個性化需求下的產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計方法理論研究

■宋 健 Song Jian

(武漢理工大學(xué)，湖北武漢 430070）

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，產(chǎn)品種類得到極大豐富，產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計已經(jīng)從以功能至上的簡約設(shè)計不斷向多元化，個性化，甚至復(fù)雜化發(fā)展。另一方面，參數(shù)化設(shè)計作為計算機技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，為產(chǎn)品造型設(shè)計提供了新的方法與路徑，給產(chǎn)品造型帶來了更大的自由空間。參數(shù)化設(shè)計在建筑設(shè)計，工業(yè)設(shè)計，服裝設(shè)計等領(lǐng)域都已經(jīng)有了很多成功的案例。

1 參數(shù)化設(shè)計概述

參數(shù)化設(shè)計是一種將影響設(shè)計結(jié)果的主要因素看做是設(shè)計過程中的參數(shù)，并以某種邏輯關(guān)系把他們組織到一起，借助于計算機編程和軟件形成參數(shù)模型，通過計算得到輸出結(jié)果即產(chǎn)品形態(tài)的設(shè)計方法[1-2]。參數(shù)中有些因素是可變的，就是參變量，有些參數(shù)是固定不變的。這樣在設(shè)計過程中通過修改影響設(shè)計因素的參數(shù)值，經(jīng)過重新計算就可以立刻生成一套新的設(shè)計方案。

參數(shù)化設(shè)計的核心是其各元素間的關(guān)聯(lián)性和邏輯性，即構(gòu)建一個與設(shè)計結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)模型。這類模型可以進行直觀快捷的交互操作，任意修改參數(shù)變量，方便設(shè)計師不斷進行方案的優(yōu)化。參數(shù)化設(shè)計由于其體量大，算法復(fù)雜，很多結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)在體量放大后才能解決，因此目前主要在大型建筑設(shè)計上運用。扎哈哈迪德用參數(shù)化設(shè)計方法創(chuàng)建了大量自由感性的線條，柔軟層疊的空間。比如廣州市歌劇院及北京銀河SOHO[3]。而隨著加工工藝的不斷發(fā)展，尤其是3D打印技術(shù)的普及，參數(shù)化設(shè)計已經(jīng)逐漸應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、家居設(shè)計、汽車設(shè)計等多個領(lǐng)域[4-5]。

2 產(chǎn)品個性化需求下參數(shù)化設(shè)計的應(yīng)用

社會工業(yè)化水平的不斷提高，商品種類日益豐富，但傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)的制造體系造成了市場產(chǎn)品的同質(zhì)化。千篇一律的商品已經(jīng)滿足不了人們?nèi)找嬖鲩L的對于精神文化情感個性的需求。消費者追求唯一，滿足自我的要求正在催生產(chǎn)品的私人化及獨特性，高效廉價的大批量生產(chǎn)與消費者對于個性化需求的矛盾也成為市場亟待解決的一個主要矛盾。因此以用戶體驗為核心的市場環(huán)境決定了滿足個性化的私人訂制消費趨勢必將成為主流[6]。

參數(shù)化設(shè)計在產(chǎn)品私人化定制領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，主要功能在與輸出結(jié)果與輸入信息間的快速調(diào)節(jié)與生成，其強大的靈活性與可控性能高效快捷的產(chǎn)出大量的設(shè)計成果，生成可視化3D數(shù)據(jù)模型。而隨著3D打印技術(shù)的成熟，只需要3D數(shù)模文件就可直接打印制造，省去了繁瑣的開模加工的時間[7]。這種新技術(shù)的應(yīng)用極大縮短了從創(chuàng)意設(shè)計到實物產(chǎn)出的周期和流程，節(jié)約了時間成本及模具費用。同時消費者可以自主參與設(shè)計過程，根據(jù)自己的喜好通過對設(shè)計中參變量因素的修改生產(chǎn)出符合特定需求的產(chǎn)品。

目前在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，參數(shù)化設(shè)計主要體現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)的獨特形式美感，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)。比如由Marco Hemmerling和Ulrich Nether合作設(shè)計的“衍生椅子”（圖1），外形構(gòu)建時對椅子結(jié)構(gòu)功能，材料屬性，人體工學(xué)等系數(shù)進行綜合分析，從而得到最優(yōu)的數(shù)字模型，利用3D打印技術(shù)在保證穩(wěn)定性舒適性不變的前提下減少了體量，形成了富有動感和節(jié)奏感的獨特外觀形態(tài)。

