參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)界面裝飾中的應(yīng)用

白迪 張玲

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，徐州 221116）

在信息技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，傳統(tǒng)的室內(nèi)界面裝飾設(shè)計(jì)方法顯然已經(jīng)無法滿足人們的審美需求與情感需要，因此室內(nèi)界面裝飾需要在設(shè)計(jì)手段與技術(shù)上做出一定的調(diào)整，參數(shù)化設(shè)計(jì)作為一種新的設(shè)計(jì)手段與技術(shù)早已成熟地應(yīng)用于建筑表皮的界面裝飾上，并且創(chuàng)造出大量令人驚嘆的設(shè)計(jì)作品。作為建筑設(shè)計(jì)的衍生，將參數(shù)化設(shè)計(jì)引入室內(nèi)界面裝飾能夠提供新的設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)形式，為室內(nèi)設(shè)計(jì)帶來新的設(shè)計(jì)語言[1]。因此，在參數(shù)化設(shè)計(jì)特性的影響下，室內(nèi)界面裝飾設(shè)計(jì)具有較高的可塑性，可以在設(shè)計(jì)階段生成大量的連續(xù)差異方案[2]，從而大大節(jié)省設(shè)計(jì)師在重復(fù)勞動(dòng)中消耗的時(shí)間，提升設(shè)計(jì)效率減少設(shè)計(jì)成本。此外，參數(shù)化設(shè)計(jì)結(jié)合了不同的設(shè)計(jì)元素、設(shè)計(jì)手法，有利于設(shè)計(jì)師創(chuàng)造出具有新鮮感的設(shè)計(jì)，推動(dòng)室內(nèi)界面裝飾的發(fā)展。

1 相關(guān)概念解析

1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)

1.1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念

Rhino 原廠技術(shù)工程師Dixon 曾將參數(shù)化設(shè)計(jì)定義為：“參數(shù)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是用編程手段達(dá)到傳統(tǒng)方法無法達(dá)到的境界”。清華大學(xué)的徐衛(wèi)國(guó)教授曾定義：“參數(shù)化設(shè)計(jì)就是參變量化設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)是受變量控制的，每個(gè)參變量控制或表明設(shè)計(jì)結(jié)果的某種重要性質(zhì)，改變參變量的值就會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)結(jié)果”[3]。結(jié)合兩位學(xué)者對(duì)參數(shù)化的定義，參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過編程技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行變量的處理，而變量的關(guān)鍵在于建構(gòu)邏輯與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，通過編程手段將影響設(shè)計(jì)的可變量元素連接在一起，從而構(gòu)建一個(gè)可調(diào)整的參數(shù)模型，再通過計(jì)算機(jī)軟件的轉(zhuǎn)譯將參數(shù)模型轉(zhuǎn)化為可視化的圖像，最終通過反復(fù)修改參數(shù)來改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容直至設(shè)計(jì)作品完成?？偠灾?，參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心是建立每個(gè)變量要素之間的關(guān)系，形成相關(guān)的邏輯系統(tǒng)，通過輸入不同的參數(shù)從而得到不同的設(shè)計(jì)結(jié)果。因此，是否能夠創(chuàng)建關(guān)聯(lián)系統(tǒng)是確定它是否屬于參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)[4]。

1.1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)的特征

1）非線性特征。參數(shù)化設(shè)計(jì)具備非線性的特征，非線性是指在一定變量關(guān)系與數(shù)學(xué)關(guān)系下形成曲線或曲面及不確定的屬性關(guān)系[5]。參數(shù)化設(shè)計(jì)的非線性特征體現(xiàn)在使用復(fù)雜的多個(gè)參數(shù)去建構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，而非簡(jiǎn)單的運(yùn)用單個(gè)簡(jiǎn)單的變量來決定設(shè)計(jì)方案。參數(shù)化的非線性特征使得設(shè)計(jì)結(jié)果受諸多要素的影響，在多重變量影響下的參數(shù)化設(shè)計(jì)程中，設(shè)計(jì)邏輯與最終所產(chǎn)生的造型均呈現(xiàn)出非線性內(nèi)涵[6]。

