象，通过文献计量分析，对GIS在戏剧与影视学、设计学、音乐与舞蹈学等学科领域的进展情况进行了全面观照，并对GIS应用于中国传统音乐研究的现实境况和作用路径进行了初步探讨。
关键词 地理信息系统；艺术学；戏剧与影视学；设计学；音乐与舞蹈学；中国传统音乐
基金项目 论文为国家社科基金艺术学项目“长江流域田歌形态及地理分布的数字化研究”（项目编号：13BD041）阶段性成果之一。
前 言
地理信息系统（英文全称Geographical Information System，简称GIS）在我国艺术学门类中的应用起步于2000年以后，这是继20世纪90年代GIS向人文学科转向之后的又一学术新动态。回望我国GIS近40年的发展历程，其学科的框架已经基本形成，并在自然学科、社会学科及人文学科的空间研究领域中取得重大进展。据笔者观察，就艺术学门类而言，GIS的应用虽然晚近，但该学科门类的GIS应用已经呈现出涉及学科多、深入领域广、融合速度快的特点，并为多数一级学科空间研究领域提供了新视角和新方法，甚至在部分二级学科或学科方向实现了跨越式发展。就音乐学的GIS研究而言，其现状如何？其未来路向怎样？戏剧与影视学、设计学等姊妹学科中GIS应用究竟为音乐学提供了哪些经验？这些都是在音乐学与GIS跨学科融合背景下不可回避的话题。
本文关注的是艺术学视野中GIS的进展情况。有关这一领域的研究，学界尚未有人系统涉及。我们的具体做法是以《普通高等学校本科专业目录（2012年）》为依据，将艺术学门类的各一级学科作为考察对象，通过收集、整理和分析GIS在艺术门类各学科中应用的相关期刊文献，深入了解GIS在这一领域的应用情况，进而对音乐学中GIS应用的未来路向进行展望，并为学科综合化背景下的音乐学跨学科研究提供参考与借鉴。
本文研究资料来源于《中国学术期刊网络出版总库》。笔者以“学科名（含一、二级学科）”或“学科方向名”为主题、并含“地理信息系统”或“GIS”的方式进行查询，得知GIS在艺术学门类中的应用主要涉及三个一级学科：一是戏剧与影视学，二是设计学，三是音乐与舞蹈学。其中，获得GIS应用于戏剧与影视学的文献有27篇，应用于设计学的有92篇，应用于音乐与舞蹈学的有11篇。其具体情况如下：
一、GIS在戏剧与影视学中的应用
在戏剧影视学的11个二级学科中，GIS技术的应用主要集中于影视和动画的两个专业领域。其中，在影视方面，学界把研究不仅聚焦于影视GIS的概念探讨，而且还注重影视制作技术研究与平台构建；在动画方面，学界则将研究聚焦于基于GIS的动画制作技术研究。
（一）理实一体——影视GIS的概念探讨与实践平台构建
在理论研究方面，南京师范大学闾国年教授在《发展影视GIS 推进GIS社会化进程——兼论GIS中的“世界”观察与表达方式》一文中，首次提出了影视GIS的概念，并将其定义为：“对获取的具有空间定位信息的影视数据进行传输和管理，并在单帧影像解析基础上进行空间测量和空间实体三维建模的技术系统。”进而对影视GIS克服传统二维GIS、虚拟现实系统、航空航天影像方面不足所体现出的优越性进行了充分的论证。
在实践应用方面，主要集中于影视制作的技术研究与平台构建两个方面。其中，影视制作方面如夏运钧的《立体影视与地景仿真》一文通过解析影视立体视觉的生理基础，介绍了如何基于GIS环境生成立体透视图，并以数字地面模型（DMT）数据为原始资料实现视景地形仿真的技术。为影视拍摄中仿真模拟实践提供了技术支撑；张兴国等人则以青藏高原冻土区公路的数据为研究对象，通过结合影视三维建模和空间运行的具体要求，建成了面向拍摄对象的影视GIS的数据库模型，并实现了影视制作的系统开发和实景应用。基于GIS的影视平台构建方面如万津津、陈刚应用GIS技术对江苏省徐海、长江、太湖三大旅游区各自的影视文化特征进行了分析，并提出“政府主导、空间营销、网络合作”的旅游影视开发平台的策略，为科学规划、合理利用旅游资源提供了极具信度的依据。
（二）实践导向——实现交互式三维动画技术的弯道超车
