易港 陳煒

YI GangCHEN Wei*

（廣西師范大學(xué)設(shè)計學(xué)院，廣西 桂林 541006）

(School of Design, Guangxi Normal University, Guilin, Guangxi, 541006)

1 參數(shù)化的基本概述

1.1 參數(shù)化的概況及其發(fā)展歷程

1.1.1 參數(shù)化設(shè)計概況 隨著智能時代的到來，新科技新技術(shù)推進各個行業(yè)的進步。參數(shù)化的興起，使得許多設(shè)計師將其引入未來風(fēng)格設(shè)計的研究。參數(shù)化設(shè)計提倡非流線形，打破原有單調(diào)，運用大自然中的元素，融入造型中，得到大量千變?nèi)f化的形態(tài)。如著名女設(shè)計師扎哈·哈迪德將參數(shù)化設(shè)計運用在建筑上，她設(shè)計的北京銀河SOHO 建筑群、蓋達爾·阿利耶夫文化中心、廣州大劇院、Dominion 辦公大樓等建筑，打破傳統(tǒng)的建筑構(gòu)成，營造極其夸張的視覺效果，形成獨有的設(shè)計風(fēng)格；Daniel Widrig 建筑師與Iris van Herpen 設(shè)計師合作設(shè)計出一系列3D 打印服飾作品，將參數(shù)化設(shè)計與服飾領(lǐng)域結(jié)合，擴展3D 打印技術(shù)的極限，不僅產(chǎn)生經(jīng)濟效益，還使得服飾靈活、輕盈、穿起來更舒服；Julian Hakes 運用參數(shù)化設(shè)計出造型流暢、外型抽象而又舒適度高的獨特高跟鞋，將抽象概念變化成真，形成自己獨特的風(fēng)格。參數(shù)化設(shè)計已經(jīng)延伸到各個設(shè)計領(lǐng)域，不僅在建筑領(lǐng)域發(fā)展迅速，家居用品、服飾設(shè)計等領(lǐng)域也有許多新的探索和實踐。文章梳理了參數(shù)化設(shè)計在未來風(fēng)格產(chǎn)品的應(yīng)用概況，基于參數(shù)化設(shè)計理論對未來風(fēng)格產(chǎn)品進行深入探索，為未來風(fēng)格產(chǎn)品在參數(shù)化設(shè)計中提供實際的參考價值。

1.1.2 參數(shù)化設(shè)計發(fā)展歷程 參數(shù)化設(shè)計可追溯到19 世紀(jì)80 年代，圣家大教堂的建筑師高迪就采用參數(shù)化的設(shè)計思維，在那個非數(shù)字化年代，高迪通過可變模型來推敲設(shè)計，將轉(zhuǎn)動的框架和彈性的繩索作為變量，在沒有精確數(shù)據(jù)的條件下，通過在石膏模型上試驗得出，這種設(shè)計手法與形體的創(chuàng)新開創(chuàng)了參數(shù)化設(shè)計的先河。參數(shù)化設(shè)計可以分為以下幾個研究階段：

20 世紀(jì)60 年代—70 年代初，這一階段以Ivan Sutherland 為代表，他在麻省理工大學(xué)的畢業(yè)論文中創(chuàng)造了Sketchpad(1963)程序。在當(dāng)時還算是穿孔卡機的末期，這個程序已有初步的圖形接口和CAD 概念。他提出利用約束作為輔助手段進行零件生產(chǎn)的概念，但沒有約束定義和修改幾何模型，對模型的修改只是單向過程，一旦模型生成后約束不能反過來限制模型。

20 世紀(jì)70 年代中期—90 年代初的發(fā)展階段，提出一些參數(shù)化設(shè)計的基本思想和理論，并逐漸形成不同的參數(shù)化方法。以Hillyqrd 提出變量幾何和幾何約束思想并由Gossard 及其研究小組進一步發(fā)展完善這一方法為標(biāo)志。

20 世紀(jì)80 年代中期至今，這一時期的一個重要特征是將AI技術(shù)引入?yún)?shù)化設(shè)計中，人們分別將幾何推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方法應(yīng)用到設(shè)計中去，同時將參數(shù)化設(shè)計運用到實體造型形成特征造型技術(shù)，以Aldefeld、SuZuki、Verroust 提出的約束傳播法為主要代表。

