劉立園 林佳梁

引言

產(chǎn)品設(shè)計(jì)從某種意義上說(shuō).是反復(fù)修正、走向完善的改進(jìn)過(guò)程，能否高效、準(zhǔn)確地達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，反映了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的高水平和在多個(gè)設(shè)計(jì)方案中取得勝利的實(shí)力。數(shù)字化技術(shù)在設(shè)計(jì)界的運(yùn)用普遍適用，相對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的參數(shù)化表皮，工業(yè)設(shè)計(jì)可以用同樣的輔助技術(shù)手段來(lái)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師在運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，快捷地修改產(chǎn)品造型和主要部分的建模速度，表現(xiàn)出實(shí)時(shí)模型狀態(tài)和表面紋理，而且產(chǎn)生了全新的產(chǎn)品表皮設(shè)計(jì)風(fēng)格，是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。Grasshoppr對(duì)產(chǎn)品表皮設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)折性的意義，影響設(shè)計(jì)師的工作和思考方式。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)同質(zhì)化的時(shí)代，可以減少重復(fù)化的工作，也更加精確，是產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)、改進(jìn)設(shè)計(jì)以及無(wú)紙化設(shè)計(jì)的變革基礎(chǔ)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)表皮逐漸成為表面質(zhì)感藝術(shù)新的多元化表現(xiàn)趨勢(shì)。

一、產(chǎn)品表皮與數(shù)字技術(shù)

（一）產(chǎn)品表皮的聯(lián)系與內(nèi)涵

產(chǎn)品表皮是與產(chǎn)品的造型有必然聯(lián)系的表面形式，具有一定的文化性、技術(shù)性和情感性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的表皮一方面通過(guò)表面的質(zhì)感得以體現(xiàn)，另一方面也為產(chǎn)品外觀的表現(xiàn)加入新的制作方式。產(chǎn)品表皮不僅指產(chǎn)品表面的紋理，而且是一種表面邏輯化的構(gòu)造，或者是提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)美學(xué)的包裹層。產(chǎn)品表皮的設(shè)計(jì)理念反映了產(chǎn)品的感性與理性的表象。當(dāng)今的產(chǎn)品表皮是指并不完全與產(chǎn)品形態(tài)相分離，而是具有裝飾性效果的造型存在，并目與產(chǎn)品使用環(huán)境和功能產(chǎn)生聯(lián)系的一部分。

（二）表皮設(shè)計(jì)的獨(dú)立和統(tǒng)一

產(chǎn)品表皮的設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果，優(yōu)化了產(chǎn)品的個(gè)性表達(dá)和各個(gè)要素的有機(jī)聯(lián)系，促進(jìn)了表皮的關(guān)聯(lián)和獨(dú)立。產(chǎn)品信息的主體是產(chǎn)品造型，表皮是信息載體，當(dāng)主體與載體相分離的時(shí)候，表皮所傳遞的信息就脫離了產(chǎn)品整體所要表達(dá)的含義，而獨(dú)立于產(chǎn)品整體之外，成為抽象的存在和形式主義。如果所指和能指相統(tǒng)一，表皮的意義就會(huì)與產(chǎn)品整體發(fā)生審美邏輯和功能邏輯的關(guān)系，成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體不可分割的一部氖并與周?chē)h(huán)境相關(guān)聯(lián)。周?chē)h(huán)境并不是單指產(chǎn)品的使用環(huán)境，而是作為一種文化環(huán)境和社會(huì)環(huán)境，產(chǎn)品表現(xiàn)自身的表皮即為設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)，這是表皮獨(dú)立性轉(zhuǎn)移而促進(jìn)關(guān)聯(lián)性的新結(jié)果。

（三）產(chǎn)品表皮的數(shù)字與邏輯

表皮的數(shù)字化設(shè)計(jì)是以參數(shù)化為基礎(chǔ)，對(duì)變量進(jìn)行控制來(lái)改變產(chǎn)品的表皮建構(gòu)。表皮建構(gòu)表明了數(shù)字化設(shè)計(jì)的本質(zhì)一一參數(shù)化。產(chǎn)品表皮的數(shù)字化設(shè)計(jì)是通過(guò)加算計(jì)編程技術(shù)，在軟件中生成產(chǎn)品模型，利用3D打印設(shè)備或一體化加工機(jī)床，對(duì)產(chǎn)品表皮設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)并組裝。CAD及編程技術(shù)的運(yùn)用是數(shù)字化設(shè)計(jì)的根本，而數(shù)字化設(shè)計(jì)的跨速發(fā)展為表皮的物化提供了技術(shù)支持。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)

