參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的發(fā)展，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)已成為汽車(chē)造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要工具。分析了參數(shù)化設(shè)計(jì)的歷史背景、理論基礎(chǔ)以及在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的演變。介紹參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在汽車(chē)造型內(nèi)外飾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍，并對(duì)其優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入研究。最后分析了如何合理運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)，使汽車(chē)內(nèi)外飾造型設(shè)計(jì)更具未來(lái)感、科技感，給以后的汽車(chē)造型設(shè)計(jì)提供有益的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì) 汽車(chē)設(shè)計(jì) 創(chuàng)新性 造型設(shè)計(jì)

1 緒論

汽車(chē)行業(yè)一直是創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域，設(shè)計(jì)在塑造汽車(chē)的審美和功能性方面扮演著重要角色。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展，將先進(jìn)的計(jì)算方法整合到設(shè)計(jì)過(guò)程中變得越來(lái)越普遍。在這些方法中，參數(shù)化設(shè)計(jì)作為一種變革性的方法，顯著影響了汽車(chē)設(shè)計(jì)師構(gòu)思和實(shí)現(xiàn)其創(chuàng)作的方式。本文深入探討了參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究，檢視了它如何被用來(lái)推動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)邊界的拓展。采用案例研究方法，介紹了幾個(gè)成功將參數(shù)化設(shè)計(jì)整合到其設(shè)計(jì)理念中的知名案例，這些案例說(shuō)明了參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠?yàn)槠?chē)造型帶來(lái)優(yōu)秀設(shè)計(jì)和創(chuàng)新成果。本文旨在通過(guò)提供對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用的案例的檢視和思考，為今后參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供新思路新方法。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)概述

縱觀(guān)汽車(chē)造型設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程，從最早使用紙筆尺規(guī)手工畫(huà)圖到20世紀(jì)五六十年代開(kāi)始逐步發(fā)展的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)風(fēng)格是伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在不斷演變。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)正是基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不斷發(fā)展而壯大的。

參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)最早在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域被大量使用，最著名的是扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所的一系列代表作如南京青奧中心，Morpheus酒店，北京SoHo大廈等。參數(shù)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是參變量化設(shè)計(jì)，其通過(guò)函數(shù)表達(dá)幾何關(guān)系；用數(shù)字化的方法詮釋設(shè)計(jì)中的邏輯方法；利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力代替人腦的決策。擁有著計(jì)算機(jī)的數(shù)字邏輯背景，參數(shù)化設(shè)計(jì)通過(guò)邏輯建?？蔀閺V泛適用的工業(yè)化產(chǎn)品提供大量富有變化的形態(tài)結(jié)構(gòu)樣式，對(duì)于形成全新的產(chǎn)品形態(tài)有巨大的意義。

隨著參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的推廣及現(xiàn)代制造工藝的進(jìn)步，在汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域也出現(xiàn)了越來(lái)越多的參數(shù)化設(shè)計(jì)風(fēng)格的作品，這些具有鮮明參數(shù)化設(shè)計(jì)風(fēng)格的作品令人耳目一新，給汽車(chē)造型設(shè)計(jì)帶來(lái)了新方向的積極探索。

3 參數(shù)化設(shè)計(jì)工具介紹

參數(shù)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展出多種專(zhuān)業(yè)軟件，這些軟件針對(duì)不同的工程需求而設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，也出現(xiàn)了一系列技術(shù)方法，它們與這些軟件相配合，用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的成果。以下是經(jīng)過(guò)資料搜集和分析后，總結(jié)出的一些廣泛使用的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件及其相應(yīng)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域（見(jiàn)表1）。

針對(duì)汽車(chē)造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，應(yīng)用最廣泛的是Rhino&Grasshopper和Alias&Dynamo這兩個(gè)軟件組合。

Grasshopper（簡(jiǎn)稱(chēng)GH）是一個(gè)在Rhino軟件平臺(tái)上運(yùn)行的插件，它使用程序化算法來(lái)創(chuàng)建模型，是當(dāng)前自由曲面造型領(lǐng)域廣泛使用的參數(shù)化設(shè)計(jì)工具之一。GH通過(guò)將功能集成到被稱(chēng)為“電池”的運(yùn)算器中，實(shí)現(xiàn)了編程節(jié)點(diǎn)的可視化。設(shè)計(jì)者僅需向這些運(yùn)算器提供特定的參數(shù)輸入，并相互搭配運(yùn)算器之間的輸入輸出，即可獲得運(yùn)算后的輸出結(jié)果。這種方法簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)者的學(xué)習(xí)過(guò)程，盡管使用者仍需具備一定的編程理解能力。