相对而言，GIS应用于动画专业领域的时间相对较晚，但始终坚持实践导向，并在短时间内取得了令学界瞩目的众多成果。首先，最典型的实践案例就是王桂芝等的《“地图见证辉煌——中国改革开放30年”多媒体演示系统中的应用》，文章进一步拓展了GIS平台相关功能，首次尝试并实现了GIS情境下的音乐与动画、技术与艺术的完美结合。其次，基于三维仿真动画制作已经成为学界关注热点的现状，学者们通过GIS提供的技术支撑，研究其与动画制作的相关软件在同一情境中交互应用的可能性，并得以实现，进而大大提高了三维动画制作的仿真度。这一领域最具代表性的相关成果包括《交互式三维动画的制作生成教学研究》《基于3DS MAX Script语言的三维表面附着运动仿真》《ArcGIS中制作三维动画的方法》《虚拟现实与计算机动画》《利用Java 3D实现Web上的真实感地形显示》《分布式环境下的并行处理ARC/INFO飞行动画生成技术》《地理信息系统中时空多维数据可视化技术研究》等，这些成果分别对基于GIS的交互式三维动画生成、动画仿真、动画飞行等进行了技术性探讨，并实现了我国交互式三维动画制作技术在国际上的弯道超车。
二、GIS在设计学中的应用
在艺术设计学的9个二级学科中，作为拓展空间研究的重要技术手段——GIS，主要集中应用于环境设计领域。其主要特点表现为开放性、包容性和人文性。具体包括在以下三个方面：
第一，引入GIS技术，推助环境艺术设计国际化。
新世纪以来，设计学学者保持开放的学术视野，善于捕捉国际学术动态，适时引入国际环境设计理念，特别是将GIS空间技术应用于本领域的理论研究与设计实践，整体提升了国内环境艺术设计水平。代表性文献包括刘滨谊的《国内外景观规划设计热点纵横──理论、技术、创新》，文中对景观遥感（RS）和GIS技术在风景资源调查、景观美感量化与城市绿地系统规划中的应用原理及相关理论进行了系统推介；宋力、王宏的《GIS在国外环境及景观规划中的应用》，文中对国际居住景观创造的新趋势进行了梳理，并对当代环境设计由静态景观走向动态景观的理论研究与实践进行了深入研究；等等。
第二，拓展GIS功能，催生学术热点，助力学科发展。
GIS技术在自然科学领域的应用引起了艺术设计学界的关注和极大兴趣，特别是GIS的可视化功能受到设计学学者的青睐，甚至部分学者已经认识到GIS与本学科结合的巨大潜力，进而开始着力于基于GIS的环境技术开发，并迅速推助这一跨学科研究成为艺术设计领域的学术热点。相关成果包括伍超奎、林亚平等的《GIS、RS与3DS MAX在园林三维景观设计中的应用》，蒋文燕等的《基于VRML_ArcGIS的虚拟旅游景观设计与实现》，田晓程、文国仓的《基于ArcGIS的城市三维景观漫游系统设计与实现》，张飞兰的《景观可视性定量计算方法的研究》，洪海洋的《基于可视化技术的景观信息模型构建研究》等，均对GIS平台构建、三维动态景观设计和虚拟景观、虚拟城市的可视化技术等进行了可行性研究，这些理论成果迅速应用于环境设计实践，推动了设计学学科的发展，并引起了学术界的关注。
第三，紧扣人文性特征，把握基于GIS的人居环境设计新动态。
2010年后，设计学学者开始把目光由社会转向人，并尝试运用GIS改善人居环境，特别是在以“人”为中心的有关环境配套建设的国家重大工程方面取得了重大突破。这一时期，学者们主要对GIS与环境设计的关系进行了研究，如徐明珠将GIS在环境设计中的应用概括为六个方面：1.用地适宜性评价；2.环境廊道分析；3.地形地势分析；4.坡度坡向分析5.景观视线视域分析；6.三维显示。除此以外，更多的学者则将注意力集中于主题个案的设计，主要包括两个方面：一是区域主题景观设计研究，如于东飞等的《基于GIS技术和“汇水小区”理念的城市雨水景观规划设计》，赵庆、唐洪辉等的《山地旅游度假区景观设计研究——以“南山水语”综合示范区为例》，扈军等的《基于GIS的声景观地图制作与分析——以杭州柳浪闻莺公园为例》，唐锦的《山地型公园游步道设计研究》；二是道路主题景观设计研究，如杜智民的《基于RS、GIS的高速公路生态景观技术研究》、杨钦杰的《基于GIS的高速铁路沿线景观后评价研究》等，相关成果主要立足于人与自然和谐共生理念，运用GIS技术，对高速公路、高铁线路的选择、沿线生态景观设计、后期景观维护和评价等进行了科学、系统的论证。
