參數化設計在汽車造型設計中的應用與研究

摘 要：隨著計算機輔助設計（CAD）技術的發展，參數化設計技術已成為汽車造型設計領域的重要工具。分析了參數化設計的歷史背景、理論基礎以及在汽車設計中的演變。介紹參數化設計技術在汽車造型內外飾設計中的應用范圍，并對其優勢和挑戰進行了深入研究。最后分析了如何合理運用參數化設計，使汽車內外飾造型設計更具未來感、科技感，給以后的汽車造型設計提供有益的參考與借鑒。

關鍵詞：參數化設計 汽車設計 創新性 造型設計

1 緒論

汽車行業一直是創新的前沿領域，設計在塑造汽車的審美和功能性方面扮演著重要角色。隨著計算機輔助設計的發展，將先進的計算方法整合到設計過程中變得越來越普遍。在這些方法中，參數化設計作為一種變革性的方法，顯著影響了汽車設計師構思和實現其創作的方式。本文深入探討了參數化設計在汽車造型設計領域的應用和研究，檢視了它如何被用來推動汽車設計邊界的拓展。采用案例研究方法，介紹了幾個成功將參數化設計整合到其設計理念中的知名案例，這些案例說明了參數化設計能夠為汽車造型帶來優秀設計和創新成果。本文旨在通過提供對參數化設計實際應用的案例的檢視和思考，為今后參數化設計在汽車造型設計中的應用提供新思路新方法。

2 參數化設計概述

縱觀汽車造型設計的發展歷程，從最早使用紙筆尺規手工畫圖到20世紀五六十年代開始逐步發展的計算機輔助設計系統的應用，設計技術和設計風格是伴隨著科學技術的發展在不斷演變。參數化設計技術正是基于計算機輔助設計系統的不斷發展而壯大的。

參數化設計技術最早在建筑設計領域被大量使用，最著名的是扎哈·哈迪德建筑事務所的一系列代表作如南京青奧中心，Morpheus酒店，北京SoHo大廈等。參數化設計的本質就是參變量化設計，其通過函數表達幾何關系；用數字化的方法詮釋設計中的邏輯方法；利用計算機的計算能力代替人腦的決策。擁有著計算機的數字邏輯背景，參數化設計通過邏輯建?？蔀閺V泛適用的工業化產品提供大量富有變化的形態結構樣式，對于形成全新的產品形態有巨大的意義。

隨著參數化設計技術的推廣及現代制造工藝的進步，在汽車設計領域也出現了越來越多的參數化設計風格的作品，這些具有鮮明參數化設計風格的作品令人耳目一新，給汽車造型設計帶來了新方向的積極探索。

3 參數化設計工具介紹

參數化設計領域已經發展出多種專業軟件，這些軟件針對不同的工程需求而設計。與此同時，也出現了一系列技術方法，它們與這些軟件相配合，用于實現參數化設計的成果。以下是經過資料搜集和分析后，總結出的一些廣泛使用的參數化設計軟件及其相應的技術特點和應用領域（見表1）。

針對汽車造型設計領域來說，應用最廣泛的是Rhino&Grasshopper和Alias&Dynamo這兩個軟件組合。

Grasshopper（簡稱GH）是一個在Rhino軟件平臺上運行的插件，它使用程序化算法來創建模型，是當前自由曲面造型領域廣泛使用的參數化設計工具之一。GH通過將功能集成到被稱為“電池”的運算器中，實現了編程節點的可視化。設計者僅需向這些運算器提供特定的參數輸入，并相互搭配運算器之間的輸入輸出，即可獲得運算后的輸出結果。這種方法簡化了設計者的學習過程，盡管使用者仍需具備一定的編程理解能力。