Dynamo由Autodesk公司開(kāi)發(fā)，是一個(gè)基于圖形編程的自動(dòng)化計(jì)算設(shè)計(jì)平臺(tái)，最初主要用于建筑、工程和施工（AEC）行業(yè)。在Alias 2019版本開(kāi)始集成于Alias軟件中Dynamo用可視化編程平臺(tái)來(lái)降低編程難度，讓非程序員和程序員都可以使用，在Alias中選擇“Palette”>“Transform”>“Dynamo”即可啟動(dòng)。通過(guò)基于節(jié)點(diǎn)的可視化編程界面，Dynamo可以讓用戶(hù)自由創(chuàng)建計(jì)算式設(shè)計(jì)模型或其他自動(dòng)化處理任務(wù)。用戶(hù)可以使用完善的數(shù)據(jù)處理、關(guān)聯(lián)性結(jié)構(gòu)和幾何控制功能，這些功能在基于傳統(tǒng)CAD界面的軟件中是難以做到的。

同時(shí)兩款軟件都支持二次開(kāi)發(fā)，用戶(hù)可根據(jù)個(gè)人實(shí)際需要開(kāi)發(fā)出個(gè)性化的工具來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的特定需求，為用戶(hù)提供更高的設(shè)計(jì)自由度。

在grasshopper中支持C#，python，VB三種編程語(yǔ)言和cluster工具，通過(guò)這些工具開(kāi)發(fā)者可以為 Grasshopper 創(chuàng)建新的功能，滿(mǎn)足特定的設(shè)計(jì)需求，或者與其他軟件和平臺(tái)進(jìn)行集成。二次開(kāi)發(fā)不僅增強(qiáng)了 Grasshopper 的靈活性和擴(kuò)展性，也促進(jìn)了設(shè)計(jì)和工程領(lǐng)域的創(chuàng)新。在Dynamo中支持C#、Python、DynamoScript和自定義節(jié)點(diǎn)（Custom Nodes）用戶(hù)可以創(chuàng)建自己的節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展Dynamo的功能。這些節(jié)點(diǎn)可以封裝代碼、自定義邏輯或調(diào)用外部庫(kù)從而實(shí)現(xiàn)更豐富的功能。

4 參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型中的典型應(yīng)用

參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域最著名的就是2016年發(fā)布的BMW VISION Next 100 和雷諾TREZOR概念車(chē)（圖1）。寶馬通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)手段將車(chē)輪輪拱做成可變的靈動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)車(chē)輛行駛速度，路況等改變車(chē)輪輪拱的形態(tài)，既可以收縮，也可以展開(kāi)將車(chē)輪覆蓋在內(nèi)。雷諾TREZOR概念車(chē)則在機(jī)蓋采用六邊形來(lái)作為機(jī)蓋散熱孔的基本元素，通過(guò)每個(gè)元素的翻轉(zhuǎn)變化達(dá)到車(chē)輛在不同行駛狀態(tài)下的散熱需求，前臉同樣采用六邊形元素作為肌理表皮，既具有裝飾美感也有效降低車(chē)輛風(fēng)阻，實(shí)現(xiàn)了功能和美學(xué)的統(tǒng)一。

這兩款概念作品一經(jīng)發(fā)布便迅速風(fēng)靡汽車(chē)設(shè)計(jì)圈，隨后其他汽車(chē)公司紛紛跟進(jìn)推出了許多量產(chǎn)化的參數(shù)化設(shè)計(jì)作品。例如雷克薩斯LS 2018款和奔馳A級(jí)2018款滿(mǎn)天星格柵（圖2）等都是非常經(jīng)典的設(shè)計(jì)。

4.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)在外造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在汽車(chē)的外造型設(shè)計(jì)中，參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用主要分為裝飾性應(yīng)用和功能性應(yīng)用。例如應(yīng)用較多的燃油車(chē)的前格柵，輪轂造型，等屬于功能性應(yīng)用。前后組合燈內(nèi)參數(shù)化肌理，車(chē)身附屬裝飾件表面處理等屬于裝飾性應(yīng)用。在目前的電動(dòng)化浪潮下新能源車(chē)沒(méi)有了的傳統(tǒng)意義上的散熱格柵，取而代之的是一體式全封閉前臉，但也有新的作品如吉利銀河E8（圖3）的前臉設(shè)計(jì)巧妙的把參數(shù)化設(shè)計(jì)和發(fā)光面板結(jié)合起來(lái)，非常具有科技感。

4.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)在內(nèi)造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用

