基于產(chǎn)品表皮設(shè)計的Grasshoppr技術(shù)應(yīng)用研究

劉立園 林佳梁

引言

產(chǎn)品設(shè)計從某種意義上說.是反復(fù)修正、走向完善的改進過程，能否高效、準(zhǔn)確地達到設(shè)計目標(biāo)，反映了設(shè)計開發(fā)的高水平和在多個設(shè)計方案中取得勝利的實力。數(shù)字化技術(shù)在設(shè)計界的運用普遍適用，相對于建筑設(shè)計的參數(shù)化表皮，工業(yè)設(shè)計可以用同樣的輔助技術(shù)手段來設(shè)計。設(shè)計師在運用計算機輔助設(shè)計軟件設(shè)計產(chǎn)品時，快捷地修改產(chǎn)品造型和主要部分的建模速度，表現(xiàn)出實時模型狀態(tài)和表面紋理，而且產(chǎn)生了全新的產(chǎn)品表皮設(shè)計風(fēng)格，是整個產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的關(guān)鍵。Grasshoppr對產(chǎn)品表皮設(shè)計有轉(zhuǎn)折性的意義，影響設(shè)計師的工作和思考方式。在產(chǎn)品設(shè)計同質(zhì)化的時代，可以減少重復(fù)化的工作，也更加精確，是產(chǎn)品的系列設(shè)計、改進設(shè)計以及無紙化設(shè)計的變革基礎(chǔ)，產(chǎn)品設(shè)計表皮逐漸成為表面質(zhì)感藝術(shù)新的多元化表現(xiàn)趨勢。

一、產(chǎn)品表皮與數(shù)字技術(shù)

（一）產(chǎn)品表皮的聯(lián)系與內(nèi)涵

產(chǎn)品表皮是與產(chǎn)品的造型有必然聯(lián)系的表面形式，具有一定的文化性、技術(shù)性和情感性。產(chǎn)品設(shè)計的表皮一方面通過表面的質(zhì)感得以體現(xiàn)，另一方面也為產(chǎn)品外觀的表現(xiàn)加入新的制作方式。產(chǎn)品表皮不僅指產(chǎn)品表面的紋理，而且是一種表面邏輯化的構(gòu)造，或者是提升產(chǎn)品設(shè)計美學(xué)的包裹層。產(chǎn)品表皮的設(shè)計理念反映了產(chǎn)品的感性與理性的表象。當(dāng)今的產(chǎn)品表皮是指并不完全與產(chǎn)品形態(tài)相分離，而是具有裝飾性效果的造型存在，并目與產(chǎn)品使用環(huán)境和功能產(chǎn)生聯(lián)系的一部分。

（二）表皮設(shè)計的獨立和統(tǒng)一

產(chǎn)品表皮的設(shè)計過程和結(jié)果，優(yōu)化了產(chǎn)品的個性表達和各個要素的有機聯(lián)系，促進了表皮的關(guān)聯(lián)和獨立。產(chǎn)品信息的主體是產(chǎn)品造型，表皮是信息載體，當(dāng)主體與載體相分離的時候，表皮所傳遞的信息就脫離了產(chǎn)品整體所要表達的含義，而獨立于產(chǎn)品整體之外，成為抽象的存在和形式主義。如果所指和能指相統(tǒng)一，表皮的意義就會與產(chǎn)品整體發(fā)生審美邏輯和功能邏輯的關(guān)系，成為產(chǎn)品設(shè)計整體不可分割的一部氖并與周圍環(huán)境相關(guān)聯(lián)。周圍環(huán)境并不是單指產(chǎn)品的使用環(huán)境，而是作為一種文化環(huán)境和社會環(huán)境，產(chǎn)品表現(xiàn)自身的表皮即為設(shè)計的關(guān)注點，這是表皮獨立性轉(zhuǎn)移而促進關(guān)聯(lián)性的新結(jié)果。

（三）產(chǎn)品表皮的數(shù)字與邏輯

表皮的數(shù)字化設(shè)計是以參數(shù)化為基礎(chǔ)，對變量進行控制來改變產(chǎn)品的表皮建構(gòu)。表皮建構(gòu)表明了數(shù)字化設(shè)計的本質(zhì)一一參數(shù)化。產(chǎn)品表皮的數(shù)字化設(shè)計是通過加算計編程技術(shù)，在軟件中生成產(chǎn)品模型，利用3D打印設(shè)備或一體化加工機床，對產(chǎn)品表皮設(shè)計進行生產(chǎn)并組裝。CAD及編程技術(shù)的運用是數(shù)字化設(shè)計的根本，而數(shù)字化設(shè)計的跨速發(fā)展為表皮的物化提供了技術(shù)支持。產(chǎn)品設(shè)計的重要目標(biāo)

