3D打印與數字造型在藝術設計中的教改應用及反思

張華

摘 要：通過數字造型與3D打印在藝術設計教學中的重要意義，剖析數字化造型的類型以及與3D打印結合在設計教學領域的運用探究。得出此類應用更應側重數字藝術在創新方面的探索與繼承，而非僅僅停留在傳統思維模式，同時這也是在市場中差異化優勢的體現。而這一探究應用成功與否有賴于數字化造型方式的選擇及教學實踐的改革。

關鍵詞：數字造型;藝術設計;教改;3D打印

中圖分類號：G40文獻標識碼：A文章編號：2096-0905（2020）10-0-02

一、課題研究背景

（一）基于“互聯網+”大學生創新創業大賽項目的拓展性教學改革

2015年，組織同學參加首屆四川省“互聯網+”大學生創新創業大賽，并通過“國際大學生設計作品交流平臺與交易集市”的創意項目，在2016年1月份獲得了省級銅獎。該創業計劃的想法最初是基于以下兩點：第一，信息化環境促進了當代大學生渴求能夠有更專業的交流平臺，并通過互聯網連接工作室與市場進行協同;第二，這種以學生為主要對象的集實踐創業與作品交流為一體的綜合新平臺，將有利于國內大學生有更平等機會與各種優質資源對接。[1]

然而，筆者在研究應用的過程中發現國外設計學生以計算機的工作方式是自下而上的進行設計，從而生成可供選擇的多種類型，并通過3D打印進行精細化的研究;而國內大學生雖然也借助計算機進行輔助設計，但是大部分依然通過線性設計方式進行傳統模式制作，對于傳統藝術的傳承也缺乏精細化的工具配合，往往流于紙面設計。因此，抓住機遇，有計劃的分步進行教學改革顯得尤為重要。

（二）信息化時代的加速促使創意設計教學手段的改革加速

工業時代往往通過設計數張圖紙，進行各產業鏈的配合就能完成交接。信息化時代需要大量的數據，使得傳統的設計方式無法完成高端物品的設計研發。我國政府發布的“中國制造2025”計劃，明確了智能制造為主要發展方向，其本質上是信息化技術與制作業的深度融合。越是強調智能化、數字化、信息化，就越依賴于軟件應用與數字制造的結合應用。因此，我們也從數字創意造型的應用方面與3D打印數字制造兩方面進行結合實踐。[2]

二、教改方案實施情況

3D打印與數字造型在藝術設計中的教改應用主要包含了研究內容，研究方法，以及研究成果幾個方面。研究內容是目的，研究方法是手段，研究成果為下一步繼續研究提供有利依據，從而可以系統的確立教改計劃，為將來的創意智能化設計的教學教改打下堅實的基礎。

（一）研究內容

該應用研究內容主要包含兩個部分：第一，數字造型的創意與實踐結合可以使設計思維產生變化，由原來的自上而下的設計方式轉化為自下而上的設計方式，或者讓兩者有機結合。第二，數字藝術結構的研究內容有利于精細化的研究傳統藝術的細節結構，從而使得傳統以上的研究與傳承能更有效地與數字化結合。

1.數字造型的創意與實踐結合使得設計思維的引導產生根本性變化

所謂“自上而下”的設計，往往從一個抽象的層次開始定義出幾種基本的設計元素，再逐漸增加細節的層次以及其他的設計元素。而“自下而上”的設計則始于細節再向一般性延伸，最后從細節之中生成對象以及基本類型。前者適合在對事物的認識和推理存在困難時， 進而通過簡化方式， 去掉一些次要因素將復雜系統簡單化， 以便能從認識上進行還原，比如從傳統的設計圖紙演繹出設計結果。而后者則可避免設計思維方式的簡單、還原和機械的局限性， 能從整體上對事物的變化規律進行剖析， 最終找到事物的本質。但由于細節衍生與規律尋找需要借助計算機的大量演算，這種計算作為大腦運算方面能力的不足而進行智能深化并與其合作，從而也使得數字制造和3D打印的連接過程更加緊密，避免數據在傳遞、轉譯和表達過程中出現信息損失。[3]

2.數字藝術結構與傳統藝術造型可進行對比研究，便于傳統技藝的研究與傳承。

3D打印與數字藝術造型的結合將現代數字技術用于藝術與傳統文化的解讀與再創作，用當代語言傳遞過去的信息，用技術的手段講述文化的故事，挖掘出藝術與文化遺產的時代意義。

（二）研究方法、特色手段及創新成果

教改過程中一邊通過調查數字平臺的可行性，一邊對其結果導向性進行分析，從而優化選擇。另一方面，通過結合案例教學法、項目驅動法與虛擬仿真法定義課程設計任務書進行引導性、啟發式教學，形成成果匯報總結。

