兩款參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的可視化特性分析

章冬青

兩款參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的可視化特性分析

章冬青

本文通過比較SolidWorks與 rhino，SolidWorks與grasshopper在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域不同的應(yīng)用方式，總結(jié)它們不同建模原理下的可視化特性及其產(chǎn)生的影響。

參數(shù)化設(shè)計(jì)在機(jī)械加工和建筑造型領(lǐng)域具有廣泛的運(yùn)用。工業(yè)設(shè)計(jì)方法和原理與機(jī)械設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)都有相通之處，他們有共同的三維設(shè)計(jì)軟件（solidworks，rhino，grasshopper）。參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響也體現(xiàn)在工程和設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。近年來，隨著3d打印技術(shù)的發(fā)展，再?gòu)?fù)雜的造型也可以批量生產(chǎn)出來了。因此，以grasshopper為首的參數(shù)化造型軟件也開始應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域。它與傳統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件SolidWorks在可視化，人機(jī)交互方面既有相似也有不同，代表了產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)化的兩個(gè)方向。

參數(shù)化 SolidWorks與非參數(shù)化rhino的異同

產(chǎn)品造型中經(jīng)常使用的3d軟件Rhinoceros并不具有參數(shù)化功能。它的每一步建模命令都是獨(dú)立的，遞進(jìn)的，不可逆的。它在可視化領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)在于所見即所得如圖1所示。設(shè)計(jì)師可以用光標(biāo)點(diǎn)擊生成的模型直接進(jìn)行編輯。修改某一步中生成的模型，不會(huì)對(duì)后續(xù)建模和整個(gè)模型造成影響。與此之外，rhino軟件生成的模型多不含有精確尺寸信息，盡管模型經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后也可以用于快速制造。

Solidworks 作為一款參數(shù)化軟件，是一款精確建模的軟件。在建模的過程中，每一步生成的物體，都要對(duì)它的生成方式（復(fù)制，陣列，拔模等）進(jìn)行具體規(guī)定，并且輸入確定的尺寸參數(shù)，如圖2所示。前后兩個(gè)步驟所產(chǎn)生的模型存在邏輯關(guān)系，建模的整個(gè)過程會(huì)被記錄下來，設(shè)計(jì)師可以通過直接點(diǎn)擊模型或點(diǎn)擊每個(gè)步驟的記錄修改參數(shù)如圖3所示，進(jìn)而改變建模，修改一個(gè)步驟可以影響到其他步驟甚至整個(gè)模型。

圖1　Rhinoceros 的界面，建模過程不可逆

圖2　solidworks 建模過程

圖3　修改某一步的參數(shù)，過程可視化

我們不難發(fā)現(xiàn)solidworks 作為參數(shù)化的建模軟件，對(duì)每一步建模命令都有記錄和修改的功能。由于它的這些特性，我們可以在產(chǎn)品迭代時(shí)候使用它，觀察改動(dòng)產(chǎn)品局部參數(shù)而對(duì)整體產(chǎn)生的影響，這個(gè)過程是可視的，直觀的。于此同時(shí)，也可以用來模擬真實(shí)產(chǎn)品的測(cè)試分析，驗(yàn)證產(chǎn)品在裝配，尺寸，設(shè)計(jì)方面的缺陷如圖4所示。一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，在相應(yīng)步驟進(jìn)行更改，其結(jié)果也應(yīng)用于后續(xù)步驟，十分方便。

圖4　利用solidworks 進(jìn)行裝配檢驗(yàn)

圖5　通過修改參數(shù)調(diào)整造型

圖6　快速生成的不同方案

圖7　編程過程的可視化

不同方向的參數(shù)化 solidworks 與 grasshopper

Grasshopper是 rhino中的參數(shù)化建模插件。它與solidwork在參數(shù)化方面的操作和目的都有不同。通過把各種可視化的命令控件按照邏輯順序用線鏈接起來，并添加參數(shù)，從而生成符合條件的造型如圖5所示。通過滑動(dòng)可視化的滑塊改變模型變量，可觀察它對(duì)整體造型的影響。對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)來說，grasshopper可以通過修改變量在短時(shí)間內(nèi)生成大量的，連續(xù)的，有規(guī)律的奇特的造型如圖6所示。

與solidworks相同的是，grasshopper在完成建模后也會(huì)留下完整的記錄以供調(diào)整修改，而且之中記錄是可視化，圖形化的如圖7所示，我們稱之為電池圖。通過修改電池圖上的電線改變各命令之間的關(guān)系，代替了之前一些軟件輸入代碼或者編程的操作。

結(jié)語

Solidworks 的應(yīng)用使得設(shè)計(jì)師在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)時(shí)精確控制每一個(gè)步驟。 實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程修改和迭代，產(chǎn)品虛擬裝配測(cè)試的可視化。

Glasshopper 可以通過滑動(dòng)滑塊，輸入數(shù)值的方式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的建模，避免了很多重復(fù)命令。同時(shí)可以生成大量連續(xù)的，不可預(yù)測(cè)的造型，為設(shè)計(jì)師提供了新的創(chuàng)造形態(tài)的方法。

兩款軟件都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程的可視化，圖形化。設(shè)計(jì)師不再需要輸入代碼，只需要規(guī)定好模型生成的方式和具體參數(shù)，就可建立復(fù)雜的模型。這使得3d建模的人機(jī)界面更加友好，降低了操作難度，給設(shè)計(jì)師帶來了福音。

章冬青

北京林業(yè)大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院 工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.016