是創(chuàng)造吸引力的個性造型，在造型創(chuàng)造過程中須考慮產(chǎn)品的功能和技術(shù)的實現(xiàn)。在這一實現(xiàn)過程中，感性的形象思維與理性的邏輯思維緊密相連并交替出現(xiàn)，經(jīng)過反復(fù)中和達到最佳和諧，展現(xiàn)出合情合理的個性造型。

二、Grasshopper的模式特征

（一）幾何化編程特征的立體表皮設(shè)計

Grasshoppe與其他Rhinoceros的建模插件不同，是一款完整的可視化模塊編程插件，具有編程和幾何功能兩個特征，也就是說，是被強化了幾何功能的編程技術(shù)軟件。在設(shè)計方案生成的初始階段，壬導(dǎo)設(shè)計的仍然是產(chǎn)品設(shè)計師的邏輯判斷和理性分析，在產(chǎn)品設(shè)計立體化成型的后期，Grasshoppr技術(shù)順應(yīng)設(shè)計思維并起到輔助作用，用幾何化的編程方法整合立體平板化以及表皮曲面信息，同時結(jié)合腳本編寫的語言，使復(fù)雜立體表皮的實現(xiàn)成為可能。立體可控化與門何平板化是Grasshopper軟件運用的主要目的。通過輔助設(shè)計建立產(chǎn)品模型信息，進行程序編寫、優(yōu)化表皮，建立構(gòu)造等，便是幾何化模式的主要體現(xiàn)方式（如圖1）。

（二）數(shù)據(jù)差異性特征的規(guī)則表皮設(shè)計

Grasshopper的核心是數(shù)據(jù)處理，其數(shù)據(jù)計數(shù)方式是計算機語言的計數(shù)方式，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征呈關(guān)聯(lián)的線狀，分為主線狀數(shù)據(jù)和支線狀數(shù)據(jù)，在不同的表皮模式下呈現(xiàn)不同線狀的關(guān)聯(lián)方式。主線狀數(shù)據(jù)的末端是線性數(shù)據(jù)塊，支線與主線相連并要遵循線性數(shù)據(jù)的差異化處理規(guī)則。連續(xù)差異性的漸變表皮較為復(fù)雜，主要在主體建模平臺生成雛型，然后由單元模塊編程的方法實現(xiàn)。在關(guān)聯(lián)性的腳本單元中，每一個大小不同的單元按照一定的差異性規(guī)律，再通過數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)重復(fù)語言形成一種數(shù)陣和邏輯，形成連續(xù)漸變的復(fù)雜產(chǎn)品表皮（如圖2）。

（三）數(shù)字化復(fù)雜關(guān)系的內(nèi)在組織模式

數(shù)字化的復(fù)雜算法對于產(chǎn)品皮表以及表面構(gòu)造，是當(dāng)前設(shè)計參數(shù)化領(lǐng)域的研究熱點和難點。這種表皮通過如分生孢子式進行裂殖、分離、擴大等方式，不斷組合、迭代，生成無序、復(fù)雜的視覺形式。不同于幾何化編程特征的立體表皮設(shè)計和數(shù)據(jù)差異性特征的規(guī)則表皮設(shè)計，這種數(shù)字化的算法是將運算個體與個體之間的相互作用作為邏輯，整體形態(tài)是運算個體相互作用的規(guī)定狀態(tài)的表現(xiàn)結(jié)果，而不是從產(chǎn)品表皮的整體形態(tài)出發(fā)的運算方式。數(shù)字化的復(fù)雜算法注重復(fù)雜算法與算法個體的相互及內(nèi)在關(guān)系，像蜂群式的運動，生成的結(jié)果是可能具有不可預(yù)料性（如圖3）。

三、產(chǎn)品表皮設(shè)計的Grasshopper實例應(yīng)用分析

隨著計算機輔助技術(shù)的發(fā)展，參數(shù)化、變量化的應(yīng)用，設(shè)計師對產(chǎn)品感性的判斷、理性的分析更加直觀，使設(shè)計師的表皮設(shè)計在計算機上以三維方式完美呈現(xiàn)，從而展示并解放了計師的創(chuàng)造性思維。