2）高可塑性特征。參數(shù)化設(shè)計(jì)具備高可塑性特征，由于參數(shù)化設(shè)計(jì)是由參數(shù)的改變來控制設(shè)計(jì)結(jié)果的，因此在一個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中改變一個(gè)或多個(gè)參數(shù)就能使設(shè)計(jì)方案完成修改工作，文章以Rhino軟件中的Grasshopper 參數(shù)化平臺(tái)為例。如圖1 所示，這是一個(gè)由參數(shù)化設(shè)計(jì)生成的公共座椅，其中座椅的曲線高度由Graph Mapper 的正弦函數(shù)曲線控制，只要通過改變函數(shù)曲線就可以達(dá)到改變座椅形態(tài)的效果。因此，在設(shè)計(jì)中參數(shù)化具有較高的可塑性，只要參數(shù)形式的內(nèi)在邏輯關(guān)系沒有改變，參數(shù)化設(shè)計(jì)就可以讓設(shè)計(jì)師游刃有余地往返于“過去”與“現(xiàn)實(shí)”之間[7]，從而在減少設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，提高設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)積極性，從“避免改動(dòng)”推向“鼓勵(lì)改動(dòng)”[8]。

圖1 參數(shù)化座椅設(shè)計(jì)

3）嚴(yán)謹(jǐn)性特征。參數(shù)化設(shè)計(jì)具有嚴(yán)謹(jǐn)性特征，參數(shù)化設(shè)計(jì)需要建構(gòu)系統(tǒng)的參數(shù)化邏輯關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行量化處理，設(shè)計(jì)的形式輸出取決于運(yùn)算法則的制定和輸入的參數(shù)，而非個(gè)人審美等主觀偏好[9]。因此，設(shè)計(jì)師要通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬋ソ?gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)的程序，串聯(lián)可量化的各個(gè)元素從而得到設(shè)計(jì)結(jié)果。

4）多元性特征。由于參數(shù)化設(shè)計(jì)的介入，多領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)被廣泛的應(yīng)用于設(shè)計(jì)學(xué)領(lǐng)域。例如：藍(lán)天組通過參數(shù)化技術(shù)將音樂轉(zhuǎn)譯為建筑形態(tài)；扎哈設(shè)計(jì)事務(wù)所通過參數(shù)化力學(xué)模擬設(shè)計(jì)空間造型；巴爾蒙德通過參數(shù)化將分形理論應(yīng)用于建筑表皮?？v觀設(shè)計(jì)大師的參數(shù)化設(shè)計(jì)作品，其中不乏多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，而參數(shù)化則可以作為設(shè)計(jì)學(xué)與其他學(xué)科交叉融合的橋梁，為空間設(shè)計(jì)注入更多的活力[10]。

1.2 室內(nèi)界面裝飾

室內(nèi)設(shè)計(jì)歷來注重界面裝飾，界面裝飾曾在歷史上同室內(nèi)設(shè)計(jì)等而視之，幾乎成了室內(nèi)設(shè)計(jì)的代名詞[11]。作為室內(nèi)空間中最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，室內(nèi)界面裝飾主要是由室內(nèi)空間中的各個(gè)圍合面組成，例如地面、隔斷、墻面及天花板等。設(shè)計(jì)師需要通過設(shè)計(jì)填充這些界面，使室內(nèi)界面在視覺上和內(nèi)涵上更為豐富，以便傳達(dá)更多的信息與含義，從而達(dá)到豐富室內(nèi)空間視覺層次的效果。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)界面裝飾中的應(yīng)用方法

