非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)在科技館展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

周鈴　鄒欣

摘 要：隨著電腦模擬技術(shù)的發(fā)展非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)浪潮的興起，計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中開始從輔助應(yīng)用的角色轉(zhuǎn)變成主動(dòng)參與的角色。這種角色的轉(zhuǎn)變使得設(shè)計(jì)開始由傳統(tǒng)的“自上而下”的設(shè)計(jì)方法逐漸演變成“自下而上”可調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)中的影響因素也開始逐漸量化從而在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中影響設(shè)計(jì)“生成”的結(jié)果。本文試圖將非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)的思維和技術(shù)運(yùn)用到科技館展示設(shè)計(jì)中，探索參數(shù)化設(shè)計(jì)與科技館展示設(shè)計(jì)工作流程的新途徑。

關(guān)鍵詞：非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)；科技館；展示設(shè)計(jì)

0 引言

隨著科技的發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些大型科技館逐漸改變，通過新的展示技術(shù)營(yíng)造的“以人文本”的氛圍大大提高了觀眾的觀館體驗(yàn)，但也存在展項(xiàng)沒有和整個(gè)環(huán)境完全融為一體、設(shè)計(jì)過程過于繁雜等問題。傳統(tǒng)展示設(shè)計(jì)方法主要依靠設(shè)計(jì)師的直接或間接的經(jīng)驗(yàn)，是一個(gè)從整體到局部的過程，在設(shè)計(jì)過程中上一階段做完確認(rèn)之后才能進(jìn)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(huì)引起很多額外的工作量，同時(shí)也影響設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度。

要解決這一問題需要我們從設(shè)計(jì)的開始階段就要考慮影響設(shè)計(jì)的因素，將這些因素進(jìn)行參數(shù)化轉(zhuǎn)譯，建立算法模型作用于最后的設(shè)計(jì)方案，這一點(diǎn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不能達(dá)到。非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)改變了設(shè)計(jì)師的思考方式，尋找“關(guān)系”及“規(guī)則”是設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，算法是設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，這與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維有天壤之別。[1]設(shè)計(jì)再也不是傳統(tǒng)的“頭腦風(fēng)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(shè)計(jì)需求、通過建立邏輯模型反復(fù)求解“找形”及形態(tài)優(yōu)化的過程。而設(shè)計(jì)與加工及施工之間的聯(lián)系信息將以數(shù)據(jù)及軟件參數(shù)模型為媒介進(jìn)行傳遞，無可置疑，這將極大地提高設(shè)計(jì)師對(duì)加工及施工的控制程度，而它所包含的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止設(shè)計(jì)的形式風(fēng)格。

1 非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

參數(shù)化設(shè)計(jì)就是在非線性科學(xué)理論的基礎(chǔ)上將影響設(shè)計(jì)的多方面的復(fù)雜因素量化作為參數(shù)，建立參數(shù)化模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來完成設(shè)計(jì)方案，它是實(shí)現(xiàn)非線性設(shè)計(jì)的不錯(cuò)的平臺(tái)。在造型上的應(yīng)用，受到了德勒茲“生成”哲學(xué)概念的影響貫穿于整個(gè)過程，“生成”是一個(gè)運(yùn)動(dòng)過程不是具體的某一個(gè)“生成”結(jié)果，它不是由事物的狀態(tài)決定，而是一種事物的生長(zhǎng)過程。[2]

由此我們知道“生成”的重要概念就是強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)中的“過程”，我們將影響設(shè)計(jì)的因素作為參數(shù)X寫入關(guān)系式Y(jié)=F（X），給定不一樣的數(shù)值和曲線變化對(duì)應(yīng)的生成形態(tài)也不一樣，而這一過程的計(jì)算全交由計(jì)算機(jī)進(jìn)行。

