■白興義，舒志鵬，白睿昇，高彩華，王伶羽

(1.蘭州理工大學(xué)設(shè)計藝術(shù)學(xué)院，蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，蘭州 730050；3.上海交通大學(xué)設(shè)計學(xué)院，上海 200240）

傳統(tǒng)文化產(chǎn)業(yè)是我國鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的精神動力和重要支撐，我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)在這個時代正面臨著創(chuàng)造性的轉(zhuǎn)型和發(fā)展[1]。傳統(tǒng)的竹編制品具有美觀實用的特點，種類繁多的竹編產(chǎn)品承載著人們?nèi)粘Ｉ钪械闹T多需求。然而，隨著工業(yè)產(chǎn)品的大量生產(chǎn)，竹編產(chǎn)品逐漸衰落，淡出生活的舞臺[2]。在當(dāng)代，有必要重新審視竹編生活器具的運(yùn)用新理念、新技術(shù)、新方法，開發(fā)出符合現(xiàn)代生活美學(xué)的竹編產(chǎn)品，并從多個角度探索其在現(xiàn)代生活中應(yīng)用的可能性，使其重新煥發(fā)光彩[3-4]。

從編織的名詞屬性來講，它是一種用線型材料生成覆蓋空間的二維平面，例如竹編工藝的編制竹席、草編和麻編工藝編制的坐墊等；然后將生成的二維平面轉(zhuǎn)換為三維形態(tài)，例如竹籃、簸箕等。從編織的動詞屬性來講，“編織”是一種利用線型材料圍合出空間的動態(tài)操作方式，線條之間相互交織、穿插、重疊，構(gòu)成復(fù)雜的空間網(wǎng)格，因此編織工藝具有非常清晰的構(gòu)建邏輯，兼具規(guī)律性、復(fù)雜性和藝術(shù)性[5]。目前國內(nèi)學(xué)者對竹編工藝的傳承和發(fā)展問題從不同角度提出了各自的觀點。刁婷婷[6]認(rèn)為應(yīng)將新技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合來傳承傳統(tǒng)工藝與滿足現(xiàn)代人審美；張力麗[7]認(rèn)為竹編應(yīng)與現(xiàn)代生活相結(jié)合，進(jìn)行功能創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新；陳文格[8]則提出了使用設(shè)計輔助工具解放竹編工藝，讓更多人了解和傳承竹編。在探究傳統(tǒng)竹編工藝與現(xiàn)代技術(shù)更好結(jié)合的基礎(chǔ)上，可使用參數(shù)化設(shè)計方法分析竹編形態(tài)的建構(gòu)規(guī)律，提出一種竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計方法。該方法簡化竹編編織工藝的編制過程，打破傳統(tǒng)竹編工藝對造型的束縛，利于竹編形態(tài)方案的快速生成和多樣造型選擇，促進(jìn)竹編技藝的傳承與發(fā)展[9]。

■圖1 思路框架圖

20世紀(jì)60年代早期Sutherland首次提出參數(shù)化概念；70年代末，美國的Robert Light和Gossard進(jìn)一步完善了參數(shù)化方法[10]；20世紀(jì)80年代中葉，隨著幾何推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方法的興起，學(xué)者們將參數(shù)化技術(shù)運(yùn)用到現(xiàn)實的創(chuàng)造中來[11]；90年代Jae Yeo lee嘗試用圖形來表示幾何推理方法，使參數(shù)化設(shè)計變得更簡潔，優(yōu)化計算，節(jié)約時間[12]。如今參數(shù)化設(shè)計日趨完善和成熟，并被更多的領(lǐng)域所接受和應(yīng)用[13]。國外學(xué)者Rizal Muslimin[14]嘗試通過計算機(jī)輔助設(shè)計，制作新竹編模塊；Amit Zoran[15]嘗試3D打印制作傳統(tǒng)編織竹籃；Ye Tao[16]提出利用計算機(jī)輔助設(shè)計編織手工藝品。基于此，本研究提出一種竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計方法，模擬傳統(tǒng)竹編編織工藝，打破傳統(tǒng)竹編工藝對造型的束縛，促使竹編形態(tài)方案的快速生成和造型的多樣選擇，有助于傳統(tǒng)竹編工藝的傳承與發(fā)展?；镜乃悸房蚣苋鐖D1所示。

