Rhino， Sketch up， Solidworks公共藝術(shù)在跨學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例分析

從2014年開始，根據(jù)公共藝術(shù)成為教育部本科招生目錄中設(shè)計(jì)學(xué)下9個(gè)專業(yè)的新形勢(shì)，筆者在天津大學(xué)開設(shè)了面對(duì)不同設(shè)計(jì)專業(yè)大學(xué)生的《設(shè)計(jì)與人文——當(dāng)代公共藝術(shù)》課程。在課程中，通過鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者將方案設(shè)計(jì)與自身專業(yè)相結(jié)合，大量運(yùn)用在建筑、產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的三維建模軟件Rhino、Sketch up、Solidworks等進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，取得了一定的教學(xué)成果，并豐富了公共藝術(shù)創(chuàng)作的新視野。

一、課程概述

《設(shè)計(jì)與人文——當(dāng)代公共藝術(shù)》課程的學(xué)習(xí)者除了少數(shù)環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生，主要是來自建筑、規(guī)劃、機(jī)械、環(huán)境、建筑工程、自動(dòng)化專業(yè)的理工科同學(xué)。在課程獲批為天津大學(xué)、南開大學(xué)互選課程后，又加入了南開大學(xué)的數(shù)學(xué)、化學(xué)、光電子等專業(yè)。面對(duì)非藝術(shù)專業(yè)大學(xué)生的公共藝術(shù)設(shè)計(jì)課程在國(guó)內(nèi)雖然尚屬首創(chuàng)，但并非心血來潮，而是建立于堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)之上，這就是公共藝術(shù)自身的高度跨學(xué)科特性。1

公共藝術(shù)本身就是一種創(chuàng)作過程具有開放性的新興藝術(shù)形式，集合了原有環(huán)境雕塑、景觀、設(shè)施等門類的特征，其設(shè)計(jì)者出身于畫家、設(shè)計(jì)師、機(jī)械工程師等不同背景。如機(jī)械工程師出身的喬治·里奇、建筑師出身的托尼·史密斯等都沒有藝術(shù)背景，更不必提在公共藝術(shù)策劃中發(fā)揮重要作用的作家布魯根·庫斯杰（奧登博格的夫人）等人。如此之多的公共藝術(shù)大師出身不同學(xué)科，是開展跨學(xué)科公共藝術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。事實(shí)上，學(xué)習(xí)者不同的學(xué)科背景，是公共藝術(shù)創(chuàng)意思維的寶貴源泉，這一點(diǎn)已經(jīng)在課程實(shí)踐中有清楚的體現(xiàn)。

二、三維建模軟件在跨學(xué)科公共藝術(shù)教學(xué)中的重要作用

顯而易見的是，非藝術(shù)專業(yè)公共藝術(shù)教學(xué)的主要難點(diǎn)是學(xué)習(xí)者基本沒有接受過美術(shù)教育，對(duì)藝術(shù)缺少明確的概念，表現(xiàn)能力不足。但正是由于這些學(xué)習(xí)者沒有接受過系統(tǒng)的藝術(shù)教育，課堂上也沒有條件開設(shè)傳統(tǒng)的粘土塑形教學(xué)，因此三維建模軟件就成為不同專業(yè)學(xué)生表達(dá)設(shè)計(jì)意圖的主要方法。通過對(duì)課程開設(shè)兩年來超過400余份設(shè)計(jì)方案作業(yè)的統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，三維建模軟件占了80%，其后分別是手工模型（約15%）和手繪表現(xiàn)（約5%）。使用三維建模軟件表現(xiàn)公共藝術(shù)設(shè)計(jì)方案的結(jié)課方式占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。

三維建模軟件介入公共藝術(shù)創(chuàng)作設(shè)計(jì)已有20余年的歷史，是公共藝術(shù)觀念日趨開放，表現(xiàn)手法漸趨現(xiàn)代的主要特征之一。傳統(tǒng)寫實(shí)雕塑中的塑造，在公共藝術(shù)中可以演變?yōu)槿梭w翻模。尤其是在創(chuàng)作中運(yùn)用Maya軟件和雕刻機(jī)，雖然引起爭(zhēng)議，但依然開創(chuàng)了一種表現(xiàn)方式。更多來自建筑和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的公共藝術(shù)家，利用建模軟件處理復(fù)雜曲面的能力甚至是通過命令輸入產(chǎn)生的形態(tài)隨機(jī)變化，已經(jīng)創(chuàng)造出了數(shù)量眾多、令人印象深刻的公共藝術(shù)作品，藝術(shù)家蓋里位于巴塞羅那的作品《金魚》就是最具代表性的例子。進(jìn)入21世紀(jì)后，大型公共藝術(shù)作品離開建模軟件的幫助，往往很難精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)藝術(shù)家的構(gòu)思，如芝加哥的《云門》、英國(guó)希斯羅機(jī)場(chǎng)二號(hào)航站樓的《滑流》等，都是這一領(lǐng)域的代表作。