三、GIS在音乐与舞蹈学中的应用
在音乐与舞蹈学的6个二级学科中，GIS技术的应用时间相对较为晚近，成果并不多见，且主要集中在音乐学研究领域。其中2011年的两篇文献值得学界关注：一是金亚迪《基于ArcGIS的古筝艺术地理信息系统研究与实践》一文，该文使用ArcGIS软件，对古筝的空间分布、流派、文化、视听等信息数字化，对集地理分布、流派解析、区域背景、视听演示和数据加工为一体的古筝地理信息系统的建立进行了理论阐述。该文的创新点是将以视觉原则取向为主的地理信息系统扩展到听觉范畴，并首次将GIS应用推广到古筝研究领域。二是向文的硕士论文《湖北田歌研究》，该文以1267首湖北田歌为研究对象，在对其结构进行定性分析和定量统计的基础上，运用GIS建立了湖北田歌音乐形态数据库，并通过制作田歌形态专题图，实现了对湖北田歌地理分布的可视化表达。之后，张江莉在《在民族音乐学的区域音乐文化研究中运用GIS技术的设想》《湖北三音歌实证研究》等论文中对GIS应用于地域性民间歌曲地理分布研究的理论和实践进行了进一步的探索，并运用GIS的数据库及可视化两大功能，对长江中游湖北省域内三音歌的地理分布情况进行了研究。2015年，向文、蔡际洲合作《湖北田歌结构的地理分布——地理信息系统（GIS）用于音乐学研究的初步尝试》一文，进一步对传统音乐地理分布专题图的制作进行了专题讨论和个案解析。2016年，蔡际洲、向文在《长江流域“巴蜀—荆楚”音乐文化区划问题——运用音乐数据库资料进行实证性研究的尝试》一文中运用GIS的数据库、可视化、辅助分析三大功能，以“集成”资料建立的数据库为基础，选择南方民歌中具有代表性的田歌为研究对象，并以其作为音乐文化区划的客观依据，运用定性分析与定量分析相结合的方法，对长江流域“巴蜀—荆楚”音乐文化区的划分进行了初步的实证性研究。2018年，刘欣、李宁的《钢琴艺术空间扩散研究的视阈与方法》一文从音乐文化地理学的视角，对钢琴艺术的空间扩散问题进行了视域界定和方法论架构。该文指出，就钢琴艺术的空间扩散问题而言，无论是钢琴制造技术的空间扩散、钢琴作品与体裁的空间扩散、钢琴演奏流派的继承与传播、钢琴艺术表演活动的空间扩散，还是钢琴理论研究的空间扩散、钢琴教材的空间扩散、钢琴表演形式和演奏技巧的空间扩散及其他与钢琴有关的教育教学模式的空间扩散，均完全可以借助GIS这一“工具”“资源”“技术”来得以实现。
同时我们还注意到，学界有人将GIS技术运用于音乐数字化平台开发的实践。相关文献及内容包括：吴倩、何辉的《甘肃少数民族音乐数字化展示平台的构建与实现》一文以裕固族民歌的数字化展示为实例，提出了应用“云”技术和Web GIS构建甘肃少数民族音乐数字化展示平台的设想，为国家非物质文化遗产数字化传承保护提供了思路；南京师范大学曹阳将与道乐相关的文字、图片、声音等资料数字化，利用GIS平台实现了传统音乐的网络共享，也是GIS应用于中国传统音乐实践的成功范例。
四、GIS在音乐学领域的应用前景及作用路径
通过以上梳理不难获悉：一方面，GIS虽然介入艺术学门类各领域的时间相对晚近，但由于其在自然科学研究领域基础好、发展快、介入深，且体系完备，故为艺术学门类各学科在内的人文社会相关学科研究中GIS的应用奠定了较好基础。另一方面，较之艺术学门类其他学科而言，GIS介入音乐学研究领域不仅时间较晚，而且尚不够深入。虽然在相关研究中对民歌地理分布专题图制作和数据库建设等功能有所涉及，但仍属于初步探索阶段，且研究方式也仅限于研究对象的地理分布状况之描述。笔者借鉴GIS在艺术学门类相邻学科中的实践应用成果，并侧窥其他人文学科研究中的GIS应用的新进展，认为音乐学研究领域的GIS应用前景非常广阔，且有望在音乐地理数据挖掘、音乐空间辅助分析及音乐形态可视化表达等GIS核心功能方面得到极大地拓展。究其作用路径而言，我们认为主要体现在以下三个方面：