和鈑金件與硬質(zhì)材料居多的汽車(chē)外飾相比，參數(shù)化在織物材料居多的汽車(chē)內(nèi)飾中有更加廣泛的應(yīng)用。在汽車(chē)的內(nèi)造型設(shè)計(jì)中，參數(shù)化設(shè)計(jì)的主要是在全車(chē)音響面板，旋鈕，換擋撥鈕，座椅絎縫，主副儀表細(xì)節(jié)部分等處。比較有代表性的如奔馳的柏林之音音響面板雷克薩斯內(nèi)飾門(mén)板上本體（圖4）等。在內(nèi)飾的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，合理使用參數(shù)化設(shè)計(jì)不僅能豐富設(shè)計(jì)效果，更能讓內(nèi)飾顯得更加具有高級(jí)感，檔次感，提升整車(chē)設(shè)計(jì)品質(zhì)。

5 對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)與不足的研究

參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用至今，既有優(yōu)勢(shì)也有挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)查研究，對(duì)其在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)與不足歸納如下。

5.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

①對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，參數(shù)化設(shè)計(jì)打開(kāi)了一道可以掌控未知的復(fù)雜形式設(shè)計(jì)的大門(mén)，通過(guò)靜態(tài)的圖紋樣式賦予了動(dòng)態(tài)美，抓住人的視覺(jué)感知，使人在視覺(jué)感知中，可以更多地去思考和想象，去尋找肌理變化的規(guī)律和約束點(diǎn)，參數(shù)化設(shè)計(jì)形式在視覺(jué)上更具視覺(jué)沖擊力和科技感。

②對(duì)汽車(chē)造型數(shù)模師而言，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)大量的，復(fù)雜的，具有相同特征形式，但又存在一定規(guī)律變化的造型設(shè)計(jì)具有快速調(diào)整的能力，這大大減輕了數(shù)字模型師的工作強(qiáng)度。

③相較于以往的純手動(dòng)制作數(shù)字模型，參數(shù)化設(shè)計(jì)推進(jìn)了設(shè)計(jì)過(guò)程的快速迭代優(yōu)化，提升了設(shè)計(jì)過(guò)程的效率，對(duì)整車(chē)設(shè)計(jì)也起到了降本增效的作用。

④參數(shù)化設(shè)計(jì)帶來(lái)的新的技術(shù)應(yīng)用，為設(shè)計(jì)師提供了更大的創(chuàng)造自由度，在新的設(shè)計(jì)方向上對(duì)設(shè)計(jì)思路的開(kāi)拓創(chuàng)新具有重要意義。

5.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)的不足

①參數(shù)化設(shè)計(jì)在復(fù)雜紋理方面的多樣性變化優(yōu)勢(shì)，對(duì)于設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性大有裨益，但如果超過(guò)限度的沉溺于此，會(huì)導(dǎo)致忽略設(shè)計(jì)的本質(zhì)，容易讓設(shè)計(jì)師掉入過(guò)于依賴(lài)技術(shù)的陷阱，將設(shè)計(jì)當(dāng)成了一場(chǎng)炫技。

②對(duì)于汽車(chē)數(shù)字模型師而言，如果所有的數(shù)字模型都用參數(shù)化設(shè)計(jì)來(lái)制作也是不妥的。在有機(jī)的，自由曲面造型的汽車(chē)車(chē)身形態(tài)方面來(lái)講，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)并不適合，傳統(tǒng)的Alias手動(dòng)建模所具有的高自由度，快速調(diào)整能力依然有不可替代的作用。

③參數(shù)化設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)師或數(shù)模師與計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行密切的互動(dòng)和合作，對(duì)于不熟悉或不擅長(zhǎng)使用這些軟件的從業(yè)者來(lái)說(shuō)，可能會(huì)面臨學(xué)習(xí)和操作上的困難，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，參數(shù)化設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)成本，操作復(fù)雜程度也要比傳統(tǒng)軟件更高。

④參數(shù)化設(shè)計(jì)依賴(lài)于數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，需要準(zhǔn)確的輸入數(shù)據(jù)，如造型特征的大小尺寸。變化量的向量參數(shù)等。如果這些數(shù)據(jù)存在誤差或不準(zhǔn)確，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)偏差或不可行。