20 世紀(jì)90 年代中期至今，基于理論逐漸完善，參數(shù)化方法在實踐中得到廣泛應(yīng)用，在航天工業(yè)、船舶制造等領(lǐng)域的發(fā)展尤為突出，促進了計算機輔助機械設(shè)計的發(fā)展。這一階段以Jae Yeol Lee 提出的利用圖表示的基于知識的幾何推理法和XiaoShna Gao 提出的約束傳播法為主要代表。隨著計算機的發(fā)展、參數(shù)化理論的完善，這一被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)的技術(shù)引起建筑與設(shè)計業(yè)的廣泛關(guān)注，并開始應(yīng)用到各種設(shè)計概念中去。

1.2 參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用軟件分析

參數(shù)化設(shè)計中主要軟件(表1) 分為Pro/Engineer、UG、Solid Works、CATIA、Grasshopper。在參數(shù)化設(shè)計中最常用的軟件是Grasshopper（GH），幾何功能與編程環(huán)境為Grasshopper 的兩個特征，其特點一是可以通過輸入命令，快速獲取到不限于原來形狀的模型，調(diào)整參數(shù)化圖元，使圖形以不同的形式呈現(xiàn)，并保持了數(shù)字建模的所有內(nèi)容；二是修改命令，通過修改參數(shù)化命令直接得到修改結(jié)果，從而提高工作效率與質(zhì)量。參數(shù)化軟件中Grasshopper 操作簡單、兼容性佳，對模型結(jié)構(gòu)修改可以迅速做出調(diào)整，可添加豐富的表面肌理，迅速完成大量重復(fù)性的復(fù)雜運算，其應(yīng)用范圍廣泛。軟件的比較如表1 所示。

根據(jù)表1 參數(shù)化設(shè)計軟件對比得出，在參數(shù)化軟件中Grasshopper 更加適用，Grasshopper 的界面簡單直觀，像小電池式的工具來編寫腳本程序，降低設(shè)計人員使用編程工具的難度，用一種直觀方式將模塊庫呈現(xiàn)出來，易于調(diào)用，便于建筑及相關(guān)行業(yè)的設(shè)計師理解，降低學(xué)習(xí)成本。軟件Grasshopper 也算是一種編程語言，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系通過連線方式，能“順藤摸瓜”找到數(shù)據(jù)繼承和變化過程，而不像用語言編程時需要通過界面顯示來找出變量出現(xiàn)的多個位置。GH 參數(shù)化插件可以添加豐富的表面肌理，迅速完成大量重復(fù)性的復(fù)雜運算，其廣泛流行將成為必然趨勢。

表1 參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用軟件對比

1.3 參數(shù)化工具實踐運用

在這個快速多變的信息時代，參數(shù)化突破傳統(tǒng)設(shè)計風(fēng)格形態(tài)，在設(shè)計參數(shù)化作品時，借助參數(shù)間的邏輯關(guān)系，鏈接點線面參數(shù)，運用到幾何算法中，提高效率與質(zhì)量。Grasshopper 基于Rhino平臺運行，Grasshopper 自帶的指令大多是基礎(chǔ)圖形和數(shù)學(xué)運算，需要通過組合各種指令才能實現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的最終效果。對于幾乎不懂編程的設(shè)計師們想弄清楚GH 中的奧妙，還是非常有難度的。表2 是常用GH 插件及其作用。

表2 常用GH 的插件和作用

2 未來設(shè)計風(fēng)格的主要特征概述

未來主義（表3）是20 世紀(jì)初出現(xiàn)于意大利，隨后流行于俄、法、英、德等國的一個現(xiàn)代主義文學(xué)藝術(shù)流派。意大利的馬里奈蒂是未來主義的創(chuàng)始人和理論家，其文獻《未來主義宣言》的發(fā)表是這一流派誕生的標(biāo)志。未來主義是西方流行的社會思潮，理論來源主要是未來學(xué)、科技決定論、趨同論和生態(tài)學(xué)，根據(jù)人類以往的發(fā)展和科學(xué)知識來預(yù)言、預(yù)測未來社會發(fā)展的前景，以便控制和規(guī)劃進程，更好地適應(yīng)未來。發(fā)起人馬里奈蒂認(rèn)為科技的發(fā)展能改變?nèi)说臅r空觀念，倡導(dǎo)廢除舊時間與空間對速度、運動等動態(tài)美的表達，慣用幾何形體表現(xiàn)圖形瞬間動態(tài)的連續(xù)性，追求色彩和線條的“動感”“力度”“速度”。強調(diào)科技和交通改變了人的生活方式，人的精神生活也必須改變。因此筆者將未來主義風(fēng)格的設(shè)計歸納成主要的3 個特征在本章展開概述。

