汽車內(nèi)飾參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究

梅濤 孫穎瑩 夏芒

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì) 內(nèi)飾設(shè)計(jì) 算法生形 grasshopper 自動(dòng)駕駛

引言

體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，用戶對待產(chǎn)品的需求不再局限于功能的改良優(yōu)化，多樣化的產(chǎn)品形態(tài)，獨(dú)特的CMF設(shè)計(jì)等應(yīng)用研究都隨著用戶審美的提升而迅速發(fā)展。汽車內(nèi)飾作為多類產(chǎn)品的高度整合，也在新能源、自動(dòng)駕駛等時(shí)代背景下迎來全新的設(shè)計(jì)變更。隨著出行工具的重新定義，休息娛樂、學(xué)習(xí)辦公等傳統(tǒng)的固有場景開始移動(dòng)化，汽車的內(nèi)飾開始承載更多的功能需求，這也將驅(qū)動(dòng)汽車內(nèi)飾向輕量化、定制化等方向快速發(fā)展。

參數(shù)化設(shè)計(jì)憑借其極具辨識度的造型風(fēng)格和以計(jì)算機(jī)計(jì)算生成結(jié)果的設(shè)計(jì)模式，突破了人們對形態(tài)的想象和認(rèn)知，也賦予了設(shè)計(jì)師新的思維方式。目前參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車內(nèi)飾中的應(yīng)用研究主要集中在表皮紋理等CMF設(shè)計(jì)方面，但是通過參數(shù)化在建筑和產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的案例分析可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用參數(shù)化及算法生形的方式得到的設(shè)計(jì)結(jié)果具有輕量化、多樣性等特點(diǎn)，為造型帶來更多可能性，這與內(nèi)飾的發(fā)展趨勢相契合。

因此，將參數(shù)化設(shè)計(jì)模式和算法生形技術(shù)與內(nèi)飾進(jìn)行系統(tǒng)性的整合，找到合適的應(yīng)用切入點(diǎn)，能夠有助于設(shè)計(jì)師以全新的視角和設(shè)計(jì)思路來看待內(nèi)飾造型，同時(shí)也能夠拓展參數(shù)化及算法生形在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用場景。

一 、參數(shù)化設(shè)計(jì)概述

（一）參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是基于數(shù)字設(shè)計(jì)與制造背景下衍生出的一種設(shè)計(jì)方法。它強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)工程的邏輯性和關(guān)聯(lián)性。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法通常是線性思維，自上而下式的推導(dǎo)，一旦方案發(fā)生變化就需要回溯到前幾個(gè)層級進(jìn)行修改，而參數(shù)化的設(shè)計(jì)模式，要求設(shè)計(jì)師去尋找數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系，進(jìn)行邏輯層面的歸納和梳理，借助計(jì)算機(jī)語言來描述形態(tài)生成過程，如此一來整個(gè)設(shè)計(jì)過程都可以維持邏輯的統(tǒng)一，產(chǎn)出的設(shè)計(jì)模型也是聯(lián)動(dòng)的，靈活性較高[1]。

（二）參數(shù)化設(shè)計(jì)思維

在建筑制造和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，參數(shù)化的運(yùn)用秉承兩種設(shè)計(jì)思路：一種是參數(shù)化實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，即按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，由設(shè)計(jì)師主導(dǎo)，提前構(gòu)思建筑形態(tài)，隨后利用參數(shù)化的方式進(jìn)行數(shù)字模型構(gòu)建，并對結(jié)構(gòu)、模塊分組方式進(jìn)行優(yōu)化，輔助設(shè)計(jì)制造;第二種是參數(shù)化主導(dǎo)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師的工作重心不再是通過經(jīng)驗(yàn)和判斷力去構(gòu)思設(shè)計(jì)，而是根據(jù)數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系，構(gòu)建參數(shù)化系統(tǒng)，建立完整運(yùn)算規(guī)則體系，從而直接由計(jì)算機(jī)生成設(shè)計(jì)結(jié)果[2]。