通過(guò)以上的對(duì)比研究可以發(fā)現(xiàn)，參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠顯著提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期；此外，參數(shù)化設(shè)計(jì)還促進(jìn)了跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的協(xié)作，提高了設(shè)計(jì)流程的靈活性和可持續(xù)性。然而，參數(shù)化設(shè)計(jì)也存在一些挑戰(zhàn)，在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)的應(yīng)用上逐漸由百家齊放轉(zhuǎn)變?yōu)闈u趨一統(tǒng)，相互之間的創(chuàng)意借鑒，模仿，抄襲也逐漸增多。消費(fèi)者對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用也開(kāi)始審美疲勞。各大汽車(chē)公司的參數(shù)化設(shè)計(jì)如何更好的利用參數(shù)化設(shè)計(jì)吸引消費(fèi)者研究，對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)從業(yè)者也提出了更高的挑戰(zhàn)。

6 總結(jié)

參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)上的廣泛應(yīng)用，代表了一個(gè)時(shí)期的審美特征，充分反映了科技與消費(fèi)者審美喜好之間的相互促進(jìn)，汽車(chē)內(nèi)外飾造型在形式上也將越來(lái)越多樣化和個(gè)性化。參數(shù)化設(shè)計(jì)作為一種在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中一種手段方法，未來(lái)的發(fā)展應(yīng)主要在以下幾方面進(jìn)行探索。

①設(shè)計(jì)創(chuàng)新：在未來(lái)的創(chuàng)新性探索上設(shè)計(jì)師通過(guò)算法和參數(shù)輸入來(lái)探索更多設(shè)計(jì)可能性，從而創(chuàng)造出具有創(chuàng)新性和獨(dú)特性的造型。這種方法將會(huì)推動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)向更加個(gè)性化和多樣化的方向發(fā)展。

②效率提升：參數(shù)化設(shè)計(jì)通過(guò)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)過(guò)程，顯著提高設(shè)計(jì)效率，減少?gòu)母拍畹疆a(chǎn)品落地的時(shí)間，未來(lái)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的效率上將會(huì)進(jìn)一步提高。

③造型與功能的結(jié)合：參數(shù)化設(shè)計(jì)不僅可以用于創(chuàng)造美觀(guān)的汽車(chē)外形，還可以結(jié)合力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等工程參數(shù)，實(shí)現(xiàn)造型與功能的完美結(jié)合。

④技術(shù)融合：隨著3D打印和數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展，參數(shù)化設(shè)計(jì)可以更好地與這些技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型的快速制造和驗(yàn)證。

⑤設(shè)計(jì)工具的發(fā)展：參數(shù)化設(shè)計(jì)支持二次開(kāi)發(fā)編程，為了適應(yīng)設(shè)計(jì)的多樣化需求，設(shè)計(jì)軟件和工具將不斷發(fā)展，從業(yè)者也可在這方面積極探索，通過(guò)定制開(kāi)發(fā)提供更加強(qiáng)大和用戶(hù)友好的功能，以支持設(shè)計(jì)進(jìn)行更復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作。

⑥跨學(xué)科合作：參數(shù)化設(shè)計(jì)可能會(huì)促進(jìn)不同學(xué)科之間的合作，例如汽車(chē)設(shè)計(jì)師、工程師和軟件開(kāi)發(fā)人員之間的協(xié)作，以實(shí)現(xiàn)更全面和創(chuàng)新的汽車(chē)設(shè)計(jì)方案。

總的來(lái)說(shuō)，參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)上的應(yīng)用前景廣闊，它將繼續(xù)推動(dòng)汽車(chē)造型設(shè)計(jì)行業(yè)向更高效、更具創(chuàng)新性和更可持續(xù)發(fā)展的方向前進(jìn)。我們期待看到更多令人驚嘆的汽車(chē)設(shè)計(jì)作品，它們不僅在視覺(jué)上給人以美的享受，更在功能、效率上有更高的成就。

參考文獻(xiàn)：

[1]王妍，李卓.基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)邏輯思維研究[J].設(shè)計(jì)，2019，32（15）：65-67.

[2]王立宏.基于Grasshopper的汽車(chē)格柵CAS模型參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)零部件，2020（02）：37-43.

[3]楊玉虎，辛劍，李簪.可視化編程在汽車(chē)參數(shù)化設(shè)計(jì)中的研究與應(yīng)用[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2021，46（18）：209-212.

[4]張方.基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的汽車(chē)造型分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2021，46（14）：166-168.

[5]魏哲.參數(shù)化設(shè)計(jì)在乘用車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)上的探索與研究[D].杭州：中國(guó)美術(shù)學(xué)院，2018.

[6]李牧.基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的汽車(chē)造型設(shè)計(jì)應(yīng)用初探[J].藝術(shù)科技，2013，26（04）：198-198.

[7]李卓，葛翔.基于參數(shù)集成與收斂的汽車(chē)格柵設(shè)計(jì)研究[J].設(shè)計(jì)，2022，35（21）：138-141.