（一）音乐数据处理及音乐数据库建设
基于GIS背景的数据是指与研究对象相关联的所有空间和非空间信息。音乐数据是指与音乐相关的图形、图片、文字、表格、音频、视频等信息。音乐数据处理则是指将与音乐相关的文本、图片、音视频等数据信息进行数字化，并运用多媒体设备存储的过程。基于GIS的音乐数据库是指某区域内关于一定地理要素特征的音乐数据的集合，主要涉及与音乐相关的图形、图片、文字、表格、音频、视频等信息和与音乐相关联的空间数据的存储、管理和组织。音乐数据库应该是GIS的最核心的部分，也是进行音乐数据分析的前提和基础。
在数据库的实践探索方面，历史学、考古学、文献学、设计学等人文学科从不同学科视角对中华历史文化资源数据库的建设，为音乐数据库的发展提供了借鉴。如文化和旅游部民族民间文艺发展中心、艺术研究院非物质文化遗产数字化保护中心、复旦大学中国历史地理研究所、上海音乐学院中国仪式音乐研究中心等单位，通过项目推进的形式，在音乐数据库建设方面积累了可供借鉴的经验。
就现当代的音乐学实践而言，无论是音乐界的学者自20世纪60年代以来进行的大规模的中国民族民间音乐的收集和整理，还是新世纪以来，国家、省、市、县各级非物质文化遗产代表性项目的申报，均累积了海量的传统音乐文化资源。在信息化时代建设“数字中国”的国家战略背景下，如何对海量的民族民间音乐资源进行数据信息处理？如何构建具有可视化、可辅助分析的中国民族民间音乐数据库？如何研发基于WebGIS的网络开放式共享平台，让民族民间音乐数据库成为大众公共产品？如何建立基于GIS的中国民族民间音乐数据的国家标准，让新成果能迅速对接数据库，实现更高质量的音乐资源共享？这些都将成为或已经成为音乐学学者进行跨学科思考的重要论题。
（二）音乐数据分析
数据分析源于统计学应用，音乐数据分析是指将数据库中音乐信息的空间位置、空间关系和时间特征引入到统计分析中，并从时空的视角提取和挖掘数据中的时空规律、变迁过程等隐含信息的过程。学界一般认为，数据分析的目的主要包含两个方面：一是通过实证，对假设进行验证；二是帮助研究者看到凭经验看不到的东西。前者主要指通过实证的手段帮助我们验证已有结论的真伪；后者是指通过实证的手段，帮助研究者捕捉难以凭借自身的感性认识和数理统计所能够觉察的模式、规律和知识。作为文化范畴的音乐，其数据显然具有显著的空间分异特征。而基于GIS的时空数据分析方法，不仅可以为已有音乐本体和音乐文化的研究结果和假设提供科学、有效的分析手段，而且可以为音乐研究者提取出隐含其间的模式和规律提供技术支持。
谨结合中国传统音乐来看，由于我国历史悠久，幅员辽阔，每一类别音乐同其他传统文化一样均具有显著的传承性和区域差异性。描述、评价和预测中国传统音乐文化的历史演变和时代变化特征，就要科学地分析它的过去、现在并预测未来。而GIS兼具时空特征的方法与技术优势，无疑是实现这一目标的最佳手段。因此，采用传统音乐数据和音乐时空数据相结合的方法，研究并设计中国传统音乐时空基础架构，实现音乐数据的数字化转换，对挖掘其中的规律和形成机制，实现中国传统音乐文化基因的有效保护和传承具有重要意义。
（三）音乐专题图制作与音乐数据可视化
地图作为空间数据可视化的主要表现手段，有着悠久的历史发展和清晰的历史传承脉络，并处于整个可视化技术的核心地位。从纵向的历史发展视角来看，中外地图编制技术先后经历了古希腊的圆锥投影时期、19世纪的三角测量时期及20世纪初的航空摄影测量时期等。1960年代，由于传统纸质地图向电子地图的转型，使得现实地理空间向数字地图空间的转变成为可能，数字化制图也就成为了GIS初创时的三大技术支撑之一。经过50多年的发展，特别是随着地理基础数据的开放和科学技术发展，电子地图已经由手工绘图、机助制图进入了手工、机助与智能识别相结合的制图新时代。