在現(xiàn)代大學(xué)校園中，高性能電腦通常已經(jīng)成為大學(xué)生學(xué)習(xí)生活的標(biāo)準(zhǔn)配備，網(wǎng)絡(luò)提供了搜集素材的順暢通道，更主要是以Sketch up、Photoshop、Rhino、AutoCAD，以及其他來源的CAD，如Solidworks等界面友好、操作相對(duì)簡(jiǎn)便的軟件工具的普及，為非藝術(shù)專業(yè)大學(xué)生自由開展公共藝術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)打開了大門。這里所指的簡(jiǎn)便，是相對(duì)之前在藝術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的3DMax建模軟件所言，這些軟件大多用直觀的推、拉、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，代替了較為抽象的命令輸入方式，掌握起來較為便捷。經(jīng)實(shí)踐反饋，即使僅為自學(xué)課程，學(xué)生也大多能在很短時(shí)間內(nèi)掌握基本要領(lǐng)。同時(shí)，這些軟件大多占用內(nèi)存較小，降低了對(duì)硬件的要求，視覺效果也能達(dá)到要求，因此消除了非藝術(shù)專業(yè)大學(xué)生參與公共藝術(shù)設(shè)計(jì)的主要障礙，成為展示自身創(chuàng)意方案的利器。另外，這些軟件大多數(shù)與學(xué)習(xí)者建筑、機(jī)械等專業(yè)學(xué)習(xí)有關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)資源共享，這一點(diǎn)將在后面詳述。

雖然非藝術(shù)專業(yè)大學(xué)生擁有建模技能，但是如何將表現(xiàn)手段與設(shè)計(jì)過程相結(jié)合，最大程度地發(fā)揮建模軟件的優(yōu)勢(shì)，以提升學(xué)習(xí)者公共藝術(shù)創(chuàng)作與設(shè)計(jì)的實(shí)際能力？很重要的一點(diǎn)，在于根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)一套科學(xué)、規(guī)范的公共藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。

三、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)要與軟件運(yùn)用配套

該課程教學(xué)內(nèi)容由設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)要素和主題3個(gè)層次組成。

首先是運(yùn)用3種不依賴學(xué)習(xí)者立體造型能力的設(shè)計(jì)方法分別是：基于發(fā)現(xiàn)與復(fù)制的設(shè)計(jì)，運(yùn)用現(xiàn)成品，特別是工業(yè)現(xiàn)成品放大扭轉(zhuǎn)變形來達(dá)到幽默目的；基于圖像表達(dá)的設(shè)計(jì)，通過二維圖像的直接運(yùn)用、剪影化和厚度拉伸和折紙化等具體手法得到既有形態(tài)的公共藝術(shù)；基于幾何美感的設(shè)計(jì)，運(yùn)用構(gòu)成方法，包括漸變、對(duì)稱、重復(fù)、節(jié)奏等構(gòu)成手法得到形體并營(yíng)造視覺美感的公共藝術(shù)。

其次是賦予3種公共藝術(shù)必不可少的設(shè)計(jì)要素：運(yùn)動(dòng)，主要是風(fēng)動(dòng)、水動(dòng)、電動(dòng)和光動(dòng)四種類型；環(huán)境，是根據(jù)環(huán)境形態(tài)決定公共藝術(shù)尺度、材料、位置和安裝方式等；功能，是基于人體工學(xué)設(shè)計(jì)公共藝術(shù)的休息、市政設(shè)施改造、標(biāo)識(shí)、游樂等功能，使公共藝術(shù)更契合環(huán)境并與公眾產(chǎn)生互動(dòng)。

最后是兩種公共藝術(shù)中具代表性的主題：分別是基于幽默情感表達(dá)的設(shè)計(jì)、基于嚴(yán)肅人文思考的設(shè)計(jì)，這兩種主題賦予了現(xiàn)代公共藝術(shù)表達(dá)思想深度的合理路徑。