Dynamo由Autodesk公司開發，是一個基于圖形編程的自動化計算設計平臺，最初主要用于建筑、工程和施工（AEC）行業。在Alias 2019版本開始集成于Alias軟件中Dynamo用可視化編程平臺來降低編程難度，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。通過基于節點的可視化編程界面，Dynamo可以讓用戶自由創建計算式設計模型或其他自動化處理任務。用戶可以使用完善的數據處理、關聯性結構和幾何控制功能，這些功能在基于傳統CAD界面的軟件中是難以做到的。

同時兩款軟件都支持二次開發，用戶可根據個人實際需要開發出個性化的工具來實現自己的特定需求，為用戶提供更高的設計自由度。

在grasshopper中支持C#，python，VB三種編程語言和cluster工具，通過這些工具開發者可以為 Grasshopper 創建新的功能，滿足特定的設計需求，或者與其他軟件和平臺進行集成。二次開發不僅增強了 Grasshopper 的靈活性和擴展性，也促進了設計和工程領域的創新。在Dynamo中支持C#、Python、DynamoScript和自定義節點（Custom Nodes）用戶可以創建自己的節點來擴展Dynamo的功能。這些節點可以封裝代碼、自定義邏輯或調用外部庫從而實現更豐富的功能。

4 參數化設計在汽車造型設計領域的應用

4.1 參數化設計在汽車造型中的典型應用

參數化設計在汽車造型設計領域最著名的就是2016年發布的BMW VISION Next 100 和雷諾TREZOR概念車（圖1）。寶馬通過參數化設計手段將車輪輪拱做成可變的靈動結構，可以根據車輛行駛速度，路況等改變車輪輪拱的形態，既可以收縮，也可以展開將車輪覆蓋在內。雷諾TREZOR概念車則在機蓋采用六邊形來作為機蓋散熱孔的基本元素，通過每個元素的翻轉變化達到車輛在不同行駛狀態下的散熱需求，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輛風阻，實現了功能和美學的統一。

這兩款概念作品一經發布便迅速風靡汽車設計圈，隨后其他汽車公司紛紛跟進推出了許多量產化的參數化設計作品。例如雷克薩斯LS 2018款和奔馳A級2018款滿天星格柵（圖2）等都是非常經典的設計。

4.2 參數化設計在外造型設計中的應用

在汽車的外造型設計中，參數化設計的應用主要分為裝飾性應用和功能性應用。例如應用較多的燃油車的前格柵，輪轂造型，等屬于功能性應用。前后組合燈內參數化肌理，車身附屬裝飾件表面處理等屬于裝飾性應用。在目前的電動化浪潮下新能源車沒有了的傳統意義上的散熱格柵，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）的前臉設計巧妙的把參數化設計和發光面板結合起來，非常具有科技感。

4.3 參數化設計在內造型設計中應用

和鈑金件與硬質材料居多的汽車外飾相比，參數化在織物材料居多的汽車內飾中有更加廣泛的應用。在汽車的內造型設計中，參數化設計的主要是在全車音響面板，旋鈕，換擋撥鈕，座椅絎縫，主副儀表細節部分等處。比較有代表性的如奔馳的柏林之音音響面板雷克薩斯內飾門板上本體（圖4）等。在內飾的細節設計上，合理使用參數化設計不僅能豐富設計效果，更能讓內飾顯得更加具有高級感，檔次感，提升整車設計品質。

5 對參數化設計優勢與不足的研究

參數化設計在汽車造型設計中應用至今，既有優勢也有挑戰。經過廣泛的調查研究，對其在汽車造型設計中的優勢與不足歸納如下。

5.1 參數化設計的優勢

①對設計師來說，參數化設計打開了一道可以掌控未知的復雜形式設計的大門，通過靜態的圖紋樣式賦予了動態美，抓住人的視覺感知，使人在視覺感知中，可以更多地去思考和想象，去尋找肌理變化的規律和約束點，參數化設計形式在視覺上更具視覺沖擊力和科技感。