在中国传统音乐研究实践中，我们可以充分利用已经开放的《中国历史地图集》以及“当代数字中国电子地图”等成果，借助CHGIS平台，根据研究需要制作有关研究对象专题图。基于GIS的音乐专题图主要包括以下两类：第一类是基于空间表达的音乐专题图，指主要用以描述研究对象位置或所在范围的专题图，其主要解决“在哪里”的问题。如前文梳理文献中涉及的“湖北田歌地理分布专题图”“长江流域民歌地理分布专题图”“荆楚—巴蜀文化区音调地理分布图”“中国传统戏曲地理分布专题图”等，均着眼于研究对象位置和范围的表达。第二类是基于关系表达的音乐专题图，是指主要寻求在时空环境中对影响研究对象的诸多因素进行辅助分析的专题图，其主要解决“为什么”的问题。如长江流域薅草锣鼓与地形关系专题图、长江流域田歌与农作物分布关系专题图、滇黔文化区民歌音调与民族分布关系专题图等。这一类专题图不仅可以对传统音乐的本体研究、背景研究、渊源研究进行观察分析，而且还可以对传统音乐的变迁研究、文化研究等多个视角进行直观展示。
基于GIS的数据库是可视化的基础，而可视化是对数据库功能的拓展和延伸。传统的空间数据可视化主要借助数据库，并通过专题图的形式进行表达，但近年来由于虚拟现实技术的出现，虚拟地理场景逐渐成为空间数据可视化表达的主要方法和手段。紧密贴合GIS已有研究成果，依据数据库中音乐数据的分类方式，并借鉴艺术学其他学科可视化表达相关研究成果，我们可以尝试将未来的传统音乐数据可视化分四种方式：一是乐谱可视化，即通过直接将存储于数据库中的乐谱电子文本提取呈现或通过GIS平台的自助制谱功能，选择谱式，适时呈现乐谱进行可视化表达两种方式实现；二是音视频可视化，即通过GIS平台将数据库中相关主题的传统音乐表演音像资料或田野采风的音视频资料用主题词检索出来进行呈现的方式；三是图表可视化，通过自动生成的数据表、柱状图、曲线图、饼状图等进行表达，或通过制图工具生成基于位置和范围的相关专题图进行呈现的方式；四是虚拟动画，即根据可视化需求，运用虚拟技术，制作虚拟动画以增强了使用者的“现场感”和“沉浸感”的可视化方式。这种方式无疑在加深使用者对音乐的认识和理解方面，体现出明显的优越性。
同时，我们还要注意到：从GIS在其他学科领域研究进展来看，可视化已经逐步趋近技术开发与用户需求结合，不再满足与“可视”这一基本要求。而是注重可视化形式新颖、内容充实、表达直观、界面美观，进而追求科学技术层面与实用美学层面的完美结合。这些基于GIS的新成果也必将会为未来的音乐学研究所用。
综上所述，我们也不难预料：在未来音乐学与GIS的融合进程中，音乐文化空间数据标准设计和数据库建设是一项重要的基础性工作；结合音乐文化特质的时空分析，是二者融合的核心内容；而以地图为主，辅以虚拟现实、音乐地理场景的时空可视化是对音乐数据、数据分析结果进行可视化表达和发挥传承价值的主要手段。以上三个方面也是GIS方法和技术与音乐学研究深度结合的主要路径。
结 语
从历时性维度看，GIS于1960年代产生于加拿大，后在欧美得到迅猛发展，并逐步实现了由技术工具向学科平台的转变。1980年后，GIS进入中国后，先后在自然科学、社会科学领域得到广泛应用，为我国国民经济建设发挥着重要作用，并成为我们日常生活不可分割的一部分。就GIS发展而言，世界为中国提供了经验，同时中国也为世界贡献了成果。2000年后，GIS开始向艺术学转向，并在戏剧与影视学、设计学等学科领域渐进融入，并取得了一系列的应用性成果，进而为音乐学、美术学等其他艺术学学科研究提供了可资借鉴的经验。音乐学学者关注GIS时间最晚，但呈现出基础厚、起点高、后劲足的特点。无论是基于GIS自身的技术魅力，还是音乐学学科的发展自觉，GIS终将会借助空间研究优势，在音乐数据处理及音乐数据库建设、音乐数据分析、音乐制图与音乐数据可视化等方面为未来音乐学研究开辟更加广阔的新天地。
（为适应微信阅读，略去文下注， 原文载于《艺术百家》2021年第2期。）
文稿来源 《艺术百家》
编 辑 李 想
初 审 楚小庆
复 审 古 强
终 审 张 超
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