淺析參數化思維方式在產品造型中的運用

劉元寅 李 暉

一、參數化思維定義

參數化思維是一種預先設計出數據變化關系，然后通過改變數據和各個組成元素之間的相互關系來進行運算，完成設計構思和造型創作的設計思維方式。參數化的設計方法主要依托數據變化生成造型過程，某幾個參數的變化就可以給我們帶來千變萬化的形態，它告別了以往單純靠設計師靈感來完成設計的局面，可以幫助設計師啟迪思維，在設計上帶來與眾不同的新嘗試。這種設計方法在建筑行業廣為流行，比如知名的建筑設計師扎哈，便是參數化設計的代表人物。她設計的廣州大劇院、銀河SOHO等建筑都是參數化的產物，新奇獨特的造型給人們帶來了強烈的視覺沖擊。與建筑行業相比，參數化在產品設計上的應用算是剛剛起步，但伴隨著參數化設計方式的便捷化及易用性，逐漸受到產品設計者的關注，越來越多的設計師開始嘗試用參數化的思維方式進行設計造物。

參數化的設計過程就是建立特定關系，依托這種關系，通過元素中某些數據的變化帶來結果的變化。舉個例子來說，我們傳統的設計建模就是拿著泡泡器吹泡泡，每次都需要蘸一次水，每次生成一個泡泡，泡泡的形狀我們也是可以預知的（圖1）。而參數化制作泡泡的過程就好比拿著吸管向一個容器中吹氣，容器中便會產生無數的泡泡，我們無法預知每個泡泡的形狀，因為它們是隨機生成的，可能吹氣的力道、容器的大小、水的濃淡都會影響泡泡的數量形態，結果隨機但卻是有規律可循的（圖2）。用參數化思維來進行設計，就好比我們換一種更加簡單高效的吹泡泡方式，利用或者我們研發某一種規律來幫助我們。

二、參數化設計思維的特點

（一）更自然的設計思路

參數化就是用數學方法分析自然界中的復雜形態，這種參數化方式有點類似于中國所說的“道法自然”。設計師并沒在一開始去規劃形態，形態通過一個生成的邏輯得到，而并非在一開始由草圖畫出來。世界上沒有完全相同的事物，大自然的規律讓它們成為獨一無二的存在。但大千世界萬事萬物的形態千差萬別，都有著各自的生成邏輯，比如漫天的雪花、秋天的落葉、冬日的冰凌，它們都是大自然運算生成的結果。當我們厭倦了當前同質化的產品外觀設計、抄襲復制的造型，當遍布人工雕琢痕跡的設計已經無法讓人再感興趣，我們就需要向自然學習，探索自然的奧秘，用自然的規律來輔助我們的設計。我們都試圖尋求個性化的生活，使用與眾不同的產品，這種訴求對許多設計師來說都是不小的難題。如果我們掌握了大自然的造型規律，改變其中的一個變量，就可以得到數以萬計的自然形態，這對當前的設計師而言是不可想象的，我們由此可以斷言，在未來，結合自然規律的參數化造型方法和思維方式一定是設計界的主流模式。

（二）更客觀的設計方式

參數化設計是一種理性而不失創意的設計方法，邏輯思維更強，數據來源更準確，分析結果更加合理。參數化設計是怎么做的呢？首先我們需要將設計的基本參數進行統計，之后對應不同的設計造型，設計與之匹配的計算方式，將數據導入到計算公式中，然后便可以得到即時可見的參數化造型。由于我們在進行設計時，所控制的數據涉及長度、角度、半徑等尺寸參數，以及各個元素之間的幾何關系，如平行、垂直、相切、對稱等，計算分析過程完全受到這些數據的約束，因而整個過程都是完全可控的。通過計算程序還可以模擬人工編制、自然生長等細節的成型方式，計算結果比人工制作更加精確合理，它可以生成與眾不同的造型，給人們帶來強有力的視覺沖擊，而整個過程又是完全從客觀出發，用理性的方式帶來感性思維的產物。

圖1 泡泡器吹泡泡

圖2 隨機生成泡泡

圖3-1 “靈石”鼠標

圖3-2 “靈石”鼠標六視圖

圖3-3 觸碰點成面

（三）更快速的效果呈現

參數化的設計方法區別于傳統的設計方式，傳統的設計過程首先是設計師根據經驗繪制大量的產品草圖，從中提取較為滿意的方案，然后使用建模軟件生成造型。對于一些復雜的形態、表皮等的創作，對設計師的想象力有十分嚴格的要求，需要反復地推敲制作。如果尺寸比例等數據方面產生問題需要進行修改的話非常麻煩，每一步都需要卷土重來，工作量可見一斑。而參數化設計最明顯的優勢就是可以在短時間內進行快速的效果呈現，因為參數化設計的過程是根據一定的法則，讓產品的參數之間形成一種關系，類似人為地把產品設計造型過程形成一個公式，我們只需要改變數值來得到各種不同的運算結果，獲取豐富的造型效果。因為參數化的每一個過程都是可以調整的，所以對于設計的最終造型進行修改非常方便快捷。