通過上述介紹可以發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)保證了公共藝術(shù)中形式塑造、要素添加和主題深化3個(gè)層次內(nèi)容的平衡，減少了主要依賴藝術(shù)家個(gè)性化表達(dá)的部分，突出了可以使用建模軟件表現(xiàn)的方法。比如基于工業(yè)造型的現(xiàn)成品公共藝術(shù)，就特別適合原本就用于工業(yè)設(shè)計(jì)的Rhino軟件的運(yùn)用，著重于對(duì)曲面的表現(xiàn)；基于二維圖像的公共藝術(shù)，特別適合于建筑草圖大師Sketch up對(duì)厚度的拉伸；構(gòu)成型公共藝術(shù)，既可以使用Sketch up對(duì)立方體的表現(xiàn)，更可以使用機(jī)械零件設(shè)計(jì)中運(yùn)用廣泛的Solidworks（法國(guó)達(dá)索公司出品的CAD軟件），經(jīng)實(shí)踐反饋都有很好的效果。下面將以這3種軟件為例，分別以一到兩個(gè)教學(xué)案例展開，分析具體教學(xué)方法。

四、Rhino、Sketch up、Solidworks三款軟件的公共藝術(shù)教學(xué)實(shí)例

1.Rhino與現(xiàn)成品公共藝術(shù)設(shè)計(jì)

Rhino，中文名為犀牛，是美國(guó)Robert McNeel公司于1998年推出的一款建模軟件，與3DMax、SoftImage XSI等高端建模軟件相比，對(duì)硬件要求極低，占用內(nèi)存很小，不依賴昂貴的工作站和高端顯卡。同時(shí)人性化程度高，操作便捷，與Flamingo（火烈鳥）渲染器結(jié)合后的最終渲染效果也非常理想，因此自問世后就引起極大關(guān)注。因?yàn)樽⒅貙?duì)曲線、曲面的創(chuàng)建，因此在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，近年來建筑與景觀領(lǐng)域應(yīng)用也日漸普及，特別是與TSplines和 Grasshopper兩款插件組合使用，能夠產(chǎn)生非同一般的視覺效果。2012年在北京落成的造型前衛(wèi)的《銀河SOHO》就是著名設(shè)計(jì)師扎哈·哈迪德設(shè)計(jì)，利用Rhino及其參數(shù)化設(shè)計(jì)插件Grasshopper完成的建模工作。2

鑒于Rhino在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，因此建筑學(xué)同學(xué)從二年級(jí)已經(jīng)開始學(xué)習(xí)Rhino建模，也為他們使用這款軟件完成公共藝術(shù)設(shè)計(jì)方案提供了便利。這里選擇的是一位天津大學(xué)建筑學(xué)院規(guī)劃專業(yè)二年級(jí)同學(xué)的作業(yè)。這位同學(xué)在通過課堂教授掌握公共藝術(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)要領(lǐng)后，選擇根據(jù)天津大學(xué)青年湖畔教職工活動(dòng)中心所在地塊開展設(shè)計(jì)。結(jié)合自身專長(zhǎng)，選擇以現(xiàn)成品耳機(jī)作為公共藝術(shù)造型，以從主題上能夠反映當(dāng)前社會(huì)信息交流的重要性。（圖1、2） 指導(dǎo)教師的意見主要集中于如何調(diào)整造型以提供符合人體工程學(xué)的乘坐休息功能。另外，耳機(jī)本身的形態(tài)可以跨越交通流線，應(yīng)當(dāng)考慮與經(jīng)過的人產(chǎn)生互動(dòng)效果。

經(jīng)過基地調(diào)研、元素選取、邏輯生成、功能添加、互動(dòng)強(qiáng)化等公共藝術(shù)設(shè)計(jì)步驟，該同學(xué)完成了以5個(gè)相同尺度、形態(tài)的耳機(jī)造型組成的公共藝術(shù)。作品通過借鑒奧登博格《Flying pins》（《飛舞的球瓶》）這樣組合運(yùn)用保齡球等現(xiàn)成品的公共藝術(shù)案例，采用組合布置，可以形成一條開放式長(zhǎng)廊的效果，也能滿足更多人休息的需求。為了避免相同形態(tài)的重復(fù)感，引入琴鍵的黑白色彩，賦予作品節(jié)奏，提升了視覺效果，充分實(shí)現(xiàn)了提升該場(chǎng)地公共藝術(shù)品質(zhì)的設(shè)計(jì)目的。（圖3）通過這一教學(xué)案例可以看出，Rhino在曲面處理方面的強(qiáng)大能力，能夠有效解決現(xiàn)成品公共藝術(shù)往往形態(tài)復(fù)雜的造型問題，提升作品效果，還能夠?yàn)楹笃谑┕ぬ峁┍憷?/p>