在產(chǎn)品的CMF設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師對局部表面運(yùn)用參數(shù)化的方式設(shè)計(jì)紋理來提升外觀的層次感，只要滿足模具制造的基本要求，這樣的紋理都能夠被大規(guī)模生產(chǎn)。在一些個(gè)性定制化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師利用相關(guān)工具建立參數(shù)化系統(tǒng)和生形規(guī)則，再利用約束條件去控制形態(tài)的生成[3]。約束條件即參數(shù)的提取可以分為感性意向參數(shù)和理性特征參數(shù)。感性意向參數(shù)是指運(yùn)用感性工學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法將用戶對產(chǎn)品的意向表達(dá)情緒進(jìn)行量化，通過指標(biāo)篩選參數(shù)。理性特征參數(shù)是指提取符合用戶人機(jī)工程標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)，例如鞋類、服飾、座椅等產(chǎn)品定制化設(shè)計(jì)過程中首先需要對用戶的局部人體數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，之后在計(jì)算機(jī)內(nèi)構(gòu)建基本數(shù)字模型，在此基礎(chǔ)上用參數(shù)化的設(shè)計(jì)方式做生形計(jì)算，之后再用有限元等力學(xué)分析方法判斷產(chǎn)品的功能性、結(jié)構(gòu)性，再做進(jìn)一步的形態(tài)優(yōu)化。

（三）基于grasshopper的參數(shù)化算法生形

Grasshopper是一款基于Rhino軟件平臺的參數(shù)化插件，憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和可視化的編程方式，成為目前運(yùn)用最廣泛的參數(shù)化設(shè)計(jì)工具。 grasshopper中內(nèi)置了許多算法的核心模塊，設(shè)計(jì)師只需要通過可視化的編程方式搭建算法邏輯便能控制算法生形。

1.干擾算法：干擾算法在表皮紋理的設(shè)計(jì)中最為常見，是一種在單位元素陣列群化的此基礎(chǔ)之上，通過干擾源來有規(guī)律的對肌理整體的節(jié)奏進(jìn)行干擾控制的一種算法，例如可以通過干擾源和受干擾物件之間的距離來控制單元模塊的大小、間距、深度等，讓其呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化。

2. Voronoi算法：在Grasshopper中集成了Voronoi 2D和Voronoi 3D兩個(gè)模塊，與生成隨機(jī)數(shù)指令結(jié)合運(yùn)用，可以在三維空間之內(nèi)隨機(jī)生成細(xì)胞模塊，再結(jié)合Weavebird等細(xì)分工具可以生成復(fù)雜的有機(jī)形態(tài)。Voronoi是目前在工業(yè)設(shè)計(jì)中運(yùn)用較為廣泛的一種算法，運(yùn)用此算法生成的形態(tài)一般不具備規(guī)律性且多樣化，需要通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)增材制造，所以多在定制類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用，比如珠寶首飾、家居裝飾品等。

3.極小曲面算法：極小曲面在數(shù)學(xué)上的定義是在滿足一定約束條件之下表面積最小的曲面。這一特殊的幾何性質(zhì)，使得極小曲面擁有優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)其本身優(yōu)美的造形曲線與虛實(shí)結(jié)合的空間關(guān)系也使許多設(shè)計(jì)師為之著迷。幾百年的研究歷史，數(shù)學(xué)家們成功將極小曲面的構(gòu)成關(guān)系數(shù)理化，并運(yùn)用了函數(shù)進(jìn)行邏輯表達(dá)，在Grasshopper中，Millipede（千足蟲）插件就集成了極小曲面的生成模塊，通過輸入不同的極小曲面表達(dá)式來得到不同的極小曲面造型[4]。

二、面向未來汽車內(nèi)飾的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

（一）未來汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)趨勢

21世紀(jì)初，由于三大技術(shù)（高密度鋰電池、電池管理、信息通訊）的成熟，電動(dòng)汽車成為了新能源汽車的市場主力軍。而與傳統(tǒng)燃油車相比，電動(dòng)車的續(xù)航能力一直是無法取代燃油車的一大原因，因此通過降低整車重量來提升續(xù)航能力的輕量化設(shè)計(jì)思路成為了目前改良此問題的研究對象。對內(nèi)飾進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，主要從材料、制造和設(shè)計(jì)三方面著手。合理的采用質(zhì)量較輕的金屬非金屬材料;采用先進(jìn)的輕量化制造技術(shù)，如液壓膨脹、激光拼焊、3D打印等先進(jìn)制造工藝輕量化結(jié)構(gòu);使用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，常用的優(yōu)化方法有拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化以及形態(tài)優(yōu)化等。通過對應(yīng)算法，可以使基本形態(tài)按照約束條件（承重、對稱等）生成最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸和最省料的形態(tài)。在參數(shù)化軟件Grasshopper中也有對應(yīng)的插件可以完成結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，如Millipede（千足蟲）、Ameba（阿米巴）等。