寶馬發(fā)布的新概念車——Vision Next 100（圖2）徹底掀起了產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計的潮流，其車身表皮及周圍可變形、拉伸的靈動結(jié)構(gòu)采用參數(shù)化設(shè)計的方法[8]，使整個形態(tài)極具視覺沖擊力，顛覆了傳統(tǒng)汽車設(shè)計刻板單一的模式，充滿科幻感和未來感，同時有效降低了車身的風(fēng)阻系數(shù)。

3 參數(shù)化建模在產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用的優(yōu)勢

參數(shù)化設(shè)計是依托以數(shù)學(xué)邏輯為基礎(chǔ)的參數(shù)化建模軟件實現(xiàn)的，最常見的以Rhino插件Grasshopper為主[9]，它擁有強大的幾何形態(tài)運算功能，結(jié)合程序特征將參數(shù)化運用到設(shè)計的推敲中，非常的高效精準(zhǔn)。

■圖1 “衍生椅子”

■圖2 寶馬Vision next 100

3.1 邏輯精準(zhǔn)性

首先，參數(shù)化設(shè)計利用計算機輔助數(shù)據(jù)運算可以精準(zhǔn)的生成復(fù)雜形體，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計工具對于大量的重復(fù)，漸變，有機曲面的創(chuàng)造顯得力不從心，設(shè)計師也很難自主創(chuàng)建出如此復(fù)雜具有邏輯性的形態(tài)。而在參數(shù)化設(shè)計中，參數(shù)化模型建立了一種精密的數(shù)學(xué)邏輯，計算機根據(jù)參數(shù)模型建立聯(lián)系，設(shè)計師只需要決定簡單的原始變量值，復(fù)雜重復(fù)的計算則交給計算機完成。

3.2 同步可視性

參數(shù)化設(shè)計的另一個優(yōu)勢在于參數(shù)調(diào)節(jié)和對應(yīng)反饋信息的同步可視化[10]，設(shè)計師在修改參數(shù)時可以迅速看到產(chǎn)品的變化，而在設(shè)計過程中通過形態(tài)結(jié)果的瞬時反饋調(diào)節(jié)參數(shù)值，能夠在短時間內(nèi)不斷修改推敲得到最終滿意的結(jié)果，參數(shù)化設(shè)計這種數(shù)字模型的實時反饋的特性使得產(chǎn)品設(shè)計修改更加的靈活，大大降低了設(shè)計的時間成本，提高了工作效率。

3.3 調(diào)節(jié)性及推導(dǎo)性

在產(chǎn)品設(shè)計的參數(shù)化過程中，設(shè)計師經(jīng)過前期的用戶調(diào)研，市場分析后將約束產(chǎn)品形態(tài)的因素作為參數(shù)，在它們之間建立邏輯關(guān)系，計算機經(jīng)過計算后用模型語言動態(tài)的展現(xiàn)設(shè)計師的想法[11]。在設(shè)計的推導(dǎo)和優(yōu)化過程中，設(shè)計師只需不斷修改簡單的初始參數(shù)或其邏輯關(guān)系，就能實現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)的改變產(chǎn)生新的設(shè)計方案。設(shè)計師只需從大量設(shè)計產(chǎn)出中尋求自己最滿意的方案，免除了繁雜的設(shè)計反復(fù)的工作，同時直觀的通過設(shè)計結(jié)果的改變反推設(shè)計因素，不斷的修改完善細(xì)節(jié)，因此具有強大的可調(diào)節(jié)性和推導(dǎo)性。

4 參數(shù)化設(shè)計方法和思維的優(yōu)勢

設(shè)計的發(fā)展伴隨著科學(xué)技術(shù)的進步，計算機技術(shù)的不斷拓展催生了參數(shù)化設(shè)計這一全新的概念。它不僅僅是工具的創(chuàng)新進步，更是一種全新的設(shè)計方法。參數(shù)化設(shè)計的應(yīng)用拓展了設(shè)計師思維方式，顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計以結(jié)果導(dǎo)向的還原設(shè)計思路，更注重在設(shè)計初級階段時的影響因素及邏輯關(guān)系，將紛繁復(fù)雜不可知的設(shè)計結(jié)果進行合理的程序化簡單化。

