參數(shù)化設計在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用

張凱++張寒

摘要：基于復雜數(shù)理邏輯的參數(shù)化設計能給人帶來邏輯美感，已成為產(chǎn)品形態(tài)設計領域研究的熱點。本文著重運用歸納法和案例分析法從邏輯構(gòu)成形態(tài)、結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)、肌理構(gòu)成形態(tài)三個方面探討其應用路徑，并歸納出“生成——調(diào)節(jié)——挑選”這一基本的邏輯流程。

關鍵詞：參數(shù)化設計 產(chǎn)品形態(tài) 邏輯構(gòu)成 結(jié)構(gòu)構(gòu)成肌理構(gòu)成

中圖分類號：TB47

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2016）02-0024-02

參數(shù)化設計目前在現(xiàn)代設計中的應用比較廣泛，在各類造型領域的探索中，建筑行業(yè)的應用已經(jīng)取得了較為顯著的成績。隨著技術的不斷進步，參數(shù)化設計的應用面在不斷擴大，逐漸由建筑領域擴展到其他領域，初步展開在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用，并出現(xiàn)一些相關設計作品，但對于設計方法和應用路徑的研究還不完善?；趹寐窂降难芯恳欢ǔ潭壬蠈ν苿釉O計創(chuàng)新具有重要的現(xiàn)實意義。

1 參數(shù)化設計概述

參數(shù)化設計其實就是參變量化設計，即把設計參變量化，每個參變量控制或表明設計結(jié)果的某種重要性質(zhì)，改變參變量的值會改變設計結(jié)果。

參數(shù)化設計的最大特點表現(xiàn)在參數(shù)的即時調(diào)節(jié)和與之相對應數(shù)字模型的即時反饋。在參數(shù)化設計系統(tǒng)中，不變參數(shù)通過一定的邏輯規(guī)則形成設計基礎，再通過可變參數(shù)的數(shù)值調(diào)節(jié)進行方案的調(diào)整和優(yōu)化，最終生成設計結(jié)果。在這個過程中，各種影響因素被數(shù)據(jù)化和關聯(lián)化，并通過規(guī)則和邏輯貫穿在一起。參數(shù)化的這種可變和易于調(diào)節(jié)的特點，使設計變得更加方便和靈活，設計師只需要調(diào)節(jié)規(guī)則邏輯中的參數(shù)就能迅速調(diào)整方案的呈現(xiàn)效果。參數(shù)化設計的運用可以在短時間內(nèi)生成一系列方案，設計師或用戶可以根據(jù)設計要求或?qū)徝澜?jīng)驗進行方案選擇，這在一定程度上帶來更為豐富、多變的體驗，促進基于互聯(lián)網(wǎng)的個性定制的發(fā)展和完善，為設計行業(yè)帶來新的活力。

2 參數(shù)化設計與產(chǎn)品形態(tài)設計

數(shù)理邏輯又稱“符號邏輯”，是一門用數(shù)學方法研究思維的形式結(jié)構(gòu)及其規(guī)律的學科。數(shù)理邏輯在形態(tài)塑造中的運用能夠體現(xiàn)比例與尺度、對稱與均衡、節(jié)奏與韻律、統(tǒng)一與變化等形式美法則。從古至今，一些簡單而經(jīng)典的數(shù)理邏輯被廣泛運用到設計當中，最為人們熟知的就是黃金分割比，古代的埃及金字塔、印度泰姬陵到現(xiàn)代蘋果公司的很多產(chǎn)品設計都以黃金分割比為內(nèi)在邏輯，這些設計無不被人奉為經(jīng)典。

當代，計算機技術的快速發(fā)展與3D打印技術的進步，使復雜數(shù)理邏輯的呈現(xiàn)成為可能，參數(shù)化設計便是其中之一，其作為一種新的設計方法在現(xiàn)代設計中的探索極為引入注目。尤其在產(chǎn)品形態(tài)設計領域，參數(shù)化設計使原來不可能實現(xiàn)的復雜結(jié)構(gòu)與形式得以呈現(xiàn)，形態(tài)的內(nèi)在數(shù)理邏輯性使產(chǎn)品展現(xiàn)出變化豐富、充滿律動的形式美感，既能豐富產(chǎn)品的視覺呈現(xiàn)效果，又可以滿足用戶的個性化需求。參數(shù)化設計正逐漸應用于產(chǎn)品形態(tài)設計中，并呈現(xiàn)出一個新的發(fā)展潮流“。