是創(chuàng)造吸引力的個(gè)性造型，在造型創(chuàng)造過(guò)程中須考慮產(chǎn)品的功能和技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。在這一實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，感性的形象思維與理性的邏輯思維緊密相連并交替出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)中和達(dá)到最佳和諧，展現(xiàn)出合情合理的個(gè)性造型。

二、Grasshopper的模式特征

（一）幾何化編程特征的立體表皮設(shè)計(jì)

Grasshoppe與其他Rhinoceros的建模插件不同，是一款完整的可視化模塊編程插件，具有編程和幾何功能兩個(gè)特征，也就是說(shuō)，是被強(qiáng)化了幾何功能的編程技術(shù)軟件。在設(shè)計(jì)方案生成的初始階段，壬導(dǎo)設(shè)計(jì)的仍然是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的邏輯判斷和理性分析，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)立體化成型的后期，Grasshoppr技術(shù)順應(yīng)設(shè)計(jì)思維并起到輔助作用，用幾何化的編程方法整合立體平板化以及表皮曲面信息，同時(shí)結(jié)合腳本編寫(xiě)的語(yǔ)言，使復(fù)雜立體表皮的實(shí)現(xiàn)成為可能。立體可控化與門(mén)何平板化是Grasshopper軟件運(yùn)用的主要目的。通過(guò)輔助設(shè)計(jì)建立產(chǎn)品模型信息，進(jìn)行程序編寫(xiě)、優(yōu)化表皮，建立構(gòu)造等，便是幾何化模式的主要體現(xiàn)方式（如圖1）。

（二）數(shù)據(jù)差異性特征的規(guī)則表皮設(shè)計(jì)

Grasshopper的核心是數(shù)據(jù)處理，其數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)方式是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的計(jì)數(shù)方式，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征呈關(guān)聯(lián)的線狀，分為主線狀數(shù)據(jù)和支線狀數(shù)據(jù)，在不同的表皮模式下呈現(xiàn)不同線狀的關(guān)聯(lián)方式。主線狀數(shù)據(jù)的末端是線性數(shù)據(jù)塊，支線與主線相連并要遵循線性數(shù)據(jù)的差異化處理規(guī)則。連續(xù)差異性的漸變表皮較為復(fù)雜，主要在主體建模平臺(tái)生成雛型，然后由單元模塊編程的方法實(shí)現(xiàn)。在關(guān)聯(lián)性的腳本單元中，每一個(gè)大小不同的單元按照一定的差異性規(guī)律，再通過(guò)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)重復(fù)語(yǔ)言形成一種數(shù)陣和邏輯，形成連續(xù)漸變的復(fù)雜產(chǎn)品表皮（如圖2）。

（三）數(shù)字化復(fù)雜關(guān)系的內(nèi)在組織模式

數(shù)字化的復(fù)雜算法對(duì)于產(chǎn)品皮表以及表面構(gòu)造，是當(dāng)前設(shè)計(jì)參數(shù)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。這種表皮通過(guò)如分生孢子式進(jìn)行裂殖、分離、擴(kuò)大等方式，不斷組合、迭代，生成無(wú)序、復(fù)雜的視覺(jué)形式。不同于幾何化編程特征的立體表皮設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)差異性特征的規(guī)則表皮設(shè)計(jì)，這種數(shù)字化的算法是將運(yùn)算個(gè)體與個(gè)體之間的相互作用作為邏輯，整體形態(tài)是運(yùn)算個(gè)體相互作用的規(guī)定狀態(tài)的表現(xiàn)結(jié)果，而不是從產(chǎn)品表皮的整體形態(tài)出發(fā)的運(yùn)算方式。數(shù)字化的復(fù)雜算法注重復(fù)雜算法與算法個(gè)體的相互及內(nèi)在關(guān)系，像蜂群式的運(yùn)動(dòng)，生成的結(jié)果是可能具有不可預(yù)料性（如圖3）。

三、產(chǎn)品表皮設(shè)計(jì)的Grasshopper實(shí)例應(yīng)用分析

隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展，參數(shù)化、變量化的應(yīng)用，設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品感性的判斷、理性的分析更加直觀，使設(shè)計(jì)師的表皮設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)上以三維方式完美呈現(xiàn)，從而展示并解放了計(jì)師的創(chuàng)造性思維。

（一）參數(shù)體系的靈活可調(diào)性拓展產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維

