淺析參數(shù)化思維方式在產(chǎn)品造型中的運(yùn)用

劉元寅 李 暉

一、參數(shù)化思維定義

參數(shù)化思維是一種預(yù)先設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)變化關(guān)系，然后通過改變數(shù)據(jù)和各個(gè)組成元素之間的相互關(guān)系來進(jìn)行運(yùn)算，完成設(shè)計(jì)構(gòu)思和造型創(chuàng)作的設(shè)計(jì)思維方式。參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法主要依托數(shù)據(jù)變化生成造型過程，某幾個(gè)參數(shù)的變化就可以給我們帶來千變?nèi)f化的形態(tài)，它告別了以往單純靠設(shè)計(jì)師靈感來完成設(shè)計(jì)的局面，可以幫助設(shè)計(jì)師啟迪思維，在設(shè)計(jì)上帶來與眾不同的新嘗試。這種設(shè)計(jì)方法在建筑行業(yè)廣為流行，比如知名的建筑設(shè)計(jì)師扎哈，便是參數(shù)化設(shè)計(jì)的代表人物。她設(shè)計(jì)的廣州大劇院、銀河SOHO等建筑都是參數(shù)化的產(chǎn)物，新奇獨(dú)特的造型給人們帶來了強(qiáng)烈的視覺沖擊。與建筑行業(yè)相比，參數(shù)化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的應(yīng)用算是剛剛起步，但伴隨著參數(shù)化設(shè)計(jì)方式的便捷化及易用性，逐漸受到產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的關(guān)注，越來越多的設(shè)計(jì)師開始嘗試用參數(shù)化的思維方式進(jìn)行設(shè)計(jì)造物。

參數(shù)化的設(shè)計(jì)過程就是建立特定關(guān)系，依托這種關(guān)系，通過元素中某些數(shù)據(jù)的變化帶來結(jié)果的變化。舉個(gè)例子來說，我們傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)建模就是拿著泡泡器吹泡泡，每次都需要蘸一次水，每次生成一個(gè)泡泡，泡泡的形狀我們也是可以預(yù)知的（圖1）。而參數(shù)化制作泡泡的過程就好比拿著吸管向一個(gè)容器中吹氣，容器中便會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的泡泡，我們無法預(yù)知每個(gè)泡泡的形狀，因?yàn)樗鼈兪请S機(jī)生成的，可能吹氣的力道、容器的大小、水的濃淡都會(huì)影響泡泡的數(shù)量形態(tài)，結(jié)果隨機(jī)但卻是有規(guī)律可循的（圖2）。用參數(shù)化思維來進(jìn)行設(shè)計(jì)，就好比我們換一種更加簡單高效的吹泡泡方式，利用或者我們研發(fā)某一種規(guī)律來幫助我們。

二、參數(shù)化設(shè)計(jì)思維的特點(diǎn)

（一）更自然的設(shè)計(jì)思路

參數(shù)化就是用數(shù)學(xué)方法分析自然界中的復(fù)雜形態(tài)，這種參數(shù)化方式有點(diǎn)類似于中國所說的“道法自然”。設(shè)計(jì)師并沒在一開始去規(guī)劃形態(tài)，形態(tài)通過一個(gè)生成的邏輯得到，而并非在一開始由草圖畫出來。世界上沒有完全相同的事物，大自然的規(guī)律讓它們成為獨(dú)一無二的存在。但大千世界萬事萬物的形態(tài)千差萬別，都有著各自的生成邏輯，比如漫天的雪花、秋天的落葉、冬日的冰凌，它們都是大自然運(yùn)算生成的結(jié)果。當(dāng)我們厭倦了當(dāng)前同質(zhì)化的產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、抄襲復(fù)制的造型，當(dāng)遍布人工雕琢痕跡的設(shè)計(jì)已經(jīng)無法讓人再感興趣，我們就需要向自然學(xué)習(xí)，探索自然的奧秘，用自然的規(guī)律來輔助我們的設(shè)計(jì)。我們都試圖尋求個(gè)性化的生活，使用與眾不同的產(chǎn)品，這種訴求對(duì)許多設(shè)計(jì)師來說都是不小的難題。如果我們掌握了大自然的造型規(guī)律，改變其中的一個(gè)變量，就可以得到數(shù)以萬計(jì)的自然形態(tài)，這對(duì)當(dāng)前的設(shè)計(jì)師而言是不可想象的，我們由此可以斷言，在未來，結(jié)合自然規(guī)律的參數(shù)化造型方法和思維方式一定是設(shè)計(jì)界的主流模式。