3 參數(shù)化設計在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用路徑

參數(shù)化設計在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用主要表現(xiàn)為邏輯構(gòu)成形態(tài)、結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)和肌理構(gòu)成形態(tài)三個方面。

3.1 邏輯構(gòu)成形態(tài)

邏輯構(gòu)成形態(tài)是指以符合或接近數(shù)理邏輯關系的規(guī)則塑造的形體，著重強調(diào)形態(tài)的邏輯性。參數(shù)化的產(chǎn)品邏輯構(gòu)成形態(tài)設計的基本流程如下：（1）確定設計目標；（2）找出對設計目標具有影響的各類因素，將這些因素轉(zhuǎn)化為有效的參量，通過研究和邏輯推理，確定參數(shù)之間的基本關系；（3）運用某種規(guī)則系統(tǒng)（即算法）構(gòu)筑參數(shù)關系，逐步實施算法生成產(chǎn)品的設計原型；（4）通過對算法中關鍵變量的調(diào)整，生成海量方案，這一環(huán)節(jié)如果達不到理想效果，則返回去進一步修改算法，進行新一輪的實施和迭代，從而得到另一類可能性，在算法的反復實施和迭代中生成理想的設計結(jié)果；（5）設計師或用戶在生成的一系列方案中進行方案挑選。整個流程可以概括為：設計目標——參量設定——算法構(gòu)建——參數(shù)調(diào)整——評價——確定。

例如由美國設計師Matthias Pliessnig為私人客戶所設計的阿瑪達長凳（圖1），是參數(shù)化的產(chǎn)品邏輯構(gòu)成形態(tài)設計的一個典型案例。其設計目標是一個貫穿空間的寬大流動的長凳，設計師首先運用曲線干擾、細分等規(guī)則營造一個高低起伏、凹凸有致的流動效果，構(gòu)造出長凳的設計原型；其次通過對整體尺寸、細分次數(shù)等參數(shù)數(shù)值的調(diào)節(jié)，生成一系列的形態(tài)結(jié)果。最后根據(jù)自己的經(jīng)驗、審美或腦海中的預想等進行方案評估和挑選，得到令人滿意的視覺形態(tài)。

3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)

對于參數(shù)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)設計，一方面可以通過相關參數(shù)化軟件對現(xiàn)有產(chǎn)品進行拓撲優(yōu)化，以達到某種經(jīng)濟或生態(tài)效益；另一方面也可以運用參數(shù)化設計方法研究及模擬自然界和傳統(tǒng)人工物中的結(jié)構(gòu)，賦予產(chǎn)品以新的結(jié)構(gòu)形式。

3.2.1 拓撲優(yōu)化

拓撲優(yōu)化算法主要用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化?；谠O計目標的拓撲優(yōu)化可以將材料均質(zhì)的模型優(yōu)化為材料在空間中的最佳分布模型，也可以從力學角度出發(fā)對原有產(chǎn)品模型進行拓撲變形，通過這兩種方式的反復迭代優(yōu)化，最終產(chǎn)生一種新的結(jié)構(gòu)形態(tài)。可以總結(jié)為：設計目標——力學分析——變形優(yōu)化——評價——確定。

例如德國設計師Marco Hemmerling和Ulrich Nether設計的這款衍生椅（圖2），即是參數(shù)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的典型案例。其設計目標是在原材料減少的同時保證座椅的穩(wěn)定性及舒適度。設計師在設計構(gòu)建時主要采用有限元建模軟件，對座椅的結(jié)構(gòu)性能、材料特性、人機工程學數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)加工工藝等參數(shù)進行綜合分析，并通過反復迭代，生成一個最優(yōu)化的方案模型，最終呈現(xiàn)的是經(jīng)過計算機邏輯運算之后的結(jié)構(gòu)，亦是座椅的最終形態(tài)。衍生椅設計通過參數(shù)化軟件的運用，在功能優(yōu)化的基礎上，實現(xiàn)了產(chǎn)品的形態(tài)創(chuàng)新和制造的經(jīng)濟性。

3.2.2 結(jié)構(gòu)模擬

大自然中的諸多結(jié)構(gòu)不僅具有科學的力學法則，并且擁有和諧的美感，前人通過學習、模仿和研究自然界中的生物結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了很多優(yōu)秀的人工結(jié)構(gòu)，流傳至今。參數(shù)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)設計的另一種方式就是研究自然界和傳統(tǒng)人工物中的結(jié)構(gòu)，將影響產(chǎn)品及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的要素轉(zhuǎn)化為多個參數(shù)，設定模擬算法，并進行優(yōu)化與創(chuàng)新，在反復迭代中生成最終的結(jié)構(gòu)形態(tài)。即：設計目標——研究現(xiàn)有結(jié)構(gòu)——模擬優(yōu)化——評價—確定。endprint