1 Grasshopper參數(shù)化設(shè)計平臺

1.1 Grasshopper特點

Grasshopper是 Rhino平臺上的一款參數(shù)化插件，是參數(shù)化設(shè)計中非常具有代表性的工具[17]。在參數(shù)化設(shè)計的發(fā)展歷程中，經(jīng)過眾多學(xué)者的不斷研究，Grasshopper的使用范疇不斷拓展，早已從建筑設(shè)計延伸到產(chǎn)品設(shè)計(首飾、燈具、家具等)、公共藝術(shù)領(lǐng)域[18]，它可以輔助設(shè)計師完成復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)與表皮設(shè)計，且設(shè)計過程可視化[19]。與傳統(tǒng)的建模軟件相比，其建模方法有許多明顯的區(qū)別。它最重要的特點是可以通過一系列模塊化的建模指令構(gòu)建完整的模型生成邏輯,并通過邏輯運(yùn)算執(zhí)行這些指令來生成最終的模型[20]。在整個建模過程中，Grasshopper能簡單快捷地改變數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)復(fù)雜形體調(diào)節(jié)與優(yōu)化[21]，并通過Rhino平臺將生成的模型直觀地、即時地展示給我們。

參數(shù)化設(shè)計具有三個顯著特點[22]。

（1）即時可見：常見的編程建模需要自行編寫代碼，在代碼編寫完整后，才會生成模型。所以每次編寫完都需要試運(yùn)行再不斷調(diào)整，最終才能生成模型。但Grasshopper的運(yùn)算器都是以電池滑塊的形式呈現(xiàn)出完整的封裝代碼，它們具有可視化、靈活組合、邏輯明了的特點。這使得設(shè)計過程即時可見，適用于輔助設(shè)計過程推演。

■圖2 應(yīng)用流程圖

（2）邏輯建模：Grasshopper編寫的是模型生成過程，在這個過程中，最重要的是潛在形態(tài)之下的構(gòu)成邏輯，這將促使設(shè)計活動更注重形態(tài)生成的邏輯性。

（3）動態(tài)建模：Grasshopper邏輯運(yùn)算生成模型的特點，使得當(dāng)改變某個運(yùn)算器輸入端的參數(shù)時，整個生成結(jié)果會隨著參數(shù)的變化而發(fā)生某種形態(tài)趨勢的動態(tài)變化。

參數(shù)化設(shè)計能夠解構(gòu)和詮釋竹編形態(tài)的規(guī)律性和復(fù)雜性，并有效地產(chǎn)生多樣性的變化，以適應(yīng)當(dāng)代社會多變、多元品質(zhì)的需求[23]。

1.2 竹編形態(tài)產(chǎn)品中參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的竹編在于竹與編的結(jié)合，既具有竹自然質(zhì)樸、溫潤細(xì)膩的特點，又具有編織所產(chǎn)生的藝術(shù)性和美感[24]，竹編形態(tài)精細(xì)，竹篾之間經(jīng)緯交織，一般被壓的竹篾為“經(jīng)篾”，編織的竹篾為“緯篾”[25]。竹編編法有壓一挑一、壓二挑二、六角挑壓、圓面編織等，篾片的數(shù)量、寬窄、角度變化，可以產(chǎn)生無數(shù)的竹編形態(tài)。傳統(tǒng)竹編形態(tài)存在極其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)律性，非常適合參數(shù)化設(shè)計[26]。結(jié)合參數(shù)化設(shè)計即時可見、邏輯建模、動態(tài)建模的特點，可以將每一根竹條都看作一個單元，在經(jīng)緯方向進(jìn)行定距、交錯的起伏變化，互相疊壓形成參數(shù)化編織形態(tài)[27]。依據(jù)對竹編形態(tài)前期研究，根據(jù)不同編織效果，提取經(jīng)緯篾數(shù)據(jù)為變量，例如編織篾片的密度、間距、厚度等參數(shù)，設(shè)計師可以自由調(diào)節(jié)，快速生成編織表皮，最后靈活運(yùn)用到不同類型的產(chǎn)品上。竹編形態(tài)與參數(shù)化設(shè)計結(jié)合后，在保留竹編優(yōu)點的前提下能讓竹編形態(tài)與更多現(xiàn)代材料兼容，也能適應(yīng)更豐富的造型[28]。