（一）參數(shù)體系的靈活可調(diào)性拓展產(chǎn)品設(shè)計思維

Grasshoppr擁有的可調(diào)節(jié)的參數(shù)體系，使設(shè)計師通過調(diào)節(jié)尺寸范圍，無須紿出特定的設(shè)計條件，通過對表皮構(gòu)造的數(shù)字化探索分析，設(shè)計的高效性和準(zhǔn)確性仍然能保證，超越了傳統(tǒng)建模和手繪設(shè)計效果圖不能表達的創(chuàng)新的設(shè)計形式。如Nest智能探測器（如圖4）采用的漸變多孔表皮，是通過數(shù)據(jù)腳本的連接，利用數(shù)據(jù)邏輯建立孔群，孔的尺寸及組織方式由數(shù)據(jù)鏈自動生成，使孔洞大小符合實際的產(chǎn)品表面質(zhì)感。Grasshopper的輸出結(jié)果具有靈活的可調(diào)性，因此可產(chǎn)生區(qū)別于傳統(tǒng)模型的表皮造型。首先，從速度上來講，由于Grasshoppr能夠同時處理多組設(shè)計數(shù)據(jù)，計算速度遠(yuǎn)快于人腦;其次.由于基于電腦數(shù)據(jù)計算和復(fù)雜模型快速轉(zhuǎn)化，實時展示方式優(yōu)于手王;再次，對于多變的表皮模型，可編程的數(shù)字化特性具有極強的可調(diào)節(jié)性，拓展了設(shè)計的思維，使設(shè)計師深入到產(chǎn)品設(shè)計更靈活的造型領(lǐng)域。

（二）表皮設(shè)計的多元準(zhǔn)街陸創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計造型

Grasshopper技術(shù)為表皮設(shè)計的多元化提供了可能，提升了外觀設(shè)計的品質(zhì)，同時解決了復(fù)雜的表面成型技術(shù)，達到一定預(yù)視效果，節(jié)省了復(fù)雜表面制作的成本，并驗證了表皮結(jié)構(gòu)成型的準(zhǔn)確性。在汽車制造行業(yè)中，隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷發(fā)展和提升，汽車外殼的結(jié)構(gòu)承重不再是采用加強肋的方式，而是可以用優(yōu)良的表皮設(shè)計來滿足結(jié)構(gòu)技術(shù)的要求。汽車的造型設(shè)計不僅是美學(xué)上的考究，更多地會考慮到空氣動力學(xué)因素的影響。寶馬汽車公司作為汽車界的設(shè)計引領(lǐng)，其設(shè)計的創(chuàng)新性和前沿性令人驚嘆。寶馬設(shè)計師會采用各種技術(shù)方式表達前沿的設(shè)計思維，或者是利用Grasshopper來生成創(chuàng)新設(shè)計方案，漸變表皮紋理的概念寶馬車就是通過參數(shù)化的設(shè)計漸變表面化的質(zhì)感，在單元紋理上進行理性思考與編輯，將個體單元細(xì)部連接，形成整個汽車造型的漸變表皮，由單個微觀模塊放射為汽車表皮的宏觀表現(xiàn)（如圖5）。在寶馬概念車表皮設(shè)計中，利用計算機的數(shù)字化運算速度的優(yōu)勢，使復(fù)雜的漸變構(gòu)造變得簡單和可控。由于Grasshopper簡約的界面和并不復(fù)雜的腳本模塊，降低了設(shè)計師的學(xué)習(xí)成本和精力，鍛煉了設(shè)計師的邏輯分析和邏輯應(yīng)用能力，同時創(chuàng)新了產(chǎn)品造型的多種可能性。

（三）數(shù)字表現(xiàn)的技術(shù)文化性深化產(chǎn)品設(shè)計內(nèi)涵

產(chǎn)品的表皮質(zhì)感的設(shè)計效果已經(jīng)成當(dāng)今產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象下，突顯技術(shù)文化的重要方式。產(chǎn)品編織紋理（如圖6）運用參數(shù)化的方法表皮設(shè)計，直接影響產(chǎn)品整體概念造型。設(shè)計師按照設(shè)計特點及時對編織紋理表皮進行修改，直至達到合理的最能體現(xiàn)設(shè)計的核心概念。對于更加復(fù)雜的具有凹凸編織紋理表皮的產(chǎn)品設(shè)計（如圖7），二維軟件或手繪技法并不能反映設(shè)計者豐富的創(chuàng)造性思維，也無法把握在造型設(shè)計中的偶然性結(jié)果，而隨機的設(shè)計造型對設(shè)計師非常重要。在造型的過程中，首先要滿足設(shè)計的幾何造型，然后才逐漸完善產(chǎn)品尺寸及其細(xì)節(jié)。Grasshopper可以限據(jù)設(shè)計概念量化造型的技術(shù)特點，以數(shù)字化驅(qū)動造型，進一步完善編織紋理設(shè)計的品質(zhì)效果，展示最終的三維表皮設(shè)計。