2.Sketch up與二維圖像公共藝術(shù)設(shè)計(jì)

Sketch up是由@Last Software公司推出的一款建模軟件，以界面簡(jiǎn)潔、操作便捷著稱，完全可以保證設(shè)計(jì)師利用該軟件直觀表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思路，而不必被繁瑣的操作和命令輸入所困擾。隨著@Last Software被Google收購，并推出了免費(fèi)版本，進(jìn)一步擴(kuò)大了消費(fèi)者群，在全球范圍內(nèi)營(yíng)造了巨大的模型資源庫。從Sketch up的別稱“建筑草圖大師”可以看出，建筑、規(guī)劃，園林，景觀，室內(nèi)以及工業(yè)設(shè)計(jì)是其最主要用途。

Sketch up使用中最具特點(diǎn)的功能就是可以在繪制面后，通過簡(jiǎn)單的推拉工具成型，并且提供剖面圖。這些都使得利用建筑等專業(yè)同學(xué)利用Sketch up進(jìn)行公共藝術(shù)設(shè)計(jì)，具有上手快的優(yōu)勢(shì)。通過實(shí)踐反饋，在提供教程和部分參考作業(yè)的情況下，即使毫無藝術(shù)與建?；A(chǔ)的理科生，也能夠憑借較強(qiáng)的邏輯思維能力在短到一兩天的時(shí)間內(nèi)基本掌握。因此，在設(shè)計(jì)方案中，Sketch up是應(yīng)用最廣，也是最不受專業(yè)制約的建模軟件，在課程進(jìn)展和學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮了重大作用。（圖4）

同時(shí)Sketch up也是一款優(yōu)勢(shì)和局限都很明顯的軟件。其小內(nèi)存和運(yùn)轉(zhuǎn)快的優(yōu)點(diǎn)，是通過降低模型復(fù)雜度的方法實(shí)現(xiàn)的，Sketch up繪出的圓形，其實(shí)是一個(gè)近似圓的多邊形，這就使得Sketch up適合于橫平豎直等規(guī)則的形態(tài)塑造，因此對(duì)應(yīng)于二維圖像拉伸的公共藝術(shù)，如字母型公共藝術(shù)、剪影型公共藝術(shù)和構(gòu)成型公共藝術(shù)會(huì)顯得得心應(yīng)手。但在塑造曲面時(shí)，它雖然可以通過地形工具和部分插件實(shí)現(xiàn)，但還是不如Rhino順暢。另外，Sketch up建模的視覺效果即使經(jīng)過V-ray等渲染器渲染或PS處理，會(huì)顯得相對(duì)簡(jiǎn)單，一眼就可以辨認(rèn)出來，但這一不足又被Sketch up擅長(zhǎng)整體環(huán)境營(yíng)造的優(yōu)點(diǎn)所抵消。所以，在同學(xué)們利用Sketch up進(jìn)行公共藝術(shù)設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中，需要引導(dǎo)他們合理認(rèn)識(shí)該軟件的優(yōu)勢(shì)和不足，選擇適當(dāng)?shù)念愋秃头桨?，以達(dá)到最佳效果。

這里選取了一位天津大學(xué)精密儀器學(xué)院同學(xué)的作業(yè)，該方案充分利用Sketch up在拉伸二維圖像獲得體積方面的優(yōu)勢(shì)，選擇以云朵的形態(tài)變化為靈感來源。（圖5）指導(dǎo)教師的意見首先集中于如何避免二維圖像公共藝術(shù)形態(tài)變化不夠豐富的不足，最好選擇成組布置的方法，通過增加層次來豐富各個(gè)視角的觀感，取得很好的效果；其他指導(dǎo)意見聚焦于如何與所在的水環(huán)境協(xié)調(diào)，同時(shí)呼應(yīng)云的主題，解決方案是為公共藝術(shù)加入動(dòng)水要素。該學(xué)生借鑒野口勇在1970年大阪世博會(huì)上塑造漂浮立方體的手法，設(shè)計(jì)了向下噴涌的動(dòng)水，并利用動(dòng)水的遮蔽性遮擋循環(huán)管路和支撐結(jié)構(gòu)，使作品猶如漂浮在半空，具有突出的視覺效果。這一教學(xué)案例充分體現(xiàn)了Sketch up易操作的特點(diǎn)，非藝術(shù)專業(yè)同學(xué)經(jīng)過較短時(shí)間就能掌握基本要領(lǐng)，為實(shí)現(xiàn)自己的方案構(gòu)思服務(wù)，模型未經(jīng)渲染導(dǎo)致整體效果受限的不足，以及該軟件塑造整體環(huán)境所表現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)，都在這一案例中有清晰的體現(xiàn)。（圖5）