2.1 力學(xué)擬態(tài)手法

自然界中存在著豐富多樣的形態(tài)樣式，自然元素在室內(nèi)界面裝飾中的運(yùn)用方法一直是室內(nèi)設(shè)計(jì)師們津津樂道的話題。然而設(shè)計(jì)師對(duì)于自然形態(tài)元素在室內(nèi)界面裝飾中的應(yīng)用往往缺少一種有效的方式，常規(guī)的設(shè)計(jì)手法難以對(duì)自然形態(tài)進(jìn)行具象化表達(dá)。如被風(fēng)吹拂的水浪、自然侵蝕形成的巖洞、自由生長(zhǎng)的樹枝等自然形態(tài)，難以出現(xiàn)于使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手法生成的室內(nèi)界面裝飾設(shè)計(jì)中，而參數(shù)化設(shè)計(jì)則可以通過力學(xué)擬態(tài)的手法將自然元素以合乎邏輯的形式運(yùn)用于室內(nèi)裝飾界面當(dāng)中。以Grasshopper 參數(shù)化平臺(tái)為例，設(shè)計(jì)過程中可以借助Kangaroo 力學(xué)模擬插件對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象施加拉力、彈力、風(fēng)力等力的影響，從而用室內(nèi)界面裝飾模擬真實(shí)自然形態(tài)的效果，如圖2所示，從而為觀者提供豐富的自然生態(tài)視覺體驗(yàn)。

圖2 參數(shù)化力學(xué)擬態(tài)手法的應(yīng)用過程

2.2 吸引子干擾手法

吸引子干擾手法涉及物理學(xué)“場(chǎng)”的概念，“場(chǎng)”是一種特殊物質(zhì)，它是以時(shí)間和空間為變化量的物理量，它無處不在地均勻分布于空間中，吸引子就是利用“場(chǎng)”的作用來使場(chǎng)內(nèi)的各要素相互作用。吸引子可以進(jìn)行多個(gè)場(chǎng)的疊加，在多重的作用下影響其他的相關(guān)要素[12]。在室內(nèi)界面裝飾中常見的吸引子干擾手法有點(diǎn)吸引子干擾與線吸引子干擾。點(diǎn)吸引子干擾是將界面裝飾單元與點(diǎn)因子之間的距離作為干擾參考因子，從而來建構(gòu)界面裝飾單元與點(diǎn)吸引子之間的關(guān)系。如圖3 所示，參數(shù)化設(shè)計(jì)程序?qū)⒕幪?hào)0 至9 的裝飾單元中心點(diǎn)與干擾點(diǎn)之間的距離作為干擾參數(shù)，并將它映射到0 至1 區(qū)間內(nèi)，最終將映射數(shù)值作為單元縮放值，如表1 所示。曲線吸引子干擾也與點(diǎn)干擾的原理大致相同，只是將干擾要素從點(diǎn)變?yōu)榱司€。運(yùn)用參數(shù)化的吸引子干擾手法，有助于避免室內(nèi)界面裝飾圖案均質(zhì)化現(xiàn)象的發(fā)生，有利于塑造更為個(gè)性化與多樣化的界面裝飾視覺效果。

表1 點(diǎn)干擾案例中的對(duì)應(yīng)參數(shù)

圖3 參數(shù)化力學(xué)擬態(tài)手法的應(yīng)用過程

2.3 循環(huán)迭代手法

循環(huán)迭代手法源于分形理論的迭代特性在參數(shù)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。茂密的樹木是由大量分叉的樹枝迭代生長(zhǎng)而成、蜿蜒曲折的河流是由若干相似的支流組合而成?？此萍姺睆?fù)雜的事物本身內(nèi)部卻存在一定循環(huán)迭代的邏輯規(guī)律[13]，但是由于具備分形迭代規(guī)律的界面裝飾對(duì)精度的要求較高，傳統(tǒng)手工描繪設(shè)計(jì)既要耗費(fèi)大量時(shí)間又無法保證繪制精度。而參數(shù)化設(shè)計(jì)可以輕而易舉地將重復(fù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)迭代。如圖4 所示，通過使用Grasshopper 參數(shù)化平臺(tái)的Anemone 插件建構(gòu)迭代程序，簡(jiǎn)單的正方形圖案在通過多次旋轉(zhuǎn)縮放循環(huán)迭代處理后，形成了具有豐富層次的裝飾圖案。

