參數(shù)化輔助設(shè)計在燈飾設(shè)計中的應(yīng)用

摘要：參數(shù)化輔助設(shè)計可以提高設(shè)計品質(zhì)和設(shè)計效率。Grasshopper作為工業(yè)設(shè)計軟件Rhino的一款參數(shù)化輔助設(shè)計插件，非常適合應(yīng)用于造型復(fù)雜的燈飾設(shè)計。本文從參數(shù)化燈飾設(shè)計的意義入手，探討了參數(shù)化在燈飾設(shè)計中邏輯造型的過程，以及參數(shù)化在燈飾設(shè)計中的應(yīng)用方式。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化;輔助設(shè)計;燈飾設(shè)計

中圖分類號：TS956 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

1 參數(shù)化造型設(shè)計介紹

參數(shù)化造型可以建立一個使用邏輯語言構(gòu)建相關(guān)影響因素的設(shè)計模型，通過數(shù)字化的參數(shù)去影響造型的生成設(shè)計，當(dāng)造型中某一個關(guān)鍵元素發(fā)生改變，其他設(shè)計元素會因?yàn)檫壿嫷年P(guān)聯(lián)性發(fā)生相對應(yīng)的變化。使用參數(shù)化進(jìn)行造型設(shè)計只需要定義好關(guān)鍵的造型元素，設(shè)計的過程中可以通過參數(shù)的調(diào)整產(chǎn)生大量的設(shè)計方案，通過邏輯語言來描述燈飾造型，設(shè)計出具有自然規(guī)律美感的燈飾設(shè)計方案。

2 參數(shù)化軟件平臺分類簡介

（1）工業(yè)工程軟件。Pro/E、UGNX等以尺度參數(shù)、特征實(shí)體驅(qū)動的三維工程仿真軟件，這類工程軟件中的特征實(shí)體可以分為形狀特征和功能特征，而特征實(shí)體建模是參數(shù)化設(shè)計分支應(yīng)用之一，利用設(shè)計好的實(shí)體特征模型進(jìn)行再組合，調(diào)整尺寸參數(shù)，從而提高設(shè)計效率。（2）CG設(shè)計軟件。3D Max、Maya、C4D、Sketchup、Blender等計算機(jī)圖形設(shè)計軟件，該類軟件塑造視覺設(shè)計形態(tài)非常方便靈活，利于設(shè)計師進(jìn)行前期的概念設(shè)計，但該這類軟件要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計功能通常需要設(shè)計師掌握編程語言或其軟件的內(nèi)置腳本語言，這對設(shè)計師的要求會非常高。（3）可視化節(jié)點(diǎn)編程軟件。Huodini、Grasshopper為代表的可視化節(jié)點(diǎn)編程軟件，該類軟件其本質(zhì)是一門編程語言，設(shè)計師可以將這些節(jié)點(diǎn)按照一定的邏輯進(jìn)行連接，然后這些連線組合起來的節(jié)點(diǎn)就變成了圖形生成程序，方便調(diào)整節(jié)點(diǎn)連接邏輯和節(jié)點(diǎn)參數(shù)去設(shè)計視覺形態(tài)，可視化節(jié)點(diǎn)編程的工作方式可以極大的提高設(shè)計的質(zhì)量和效率。

3 Grasshopper參數(shù)化燈飾設(shè)計的意義

（1）Grasshopper參數(shù)化的設(shè)計方式可以提高燈飾設(shè)計效率。在以往的燈飾設(shè)計方案中，由于技術(shù)的限制（傳統(tǒng)CG設(shè)計軟件以多邊形手工建模為主要方法），當(dāng)燈飾設(shè)計方案如果包含復(fù)雜的自然規(guī)律變化，多邊形建模設(shè)計效率會非常低，而且修改設(shè)計方案將會非常困難。使用多邊形建模的燈飾設(shè)計方案屬于CG效果圖，CG效果圖不能直接用于產(chǎn)品后期的加工制造。在燈飾的制造階段，結(jié)構(gòu)工程師只能去參考設(shè)計師的CG效果圖重新繪制燈飾零部件的CAD圖紙，用來后面的模具制造或CNC切割。Grasshopper基于Rhino平臺，而Rhino以NURBS為核心，產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)出相關(guān)圖紙用于后期的產(chǎn)品制造，減少了三維模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程，縮短了燈飾設(shè)計開發(fā)周期。（2）Grasshopper參數(shù)化輔助設(shè)計優(yōu)化燈飾設(shè)計制造工藝及流程。Grasshopper平臺上有眾多插件可以進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、有限元分析、炫光分析，材料編號，下料偏序等插件工程。這些參數(shù)化輔助設(shè)計插件為燈飾設(shè)計的合理性提供了邏輯和數(shù)據(jù)支撐，通過設(shè)計手段進(jìn)行虛擬仿真，模擬燈飾設(shè)計后期的制造及應(yīng)用情景。設(shè)計師在開發(fā)前期就可以及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，縮短傳統(tǒng)燈飾產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高設(shè)計效率[1]。

4 Grasshopper參數(shù)化進(jìn)行邏輯造型

經(jīng)典的燈飾造型往往源于自然形態(tài)邏輯。設(shè)計師可以觀察自然界中萬物生長的形態(tài)邏輯，利用大自然本身的規(guī)律使用參數(shù)化進(jìn)行邏輯造型。燈飾的外觀造型設(shè)計可以參考自然界中的形態(tài)，自然形態(tài)雖然千差萬別，但萬物形態(tài)經(jīng)過自然法則的競演都會存在內(nèi)在的邏輯規(guī)律。參數(shù)化邏輯造型的本質(zhì)是編程設(shè)計，設(shè)計師在進(jìn)行方案設(shè)計時可以不再受軟件已有功能組件的束縛，因此非常適合燈飾設(shè)計初期的概念設(shè)計，提高方案設(shè)計的創(chuàng)新能力。