從產(chǎn)品定位層面分析，無人駕駛技術(shù)的成熟會加速汽車從傳統(tǒng)的出行工具到移動(dòng)空間的角色轉(zhuǎn)化，同時(shí)在互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)之下，這類移動(dòng)空間在未來會根據(jù)不同的用戶場景呈現(xiàn)出多種功能細(xì)分，比如商務(wù)、休憩、運(yùn)動(dòng)等。從人機(jī)交互層面分析，在智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的布局下，汽車硬件也在不斷更新升級，可以識別用戶狀態(tài)并進(jìn)行反饋，逐漸為用戶提供更加智能方便的車生活[5]。

個(gè)性化定制，其本質(zhì)通過多品種、小批量的生產(chǎn)模式，滿足用戶的多樣化需求，這與傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式相矛盾，而隨著5G、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，智能制造逐漸在兩種模式之間找到了平衡點(diǎn)，即在保持大批量生產(chǎn)的成本和效率優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，滿足了消費(fèi)者的個(gè)性化需求。目前汽車內(nèi)飾的定制主要集中在局部內(nèi)飾件的定制，例如汽車座椅的表皮材質(zhì)、紋理，內(nèi)飾整體的涂裝風(fēng)格等。

（二）面向汽車內(nèi)飾的參數(shù)化設(shè)計(jì)原則

1.輕量化原則基于新能源背景下汽車的發(fā)展趨勢及電池續(xù)航能力的瓶頸，整個(gè)汽車框架（車身、內(nèi)飾、車架）都需要輕量化設(shè)計(jì)和制造。在運(yùn)用參數(shù)化的方式設(shè)計(jì)內(nèi)飾模塊的時(shí)候需要遵循輕量化的原則，運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化、網(wǎng)格細(xì)分、Voronoi生成骨架等算法設(shè)計(jì)出用料少、骨架輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、形式優(yōu)美的內(nèi)飾產(chǎn)品。

2.多樣化設(shè)計(jì)原則基于智能互聯(lián)網(wǎng)背景下的汽車將被重新定義，作為出行工具可以附加工作學(xué)習(xí)、娛樂休閑、運(yùn)動(dòng)健身等場景標(biāo)簽，場景需求的多樣化促使內(nèi)飾設(shè)計(jì)的多樣化適配。通過參數(shù)化算法生形的形態(tài)可以突破傳統(tǒng)的思維局限，復(fù)雜的生形算法只需要調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，便可以產(chǎn)生不同的形態(tài)，給設(shè)計(jì)帶來更多可能性。

3.定制化設(shè)計(jì)原則汽車制造產(chǎn)業(yè)不同于一些小體量穿戴產(chǎn)品的制造模式，汽車企業(yè)要對每一位客戶準(zhǔn)備不同設(shè)計(jì)、達(dá)到量身定制的服務(wù)是不切實(shí)際的，因此車企在實(shí)施大規(guī)模定制生產(chǎn)時(shí)遵循的原則是在一定的資源范圍內(nèi)盡可能的滿足用戶的多樣化選擇需求。而參數(shù)化設(shè)計(jì)天然的計(jì)算優(yōu)勢，可以利用算法在一定的約束條件之下生成結(jié)構(gòu)和外觀的優(yōu)化方案，同時(shí)根據(jù)不同參數(shù)的輸入呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案多樣化，可以為內(nèi)飾定制的多樣化需求提供設(shè)計(jì)層面的支持參數(shù)化算法由設(shè)計(jì)師通過基本元素之間的拓?fù)潢P(guān)構(gòu)建，由外部約束條件控制，在定制化的模式之中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)關(guān)注用戶的需求，將用戶個(gè)人的人體參數(shù)、審美意象作為約束條件去干擾算法生形，實(shí)現(xiàn)真正意義上的個(gè)性定制。

4.功能干擾原則是指將內(nèi)飾空間按照功能劃分為不同模塊，例如滿足乘坐的功能區(qū)域、操控的功能區(qū)域、儲物的功能區(qū)域等，之后根據(jù)每個(gè)不同的功能模塊所需要的空間尺寸、形態(tài)輪廓來建立基本的干擾物件，作為形態(tài)母體輸入到算法之中。

