基于Grasshopper參數(shù)化產(chǎn)品輔助設計的教學探討

謝飛揚

摘要：本文研究探討了基于Grasshopper參數(shù)化產(chǎn)品輔助設計的教學方法，試圖幫助學生去除學習障礙，掌握正確的學習方法。

關鍵詞：Grasshopper;參數(shù)化;產(chǎn)品設計

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0151-01

1 Grasshopper簡介

Grasshopper是Rhinoceros的一個內置插件，是一種基于節(jié)點操作的可視化程序語言，設計師可以直觀的可視化操作節(jié)點進行連接和調整，不需要手寫代碼，快速進行參數(shù)化設計。最初Grasshopper是為了彌補犀牛4的歷史紀錄功能的不足而構建出來的，而Grasshopper作為犀牛的一個參數(shù)化插件，它可以用批處理的方式調用犀牛的建模工具和命令，然后再用參數(shù)化的方式來控制產(chǎn)品的形體模型，這樣就可以更加高效的完成設計任務，同時還可以基于邏輯關系模擬參數(shù)模型、幾何模型和算法模型。

2 基于Grasshopper可視化編程與傳統(tǒng)編程的區(qū)別

傳統(tǒng)的編程環(huán)境需要手動敲擊代碼進行編輯，并且會涉及到相當復雜的函數(shù)和語言語法，抽象的函數(shù)名和變量名稱，復雜的編程邏輯，這種編程方式對于傳統(tǒng)的設計師來說并不能很快適應和使用。

Grasshopper提供了另外一種編程方式，通過內部的component（一般翻譯為“電池”）的組件，每種電池都具有不同的功能，將這些模塊按照一定的邏輯連接起來后它就會變?yōu)橐粋€程序。Grasshopper對于習慣形象設計的設計師來說師一種更加容易接受的建模方式，而且通過實踐發(fā)現(xiàn)這也是一種更加高效的編程方式[1]。

3 Grasshopper參數(shù)化設計帶來的變化

（1）Grasshopper是非常強大的參數(shù)化輔助設計工具，設計師利用參數(shù)化設計能夠快速生成大量的產(chǎn)品設計方案，借助Grasshopper相關的工具組件能夠輕松完成非常復雜的曲面設計形態(tài)，并且能夠方便的進行調整，其帶來的便捷性是傳統(tǒng)設計方法無法比擬的。高效率的設計迭代過程也使得參數(shù)化設計方法在實際項目中被廣泛運用。（2）Grasshopper可以基于邏輯算法進行產(chǎn)品曲面結構優(yōu)化，能夠按照編程邏輯實現(xiàn)包含復雜形態(tài)規(guī)則的模型構建，可以將有關性能的形態(tài)優(yōu)化結合在程序的邏輯構建當中，使得產(chǎn)品設計的性能得到客觀的評價，以及更合理的優(yōu)化結構。（3）Grasshopper利于產(chǎn)品設計的后期的施工建造。參數(shù)化設計與建模也能為產(chǎn)品設計帶來新的可能性，由于基于Grasshopper的輔助設計方法是基于高度數(shù)字化的設計方法，空間中由點、線、面、體構成的視覺元素都能夠直接輸出到數(shù)控機床等加工設備中，在工廠中進行精確的加工。在施工現(xiàn)場，數(shù)字模型的空間坐標位置也可以精確的指導安裝。我們可以使用參數(shù)化的設計方法，可以根據(jù)構件的構造需要以及加工安裝條件對產(chǎn)品設計進行優(yōu)化，這樣就能實現(xiàn)復雜形體的建造，大大提升的建造的精度和質量[2]。

4 Grasshopper參數(shù)化產(chǎn)品輔助設計的教學探討

4.1 教學問題分析

（1）國內Grasshopper主要應用在建筑環(huán)藝設計專業(yè)的教學，導致產(chǎn)品設計應用Grasshopper的教學案例相對較少，出現(xiàn)問題很難找到參考資料。然后產(chǎn)品設計專業(yè)的學生大多都是文科藝術類，沒有理工科編程學習經(jīng)驗，理解起相關的概念比較困難。（2）Grasshopper獨特的使用方法有別于傳統(tǒng)的三維建模設計軟件，對于初學者來說也很難上手，學生對于復雜的設計模型沒有相關的數(shù)據(jù)結構和正確邏輯思路。（3）學生對于復雜模型的構建和修改，往往找不到該使用哪一個參數(shù)進行調整，不知道從哪里下手從而使得結果偏離更遠。截止目前，Grasshopper到版本有3000多個組件，很多教學都會挨個介紹每一個組件的用法，這其實是一種很沒有效率的教學方法。因為經(jīng)常使用的組件大概只有100多個，學習的關鍵其實在于對其本身數(shù)據(jù)結構的理解，并通過一系列相關實際案例熟悉和掌握Grasshopper的使用。