②對汽車造型數模師而言，參數化設計技術對大量的，復雜的，具有相同特征形式，但又存在一定規律變化的造型設計具有快速調整的能力，這大大減輕了數字模型師的工作強度。

③相較于以往的純手動制作數字模型，參數化設計推進了設計過程的快速迭代優化，提升了設計過程的效率，對整車設計也起到了降本增效的作用。

④參數化設計帶來的新的技術應用，為設計師提供了更大的創造自由度，在新的設計方向上對設計思路的開拓創新具有重要意義。

5.2 參數化設計的不足

①參數化設計在復雜紋理方面的多樣性變化優勢，對于設計的創新性大有裨益，但如果超過限度的沉溺于此，會導致忽略設計的本質，容易讓設計師掉入過于依賴技術的陷阱，將設計當成了一場炫技。

②對于汽車數字模型師而言，如果所有的數字模型都用參數化設計來制作也是不妥的。在有機的，自由曲面造型的汽車車身形態方面來講，參數化設計技術并不適合，傳統的Alias手動建模所具有的高自由度，快速調整能力依然有不可替代的作用。

③參數化設計需要設計師或數模師與計算機軟件進行密切的互動和合作，對于不熟悉或不擅長使用這些軟件的從業者來說，可能會面臨學習和操作上的困難，增加了設計的復雜性，參數化設計的學習成本，操作復雜程度也要比傳統軟件更高。

④參數化設計依賴于數據準確性，需要準確的輸入數據，如造型特征的大小尺寸。變化量的向量參數等。如果這些數據存在誤差或不準確，可能會導致設計結果出現偏差或不可行。

通過以上的對比研究可以發現，參數化設計能夠顯著提高設計效率，縮短產品開發周期；此外，參數化設計還促進了跨學科團隊的協作，提高了設計流程的靈活性和可持續性。然而，參數化設計也存在一些挑戰，在汽車造型設計的應用上逐漸由百家齊放轉變為漸趨一統，相互之間的創意借鑒，模仿，抄襲也逐漸增多。消費者對參數化設計的應用也開始審美疲勞。各大汽車公司的參數化設計如何更好的利用參數化設計吸引消費者研究，對汽車設計從業者也提出了更高的挑戰。

6 總結

參數化設計在汽車造型設計上的廣泛應用，代表了一個時期的審美特征，充分反映了科技與消費者審美喜好之間的相互促進，汽車內外飾造型在形式上也將越來越多樣化和個性化。參數化設計作為一種在汽車造型設計中一種手段方法，未來的發展應主要在以下幾方面進行探索。

①設計創新：在未來的創新性探索上設計師通過算法和參數輸入來探索更多設計可能性，從而創造出具有創新性和獨特性的造型。這種方法將會推動汽車設計向更加個性化和多樣化的方向發展。

②效率提升：參數化設計通過自動化的設計過程，顯著提高設計效率，減少從概念到產品落地的時間，未來在產品開發的效率上將會進一步提高。

③造型與功能的結合：參數化設計不僅可以用于創造美觀的汽車外形，還可以結合力學、空氣動力學等工程參數，實現造型與功能的完美結合。

④技術融合：隨著3D打印和數字化制造技術的發展，參數化設計可以更好地與這些技術融合，實現復雜造型的快速制造和驗證。

⑤設計工具的發展：參數化設計支持二次開發編程，為了適應設計的多樣化需求，設計軟件和工具將不斷發展，從業者也可在這方面積極探索，通過定制開發提供更加強大和用戶友好的功能，以支持設計進行更復雜的設計工作。

⑥跨學科合作：參數化設計可能會促進不同學科之間的合作，例如汽車設計師、工程師和軟件開發人員之間的協作，以實現更全面和創新的汽車設計方案。

總的來說，參數化設計在汽車造型設計上的應用前景廣闊，它將繼續推動汽車造型設計行業向更高效、更具創新性和更可持續發展的方向前進。我們期待看到更多令人驚嘆的汽車設計作品，它們不僅在視覺上給人以美的享受，更在功能、效率上有更高的成就。

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