而Grasshopper參數(shù)化設(shè)計本質(zhì)上是一種可視化的編程語言，設(shè)計師在燈飾設(shè)計時，首先可以根據(jù)選題選擇需要參考的自然元素，然后觀察該自然元素的形態(tài)特征;其次使用Grasshopper中的邏輯語言來描述關(guān)鍵的造型特征;最后通過邏輯語言編程生成大量的外觀形態(tài)方案，擇優(yōu)選擇合適的燈飾設(shè)計方案。設(shè)計師在參數(shù)化邏輯造型的過程中，產(chǎn)品的幾何造型元素基于邏輯構(gòu)建，幾何元素之間存在關(guān)聯(lián)性，這種參數(shù)式的幾何關(guān)聯(lián)影響通過Grasshopper可視化節(jié)點(diǎn)可以非常方便的進(jìn)行調(diào)整，因此燈飾設(shè)計邏輯造型的過程中可以設(shè)計出大量的創(chuàng)意方案。

5 Grasshopper參數(shù)化設(shè)計在燈飾設(shè)計中的應(yīng)用方式

本次課題研究了大量的參數(shù)化設(shè)計在燈飾設(shè)計中的應(yīng)用案例，以設(shè)計師所熟悉的視覺構(gòu)成語言進(jìn)行分類總結(jié)，為今后使用參數(shù)化輔助設(shè)計燈飾提供參考方向。筆者總結(jié)分析出以下10種常用的燈飾設(shè)計的應(yīng)用方式[2]：

（1）利于參數(shù)化設(shè)計表現(xiàn)燈飾設(shè)計中的陣列重復(fù)設(shè)計;（2）利于參數(shù)化設(shè)計表現(xiàn)燈飾設(shè)計中的切片;（3）利用參數(shù)化設(shè)計表現(xiàn)燈飾設(shè)計中的穿孔造型和結(jié)構(gòu);（4）利用參數(shù)化設(shè)計表現(xiàn)燈飾設(shè)計中的折疊結(jié)構(gòu);（5）利用參數(shù)化設(shè)計表現(xiàn)燈飾設(shè)計中的網(wǎng)格和晶格結(jié)構(gòu);（6）利用數(shù)學(xué)公式表現(xiàn)燈飾設(shè)計中的幾何形態(tài);（7）利用隨機(jī)生成函數(shù)表現(xiàn)燈飾設(shè)計中無序的形體;（8）利用算法生成或影響燈飾造型結(jié)構(gòu);（9）結(jié)合kangaroo插件在燈具造型設(shè)計中幾何找形和幾何優(yōu)化;（10）利用honeybee插件完成燈具造型的炫光分析、照度分析、采光模擬。

根據(jù)以上的參數(shù)化輔助設(shè)計的應(yīng)用方式分類，設(shè)計師可以構(gòu)建自己的燈飾設(shè)計邏輯造型庫，使用Grasshopper所特有的封裝運(yùn)算器Cluster OutPut對常用邏輯造型操作進(jìn)行打包，方便今后在設(shè)計過程中進(jìn)行程序復(fù)用，避免重復(fù)的勞動工作，進(jìn)一步提高了燈飾設(shè)計效率。使用數(shù)學(xué)公式、算法設(shè)計表現(xiàn)的燈飾造型能夠得到傳統(tǒng)手工建模無法得到的幾何形態(tài)，結(jié)合編程算法將生成設(shè)計引入到燈飾設(shè)計中。kangaroo插件對于優(yōu)化燈飾的幾何造型會非常方便，目前還沒有一個CG三維設(shè)計軟件能完成幾何優(yōu)化設(shè)計，kangaroo經(jīng)過多年來的升級迭代，儼然已經(jīng)發(fā)展成了一個物理模擬引擎，幾何形體的變化是基于力與力之間的相互影響，這種使用力學(xué)去描述造型的方法在Grasshopper中得到了可視化處理，設(shè)計師可以直觀的使用力學(xué)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行燈飾設(shè)計。

6 結(jié)語

綜上所述，Grasshopper參數(shù)化輔助燈飾設(shè)計是未來設(shè)計應(yīng)用趨勢之一，它將提高燈飾設(shè)計效率和質(zhì)量。設(shè)計師基于可視化節(jié)點(diǎn)編程的方式進(jìn)行燈飾設(shè)計的參數(shù)化邏輯造型，將極大的提高方案設(shè)計階段的創(chuàng)意能力，滿足人們更高層次燈飾需求，為燈飾設(shè)計帶來更多的可能性。

參考文獻(xiàn)

[1] 卞京.產(chǎn)品造型設(shè)計的參數(shù)化探討[D].北京：中國美術(shù)學(xué)院，2012.

[2] 徐衛(wèi)國.參數(shù)化設(shè)計與算法生形[J].世界建筑，2011（6）：110-111.

收稿日期：2020-05-06

*基金項(xiàng)目：本文系廣州商學(xué)院2019年度校級科研項(xiàng)目“參數(shù)化輔助設(shè)計在燈飾設(shè)計中的應(yīng)用”2019XJYB014研究成果。

作者簡介：謝飛揚(yáng)（1988—），男，湖北黃岡人，研究生，講師，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用輔助設(shè)計。