2 竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計適應(yīng)性分析

傳統(tǒng)竹編在創(chuàng)新過程中會受到材料和編織技術(shù)等因素限制，傳統(tǒng)竹編工藝的形態(tài)造型都是憑借竹編匠人們豐富的經(jīng)驗，盡管竹編手藝人的編織技藝登峰造極，但是由于手工編織的局限性，還是有很多形態(tài)無法完成。創(chuàng)作復(fù)雜竹編形態(tài)對竹編藝人的技藝有很高的要求，而竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計恰好可以實現(xiàn)竹編形態(tài)之間的靈活搭配，可以打破傳統(tǒng)竹編工藝的限制因素[29]。本次研究對基礎(chǔ)傳統(tǒng)竹編形態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)梳理分析，對其中的垂直挑壓編法（表1）、多角挑壓編法（表2）進(jìn)行參數(shù)化模擬。

表1 垂直挑壓編織法

表2 多角挑壓編織法

最常見的垂直挑壓編法有平編、人字形編，其編法都是X方向與Y方向的篾片起伏變化，編織成型，其中包含的邏輯規(guī)律很容易研究，再結(jié)合參數(shù)化設(shè)計即時可見、動態(tài)建模的特點，通過調(diào)整篾條起伏規(guī)律的參數(shù)，篾條粗細(xì)、薄厚的參數(shù)，篾條形狀的參數(shù)，以及篾條之間間隙的參數(shù)就可以很理想地完成類似平編、人字形編這一類縱橫方向竹編形態(tài)的參數(shù)化模擬。

■圖3 人字形編編碼圖

■圖4 人字形編Grasshopper邏輯運(yùn)算圖

■圖5 不同參數(shù)下人字形編織面積變化效果

■圖6 不同參數(shù)下人字形編織間距變化效果

■圖7 平編編碼圖

■圖8 多角孔編編碼圖

■圖9 多角孔編Grasshopper邏輯運(yùn)算圖

常見的多角挑壓編法有三角孔編、六角孔編等編法形態(tài)，它們的編制篾條都來自三個方向，在仔細(xì)研究這三類竹編形態(tài)后，結(jié)合參數(shù)化建模的思路可以分析這一類三向竹編形態(tài)篾條之間的位置交織關(guān)系，提取交點作為控制點，每一個方向的每一根篾條有交點時，第一個交點目標(biāo)篾條在上方，第二個交點目標(biāo)篾條就在下方，以此類推。再結(jié)合參數(shù)化建模方法，將相關(guān)聯(lián)的控制點連接起來，就可以很理想地完成類似三角孔編、六角孔編這一類三向竹編形態(tài)的參數(shù)化模擬。

竹編中篾條柔性的材質(zhì)特性，以及竹編形態(tài)自身的結(jié)構(gòu)關(guān)系中所包含的嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)律性，非常適合參數(shù)化設(shè)計的邏輯運(yùn)算。垂直挑壓編法的平編、人字形編，都是X方向與Y方向的篾片起伏、編織成型；多角挑壓編法的三角孔編、六角孔編等竹編編織形態(tài)，這一類三向竹編形態(tài)都是三個方向的篾片相互疊壓、編織成型，其中包含的函數(shù)規(guī)律很容易研究，符合Grasshopper參數(shù)化建模的特點。

平編、人字形編、三角孔編、六角孔編等竹編形態(tài)在傳統(tǒng)竹編手工藝中使用的頻率也比較高，適用于多種器型、多種手工藝產(chǎn)品、多種場合[30]。所以本次的研究重點還是選為垂直挑壓編法中的平編、人字形編和多角挑壓編法的三角孔編、六角孔編的參數(shù)化設(shè)計。

3 竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計平臺及應(yīng)用

利用Grasshopper參數(shù)化設(shè)計工具，搭建竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計平臺，開展具體的參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用。基本應(yīng)用流程如圖2所示。

首先，根據(jù)參數(shù)化竹編形態(tài)的復(fù)雜程度，創(chuàng)建平面或空間曲面作為參考面；其次，捕捉控制點，確定控制點的位置關(guān)系，并將其相連，生成線性編織形態(tài)；最后，調(diào)整各項參數(shù)，得到優(yōu)化后的參數(shù)化竹編形態(tài)。竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計平臺，有利于竹編從業(yè)人員及愛好者進(jìn)行應(yīng)用和開發(fā)，不斷分享最新的研究成果，提高創(chuàng)新效率[31]。