5.人機(jī)約束原則以人為本的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)要求設(shè)計(jì)師在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格按照相關(guān)人機(jī)工程標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。在以計(jì)算機(jī)主導(dǎo)的參數(shù)化設(shè)計(jì)模式中，人機(jī)工程數(shù)據(jù)的約束能夠使算法得到的設(shè)計(jì)結(jié)果更加精準(zhǔn)和有效，在內(nèi)飾空間、座椅等形態(tài)生成的過程中，人機(jī)關(guān)系約束對最終形態(tài)的導(dǎo)向?qū)⑵饹Q定性的作用。而且不同人的人機(jī)數(shù)據(jù)會對算法結(jié)果產(chǎn)生差別化影響，滿足用戶個(gè)性化的定制需求。

6.簡化輸入原則是指算法的最初干擾形態(tài)從簡設(shè)計(jì)，算法生形的一大優(yōu)勢就是能通過簡易的母體衍生出不同類型的形態(tài)方案。簡化輸入既可以解放設(shè)計(jì)師部分生產(chǎn)力（傳統(tǒng)模式中設(shè)計(jì)師在前期就需要不斷構(gòu)思推導(dǎo)方案），也能夠降低用戶參與設(shè)計(jì)的門檻，用戶能夠以一種更加積極和主導(dǎo)的姿態(tài)參與到方案前期的討論中，設(shè)計(jì)師也能更高效準(zhǔn)確地去捕捉用戶的真實(shí)需求，提高設(shè)計(jì)的溝通效率。

7.形式優(yōu)化原則計(jì)算機(jī)主導(dǎo)的參數(shù)化設(shè)計(jì)模式并不是指計(jì)算機(jī)生成的形態(tài)便是最佳方案，設(shè)計(jì)師只是把造型推演、空間拓?fù)潢P(guān)系建立等工作交由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，而設(shè)計(jì)師自身需要扮演架構(gòu)師的角色去構(gòu)建算法程序，由于相關(guān)算法所生成形態(tài)的隨機(jī)性與多樣性，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)形式美的法則不斷去調(diào)整算法的約束條件從而去控制計(jì)算機(jī)的生形方向和趨勢，在形式美和功能完善的基礎(chǔ)之上去篩選最優(yōu)方案。面向汽車內(nèi)飾的參數(shù)化設(shè)計(jì)原則，如圖1所示。

三 、汽車內(nèi)飾參數(shù)化設(shè)計(jì)

（一）參數(shù)化設(shè)計(jì)在乘用車中的應(yīng)用

1.參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車外飾中的應(yīng)用通過參數(shù)化設(shè)計(jì)方式生成的產(chǎn)品紋理依附于外觀設(shè)計(jì)，拓展了產(chǎn)品表面肌理的多樣性，逐漸成為近幾年常用的紋理設(shè)計(jì)手段。參數(shù)化紋理在汽車外飾表皮中的運(yùn)用提高外形創(chuàng)新的同時(shí)，增加了品牌辨識度，同時(shí)以一種新的視覺感受來平衡因車身結(jié)構(gòu)（電動(dòng)化、模塊化）改變帶來的外觀影響。按部件分類，目前參數(shù)化設(shè)計(jì)較為廣泛應(yīng)用的是格柵、尾燈以及車身的外表皮部分。例如2016年發(fā)布的寶馬Vision Next100概念車的設(shè)計(jì)中，格柵部件、輪包表皮都采用了有規(guī)律可循的參數(shù)化紋理，尤其是輪包的處理，參數(shù)化紋理不僅僅作為外觀裝飾，還與汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的燈光效果相結(jié)合，呈現(xiàn)一種自然的呼吸感，這種將紋理與功能相結(jié)合的方式，也為參數(shù)化設(shè)計(jì)在產(chǎn)品表皮中的應(yīng)用提供了新的思路，如圖2所示。

2.參數(shù)化設(shè)計(jì)在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用利用算法生成的形態(tài)可以突破傳統(tǒng)金屬外觀的限制，作為設(shè)計(jì)師靈感和想象力的補(bǔ)充。在一些車身設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師會利用算法生成有機(jī)的網(wǎng)狀車架，之后再根據(jù)車架結(jié)構(gòu)和形式美法則設(shè)計(jì)表皮鐵皮造型。對于復(fù)雜車架的制造一般會采用3D打印組裝的方式，相比傳統(tǒng)的車架制造工藝更加省料環(huán)保。通過算法生成的車身具有輕量化等優(yōu)勢，在設(shè)置最初約束條件時(shí)可以按照空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，這樣的約束算法可以用在未來賽車的車身設(shè)計(jì)上，提供全新外觀設(shè)計(jì)的同時(shí)優(yōu)化其性能。如圖3所示。