（二）更客觀的設(shè)計(jì)方式

參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種理性而不失創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方法，邏輯思維更強(qiáng)，數(shù)據(jù)來源更準(zhǔn)確，分析結(jié)果更加合理。參數(shù)化設(shè)計(jì)是怎么做的呢？首先我們需要將設(shè)計(jì)的基本參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，之后對(duì)應(yīng)不同的設(shè)計(jì)造型，設(shè)計(jì)與之匹配的計(jì)算方式，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算公式中，然后便可以得到即時(shí)可見的參數(shù)化造型。由于我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所控制的數(shù)據(jù)涉及長度、角度、半徑等尺寸參數(shù)，以及各個(gè)元素之間的幾何關(guān)系，如平行、垂直、相切、對(duì)稱等，計(jì)算分析過程完全受到這些數(shù)據(jù)的約束，因而整個(gè)過程都是完全可控的。通過計(jì)算程序還可以模擬人工編制、自然生長等細(xì)節(jié)的成型方式，計(jì)算結(jié)果比人工制作更加精確合理，它可以生成與眾不同的造型，給人們帶來強(qiáng)有力的視覺沖擊，而整個(gè)過程又是完全從客觀出發(fā)，用理性的方式帶來感性思維的產(chǎn)物。

圖1 泡泡器吹泡泡

圖2 隨機(jī)生成泡泡

圖3-1 “靈石”鼠標(biāo)

圖3-2 “靈石”鼠標(biāo)六視圖

圖3-3 觸碰點(diǎn)成面

（三）更快速的效果呈現(xiàn)

參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法區(qū)別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程首先是設(shè)計(jì)師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)繪制大量的產(chǎn)品草圖，從中提取較為滿意的方案，然后使用建模軟件生成造型。對(duì)于一些復(fù)雜的形態(tài)、表皮等的創(chuàng)作，對(duì)設(shè)計(jì)師的想象力有十分嚴(yán)格的要求，需要反復(fù)地推敲制作。如果尺寸比例等數(shù)據(jù)方面產(chǎn)生問題需要進(jìn)行修改的話非常麻煩，每一步都需要卷土重來，工作量可見一斑。而參數(shù)化設(shè)計(jì)最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速的效果呈現(xiàn)，因?yàn)閰?shù)化設(shè)計(jì)的過程是根據(jù)一定的法則，讓產(chǎn)品的參數(shù)之間形成一種關(guān)系，類似人為地把產(chǎn)品設(shè)計(jì)造型過程形成一個(gè)公式，我們只需要改變數(shù)值來得到各種不同的運(yùn)算結(jié)果，獲取豐富的造型效果。因?yàn)閰?shù)化的每一個(gè)過程都是可以調(diào)整的，所以對(duì)于設(shè)計(jì)的最終造型進(jìn)行修改非常方便快捷。

三、參數(shù)化思維應(yīng)用分析

（一）造型參數(shù)化

這款聯(lián)想“靈石”鼠標(biāo)，就是通過參數(shù)化的思維方式進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖3-1、3-2）。當(dāng)我們使用鼠標(biāo)時(shí)，腕部呈現(xiàn)仰起狀態(tài)，當(dāng)我們手腕和水平面的角度在十五到三十度時(shí)是最適宜的，一旦超出這個(gè)界限，臂部肌肉就會(huì)覺得不舒服，長此以往就會(huì)造成損傷。因而設(shè)計(jì)師在做設(shè)計(jì)創(chuàng)作時(shí)，根據(jù)人體使用鼠標(biāo)時(shí)最舒適自然的狀態(tài)，測量各個(gè)骨節(jié)的參數(shù)，在軟件中根據(jù)關(guān)節(jié)點(diǎn)畫出每根指骨，按要求調(diào)整好長度。我們把關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)順序進(jìn)行排序，然后找出手掌觸碰的鼠標(biāo)的位置，根據(jù)三點(diǎn)成面的原理，在觸碰點(diǎn)的位置生成平面，將這些面往里偏移（圖3-3），進(jìn)而將它們擴(kuò)展，用布爾運(yùn)算將初始造型進(jìn)行切削，從而生成了符合需求的形態(tài)（圖3-4）。然后，我們對(duì)形態(tài)進(jìn)行后續(xù)的圓潤化處理，使之造型美觀，手感舒適。通過這種參數(shù)化的方式我們可以快速地調(diào)節(jié)參數(shù)，生成不同形態(tài)的造型，比如我們可以開發(fā)能夠進(jìn)行參數(shù)測量的工具，根據(jù)每個(gè)人的尺寸的需求，生成個(gè)性化的造型，用于個(gè)性化定制的產(chǎn)品。