編織紋理的產(chǎn)品表皮設(shè)計表現(xiàn)出一定的情感化因素，是否按照用戶良好的心理體驗進行三維表皮設(shè)計，直接影響到用戶對產(chǎn)品的整體感官體驗。從文化角度出發(fā)，編織紋理的表皮設(shè)計是一種更深層次的文化體驗和文化內(nèi)涵。Grasshopper技術(shù)的表現(xiàn)會反映出產(chǎn)品的文化特征風(fēng)格特點。根據(jù)7秒鐘定律，編織紋理的表皮設(shè)計轉(zhuǎn)化為用戶選擇產(chǎn)品前7秒鐘的視覺焦點，并發(fā)展成為除形態(tài)、顏色、材質(zhì)之外用戶選擇的重點。

（四）參數(shù)設(shè)計的復(fù)雜邏輯性突破產(chǎn)品設(shè)計原則

由于Grasshopper技術(shù)的應(yīng)用推廣設(shè)計的參數(shù)化已經(jīng)成為一種新的風(fēng)格和設(shè)計手法，設(shè)計師可以從產(chǎn)品的構(gòu)造屬性進行表皮的設(shè)計。3D打印技術(shù)的日益成熟和普及，讓鏤空的設(shè)計成為可能（如圖8）。這種鏤空造型無法用傳統(tǒng)的注塑方式形成，3D打印技術(shù)實現(xiàn)了復(fù)雜的表皮設(shè)計語言（如圖9）。與漸變紋理和編織紋理不同，鏤空表皮的本身就是設(shè)計的造型概念，并具有完整的設(shè)計結(jié)構(gòu)。其中，Grasshopper的作用是利用邏輯算法形成隨機分布、并不刻意的鏤空設(shè)計，產(chǎn)生令人愉悅的韻律感。鏤空表皮不僅作為在產(chǎn)品設(shè)計中的結(jié)構(gòu)而存在，并且更加直接地表達了設(shè)計結(jié)構(gòu)的語義?；趶?fù)雜算法研究的設(shè)計則是在不斷探索腳本編寫與設(shè)計意圖的可能陸，最大程度上發(fā)揮了數(shù)字技術(shù)與設(shè)計原則的突破。在造型概念上，Grasshopper注重設(shè)計的表皮組織，通過表皮的變化使產(chǎn)品對環(huán)境與自身的功能產(chǎn)生回應(yīng)，并具有一定的象征性。

結(jié)語

從產(chǎn)品設(shè)計的造型風(fēng)格來看，表皮的構(gòu)成和有機秩序是其得以獨立并成為產(chǎn)品外觀的重要表達。Grasshopper技術(shù)是產(chǎn)品質(zhì)感表現(xiàn)的重要里程碑，為產(chǎn)品的數(shù)字化表現(xiàn)到實現(xiàn)帶來了革命性的技術(shù)，突顯了產(chǎn)品表面在設(shè)計中的獨立性。此外，數(shù)字化技術(shù)的表皮設(shè)計改變立產(chǎn)品的幾何冰冷感，提升了產(chǎn)品的設(shè)計美感。產(chǎn)品表皮在參數(shù)控制下的編程調(diào)節(jié)，成為具有數(shù)字邏輯和內(nèi)在規(guī)律的系統(tǒng)。參數(shù)化技術(shù)的表皮設(shè)計系統(tǒng)，增添了產(chǎn)品設(shè)計豐富的造型，產(chǎn)生了具有一定技術(shù)規(guī)律的有機整體的產(chǎn)品外觀，使用戶感受到理性與感性的設(shè)計平衡。作為一種參數(shù)化工具，grasshopper創(chuàng)造了產(chǎn)品設(shè)計的新方法，一定程度上提升了設(shè)計表現(xiàn)的審美，但并沒有改變產(chǎn)品設(shè)計的功能本質(zhì)，如設(shè)計師對產(chǎn)品使用問題和社會問題的解決。Grasshopper的參數(shù)化技術(shù)對于產(chǎn)品設(shè)計的意義在于給了設(shè)計師更加開放、更加獨特的表達工具。