3.參數(shù)化設(shè)計(jì)在內(nèi)飾CMF設(shè)計(jì)中的應(yīng)用目前參數(shù)化在內(nèi)飾件中的運(yùn)用主要還是在CMF層面，但是內(nèi)飾件多種多樣，功能不一，其表面材質(zhì)、肌理的設(shè)計(jì)也有很大差異。針對不同的內(nèi)飾件，往往也會采用不同的參數(shù)化算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如針對車載音響的揚(yáng)聲孔設(shè)計(jì)。利用算法圖解去模擬自然界的葉序規(guī)律[6]，以黃金角137.5度為核心參數(shù)（互生葉序中相鄰長出的葉片理想夾角均為137.5度），基于斐波那契數(shù)列構(gòu)建相鄰項(xiàng)便可以生成葉序規(guī)律。與汽車外表皮參數(shù)化設(shè)計(jì)相似，在內(nèi)飾件的CMF設(shè)計(jì)中，使用干擾算法來生成紋理成為了提升內(nèi)飾整體品質(zhì)感的有效手段。許多品牌的汽車內(nèi)部儀表板、方向盤、汽車座椅等產(chǎn)品表面的紋理都運(yùn)用了干擾算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖4所示。

（二）汽車內(nèi)飾參數(shù)化設(shè)計(jì)流程

參數(shù)化在內(nèi)飾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不同于單個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需要考慮產(chǎn)品之間、人與產(chǎn)品之間、人與空間的關(guān)系。因此在選擇相關(guān)算法生形之前，需要解構(gòu)整個(gè)內(nèi)飾布局，區(qū)分不同的功能模塊（乘坐、休息、娛樂等），獲悉基本的功能形態(tài)參數(shù)（產(chǎn)品的基本框架、外輪廓等信息）以及人機(jī)工程參數(shù)（座椅高度、屏幕高度等），以此作為后續(xù)算法的約束條件。之后，針對不同的內(nèi)飾模塊選擇算法，大件產(chǎn)品例如座椅、辦公桌等運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化、極小曲面等算法進(jìn)行輕量化生形處理，外表皮CMF設(shè)計(jì)運(yùn)用干擾算法生成非線性紋理，提升產(chǎn)品品質(zhì)感等。通過算法生形得到的形態(tài)具有一定隨機(jī)性（調(diào)節(jié)參數(shù)形態(tài)就會產(chǎn)生較大差異），此時(shí)設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)介入憑借美學(xué)素養(yǎng)和用戶意向?qū)λ惴ㄟM(jìn)行有效變形，把控生形方向，進(jìn)行形態(tài)優(yōu)化。

（三）基于參數(shù)化的內(nèi)飾設(shè)計(jì)實(shí)例

現(xiàn)代汽車內(nèi)飾系統(tǒng)可以劃分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)：側(cè)圍飾件系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、座艙系統(tǒng)、乘員約束系統(tǒng)、聲學(xué)飾件和頂飾件系統(tǒng)。相比外飾，內(nèi)飾包含零部件眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)師需要將各部件整合為滿足人機(jī)工程、功能性和體驗(yàn)舒適感的空間同時(shí)，提供優(yōu)越的審美體驗(yàn)。汽車作為承載用戶的出行工具，其乘坐系統(tǒng)是核心功能之一，筆者以內(nèi)飾乘坐系統(tǒng)為例，提取相關(guān)坐姿數(shù)據(jù)構(gòu)建基本功能形態(tài)，并構(gòu)建參數(shù)化算法進(jìn)行生形計(jì)算。常用的坐姿人機(jī)數(shù)據(jù)可以參考國家標(biāo)準(zhǔn)或者用逆向掃描的技術(shù)直接獲取人體數(shù)據(jù)，筆者采用的提取方法是第三代Kinect和Unity環(huán)境下的實(shí)時(shí)人體模型建立。

1.人體工程參數(shù)提取與預(yù)處理以可調(diào)節(jié)的座椅作為承載來模擬內(nèi)飾乘坐系統(tǒng)，邀請被試采用三種姿勢分別模擬平躺休息、普通乘坐、端坐辦公三種場景，每一種姿勢都通過被試自身的最佳感受調(diào)節(jié)，之后用Kinect進(jìn)行記錄并用Unity生成三種場景下的坐姿模型。提取人體坐姿數(shù)據(jù)之后，將坐姿數(shù)據(jù)導(dǎo)入Rhino中，并完善人體模型，提取關(guān)鍵人機(jī)曲線。