3.Solidworks與構(gòu)成型公共藝術(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)于藝術(shù)專業(yè)人士來說，Solidworks可能是一個(gè)稍顯陌生的軟件名稱。但是在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域，這款軟件有著廣泛的用途。Solidworks1993年誕生于美國(guó)馬薩諸塞州，開發(fā)初衷是為每個(gè)設(shè)計(jì)師提供能夠在PC上運(yùn)行的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，因此成為世界上第一款基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的CAD軟件。1997年該軟件被法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)公司收購。這家以陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)聞名的企業(yè)，聽上去可能和藝術(shù)越離越遠(yuǎn)，但如果回想一下弗蘭克·蓋里在20世紀(jì)90年代初，就是借助達(dá)索公司的CATIA軟件設(shè)計(jì)出巴塞羅那的《金魚》公共藝術(shù)，大家可能會(huì)覺得熟悉許多。

Solidworks易學(xué)易用，功能強(qiáng)大，因此成為全球范圍內(nèi)越來越受歡迎的CAD軟件。值得注意的是包括海外知名學(xué)府麻省理工、斯坦福大學(xué)和國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、天津大學(xué)等，都將Solidworks列為機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的課程，這就為機(jī)械專業(yè)同學(xué)利用該軟件進(jìn)行公共藝術(shù)方案設(shè)計(jì)提供了極大便利。

Solidworks能夠建立精度很高的模型，只要設(shè)計(jì)者充分掌握二維公共藝術(shù)和構(gòu)成公共藝術(shù)的設(shè)計(jì)要領(lǐng)，就能夠利用該軟件完成符合要求的方案。同時(shí)該軟件自帶的渲染器也能極大完善模型視覺效果。這里展示了3位天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院同學(xué)的階段性模型，可見都具有很高的精細(xì)度，視覺效果也比較理想。（圖6、7）

但是作為一款主要服務(wù)于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的建模軟件，Solidworks不適合完成環(huán)境整體建模，只能將注意力集中于模型本身。因此，選擇Solidworks的同學(xué)只能將模型，利用Photoshop置入實(shí)景照片場(chǎng)景，這在一定程度上制約了設(shè)計(jì)的整體感，需要通過一定的后期處理加以彌補(bǔ)。（圖8、9）

五、結(jié)語

綜上所述，鑒于建筑、規(guī)劃、機(jī)械工業(yè)等非藝術(shù)的設(shè)計(jì)專業(yè)在今后城市公共藝術(shù)建設(shè)中必然發(fā)揮越來越重要的作用，以公共藝術(shù)自身的跨學(xué)科特性為基礎(chǔ)，及早根據(jù)這些非藝術(shù)專業(yè)大學(xué)生的特點(diǎn)開設(shè)有針對(duì)性的公共藝術(shù)設(shè)計(jì)課程，是很有必要的。大量使用建筑、工業(yè)、機(jī)械領(lǐng)域的建模軟件完成公共藝術(shù)方案設(shè)計(jì)，不但能幫助他們實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，體會(huì)公共藝術(shù)創(chuàng)作的喜悅與成就感，還能夠拓展傳統(tǒng)公共藝術(shù)創(chuàng)作和學(xué)習(xí)的視野，為促進(jìn)中國(guó)公共藝術(shù)設(shè)計(jì)和專業(yè)教學(xué)做出貢獻(xiàn)。

基金項(xiàng)目：天津市教委社會(huì)科學(xué)重大項(xiàng)目 “天津高校藝術(shù)學(xué)專業(yè)科研創(chuàng)新及學(xué)科發(fā)展研究”編號(hào)（2014ZD25）

參考文獻(xiàn)：

1 王鶴. 天津大學(xué)公共藝術(shù)設(shè)計(jì)校際選修課程的創(chuàng)新實(shí)踐研究[J].設(shè)計(jì)藝術(shù)研究.2015（3）

2 工業(yè)設(shè)計(jì)：Rhino（犀牛）的“前夜”與“黎明” [J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（5）