三、參數化思維應用分析

（一）造型參數化

這款聯想“靈石”鼠標，就是通過參數化的思維方式進行設計（圖3-1、3-2）。當我們使用鼠標時，腕部呈現仰起狀態，當我們手腕和水平面的角度在十五到三十度時是最適宜的，一旦超出這個界限，臂部肌肉就會覺得不舒服，長此以往就會造成損傷。因而設計師在做設計創作時，根據人體使用鼠標時最舒適自然的狀態，測量各個骨節的參數，在軟件中根據關節點畫出每根指骨，按要求調整好長度。我們把關節點根據順序進行排序，然后找出手掌觸碰的鼠標的位置，根據三點成面的原理，在觸碰點的位置生成平面，將這些面往里偏移（圖3-3），進而將它們擴展，用布爾運算將初始造型進行切削，從而生成了符合需求的形態（圖3-4）。然后，我們對形態進行后續的圓潤化處理，使之造型美觀，手感舒適。通過這種參數化的方式我們可以快速地調節參數，生成不同形態的造型，比如我們可以開發能夠進行參數測量的工具，根據每個人的尺寸的需求，生成個性化的造型，用于個性化定制的產品。

（二）結構參數化

我們經常在做設計時遇到這樣的問題，設計師往往傾向于設計個性化的產品造型，但是由于設計師對于一些材料、結構等知識的掌握相對不足，很難在造型美感、結構合理、材料節約等方面做到最優。單靠設計師想要提高效率并且不造成材料的浪費，幾乎是不可能的。在遇到一些造型融合結構問題的時候設計師完全離不開結構設計師的協助，往往是設計出來后被否定，然后重新設計再去找結構設計師驗證，過程非常煩瑣。但是我們如果通過結構參數化，在設計師遇到一些結構方面的問題時便可以輕松解決，開拓我們的創作思路，讓設計師得到前所未有的壓力釋放。比如圖3-5中這款公共座椅的設計，我們通過參數化的方式，在設定體積空間、材料屬性、受力方式等一些參數后，系統通過運算，便可以生成一些符合要求的合理性結構造型，我們通過這些結構造型再去進行設計演化，既減少了設計的時間，又節約了材料，減輕了重量，達到事半功倍的效果。通過運用參數化思維，我們不但從成本上受益，而且也給我們帶來造型和結構的新思路，簡化過程的同時也幫助設計師完成了思維創新。

圖3-4 初始造型切削

圖3-5 座椅結構參數化設計

圖3-6 泰森多邊形表皮碗

圖3-7 泰森多邊形表皮碗草圖

圖3-8 生成不規則分布點

圖3-9 隨機點轉化為圓球

（三）裝飾參數化

裝飾參數化又叫表皮參數化，是目前參數化在產品設計領域最主要的表現方式，我們經常看到造型宛若天成、非人力所能及的產品表皮設計，我們常常百思不得其解，設計師是如何完成作品的，這就是用到了參數化思維。

例如這款外延為泰森多邊形表皮的碗，如果我們手工去實現建模，看起來是非常困難的，但是如果我們用參數化的思維方法，再借助相應的工具，很多技術問題便可迎刃而解（圖3-6、3-7）。這里我們用到的是工業設計常用的犀軟件插件Grasshopper，首先我們要分析這款碗的表面有許多的不規則凹陷形態，那么我們便用隨機不規則的方式來生成造型，然后用減法及布爾運算去實現效果。首先我們生成常規的碗的三維模型，然后將模型的外表面在模型中進行分解，并且向外偏移一定的距離，在此表面利用參數化工具生成許多個不規則分布的點（圖3-8），然后將點轉化為圓球，用這些圓球和碗進行布爾運算，便可以得到最終的表皮效果（圖3-9）。我們可以通過改變點的數量、圓球半徑以及距離碗的遠近等等參數，得到各種各樣的結果，這對于手工建模制作簡直是無法想象的。

四、結語

參數化思維最顯著的優勢就是可以幫助我們改變傳統的設計流程，沖破常規方式的禁錮。由于我們采用的是一種可變易調的方式，因而設計師的工作方式將會變得更加便捷，我們只要變換系統的數據，便可以快速生成相對應的造型。這種方式可以在極其短暫的時間內產生大量的設計效果，在此基礎上，設計師們可以從中進行自主選擇。由于參數化的方式完全依托于數據，可以說是過程嚴謹，結果精確，這種選擇的過程可以說也是優中選優。參數化在緩解設計師壓力的同時，也帶來了與眾不同的體驗，給產品設計行業帶了創新的原動力。