4.1 理性美的全新設(shè)計語言

參數(shù)化設(shè)計通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯和推理產(chǎn)生形態(tài)，必然具有其理性美和韻律美。它提供了一種更嚴(yán)謹(jǐn)更縝密的設(shè)計形式，經(jīng)過計算機軟件的數(shù)據(jù)計算，最終得到的是原始基礎(chǔ)形態(tài)的合理變形和扭曲，復(fù)雜的形態(tài)隱含了內(nèi)在規(guī)律。傳統(tǒng)設(shè)計中很多情況下?lián)诫s著設(shè)計師的主觀因素，包括設(shè)計師的經(jīng)驗，審美，情感，藝術(shù)修養(yǎng)等，因此得到的設(shè)計結(jié)果就存在很多隨機性，主觀性。一般形態(tài)追求的是整體的感覺，而參數(shù)化設(shè)計形態(tài)又多了一種形式美法則下的視覺刺激，大量的重復(fù)漸變形成一種秩序感，豐富性，產(chǎn)生強烈的視覺動力，與用戶產(chǎn)生情感共鳴。同時參數(shù)化設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)模擬自然生長般的有機形態(tài)[12]，看似隨機而富有規(guī)律的變化，改變了現(xiàn)代主義刻板的單調(diào)，采用非線性元素，更加的動感自由。

4.2 自下而上的設(shè)計思維

傳統(tǒng)的設(shè)計思維是一種自上而下的設(shè)計流程，設(shè)計師根據(jù)主觀認(rèn)知個人經(jīng)驗審美賦予物體形態(tài)，通過草圖的形式進行表現(xiàn)，并不斷的推敲完善，最后通過建模工具實現(xiàn)概念可視化[13]。參數(shù)化設(shè)計則提供了另一條與之相反的設(shè)計思路，它是一種自上而下的設(shè)計思維，注重的不是設(shè)計的結(jié)果，或者根本不知道結(jié)果是什么，而是在初期對于影響形態(tài)的因素進行分析制定，將影響因素參數(shù)化，通過建立參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系搭建可視化模型，然后不斷地推敲修改參數(shù)值及邏輯關(guān)系，結(jié)果是基于因素和邏輯關(guān)系自然而然得到的產(chǎn)物。盡管不知道結(jié)果可能是什么，但將影響結(jié)果的“因”和各種“因”之間的對應(yīng)關(guān)系進行約束控制，結(jié)果也必然在可控范圍內(nèi)。這種思維方式將復(fù)雜的結(jié)果簡單化，省去了繁瑣的計算過程，避免了設(shè)計師自主設(shè)計的局限與靈感的匱乏。

4.3 綜合性系統(tǒng)性

參數(shù)化設(shè)計注重內(nèi)在規(guī)則與各因素的關(guān)系，它考慮的是一個綜合性的系統(tǒng)問題。設(shè)計的過程不是針對一個個問題解決，而是將所有影響結(jié)果的因素納入其中，作為一個統(tǒng)一的整體系統(tǒng)考慮。

如今在產(chǎn)品家族化設(shè)計中，系列化設(shè)計和改良設(shè)計占據(jù)很大的比重，一個產(chǎn)品品牌必然具有其品牌特征和家族文化的傳承[14]。在進行某一品牌產(chǎn)品系列化設(shè)計的過程中，保留家族語言的基礎(chǔ)上，修改產(chǎn)品的形態(tài)，豐富產(chǎn)品的種類，實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。參數(shù)化設(shè)計為產(chǎn)品的系列化改良設(shè)計提供了重要支撐。參數(shù)化設(shè)計的重點就是基于產(chǎn)品類型生成參數(shù)模型，設(shè)計師只需修改參數(shù)就會得到具有同樣關(guān)系的造型相似的產(chǎn)品，快速的形成具有相同邏輯關(guān)系的系列產(chǎn)品。

5 結(jié)語

參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)點是顯而易見的，它將設(shè)計與數(shù)據(jù)算法相結(jié)合，為感性的設(shè)計找到理性的支撐，在短時間內(nèi)通過調(diào)整參變量實時呈現(xiàn)不同的結(jié)果，大大提高了設(shè)計的效率，革新了傳統(tǒng)的設(shè)計思路。在消費者日益增長的情感化，個性化的需求下，參數(shù)化設(shè)計的應(yīng)用為實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化多元化，滿足市場需求提供了新的模式與路徑。設(shè)計師充分了解應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)勢與特長，對于新時代新需求下的產(chǎn)品造型設(shè)計具有重要的意義。

（責(zé)任編輯：張 楊）

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