表3 未來主義

2.1 制造技術(shù)

2.1.1 減材制造 將原材料裝夾固定于設(shè)備上，通過切削工具（刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料層切去成為切屑，使工件獲得規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量，也可以叫做切削加工。切削加工是機械制造中最主要的加工方法，雖然毛坯制造精度不斷提高，精鑄、精鍛、擠壓、粉末冶金等加工工藝應(yīng)用日益增加，但由于切削加工的適應(yīng)范圍廣，且能達到很高的精度和很低的表面粗糙度，在機械制造工藝中仍占有重要地位。

2.1.2 增材制造 俗稱3D 打印，是融合計算機輔助設(shè)計、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積、制造出實體物品的制造技術(shù)。3D 打印機的問世有效提高了工作效率，縮短產(chǎn)品工期。由于其具有快速、高效率、低成本、精確的特點，這給傳統(tǒng)手工藝行業(yè)帶來致命打擊。3D 打印技術(shù)有快速成型的特點，以模型文件為基礎(chǔ)，運用液態(tài)光敏樹脂、FilaFlex、粉末狀金屬等可粘合材料（表4），通過3D 打印方式輸出真實的立體物體，不必進行再次加工，可達到一個完整的原型，具有極強的、無縫的整體感，是未來制造業(yè)的核心代表。

表4 3D 打印材質(zhì)分析

2.2 材料創(chuàng)新

材料創(chuàng)新是指開辟新的材料來源、開發(fā)和利用成本更低的替代性材料、提高材料的質(zhì)量、改進材料的性能。在制造業(yè)中廣泛采用各種新型、輕型材料，特別是碳纖維、航空特種材料，這是材料創(chuàng)新的趨勢，能夠使產(chǎn)品具有科技感與神秘感。隨著產(chǎn)品更新迭代，材料是構(gòu)成產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的運用影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，為保證企業(yè)擴大再生產(chǎn)的需要，開發(fā)和利用大量廉價普通材料，替代價昂量少的稀缺材料，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，促進產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展。

工業(yè)4.0 不斷發(fā)展，能源、汽車、物流、制造、建筑及其他工業(yè)領(lǐng)域正在發(fā)生變革，這些變化帶來對新材料的需求。材料行業(yè)的趨勢包括可持續(xù)性、輕量化、3D 打印和表面工程解決方案、智能材料的開發(fā)、納米技術(shù)和具有增強特性的先進復(fù)合材料。此外，人工智能（AI），機器學(xué)習(xí)（ML）和數(shù)據(jù)管理實踐的廣泛采用使科學(xué)家們能夠更快地探索和開發(fā)新型材料，從而將新材料技術(shù)市場化時間從幾十年縮短到了幾年。對新材料的介紹如表5 所示。

表5 新材料介紹

2.3 智能交互

在互聯(lián)網(wǎng)時代的今天，人機交互技術(shù)發(fā)展愈加成熟，使用人機界面，進行圖形化與數(shù)據(jù)化，注重虛擬與現(xiàn)實的有機結(jié)合，利用虛擬技術(shù)，對用戶動作行為進行處理，并生成實時動態(tài)的三維立體圖像，以多感知的方式反饋給用戶。數(shù)據(jù)化的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性不再需要人工干預(yù)，直接通過機器分析計算，適應(yīng)環(huán)境變化從而作出自我決策。虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合使用戶沉浸在科技感的時空里，對未來感產(chǎn)品產(chǎn)生深入認(rèn)同。

從用戶角度來說，智能交互是一種有效地讓用戶愉悅且易用的技術(shù)，它了解用戶的期待值與行為，了解“人”本身的心理和行為特點，同時，還包括了解各種有效的交互方式，并對它們進行增強和擴充。智能交互通過對產(chǎn)品界面和行為進行交互設(shè)計，讓產(chǎn)品和它的使用者之間建立一種有機關(guān)系，從而可以有效達到使用者的目標(biāo)，這就是交互設(shè)計的目的[1]。

智能交互依然圍繞手勢交互的方式、觸碰位置的變化與材質(zhì)應(yīng)用進行探討，并且手勢跟蹤在未來的一段時間里依然被認(rèn)為是最重要的展現(xiàn)形式之一，但這也并不妨礙人們對于新鮮交互方式的探索。在更遠(yuǎn)的未來，交互設(shè)計或許更偏向于“意念”交互，即完全摒棄手勢追蹤，通過意識、意志來操控設(shè)備，操控虛擬或現(xiàn)實的世界。通俗而言就是通過設(shè)備，在意念的控制下，我們的大腦怎么想，便會出現(xiàn)相應(yīng)的行為或是變化。