Grasshoppr擁有的可調(diào)節(jié)的參數(shù)體系，使設(shè)計(jì)師通過(guò)調(diào)節(jié)尺寸范圍，無(wú)須紿出特定的設(shè)計(jì)條件，通過(guò)對(duì)表皮構(gòu)造的數(shù)字化探索分析，設(shè)計(jì)的高效性和準(zhǔn)確性仍然能保證，超越了傳統(tǒng)建模和手繪設(shè)計(jì)效果圖不能表達(dá)的創(chuàng)新的設(shè)計(jì)形式。如Nest智能探測(cè)器（如圖4）采用的漸變多孔表皮，是通過(guò)數(shù)據(jù)腳本的連接，利用數(shù)據(jù)邏輯建立孔群，孔的尺寸及組織方式由數(shù)據(jù)鏈自動(dòng)生成，使孔洞大小符合實(shí)際的產(chǎn)品表面質(zhì)感。Grasshopper的輸出結(jié)果具有靈活的可調(diào)性，因此可產(chǎn)生區(qū)別于傳統(tǒng)模型的表皮造型。首先，從速度上來(lái)講，由于Grasshoppr能夠同時(shí)處理多組設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算速度遠(yuǎn)快于人腦;其次.由于基于電腦數(shù)據(jù)計(jì)算和復(fù)雜模型快速轉(zhuǎn)化，實(shí)時(shí)展示方式優(yōu)于手王;再次，對(duì)于多變的表皮模型，可編程的數(shù)字化特性具有極強(qiáng)的可調(diào)節(jié)性，拓展了設(shè)計(jì)的思維，使設(shè)計(jì)師深入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)更靈活的造型領(lǐng)域。

（二）表皮設(shè)計(jì)的多元準(zhǔn)街陸創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)造型

Grasshopper技術(shù)為表皮設(shè)計(jì)的多元化提供了可能，提升了外觀設(shè)計(jì)的品質(zhì)，同時(shí)解決了復(fù)雜的表面成型技術(shù)，達(dá)到一定預(yù)視效果，節(jié)省了復(fù)雜表面制作的成本，并驗(yàn)證了表皮結(jié)構(gòu)成型的準(zhǔn)確性。在汽車(chē)制造行業(yè)中，隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷發(fā)展和提升，汽車(chē)外殼的結(jié)構(gòu)承重不再是采用加強(qiáng)肋的方式，而是可以用優(yōu)良的表皮設(shè)計(jì)來(lái)滿足結(jié)構(gòu)技術(shù)的要求。汽車(chē)的造型設(shè)計(jì)不僅是美學(xué)上的考究，更多地會(huì)考慮到空氣動(dòng)力學(xué)因素的影響。寶馬汽車(chē)公司作為汽車(chē)界的設(shè)計(jì)引領(lǐng)，其設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性和前沿性令人驚嘆。寶馬設(shè)計(jì)師會(huì)采用各種技術(shù)方式表達(dá)前沿的設(shè)計(jì)思維，或者是利用Grasshopper來(lái)生成創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，漸變表皮紋理的概念寶馬車(chē)就是通過(guò)參數(shù)化的設(shè)計(jì)漸變表面化的質(zhì)感，在單元紋理上進(jìn)行理性思考與編輯，將個(gè)體單元細(xì)部連接，形成整個(gè)汽車(chē)造型的漸變表皮，由單個(gè)微觀模塊放射為汽車(chē)表皮的宏觀表現(xiàn)（如圖5）。在寶馬概念車(chē)表皮設(shè)計(jì)中，利用計(jì)算機(jī)的數(shù)字化運(yùn)算速度的優(yōu)勢(shì)，使復(fù)雜的漸變構(gòu)造變得簡(jiǎn)單和可控。由于Grasshopper簡(jiǎn)約的界面和并不復(fù)雜的腳本模塊，降低了設(shè)計(jì)師的學(xué)習(xí)成本和精力，鍛煉了設(shè)計(jì)師的邏輯分析和邏輯應(yīng)用能力，同時(shí)創(chuàng)新了產(chǎn)品造型的多種可能性。

（三）數(shù)字表現(xiàn)的技術(shù)文化性深化產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)涵

產(chǎn)品的表皮質(zhì)感的設(shè)計(jì)效果已經(jīng)成當(dāng)今產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象下，突顯技術(shù)文化的重要方式。產(chǎn)品編織紋理（如圖6）運(yùn)用參數(shù)化的方法表皮設(shè)計(jì)，直接影響產(chǎn)品整體概念造型。設(shè)計(jì)師按照設(shè)計(jì)特點(diǎn)及時(shí)對(duì)編織紋理表皮進(jìn)行修改，直至達(dá)到合理的最能體現(xiàn)設(shè)計(jì)的核心概念。對(duì)于更加復(fù)雜的具有凹凸編織紋理表皮的產(chǎn)品設(shè)計(jì)（如圖7），二維軟件或手繪技法并不能反映設(shè)計(jì)者豐富的創(chuàng)造性思維，也無(wú)法把握在造型設(shè)計(jì)中的偶然性結(jié)果，而隨機(jī)的設(shè)計(jì)造型對(duì)設(shè)計(jì)師非常重要。在造型的過(guò)程中，首先要滿足設(shè)計(jì)的幾何造型，然后才逐漸完善產(chǎn)品尺寸及其細(xì)節(jié)。Grasshopper可以限據(jù)設(shè)計(jì)概念量化造型的技術(shù)特點(diǎn)，以數(shù)字化驅(qū)動(dòng)造型，進(jìn)一步完善編織紋理設(shè)計(jì)的品質(zhì)效果，展示最終的三維表皮設(shè)計(jì)。

