我为科学画海报,让普通人也能看懂顶级期刊论文

本文为2019年6月23日“我是科学家”演讲活动第十二期——从达·芬奇到爱因斯坦 | 王国燕 演讲实录:

丰富多彩的科学封面图像,不仅可以提升论文引用率,更能拉近科学与公众的距离。不过,为Nature、Science、Cell系列期刊设计封面图其实是个不小的难题。怎样将看起来陌生又遥远的前沿科学,变成一幅幅活泼灵动又充满艺术感的图像作品?来自中国科学技术大学科技传播系的王国燕老师为大家带来分享:《用视觉艺术捕捉前沿科学的精彩瞬间》。

大家好,我是王国燕,来自中国科大的科技传播系。我和我的团队一直致力于用视觉艺术来展示前沿科学之美,协助科学家们用图像来讲故事、做科普。

一图胜千言。发表在国际期刊Nature,Science,Cell(也称为CNS三大刊)里面的论文,可能在大家看来很深奥,离我们非常遥远。可是它们的封面,每一期都是一幅幅非常生动的科学艺术作品。这些科学艺术作品用图像讲故事,能够把冷冰冰的科学变得有温度。它们除了作为封面之外,也能够用在科技新闻和科普的文章之中,拉近前沿科学和社会大众之间的距离。

我们首先来举一个例子。大家看一看左边这张学术图片,它讲的是生物体内的细胞吃掉自身杂质的一种自然现象,叫做“细胞自噬”。在科研人员看来,这张图片可能已经非常精致和清晰;可是作为普通公众,我们好像不太能看明白它讲了些什么。

但是如果我们换一种表现形式,比如说右边这幅漫画:画面中一个很呆萌的细胞坐在那里,一手拿着刀,一手拿着调料粉,正在津津有味地准备把自己给吃掉。它的身后是一个书架代表基因库,它表达的是科学家们从一个庞大的基因库里面发现了两种非常重要的蛋白激酶,可以有效地促进细胞自噬。

所以同样的内容,如果从学术图片切换到我们熟悉的、生活中的场景,一下子就变得容易理解了,也更为生动有趣。

我们在做的事情,就是运用色彩、材质、形象甚至故事,把每一篇抽象的CNS论文变成一张张生动的科学图像。

科学图像的创作过程,其实挺像是给科学成果来创作电影海报。记得最初一次Nature的封面设计,是在十年以前。2009年的时候,潘建伟院士有一篇论文即将发表在Nature photonics上,需要一张图片来做封面。可当时中国还没人能做好这件事情,于是他建议我们科技传播系来攻克难关。

在他的建议之下,我和系里的很多师生进行了大量尝试:我们想尽了各种办法,运用了各种资源,做了很多很多的设计稿。最终有一稿能勉强交给Nature,就是中间红色调的这一张。

交上去之后,经过当时感觉非常漫长又煎熬的等待和期盼,最后潘建伟老师的文章成功地发表在Nature的封面上,成了封面故事文章。然而遗憾的是,最终采用的这个封面图像不是我们当初提交的那一张,而是Nature的美编重新绘制了一张图,就是右边蓝色的这一张。

这两张图很相似,但又有不同。由于实验是在长城上做的,我们原来画面中下面有一个长城,是把一张照片进行了素描化处理。但可能是考虑到版权问题,Nature的美编把这个长城重新进行了绘制,并且把画面调成了蓝色调。这样整体感就更强了,也显得很干净。

这个事情给了我很大的启发和思考:究竟什么样的图像才能够发表在Nature的封面上?

经过了一番探索,我发现有这么几个方面的因素——

Nature的美术总监叫凯莉·克劳斯(Kelly Krause),她之前也是Science的美术总监。她曾经说过,一个好的设计一定要具有视觉冲击力,任何人看到图像的第一眼就会被它深深地打动、牢牢地抓住。所以从这个角度来说,形象上和形式上的生动,可能比科学上的严谨还要更为重要。

从第一次创作到现在,整整过了10年,我们形成了一支专业的前沿科学可视化团队。到今天为止,我们总共为中国科学家的61项成果设计过上百幅图像。

我很享受科学图像创作的过程,因为我喜欢科学,也喜欢和科学家交流——在这些成果还没有正式对外公布之前,我就成了第一个被科普的对象。科学家会告诉我这些成果是怎么来的,用了什么特别的技术,取得了哪些关键性的科学创新,它们未来会在我们的日常生活中有着什么样的应用空间,甚至整个科研的过程有哪些有趣的故事。在交流的时候,我的脑子里就会浮现出各种各样的画面,这些画面最后被我的团队成员们变成一个个漂亮的设计。

我们创作过很多的手绘故事,这是其中我比较喜欢的一张,NK细胞促进胚胎发育。画面中是一个早期的胎儿,他正在被一群NK细胞们照顾着。它们有的在撒营养因子,有的在拽奶瓶,还有的在查找资料,研究怎么样才能当一个好保姆,很故事化。当陈磊沿着这个思路拿出设计稿的时候,我当时第一眼的感觉就是“完美”,果然这个设计最后成为了Cell的子刊Immunity的封面。所以一个好的设计,首先打动了自己,才有可能打动别人。

很多中国科学家都希望能够把中国元素用在国际前沿期刊的封面上,这大概也是出于一种爱国情怀。去年有一个成果,肿瘤细胞的恶性病变被阻断。同样的内容,我们创作出两个不一样的故事:肿瘤吊床(如图左)和哪吒闹海(如图右)。