圖4 參數(shù)化循環(huán)迭代手法的應(yīng)用過程

循環(huán)迭代作為參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)裝飾界面中應(yīng)用的常見手法之一，它能將簡(jiǎn)單的裝飾元素進(jìn)行循環(huán)迭代處理，在提升室內(nèi)界面裝飾價(jià)值與藝術(shù)價(jià)值的同時(shí)，還具備提高設(shè)計(jì)精度與設(shè)計(jì)效率的實(shí)用效果。

2.4 Voronoi 分割手法

Voronoi 譯為泰森多邊形，它是由俄國(guó)數(shù)學(xué)家沃羅諾伊提出的，是針對(duì)空間分割的一種算法[14]。隨著當(dāng)代計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的迅速發(fā)展及數(shù)字化設(shè)計(jì)的不斷興起，設(shè)計(jì)學(xué)領(lǐng)域?qū)W科交叉研究等已經(jīng)成為了一種潮流。泰森多邊形作為經(jīng)典幾何分割空間的方法已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于參數(shù)化設(shè)計(jì)，以生成建筑表皮與建筑空間結(jié)構(gòu)。例如，著名的北京“水立方”國(guó)家游泳中心的外表皮就運(yùn)用了參數(shù)化Voronoi 分割設(shè)計(jì)手法。室內(nèi)空間是建筑的延續(xù)，泰森多邊形在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，同樣也適用于室內(nèi)空間。參數(shù)化Voronoi 分割手法的應(yīng)用能賦予室內(nèi)界面裝飾多變的幾何形態(tài)，在營(yíng)造豐富的視覺層次同時(shí)，還能對(duì)不同裝飾界面進(jìn)行整體的把控和調(diào)整，使豐富的室內(nèi)界面裝飾幾何形態(tài)與室內(nèi)空間產(chǎn)生對(duì)話。將參數(shù)化設(shè)計(jì)的Voronoi分割手法用于室內(nèi)界面裝飾是一個(gè)明顯的、進(jìn)化的、創(chuàng)造性的語言探索和實(shí)踐創(chuàng)新的過程[15]。

3 參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)界面裝飾中的應(yīng)用實(shí)踐

如圖5 所示，一面長(zhǎng)6 900 mm、高3 000 mm 的室內(nèi)界面被均分為四個(gè)展示設(shè)計(jì)實(shí)踐的載體，基于參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用手法邏輯，運(yùn)用Rhino 的Grasshopper 平臺(tái)完成對(duì)電池組件的構(gòu)建，如圖6 所示。

圖5 室內(nèi)界面的參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用展示

圖6 參數(shù)化界面設(shè)計(jì)電池組件圖

從左至右第一個(gè)裝飾界面部分運(yùn)用了迭代循環(huán)的參數(shù)化設(shè)計(jì)手法，操作流程主要分為3 個(gè)步驟：第一步是對(duì)迭代程序的構(gòu)造，通過Rabbit 插件L-System與Turtle 組件完成迭代樹形線性形態(tài)的生成，主要通過Panel 組件設(shè)定公理（Axiom）為F、迭代規(guī)律（Production Rule）為F=F[-F][+F]、迭代次數(shù)為5 來運(yùn)行；第二步是對(duì)線性輪廓的塑造，通過Project 組件將生成的樹狀結(jié)構(gòu)線投射至裝飾界面上，接下來運(yùn)用Surface Split 組件對(duì)投影線與原始界面進(jìn)行分割處理，在獲得每一個(gè)分割面后運(yùn)用Area 組件求面的中點(diǎn)，并以此為基準(zhǔn)完成對(duì)分割面外框線的縮放；第三步即是生成面與體積，將分割面的外框線與縮放線通過Boundary Surface 進(jìn)行封面處理，并以此面為基礎(chǔ)，使用Extrude Surface 組件擠出相對(duì)應(yīng)的厚度完成最終迭代循環(huán)裝飾界面的生成，如圖7 所示。