基于以上問題，筆者經(jīng)過分析總結出了一套適合產(chǎn)品設計專業(yè)學生的教學方法，主要以Grasshopper進行產(chǎn)品造型的參數(shù)化設計。

4.2 Grasshopper工作環(huán)境和基本操作教學

（1）介紹Grasshopper工作環(huán)境，熟悉其界面UI劃分，學生后期通過菜單欄的功能劃分能快速找到需要的組件。重點介紹快速調用運算器的方法，說明運算器連線的相關操作和多種執(zhí)行方式，加快建模工作效率。（2）介紹Grasshopper與犀牛數(shù)據(jù)間的關系。Grasshopper中的物體在犀牛中是不存在的，是虛擬動態(tài)的隨著參數(shù)和邏輯的變化而改變，需要通過bake操作轉換成犀牛中靜態(tài)物體，轉換后將不再受Grasshopper的影響，與bake相反的操作叫做internalise data，可以將犀牛的幾何數(shù)據(jù)裝在至GH的電池組里，如果改變犀牛的幾何信息，GH此時的幾何狀態(tài)并不會發(fā)生改變，此外internalise data可以切斷程序的數(shù)據(jù)流[3]。

4.3 Grasshopper數(shù)據(jù)基礎教學

介紹Grasshopper數(shù)據(jù)類型和相關電池。說明數(shù)據(jù)流匹配過程多個數(shù)據(jù)流的匹配方式，掌握相關數(shù)據(jù)匹配的電池，目前一共有4種數(shù)據(jù)匹配方式：（1）一對一單個數(shù)據(jù)匹配;（2）一對多的數(shù)據(jù)流匹配;（3）多對多相同數(shù)量的多個數(shù)據(jù)流匹配;（4）不同數(shù)據(jù)量的多個數(shù)據(jù)流和多個數(shù)據(jù)流匹配邏輯：多對多+長列剩余數(shù)據(jù)匹配短列末位數(shù)據(jù)。

4.4 基于Grasshopper的點線面建模教學

產(chǎn)品造型設計中最重要的點線面元素進行教學，探討基于參數(shù)化造型的豐富的可能性，幫助學生找到Grasshopper參數(shù)化產(chǎn)品造型的本質。

（1）Grasshopper中生成點的運算器實例教學，包括內置的生成點，從線生成點、從面生成點、從外界導入點。（2）Grasshopper中生成線的運算器實例教學，包括內置的點生成線，從線生成線，從面生成線。（3）Grasshopper中生成面的運算器實例教學，包括內置的點生成面，從線生成面，從面生成面。

4.5 基于Grasshopper的產(chǎn)品設計實例教學

本階段通過基于參數(shù)化的產(chǎn)品設計實例教學，讓學生熟悉基于Grasshopper的點線面電池組進行基本建模的方法，說明參數(shù)化設計方法在產(chǎn)品設計中的應用和流程，闡述一般產(chǎn)品設計中遇到的難點問題進行數(shù)據(jù)化分析的方法，學生結合前面學習到的理論和方法進行產(chǎn)品設計的應用拓展。

5 結語

綜上所述，Grasshopper作為犀牛平臺下重要的參數(shù)化表現(xiàn)插件，其節(jié)點式可視化編程的工作方式將極大的提高設計的質量和效率，同步提高設計師在產(chǎn)品設計中分析問題，解決問題的能力。因此使用Grasshopper開展并應用在產(chǎn)品設計教學工作中也是良好選擇。值得注意的是，在參數(shù)化產(chǎn)品設計教學的過程中，作為教師始終應該強調其表現(xiàn)的合理性，畢竟產(chǎn)品設計是應用性較強的學科，在應用參數(shù)化輔助設計的過程中，不能本末倒置的為了參數(shù)化形式而生產(chǎn)出一批奇形怪狀毫無實用價值的產(chǎn)品設計。

參考文獻

[1] 卞京.產(chǎn)品造型設計的參數(shù)化探討[D].北京：中國美術學院，2012.

[2] 白云生，高云河，著.Grasshopper參數(shù)化非線性設計[M].華中科技大學出版社，2018.

[3] 姚小龍.參數(shù)化設計下建筑形態(tài)生成研究[D].武漢：武漢紡織大學，2017.

Abstract：This paper studies and discusses the teaching method based on Grasshopper parametric product aided design， trying to help students remove learning barriers and master the correct learning methods.

Key words：Grasshopper; parameterization; product design