3 Grasshopper 參數(shù)化在未來風(fēng)格產(chǎn)品中的應(yīng)用

3.1 參數(shù)化在未來風(fēng)格行業(yè)中帶來的變化

近年來，參數(shù)化設(shè)計不僅在建筑領(lǐng)域發(fā)展迅速，在家居用品、服飾設(shè)計等領(lǐng)域也有許多新的探索實踐（表6），如家具類以戴欣偉為例，進行參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用研究，將參數(shù)化設(shè)計出的紋理應(yīng)用到符合人機工程的椅子上，給家居產(chǎn)品設(shè)計在參數(shù)化的道路上理清思路[2]；燈具類以劉宗明等[3]為例，運用參數(shù)化軟件進行燈具的設(shè)計研究，按照參數(shù)化的思路結(jié)合燈具設(shè)計流程，呈現(xiàn)出不一樣的建模思路；服飾類以設(shè)計師李琳[4]為例，利用參數(shù)化建模以首飾作為載體進行設(shè)計，利用3D 打印技術(shù)將參數(shù)化設(shè)計出的載體進行打印實現(xiàn)；張婷婷[5]巧妙運用參數(shù)化設(shè)計，從3D 打印技術(shù)的角度，呈現(xiàn)參數(shù)化在服裝領(lǐng)域設(shè)計的應(yīng)用視角，為參數(shù)化在服裝領(lǐng)域應(yīng)用中提供了強有力理論支撐；產(chǎn)品類以設(shè)計師孫睿[6]為例，以“無器官身體”為理論支撐，利用3D 打印技術(shù)與參數(shù)化設(shè)計，將參數(shù)化的不同算法進行設(shè)計與應(yīng)用，使穿戴產(chǎn)品讓用戶更加感受到生活樂趣。

表6 未來風(fēng)格產(chǎn)品案例

隨著3D 打印技術(shù)的普及，用戶追求個性化的私人訂制越來越多，在早期產(chǎn)品設(shè)計中，設(shè)計師需要花費大量時間與精力去修改、豐富細(xì)節(jié)，有很多產(chǎn)品都是比較概念化，所以用Grasshopper設(shè)計可以提高設(shè)計速度和形成清晰的造型框架。參數(shù)化通過提取幾何元素、輸入命令快速得到不限于原來形狀的模型，調(diào)整參數(shù)就可得到無數(shù)種可能性，節(jié)約時間和人力，參數(shù)化設(shè)計為設(shè)計師提供高效的工作效率，加快模型生成，因此，未來設(shè)計服務(wù)會因參數(shù)化設(shè)計而發(fā)生很大的變化。

下面對兩個案例進行分析，如圖1 中第一組是南京藝術(shù)學(xué)院的雙蕊亭團隊設(shè)計的空間裝置作品，這件空間裝置作品的研究方向為“復(fù)雜性極小曲面的生形與數(shù)字化建造”，設(shè)計團隊將兩朵花的形態(tài)融合其中，并通過計算機最終生成“雙蕊”虛擬形態(tài)，作品表皮使用Grasshopper 軟件的網(wǎng)格分塊算法細(xì)分展平，再利用數(shù)控雕刻設(shè)備，將分塊形成的397 塊鏡面不銹鋼板切割加工，最后通過鉚釘連接的方式將2 200 個孔連接在一起，使作品依靠厚度僅為0.3 mm 的鋼板，通過材料自承的方式建構(gòu)成物化空間形態(tài)。

圖1 參數(shù)化案例

第二組圖是設(shè)計師奧雅設(shè)計的廣州中海學(xué)仕里洛嘉兒童樂園，設(shè)計團隊借助參數(shù)化將大腦里的想象變成理性而合乎邏輯的具象表達來打破設(shè)計界限，塑造出更多元、更有機的形態(tài)。運用參數(shù)化設(shè)計，計算樂園整體的結(jié)構(gòu)和六邊形的分布方式，團隊利用補充參數(shù)化控制六邊形開孔定位不規(guī)則圓弧激光切割打磨、3D打印根據(jù)現(xiàn)場進行各項調(diào)整等手段完成制作。將參數(shù)化表皮與兒童設(shè)施使用相結(jié)合，多功能的共享空間滿足觀看與被觀看、玩耍與靜坐、交流與沉思等居民活動的需要。