2.生形算法構(gòu)建將上一步得到的人機(jī)曲線作為算法干擾源，以極小曲面作為算法原型，并運(yùn)用幾何包裹的變形方式進(jìn)行生形干擾。GeometryWrapper（幾何包裹）運(yùn)算器來提供構(gòu)建等值面的體數(shù)據(jù)，再搭配Iso surface運(yùn)算器生成基于體數(shù)據(jù)的極小曲面，Geometry Wrapper運(yùn)算器的輸入端為Geometry，即幾何形體，因此可以用曲線、曲面、有機(jī)體快等物件去生成體數(shù)據(jù)，從而對極小曲面產(chǎn)生干擾。以普通乘坐姿勢為例，將得到的座椅框架曲線拾取進(jìn)Grasshopper中，首先用divide curve指令將曲線進(jìn)行等分，得到可以人為控制的等分點(diǎn)，之后將這些等分點(diǎn)作為干擾物件接入到Geometry Wrapper的接收端，圍繞這些點(diǎn)生成力場，通過衰減度、立場強(qiáng)度、型面分辨率等參數(shù)控制極小曲面之間的融合度，從而生成座椅骨架形態(tài)。

3.優(yōu)化算法結(jié)果構(gòu)建完生形算法之后，將人機(jī)曲線拾取到算法輸入端，調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)值，便可以得到一系列基于人機(jī)關(guān)系的產(chǎn)品形態(tài)。除了通過調(diào)節(jié)參數(shù)的方式調(diào)整計(jì)算結(jié)果之外，設(shè)計(jì)師還可以手動(dòng)的在Rhino界面中去調(diào)節(jié)初始曲線的控制點(diǎn)、走勢等去影響最終的算法形態(tài)，這種方式使得設(shè)計(jì)師可以更加直觀可控地去影響算法的生成結(jié)果，在設(shè)計(jì)師的主觀判斷和計(jì)算機(jī)的邏輯生成之間找到可控的平衡點(diǎn)。筆者通過對三種不同坐姿提煉出來的座椅功能曲線分別輸入到算法中進(jìn)行生形計(jì)算，調(diào)節(jié)參數(shù)和曲線形式改變計(jì)算結(jié)果，并將其匯總對比，如圖5所示。

4.設(shè)計(jì)方案評價(jià)運(yùn)用Geometry Wrapper（幾何包裹）運(yùn)算器來干擾生產(chǎn)極小曲面的方式較為靈活，設(shè)計(jì)師可以在Rhino中根據(jù)功能參數(shù)或者人體工程學(xué)參數(shù)限定產(chǎn)品基本外輪廓，之后運(yùn)用這個(gè)基本輪廓去干擾生成等值面，這樣計(jì)算得到的等值面既具備良好的輕量化造型屬性，同時(shí)符合真實(shí)場景相關(guān)參數(shù)的約束條件（功能制約和人機(jī)關(guān)系制約）。但是在此生形模擬實(shí)驗(yàn)中，僅僅是以座椅為例進(jìn)行研究，而真實(shí)的內(nèi)飾環(huán)境更為復(fù)雜，是多個(gè)功能系統(tǒng)的集合，所以需要將多個(gè)功能模塊進(jìn)行拆解，去提取每一個(gè)子系統(tǒng)的人機(jī)功能參數(shù)，并且人為的去優(yōu)化這些參數(shù)構(gòu)建基本功能形態(tài)，作為算法的約束條件輸入。

結(jié)語

面向未來汽車內(nèi)飾的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究，探討的是在新能源、自動(dòng)駕駛等技術(shù)背景下，參數(shù)化的設(shè)計(jì)模式和算法生形技術(shù)與內(nèi)飾設(shè)計(jì)的兼容形式。其重點(diǎn)在于研究參數(shù)化的設(shè)計(jì)模式在內(nèi)飾中的具體運(yùn)用場景和使用原則，構(gòu)建完整的方法論體系，并通過這種方法去指導(dǎo)內(nèi)飾設(shè)計(jì)。隨著生產(chǎn)技術(shù)的迅速進(jìn)步，利用參數(shù)化的設(shè)計(jì)方式生成的復(fù)雜形態(tài)也逐漸具備大規(guī)模生產(chǎn)的可能性，這也將從技術(shù)層面推動(dòng)汽車內(nèi)飾的參數(shù)化設(shè)計(jì)運(yùn)用，將算法生形的優(yōu)勢更好地展現(xiàn)。