圖7 迭代循環(huán)設(shè)計(jì)手法應(yīng)用過程

第二個(gè)界面應(yīng)用通過參數(shù)化Voronoi 分割手法進(jìn)行裝飾設(shè)計(jì)，該界面是由三層大小不一的泰森多邊形切割面組成，首先都是通過Populate 2D 組件在界面外輪廓線內(nèi)生成12 個(gè)點(diǎn)，接著將這些點(diǎn)輸入給2D Voronoi 組件生成泰森多邊形，隨著大致形體確認(rèn)后，運(yùn)用Area 組件求得各個(gè)泰森多邊形的中點(diǎn)，以這些中點(diǎn)為基準(zhǔn)輸出給Scale 組件對(duì)圖形外輪廓進(jìn)行縮放從而獲得內(nèi)輪廓線。隨后通過Divide Curve 與Nurbs Curve 兩個(gè)組件對(duì)內(nèi)輪廓線進(jìn)行打斷重塑，最終將重塑后的內(nèi)框線與外框線成面，獲得第一層形態(tài)，如圖8 所示。后兩層泰森多邊形面也是同樣的生成邏輯，只是修改了輸入給Populate 2D 的數(shù)值，從而影響最后泰森多邊形生成的數(shù)量。

圖8 Voronoi 分割手法設(shè)計(jì)應(yīng)用過程

第三個(gè)界面是由參數(shù)化線性吸引子干擾設(shè)計(jì)而成，大致上可以分為三個(gè)步驟：第一步是構(gòu)建干擾源與被干擾對(duì)象，該界面中的干擾源為一條S 形曲線，被干擾對(duì)象則是通過Iso Trim 組件處理后的60 個(gè)矩形面；第二步是將干擾因素量化為干擾數(shù)值并將它作用于被干擾對(duì)象上，實(shí)際操作中是通過Area 組件運(yùn)算出各矩形的中點(diǎn)，并通過Pull Point 命令求得各中點(diǎn)到曲線的最短距離，這些距離數(shù)據(jù)通過Remap Numbers 組件被映射至0 至1 區(qū)間內(nèi)，接下來將這些數(shù)據(jù)作為干擾值去縮放矩形面；最后一步是通過成面、擠出等操作完成對(duì)裝飾界面形體的構(gòu)造，如圖9 所示。

圖9 吸引子干擾手法設(shè)計(jì)應(yīng)用過程

最后一個(gè)界面演示了力學(xué)模擬參數(shù)化設(shè)計(jì)手法的應(yīng)用流程，主要包括設(shè)置作用力及受力載體，如圖10 所示，受力載體為被Quad Panels 組件劃分的網(wǎng)格面，設(shè)置的作用力是由Kangaroo 插件的Wind Mesh組件生成的風(fēng)力。在設(shè)置好這兩個(gè)基本要素后，為了保證受力載體整體位置的固定不變，還應(yīng)該通過Naked Verctices 組件提取固定點(diǎn)（Anchor Points）。完成以上操作后接入Boolean Toggle 與Timer 運(yùn)算器就可以進(jìn)行界面受風(fēng)力影響模擬，并獲得相對(duì)應(yīng)裝飾界面的形態(tài)。

圖10 力學(xué)模擬手法設(shè)計(jì)應(yīng)用過程

4 結(jié)論

研究表明，在室內(nèi)界面裝飾領(lǐng)域運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)，既有助于擴(kuò)展室內(nèi)界面裝飾形態(tài)的多樣可能性，也有利于降低設(shè)計(jì)成本。研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于通過案例分析及設(shè)計(jì)實(shí)踐總結(jié)出參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)界面裝飾中的四種應(yīng)用設(shè)計(jì)手法及操作流程，為參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)界面裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。但是目前國(guó)內(nèi)參數(shù)化設(shè)計(jì)在室內(nèi)界面裝飾中的應(yīng)用研究仍然處于萌芽階段，具有廣闊的開發(fā)空間，如針對(duì)復(fù)雜形態(tài)的界面參數(shù)化研究，需要建構(gòu)相對(duì)應(yīng)的參數(shù)化邏輯，進(jìn)行大量的參數(shù)化設(shè)計(jì)嘗試。在未來的研究上，可以結(jié)合其他相關(guān)理論和方法，不斷完善室內(nèi)界面裝飾設(shè)計(jì)，從而設(shè)計(jì)出更為多元化及個(gè)性化的界面裝飾。