非線性參數化設計在科技館展示設計中的應用研究

周鈴　鄒欣

摘 要：隨著電腦模擬技術的發展非線性參數化設計浪潮的興起，計算機在設計中開始從輔助應用的角色轉變成主動參與的角色。這種角色的轉變使得設計開始由傳統的“自上而下”的設計方法逐漸演變成“自下而上”可調節的設計方法，設計中的影響因素也開始逐漸量化從而在整個設計過程中影響設計“生成”的結果。本文試圖將非線性參數化設計的思維和技術運用到科技館展示設計中，探索參數化設計與科技館展示設計工作流程的新途徑。

關鍵詞：非線性參數化設計；科技館；展示設計

0 引言

隨著科技的發展，國內一些大型科技館逐漸改變，通過新的展示技術營造的“以人文本”的氛圍大大提高了觀眾的觀館體驗，但也存在展項沒有和整個環境完全融為一體、設計過程過于繁雜等問題。傳統展示設計方法主要依靠設計師的直接或間接的經驗，是一個從整體到局部的過程，在設計過程中上一階段做完確認之后才能進入下一階段，一旦其中的一步需要修改就要返回去，這樣就會引起很多額外的工作量，同時也影響設計工作的進度。

要解決這一問題需要我們從設計的開始階段就要考慮影響設計的因素，將這些因素進行參數化轉譯，建立算法模型作用于最后的設計方案，這一點傳統的設計方法不能達到。非線性參數化設計改變了設計師的思考方式，尋找“關系”及“規則”是設計的出發點，算法是設計的核心內容，這與傳統的設計思維有天壤之別。[1]設計再也不是傳統的“頭腦風暴”找尋靈感、草圖繪制大致的造型、三維建模確定方案的過程，而變成了基于設計需求、通過建立邏輯模型反復求解“找形”及形態優化的過程。而設計與加工及施工之間的聯系信息將以數據及軟件參數模型為媒介進行傳遞，無可置疑，這將極大地提高設計師對加工及施工的控制程度，而它所包含的內容遠遠不止設計的形式風格。

1 非線性參數化設計技術

參數化設計就是在非線性科學理論的基礎上將影響設計的多方面的復雜因素量化作為參數，建立參數化模型，運用計算機技術來完成設計方案，它是實現非線性設計的不錯的平臺。在造型上的應用，受到了德勒茲“生成”哲學概念的影響貫穿于整個過程，“生成”是一個運動過程不是具體的某一個“生成”結果，它不是由事物的狀態決定，而是一種事物的生長過程。[2]

由此我們知道“生成”的重要概念就是強調設計中的“過程”，我們將影響設計的因素作為參數X寫入關系式Y=F（X），給定不一樣的數值和曲線變化對應的生成形態也不一樣，而這一過程的計算全交由計算機進行。

參數化設計軟件有很多，根據不同的專業和加工需求所使用的軟件也不一致，但大多參數化設計具體操作則是使用Rhino平臺下的Grasshopper插件建立與之相應的參數化模型。它占用資源少，具有開源性，設計師能自己編寫所需得命令符。它的這些特性使得設計變成了“自下而上”可調控、多元化、隨機性、開放性的設計過程，改變了傳統的“自上而下”的設計方法，逐漸演變成了“自下而上”可調節的設計方法和流程。

在非線性參數化設計中泰森多邊形是一種較為常用的命令，由于每個泰森多邊形內僅含有一個離散點數據，泰森多邊形內的點到相應離散點的距離最近，位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊的離散點的距離相等，①因此能實現隨機而有效的控制，在建筑和產品設計中也成為了較為常見的設計元素。例如，水立方，參數化設計不僅能讓設計師控制以前無法實現的復雜形式而且能高效地“生成”多種備選方案，[3]這也增加了我們對建筑表皮和結構的控制。