編織紋理的產(chǎn)品表皮設(shè)計(jì)表現(xiàn)出一定的情感化因素，是否按照用戶良好的心理體驗(yàn)進(jìn)行三維表皮設(shè)計(jì)，直接影響到用戶對(duì)產(chǎn)品的整體感官體驗(yàn)。從文化角度出發(fā)，編織紋理的表皮設(shè)計(jì)是一種更深層次的文化體驗(yàn)和文化內(nèi)涵。Grasshopper技術(shù)的表現(xiàn)會(huì)反映出產(chǎn)品的文化特征風(fēng)格特點(diǎn)。根據(jù)7秒鐘定律，編織紋理的表皮設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為用戶選擇產(chǎn)品前7秒鐘的視覺(jué)焦點(diǎn)，并發(fā)展成為除形態(tài)、顏色、材質(zhì)之外用戶選擇的重點(diǎn)。

（四）參數(shù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜邏輯性突破產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則

由于Grasshopper技術(shù)的應(yīng)用推廣設(shè)計(jì)的參數(shù)化已經(jīng)成為一種新的風(fēng)格和設(shè)計(jì)手法，設(shè)計(jì)師可以從產(chǎn)品的構(gòu)造屬性進(jìn)行表皮的設(shè)計(jì)。3D打印技術(shù)的日益成熟和普及，讓鏤空的設(shè)計(jì)成為可能（如圖8）。這種鏤空造型無(wú)法用傳統(tǒng)的注塑方式形成，3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的表皮設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如圖9）。與漸變紋理和編織紋理不同，鏤空表皮的本身就是設(shè)計(jì)的造型概念，并具有完整的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。其中，Grasshopper的作用是利用邏輯算法形成隨機(jī)分布、并不刻意的鏤空設(shè)計(jì)，產(chǎn)生令人愉悅的韻律感。鏤空表皮不僅作為在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)而存在，并且更加直接地表達(dá)了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)義?；趶?fù)雜算法研究的設(shè)計(jì)則是在不斷探索腳本編寫(xiě)與設(shè)計(jì)意圖的可能陸，最大程度上發(fā)揮了數(shù)字技術(shù)與設(shè)計(jì)原則的突破。在造型概念上，Grasshopper注重設(shè)計(jì)的表皮組織，通過(guò)表皮的變化使產(chǎn)品對(duì)環(huán)境與自身的功能產(chǎn)生回應(yīng)，并具有一定的象征性。

結(jié)語(yǔ)

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的造型風(fēng)格來(lái)看，表皮的構(gòu)成和有機(jī)秩序是其得以獨(dú)立并成為產(chǎn)品外觀的重要表達(dá)。Grasshopper技術(shù)是產(chǎn)品質(zhì)感表現(xiàn)的重要里程碑，為產(chǎn)品的數(shù)字化表現(xiàn)到實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了革命性的技術(shù)，突顯了產(chǎn)品表面在設(shè)計(jì)中的獨(dú)立性。此外，數(shù)字化技術(shù)的表皮設(shè)計(jì)改變立產(chǎn)品的幾何冰冷感，提升了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)美感。產(chǎn)品表皮在參數(shù)控制下的編程調(diào)節(jié)，成為具有數(shù)字邏輯和內(nèi)在規(guī)律的系統(tǒng)。參數(shù)化技術(shù)的表皮設(shè)計(jì)系統(tǒng)，增添了產(chǎn)品設(shè)計(jì)豐富的造型，產(chǎn)生了具有一定技術(shù)規(guī)律的有機(jī)整體的產(chǎn)品外觀，使用戶感受到理性與感性的設(shè)計(jì)平衡。作為一種參數(shù)化工具，grasshopper創(chuàng)造了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新方法，一定程度上提升了設(shè)計(jì)表現(xiàn)的審美，但并沒(méi)有改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能本質(zhì)，如設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品使用問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題的解決。Grasshopper的參數(shù)化技術(shù)對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意義在于給了設(shè)計(jì)師更加開(kāi)放、更加獨(dú)特的表達(dá)工具。