3.1 參數(shù)化垂直挑壓竹編形態(tài)構(gòu)建

構(gòu)建參數(shù)化垂直挑壓竹編形態(tài)以垂直挑壓編法中最具代表性的人字形竹編形態(tài)和平編形態(tài)為例，首先要在工作平面作出兩組參考點，使用repeat運(yùn)算器和shift list運(yùn)算器對所有的參考點進(jìn)行編碼，X方向的點向法線方向的點標(biāo)記為“i”，向法線相反方向的點標(biāo)記為“-i”；Y方向的點向法線方向的點標(biāo)記為“-i”，向法線相反方向的點標(biāo)記為“i”，根據(jù)人字形竹編形態(tài)壓二挑二的編織規(guī)律進(jìn)行編碼，如圖3所示。

人字形編形態(tài)Grasshopper邏輯運(yùn)算圖如圖4所示。

在Grasshopper中將所有的運(yùn)算器打包成一個只有四個接口的封裝代碼，通過調(diào)整篾片數(shù)量滑塊可以控制參數(shù)化編織的面積，效果如圖5所示。

通過調(diào)整篾片寬度運(yùn)算器可以控制參數(shù)化編織的編織間距。同理可以通過調(diào)整相對應(yīng)的運(yùn)算器來調(diào)整篾片的厚度以及尺寸，效果如圖6所示。

參數(shù)化平編形態(tài)的構(gòu)建邏輯與參數(shù)化人字形編的構(gòu)建邏輯一致，編碼過程根據(jù)平編形態(tài)壓一挑一的編織規(guī)律進(jìn)行編碼，如圖7所示。

3.2 參數(shù)化多角挑壓竹編形態(tài)構(gòu)建

■圖10 不同參數(shù)下多角孔編織面積變化效果

■圖11 不同參數(shù)下多角孔編篾條粗細(xì)變化效果

■圖12 回轉(zhuǎn)體編織形態(tài)Grasshopper邏輯運(yùn)算圖

■圖13 回轉(zhuǎn)體編織形態(tài)參數(shù)化建模流程圖

■圖14 回轉(zhuǎn)體編織形態(tài)參數(shù)化示意圖

■圖15 參數(shù)化六角孔編椅面構(gòu)建示意圖

■圖16 “竹悅”參數(shù)化竹編躺椅效果圖

多角挑壓竹編主要指三角孔編和六角孔編，在做進(jìn)階竹編形態(tài)時，以六角孔編為例，先要分析六角孔編的編織規(guī)律，研究其三個方向上篾片之間存在的函數(shù)關(guān)系。首先依據(jù)六角孔編的編織圖案，找到所有篾片之間的交點，以這些交點作為控制點，橫向的控制點向法線方向的點標(biāo)記為“ij(1≤ j≤ l)”，向法線相反方向的點標(biāo)記為“-ij(1≤ j≤ l)”；右斜方向的控制點向法線方向的點標(biāo)記為“-ij(1≤ j≤ l)”，向法線相反方向的點標(biāo)記為“ij(1≤ j≤ l)”；左斜方向的控制點向法線方向的點標(biāo)記為“ik(2≤ k≤ l+1)”，向法線相反方向的點標(biāo)記為“-ik(2≤ k≤ l+1)”，其中j為交點，k為錯位交點，l為交點上限值。如圖8所示，再將相同方向的參考線與相同方向的的控制點上下交錯連接起來，即可生成三角孔編和六角孔編的編織形態(tài)[32-33]。

多角孔編形態(tài)Grasshopper邏輯運(yùn)算圖如圖9所示。

將多角孔編所有的運(yùn)算器也打包成封裝代碼，與人字形參數(shù)化編織形態(tài)一致，可以通過調(diào)整參數(shù)來控制參數(shù)化編織的面積，效果如圖10所示。

通過調(diào)整篾條直徑運(yùn)算器可以控制參數(shù)化編織篾條的粗細(xì)，效果如圖11所示。

三角孔編與六角孔編編織技法相同，只是篾片之間的間距不同，所以參數(shù)化三角孔編形態(tài)的構(gòu)建邏輯與參數(shù)化六角孔編的構(gòu)建邏輯一致，只需在參數(shù)化六角孔編邏輯運(yùn)算過程中調(diào)整篾片之間間距的參數(shù)即可得到參數(shù)化三角孔編形態(tài)。