（二）結(jié)構(gòu)參數(shù)化

我們經(jīng)常在做設(shè)計(jì)時(shí)遇到這樣的問題，設(shè)計(jì)師往往傾向于設(shè)計(jì)個(gè)性化的產(chǎn)品造型，但是由于設(shè)計(jì)師對(duì)于一些材料、結(jié)構(gòu)等知識(shí)的掌握相對(duì)不足，很難在造型美感、結(jié)構(gòu)合理、材料節(jié)約等方面做到最優(yōu)。單靠設(shè)計(jì)師想要提高效率并且不造成材料的浪費(fèi)，幾乎是不可能的。在遇到一些造型融合結(jié)構(gòu)問題的時(shí)候設(shè)計(jì)師完全離不開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的協(xié)助，往往是設(shè)計(jì)出來后被否定，然后重新設(shè)計(jì)再去找結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師驗(yàn)證，過程非常煩瑣。但是我們?nèi)绻ㄟ^結(jié)構(gòu)參數(shù)化，在設(shè)計(jì)師遇到一些結(jié)構(gòu)方面的問題時(shí)便可以輕松解決，開拓我們的創(chuàng)作思路，讓設(shè)計(jì)師得到前所未有的壓力釋放。比如圖3-5中這款公共座椅的設(shè)計(jì)，我們通過參數(shù)化的方式，在設(shè)定體積空間、材料屬性、受力方式等一些參數(shù)后，系統(tǒng)通過運(yùn)算，便可以生成一些符合要求的合理性結(jié)構(gòu)造型，我們通過這些結(jié)構(gòu)造型再去進(jìn)行設(shè)計(jì)演化，既減少了設(shè)計(jì)的時(shí)間，又節(jié)約了材料，減輕了重量，達(dá)到事半功倍的效果。通過運(yùn)用參數(shù)化思維，我們不但從成本上受益，而且也給我們帶來造型和結(jié)構(gòu)的新思路，簡化過程的同時(shí)也幫助設(shè)計(jì)師完成了思維創(chuàng)新。

圖3-4 初始造型切削

圖3-5 座椅結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)

圖3-6 泰森多邊形表皮碗

圖3-7 泰森多邊形表皮碗草圖

圖3-8 生成不規(guī)則分布點(diǎn)

圖3-9 隨機(jī)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為圓球

（三）裝飾參數(shù)化

裝飾參數(shù)化又叫表皮參數(shù)化，是目前參數(shù)化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域最主要的表現(xiàn)方式，我們經(jīng)?？吹皆煨屯鹑籼斐?、非人力所能及的產(chǎn)品表皮設(shè)計(jì)，我們常常百思不得其解，設(shè)計(jì)師是如何完成作品的，這就是用到了參數(shù)化思維。

例如這款外延為泰森多邊形表皮的碗，如果我們手工去實(shí)現(xiàn)建模，看起來是非常困難的，但是如果我們用參數(shù)化的思維方法，再借助相應(yīng)的工具，很多技術(shù)問題便可迎刃而解（圖3-6、3-7）。這里我們用到的是工業(yè)設(shè)計(jì)常用的犀軟件插件Grasshopper，首先我們要分析這款碗的表面有許多的不規(guī)則凹陷形態(tài)，那么我們便用隨機(jī)不規(guī)則的方式來生成造型，然后用減法及布爾運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)效果。首先我們生成常規(guī)的碗的三維模型，然后將模型的外表面在模型中進(jìn)行分解，并且向外偏移一定的距離，在此表面利用參數(shù)化工具生成許多個(gè)不規(guī)則分布的點(diǎn)（圖3-8），然后將點(diǎn)轉(zhuǎn)化為圓球，用這些圓球和碗進(jìn)行布爾運(yùn)算，便可以得到最終的表皮效果（圖3-9）。我們可以通過改變點(diǎn)的數(shù)量、圓球半徑以及距離碗的遠(yuǎn)近等等參數(shù)，得到各種各樣的結(jié)果，這對(duì)于手工建模制作簡直是無法想象的。

四、結(jié)語

參數(shù)化思維最顯著的優(yōu)勢(shì)就是可以幫助我們改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，沖破常規(guī)方式的禁錮。由于我們采用的是一種可變易調(diào)的方式，因而設(shè)計(jì)師的工作方式將會(huì)變得更加便捷，我們只要變換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，便可以快速生成相對(duì)應(yīng)的造型。這種方式可以在極其短暫的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的設(shè)計(jì)效果，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)師們可以從中進(jìn)行自主選擇。由于參數(shù)化的方式完全依托于數(shù)據(jù)，可以說是過程嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)果精確，這種選擇的過程可以說也是優(yōu)中選優(yōu)。參數(shù)化在緩解設(shè)計(jì)師壓力的同時(shí)，也帶來了與眾不同的體驗(yàn)，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)帶了創(chuàng)新的原動(dòng)力。