文章的作者非常喜欢哪吒闹海的设计,因为这是精心打造的一个中国故事;从绘制的功夫上来讲,也是花了左边那张图好几倍的功夫。但是最后Cell编辑的选择却恰恰是左边的这一张。所以说从期刊的角度来看,有没有用到中国故事、中国元素都不是关键,关键是:一张图像要能够直接、清晰、准确又生动地表达科学内容。

我们的设计第一次登上Nature的封面是在2012年的时候,用到了一个中国元素,太极图,成果是光子的对立互补特性。光的本质是波还是粒子?有人证明过它具有波动性,也有人证明过它具有粒子性,可是之前还没有人能够同时证明它具有波动性和粒子性。科学家们设计了一个非常巧妙的实验,同时观测到光子具有波动性和粒子性两种特征,一下就发了一篇Nature。

这个设计,用到了中国传统哲学中阴阳互补的概念。我们用一个透明的水晶球来表达光子,它被分成了两半,形成了一个太极的阴影,传达出具有对立互补的特征。此外,西方著名的量子物理学家玻尔手绘的家族族旗也用到了太极图案。所以说,对立互补、对立统一的哲学思想可能已经超越了国界。

亚纳米拉曼成像是一篇Nature成果,同时也是某一年的中国十大科技进展新闻。成像的分辨率比纳米还要小,所以叫做亚纳米。我们模拟实验的微观环境,创作出了微观摄影风格的设计(如图左);又因为卟啉分子在绿色激光的渲染之下有中国古代玉如意的感觉,所以我们又创造了另一个方案(如图右)。

我们把这两幅图在交给Nature作为封面备选的时候,同时也交给了国内外的很多媒体用于科技新闻报道。结果发现一个非常有意思的现象:国内媒体普遍采用玉如意的图像作为配图,而国外的媒体则全部采用了微观摄影风格。从此也可以看出,审美是存在一些文化差异的。

给研究对象直接做“美颜升级”是一种很常见的设计的手法。人类疱疹病毒是一个特殊的研究对象,病毒本身是没有颜色的,而我们通过3D渲染赋予了它不同的色彩和质感,让画面看上去显得更加逼真和生动。

还有另外一种创作手法叫做“无中生有”,是把看不见的东西变得可见。比如前不久的一个成果,宇称时间对称。这个成果方方面面都非常抽象,看不见,摸不着。那怎么办呢?

我们尝试着从它的实验方法中去寻找设计的线索,创作了一对跳双人舞的小人(小明和小莉),来比喻科学家在此项研究中一种新的实验方法——通过引入一个自旋辅助比特实现了量子调控。

再比如,宇宙中有一类星体叫做“磁星”,它具有很强的磁场。但是距离地球非常非常遥远,没有人见过它是什么样子。所以我们根据一些非常微弱的线索,再加上补脑想象,形成了这样的画面:一颗由两个中子星合并而刚刚诞生的磁星,正在释放着大量的X射线。

最艰难的一次设计,是前年的冬天。当时下着好大好大的雪,我团队里的3D设计师马燕兵骑电动车摔倒,严重骨折住院了。而在这之前,我们刚刚答应了帮助曾杰老师的成果来做设计,快要过年了,时间本就非常紧张。

其实对我来说,多做一个或者少做一个设计,无非是多一次少一次经验的事情;可是对于作者来说,往往意义很不一样,因为这往往就是他们人生中最重要或最有代表性的成果,容不得有半点马虎和耽搁。所以一直以来,我们都是以十二分的用心去做好每一个设计。

这次的设计很特别,它似乎只适合用3D建模来完成。燕兵因为受伤,至少有一个月都不能恢复工作;而我的团队比较小,每个人分工各有不同。团队的其他成员和新上岗的3D设计师非常努力地做了很多尝试,但是效果都不理想,过不了我们自己这一关。所以很无奈,我对作者表达了歉意,这也是多年以来唯一一次我主动想要放弃设计。

但是让我没有想到的是,曾杰老师做了一件很冒险的事情:他要求Nature的编辑把文章的发表时间往后推迟了一个月,一般人不敢这样。这样就给我们赢来了宝贵的时间。

燕兵出院以后立即投入工作,进行了最后一次尝试,提交了方案。正是多了这最后一次的尝试和努力,多了这最后一个月的等待,这个设计不光发表在Nature的封面上,更是作为Nature官方主页的进站画面挂了整整一个月的时间,给论文带来了极大的关注度。

看了这么多的科学图像,也许有人会问:这些图除了好看一点,除了能够帮助科学家们登上Nature封面风光一下,又有什么用呢?

我和英国合作者曾一起做了一项实证研究,我们发现封面故事和封面图像的使用可以让论文的引用率放大到两倍以上。

科学图像除了能够提高论文的引用率之外,还有积极的社会价值。

我们国家正在努力成为世界的超级科技强国和大国。我们产出了大量的科研成果,同时也需要努力做好科学普及,提高全民的科学素质。培根曾经说“知识就是力量”,这句话大家都很熟悉;可是它的上下语境是,“不光取决于知识本身,还在于它是否被传播,以及被传播的深度和广度”。所以我们一方面呼吁科学家重视科普的力量和价值,另一方面也在协助他们,让科学更吸引人,吸引更多的人。

前沿科学的艺术设计就像是一个钟摆,来回在科学和艺术之间摆动,寻找着一个平衡点。我们努力地想要把前沿科学探索发现过程中最美的瞬间用艺术作品展现出来,希望有更多的人可以领略到前沿科学的魅力。谢谢大家。

演讲嘉宾王国燕:《用视觉艺术捕捉前沿科学的精彩瞬间》

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