將上述編織形態(tài)進(jìn)行參數(shù)化模擬后，與相應(yīng)的傳統(tǒng)竹編形態(tài)進(jìn)行比較，效果如表3所示。

表3 竹編形態(tài)參數(shù)化對照表

3.3 參數(shù)化竹編花瓶形態(tài)構(gòu)建

在Grasshopper中使用revolution運(yùn)算器建立參考曲面，使用divide surface運(yùn)算器在參考曲面上找到控制點，再使用dispatch運(yùn)算器將所有的點分派到兩個項目列表，第一組點向法線方向平移，第二組點向法線相反方向平移，將所有點連接起來，賦予體積即可得到平編形態(tài)。

將平編形態(tài)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中以回轉(zhuǎn)體為例，先在Rhino中畫出想要的斷面曲線，然后使用revolution運(yùn)算器建立參考回轉(zhuǎn)曲面，邏輯運(yùn)算圖如圖12所示，再使用以上編織形態(tài)生成方法即可得到回轉(zhuǎn)體的竹編形態(tài)，效果如圖13所示。

首先做出參考回轉(zhuǎn)體曲面的斷面線，輸入至Grasshopper，在每一項接口輸入相應(yīng)參數(shù)，即可生成基本回轉(zhuǎn)體編織形態(tài)模型，設(shè)計師可以根據(jù)不同的設(shè)計需求來調(diào)整數(shù)量、密度、間隔等相對應(yīng)的參數(shù)，來生成設(shè)計所需的回轉(zhuǎn)體編織形態(tài)。通過調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，可以快速生成一系列形態(tài)相近或相異的竹編花瓶，例如上窄下寬型、球型、上寬下窄型等，如圖14所示。

3.4 “竹悅”參數(shù)化竹編躺椅形態(tài)構(gòu)建

“竹悅”參數(shù)化竹編躺椅是一款造型簡潔的休閑躺椅，椅面既要美觀、貼近自然，又要具備良好的承重性和透氣性，六角孔編可以滿足這些設(shè)計要求，同時躺椅椅面要是符合人體半躺狀態(tài)下較為舒適的身體曲線的曲面，所以使用參數(shù)化六角孔編形態(tài)進(jìn)行進(jìn)階設(shè)計，以躺椅椅面的曲面建立參考面，結(jié)合參數(shù)化六角孔編形態(tài)構(gòu)建邏輯，來生成參數(shù)化六角孔編形態(tài)椅面，椅面構(gòu)建過程如圖15所示，“竹悅”參數(shù)化竹編躺椅風(fēng)格簡約、大氣，竹編元素的加入更顯得親近自然，還能提升用戶的幸福感，采用一體式造型設(shè)計，節(jié)省材料、方便生產(chǎn)（圖16）。

4 結(jié)語

竹編作為我國重要的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，在從傳統(tǒng)的生產(chǎn)生活工具向當(dāng)代手工藝品、藝術(shù)品的轉(zhuǎn)變過程中，因為工藝繁瑣、傳承人稀缺等原因，其作為生活工具的特性逐步被取代。因此如何改善竹編的技藝，讓竹編更好地符合當(dāng)代市場需求，就成為了竹編產(chǎn)業(yè)活化的關(guān)鍵。本次設(shè)計應(yīng)用研究，為當(dāng)代設(shè)計師以及用戶提供了竹編形態(tài)設(shè)計的一個參考方案，結(jié)合參數(shù)化設(shè)計可視化的特點，可以讓更多人了解竹編工藝，促進(jìn)竹編技藝的傳承與發(fā)展，讓傳統(tǒng)竹編技藝再放異彩。竹編形態(tài)參數(shù)化是傳統(tǒng)技藝與現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)的良性結(jié)合，打破了傳統(tǒng)工藝、傳統(tǒng)材料對竹編形態(tài)的束縛，使竹編自身造型形態(tài)更多變、豐富，應(yīng)用范圍更加廣泛。最后通過竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計實踐，驗證竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計方法和Grasshopper參數(shù)化模型的有效性和可操作性，發(fā)現(xiàn)參數(shù)化模擬結(jié)果貼合真實竹編效果。參數(shù)化設(shè)計的融入對推動傳統(tǒng)竹編編織技藝的傳承、發(fā)展和保護(hù)都發(fā)揮了積極作用，后續(xù)研究也將繼續(xù)探索竹編形態(tài)參數(shù)化設(shè)計的更多可能，讓傳統(tǒng)竹編工藝更加符合當(dāng)代審美需求和市場需求。