1.數字平臺調查研究與實驗

數字平臺主要分為作品交易平臺與數字造型平臺兩類。

第一，目前國內外以3D打印數字作品交易為主的服務平臺，主要有美國的Shapeways公司、3D systems公司的cubifycapture、新西蘭的Ponoko 。國內有廣東省工業設計中心、廣州市文搏實業有限公司的D客商城、杭州先臨快速成型技術有限公司設立的3D打印服務中心等等。但這些平臺大多是面向企業或者個人消費者，而不是學生和高校。通過對比分析，D客商城更具優勢條件，其一，他們可以資助大學搞科研。通過提供資金援助并與其建立永久合作;其二通過產學研結合，從中發現和形成新的研究方向， 開辟新的研究領域。擴大學生的知識視野， 使學生的主動性、創造性得到更好的發展。

第二，三維造型平臺。目前市場主流的平臺主要分為建筑、工業與影視類。前者有Rhino、Alias、Solidworks等側重數據的提取并嵌套于施工圖，后者如3dmax、C4D、Maya等側重于視覺呈現并嵌套于數字媒體表現。

這些平臺主要以多邊形建模、雕刻細分建模，參數化建模、nurbs建模等為造型方式。而從設計思維的角度，我們將其分為適合自上而下和自下而上的兩種建模思路。其中前者主要以多邊形建模，nurbs建模方式為主，通過定義設計元素的基本細節，從而建立三角面、四邊面確定造型趨勢的走向，進一步確定形體的空間位置與面積。該方法對使用者的建模技能要求較高。但隨著計算機性能的提升和軟件的智能化，該方法對網格拓撲的限制越來越低，從而增加了更貼近傳統藝術造型的數字雕刻模式。該方式更依賴設計者的美術造型基礎，因此越來越適合藝術學院學生的需求。后者主要以參數化建模，程序化建模為主，從具體的細節逐漸延伸出對整個設計元素的思考，尋找規律進行對比調節，但其需要計算機很強的運算能力，也需要設計者對造物規律的深層次理解，例如對混沌、分形、干涉等自然現象的原理理解，并能將其轉化為程序可認知的數學表達式，從而建立直觀的視覺形象。

通過對比研究，我們選擇了Cinema4D，簡稱C4D。該軟件不僅擁有以上的優點，同時該軟件的工作流程是以一種非線性的方式完成，大部分造型命令可以隨時改變物體各個部分的順序，而直觀影響到運算的造型結果，這十分符合藝術設計中需要實時觀察的設計需求。

2.不同設計領域實驗應用對比及教學研究創新方法下的成果

該類型課程的實操性很強，很早便于學校的翻轉課堂結合。通過課前的視頻案例進行設計方法的引導與啟發，并通過設定課前作業和任務點，與線上討論，增加學生與不同單元的學習黏性;線下課堂則通過以項目為單位，建立課程設計任務書完成不同類型的實踐，再通過建立模擬虛擬數字市場平臺的方式，建立模擬結果。針對不同年級，分別從自下而上與自上而下兩種基本思路進行教學實驗。

2017級，以康養產品設計為項目驅動，通過自下而上的方式研究數字藝術與3D打印方式，研究傳統藝術結構的可持續性。例如殘障老人的傳送裝置設計，其中傳送帶的編織結構，由最初的十字形，演化成不規則三角形網格，再到泰森多邊形，從舒適度與美觀度上進行了大幅度提升。

2018級，以傳統文化與當代結合的項目驅動，通過自上而下的方式研究數字藝術與3D打印方式，研究漢服文化與陳設藝術結合成漢服瓶的可能性。例如大魚海棠瓶的設計中，瓶身的水紋通過二維數字紋理產生了不同于常規陶瓶紋路的多樣可能性，完成了傳統藝術雕刻到數字藝術雕刻的精準化，多樣化提升。

在《教育創新創業改革與實踐-3D打印在藝術設計學研產中的教學成果展示》畫冊中，許多同學的作品都以數字市場掛牌的形式，進行了呈現匯報。

三、結束語

3D打印與數字造型結合對于藝術設計有很大的啟發作用。但與此同時，目前學校主要使用的桌面3D打印機的使用效率與材料類型還很有限。另外，數字造型工具的選擇存在爭議，這個問題主要是行業公司，技術發展與學生要為未來做好準備三者的矛盾。新技術帶來的新思想，可以很快融合到高校中，卻很難快速融合到行業中，其原因與學習成本，人員成本，市場配套資源都有密切關系。在未來的信息化社會，一名大學生從大一到大四，有可能經歷從想象到現實的整個技術跨度。因此，我們在這方面的教改之路還任重而道遠。

參考文獻：

[1]延相東，蘇曉毅.園林設計中的線性與非線性思維[J].西南林業大學學報（社會科學），2018，2（03）：54-57.

[2]朱煒.試析首飾參數化設計與3D打印技術的關系[J].科技創新與應用，2017（31）：115-116.

[3]劉雪梅，黃劍鋒.面向教育的3D打印及其網絡化交流平臺的研究[J].中國工程機械學報，2015，13（01）：82-87.