2 非線性科技館參數化設計應用

CAD軟件對于標準幾何圖形的繪制比自由曲線容易很多，因此這種操作上的難易差距，使得設計師為了能夠迅速繪制方案而更喜歡把方案設計成容易用CAD畫出來的圖形，久而久之設計師對于方案的設計習慣就會因為軟件的限制而改變。[4]

2.1 科技館應用流程

將非線性科技館參數化設計用于科技館中，在設計中通過確定設計需求將設計的影響因素數值化，確立基本樣式和形態基礎。通過構建基礎邏輯模型調試反饋，確定算法模型，通過不同的參數調節得到多個方案，最后通過篩選得出最終方案，導出數據及圖紙并進行施工。

2.2 科技館應用實例

以貴州畢節科技館展示設計其中一展項為例，該展項為萬靈之源展區生命的傳遞展項。項目中要求該展項以場景展示的形式容納展品，展區以人體內部肌肉、血管、骨骼分布形態特點為靈感，意在打造一種強烈的“生命感”氛圍。展項以視頻介紹生命傳遞的主要過程、視頻圖文介紹生命傳遞的內在秘密、各種圖文版的生命傳遞、綜合性地展示多媒體互動演示構造，形成了以生命的形成過程——生命傳遞的內在秘密——生命傳遞對于人類的意義的立體綜合展示。根據設計任務書，按照設計需求分析得出基本設計思路，根據設計流程展開設計。因為生長和遺傳是一個不斷發展的過程，于是總結出設計的特點關鍵詞：生命感、自然、不斷延續、肌肉、血管、骨骼。從而確定了設計方向。

根據設計流程進行歸納設計影響因素、確定基本形態及建立初步參數化邏輯模型。通過分析基本形態的特點，確定采用泰森多邊形為設計起點，根據設計思路進行建立初步參數化邏輯模型，設計的最初方案是說明整個空間采用異形的空間結構展開展項，使得參觀者能夠游離其中。由于受到甲方資金和加工技術的影響，只好在原有的邏輯機構上面進行修改，將三維的空間結構變成二維形態方便加工以保證降低成本。

通過對數據分析查找參觀者人體工程學身高數據及人流量分析的數值，將這些數值作為影響設計因素用來控制展項空間尺寸。由于展項為一個通道式的空間結構，人流量及內部的空氣通風問題會影響參觀者的行為，也會影響展項的外觀設計，采用通透的設計不僅能夠滿足通風及參觀者視線問題還能夠比較形象地模擬血管的形態，復雜的有機結構在形態語義上也能夠很好地說明生命傳遞的概念。采用隨機點生成的方式，用數值來控制隨機點分布及形狀，確定（下轉第頁）（上接第頁）每一個面的形態結構不是單一的單元，使展項有不同的結構，最后生成最終展項設計方案。最后導出圖紙進行實際施工。

3 結論

參數化設計出來的東西有它自身的特點，運用科技館參數化的設計流程不僅能夠幫助我們更快、更好地設計出優選方案，還能解放設計思維，但是設計出的作品也有自身的局限性。從現實的現狀上來看對于地方性科技館展品展項來說每一個展品展項都有一定的預算，參數化設計出來的展品可以說很出彩，但如果不能夠將其實現或是付出很大代價才能實現，這對于參數化設計運用于地方性科技館展示設計來說無疑是一大問題。非線性參數化是未來設計的趨勢，如何將非線性參數化設計與現有的問題結合起來運用于科技館展示設計中去，這就需要我們去不斷地探索和運用。

注釋：①來源于百度百科。

參考文獻：

[1] 徐衛國，羅丹，葉揚，路培，劉潔.“數字滲透”與“參數化主義”——關于“數字技術與建筑設計”的訪談與對話錄[J].世界建筑，2013（09）.

[2] 徐愔愔.參數化非線性建筑設計對建筑藝術的影響[D].中國藝術研究院，2010.

[3] 許英英.參數化·建筑空間——參數化設計技術影響下建筑空間形態的轉化[J].藝術設計，2014（09）.

[4] 王文棟.參數化設計的研究與探索[D].中央美術學院，2012.