例如荷蘭Studio Drift工作室設計的可以動態(tài)變化的吊燈——TheShylights（羞羞燈）（圖3），便是通過對自然界中優(yōu)秀結(jié)構(gòu)的模擬，所實現(xiàn)的產(chǎn)品創(chuàng)新。綻放是花最美的瞬間，然而到了夜間，美麗的花朵便害羞般的閉合起來，The Shylights（羞羞燈）正是模擬花瓣盛開和閉合這兩個動作，即垂下綻放時燈具打開，向上收縮時燈具關閉。其設計的關鍵是利用參數(shù)化軟件模擬花的開合，為燈具制作了可伸縮并極其精密的機械骨架，以此生動地呈現(xiàn)花朵綻放時所展現(xiàn)出的自然生命力。

3.3 肌理構(gòu)成形態(tài)

肌理是物體表面組織結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式，是產(chǎn)品形態(tài)的重要組成部分。參數(shù)化的產(chǎn)品肌理構(gòu)成形態(tài)設計的基本流程如下：（1）確定設計目標；（2）找出影響特定產(chǎn)品肌理設計的各種因素，將其轉(zhuǎn)化為參（變）量，并基于對這些參（變）量的分析確定具體的設計元素；（3）設定該元素自身的變化及組合邏輯（算法），通過算法的逐步實施構(gòu)造出設計原型；（4）確定變量，調(diào)節(jié)變量數(shù)值，推敲方案；（5）通過對參數(shù)的綜合調(diào)節(jié)進一步優(yōu)化方案，并在比較的基礎上挑選最終效果。該流程可以概括為：設計目標——確定設計元素——基于元素的變化及組合邏輯（算法）構(gòu)建——變量數(shù)值調(diào)節(jié)——評價——確定。

例如由馬薩諸塞州的Nervous System實驗室設計的Hyphae Lamps（圖4），是參數(shù)化的產(chǎn)品肌理構(gòu)成形態(tài)設計的一個典型案例。HyphaeLamps是系列化的有機臺燈設計，以自然界中的生物生長規(guī)律為元素，設定生長算法，從最初的種子和一個基面，通過節(jié)點的不斷分支與合并，生長為一個有機的鏤空網(wǎng)絡。同時，算法可以隨著參數(shù)數(shù)值的調(diào)整而發(fā)生改變，每個燈都是基于這些類似算法而單獨種植的，因此，這一系列有機臺燈中的每一個都是獨一無二的，其自然化的肌理可以通過LED燈向墻上或天花板上投射獨特的圖案，創(chuàng)造一種空靈和有機的氛圍。

4 結(jié)論

隨著計算機技術的發(fā)展，基于復雜數(shù)理邏輯的參數(shù)化設計在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用越來越廣泛。其應用的基本流程可以概括為：實施規(guī)則或算法生成設計原型——調(diào)節(jié)參數(shù)得到一系列方案——設計師或用戶進行方案挑選，進一步歸納為“生成——調(diào)節(jié)——挑選”這一邏輯流程。

參數(shù)化設計在產(chǎn)品形態(tài)設計領域的應用具有重要的現(xiàn)實意義。一方面，為設計師提供新的方法和思路，拓展設計師的思維；另一方面，基于算法的參數(shù)調(diào)節(jié)能夠在短時間內(nèi)生成一系列方案，這在很大程度上可以促進產(chǎn)品的設計更新，縮短產(chǎn)品的設計周期，豐富產(chǎn)品的表現(xiàn)形式，讓產(chǎn)品以更為全新的面貌呈現(xiàn)在世人面前。此外，用戶可以根據(jù)自己的喜好從生成的系列化方案中進行選擇，很大程度上實現(xiàn)了用戶參與，特別是通過與互聯(lián)網(wǎng)及3D打印相結(jié)合，用戶能夠基于不斷發(fā)展與完善的互聯(lián)網(wǎng)個性化定制平臺直接參與設計，這些都為用戶帶來了全新、有趣、互動的體驗感受。由此可以預見，參數(shù)化設計必將成為未來應用到產(chǎn)品形態(tài)設計領域的重要方法之一。endprint