3.2 參數(shù)化未來風(fēng)格產(chǎn)品設(shè)計案例

以花瓶作為設(shè)計案例，將花瓶以參數(shù)化形式來設(shè)計其造型，將Grasshopper 與Rhino 結(jié)合設(shè)計出參數(shù)化未來風(fēng)格花瓶。啟動Grasshopper 后，首先通過Construct Point 命令確定坐標(biāo)進行分點，鏈接Circle CNR 命令進行圓切面分段，用Graph Mapper 命令調(diào)節(jié)花瓶形狀大小，使用Merge 命令進行整合，整合后鏈接Construct Mesh 命令生成網(wǎng)格面，通過調(diào)節(jié)Number slider 命令控制參數(shù)大小。調(diào)整參數(shù)得到最終造型，在改變參數(shù)的同時，曲線也會跟著參數(shù)數(shù)值而發(fā)生相應(yīng)的變化生成造型（圖2）。

圖2 參數(shù)化花瓶

在應(yīng)用的過程中，通過搭建參數(shù)之間的邏輯，不斷對模型進行修改和完善，生成用戶滿意的形態(tài)，用高效且快速的效率修改參數(shù)改變造型，不僅節(jié)約時間和成本，還給用戶提供更多的選擇。參數(shù)化雖能設(shè)計出概念新潮、視覺效果強的作品來，但它過于迷戀計算機帶來的新形態(tài)，使得產(chǎn)品缺少點人情味。參數(shù)化設(shè)計必將成為未來設(shè)計領(lǐng)域一大趨勢，數(shù)字世界與現(xiàn)實世界的碰撞是每個設(shè)計師必須面臨的問題。在傳統(tǒng)設(shè)計路徑中，需先通過草圖進行不斷修改和完善，再進行模型可視化，這在過程中較為復(fù)雜，而參數(shù)化設(shè)計通過搭建參數(shù)間的邏輯關(guān)系，不斷調(diào)節(jié)參數(shù)就可對模型進行修改和完善，這使得參數(shù)化在設(shè)計的過程中更具有科學(xué)性而非主觀性，設(shè)計師在這個過程中要更加注重形體之下的內(nèi)在邏輯，這樣在一定程度下會促使新一代的設(shè)計師去反思設(shè)計的內(nèi)涵，重視設(shè)計方法論[7]。

隨著智能時代的到來，科技與生活的聯(lián)系愈加緊密，未來風(fēng)格產(chǎn)品對各個領(lǐng)域都有涉及。參數(shù)化未來風(fēng)格產(chǎn)品的色彩表現(xiàn)為單一純粹與流光異彩，單一純粹塑造出神秘感元素，產(chǎn)生出純凈、神秘、摸不透的意向。流光異彩則為單一的主色調(diào)點綴局部，點綴部位常常是重點部位，多用科技藍(lán)來點綴指示燈、交互界面、自由功能顯示光等。在參數(shù)化未來風(fēng)格產(chǎn)品的造型上，常用流線型與懸浮式造型，流線型在造型上展現(xiàn)了科技與未來生活，緊密地與成型工藝聯(lián)系在一起?？萍几信c神秘感是磁懸浮式造型的標(biāo)簽，整個物體懸浮于空中，展現(xiàn)了高科技尖端技術(shù)，是未來風(fēng)格產(chǎn)品設(shè)計重要方向。

4 結(jié)語

在科技發(fā)展的今天，基于Grasshopper 參數(shù)化未來風(fēng)格的產(chǎn)品設(shè)計是順應(yīng)時代的產(chǎn)物，是擁有一種全新的造型設(shè)計理念與設(shè)計方法。參數(shù)化設(shè)計本質(zhì)上是幫助設(shè)計師解放思維束縛，使得設(shè)計師在設(shè)計的過程中逐漸改變了思維方式與設(shè)計路徑，使設(shè)計師在進行方案的過程中給客戶提供多種選擇性，通過參數(shù)化設(shè)計，感性與理性結(jié)合，創(chuàng)新模式，推動未來風(fēng)格產(chǎn)品的跨界式發(fā)展。參數(shù)化設(shè)計的不斷擴展，伴隨著人工智能的崛起引導(dǎo)設(shè)計轉(zhuǎn)向，它帶來的不僅僅是一種新的設(shè)計風(fēng)格與形態(tài)，還是一場前所未有的設(shè)計變革。