參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件有很多，根據(jù)不同的專業(yè)和加工需求所使用的軟件也不一致，但大多參數(shù)化設(shè)計(jì)具體操作則是使用Rhino平臺(tái)下的Grasshopper插件建立與之相應(yīng)的參數(shù)化模型。它占用資源少，具有開源性，設(shè)計(jì)師能自己編寫所需得命令符。它的這些特性使得設(shè)計(jì)變成了“自下而上”可調(diào)控、多元化、隨機(jī)性、開放性的設(shè)計(jì)過程，改變了傳統(tǒng)的“自上而下”的設(shè)計(jì)方法，逐漸演變成了“自下而上”可調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)方法和流程。

在非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)中泰森多邊形是一種較為常用的命令，由于每個(gè)泰森多邊形內(nèi)僅含有一個(gè)離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，泰森多邊形內(nèi)的點(diǎn)到相應(yīng)離散點(diǎn)的距離最近，位于泰森多邊形邊上的點(diǎn)到其兩邊的離散點(diǎn)的距離相等，①因此能實(shí)現(xiàn)隨機(jī)而有效的控制，在建筑和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中也成為了較為常見的設(shè)計(jì)元素。例如，水立方，參數(shù)化設(shè)計(jì)不僅能讓設(shè)計(jì)師控制以前無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)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(duì)建筑表皮和結(jié)構(gòu)的控制。

2 非線性科技館參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

CAD軟件對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)師為了能夠迅速繪制方案而更喜歡把方案設(shè)計(jì)成容易用CAD畫出來的圖形，久而久之設(shè)計(jì)師對(duì)于方案的設(shè)計(jì)習(xí)慣就會(huì)因?yàn)檐浖南拗贫淖儭4]

2.1 科技館應(yīng)用流程

將非線性科技館參數(shù)化設(shè)計(jì)用于科技館中，在設(shè)計(jì)中通過確定設(shè)計(jì)需求將設(shè)計(jì)的影響因素?cái)?shù)值化，確立基本樣式和形態(tài)基礎(chǔ)。通過構(gòu)建基礎(chǔ)邏輯模型調(diào)試反饋，確定算法模型，通過不同的參數(shù)調(diào)節(jié)得到多個(gè)方案，最后通過篩選得出最終方案，導(dǎo)出數(shù)據(jù)及圖紙并進(jìn)行施工。

2.2 科技館應(yīng)用實(shí)例

以貴州畢節(jié)科技館展示設(shè)計(jì)其中一展項(xiàng)為例，該展項(xiàng)為萬靈之源展區(qū)生命的傳遞展項(xiàng)。項(xiàng)目中要求該展項(xiàng)以場(chǎng)景展示的形式容納展品，展區(qū)以人體內(nèi)部肌肉、血管、骨骼分布形態(tài)特點(diǎn)為靈感，意在打造一種強(qiáng)烈的“生命感”氛圍。展項(xiàng)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(nèi)在秘密、各種圖文版的生命傳遞、綜合性地展示多媒體互動(dòng)演示構(gòu)造，形成了以生命的形成過程——生命傳遞的內(nèi)在秘密——生命傳遞對(duì)于人類的意義的立體綜合展示。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，按照設(shè)計(jì)需求分析得出基本設(shè)計(jì)思路，根據(jù)設(shè)計(jì)流程展開設(shè)計(jì)。因?yàn)樯L(zhǎng)和遺傳是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，于是總結(jié)出設(shè)計(jì)的特點(diǎn)關(guān)鍵詞：生命感、自然、不斷延續(xù)、肌肉、血管、骨骼。從而確定了設(shè)計(jì)方向。

根據(jù)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行歸納設(shè)計(jì)影響因素、確定基本形態(tài)及建立初步參數(shù)化邏輯模型。通過分析基本形態(tài)的特點(diǎn)，確定采用泰森多邊形為設(shè)計(jì)起點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行建立初步參數(shù)化邏輯模型，設(shè)計(jì)的最初方案是說明整個(gè)空間采用異形的空間結(jié)構(gòu)展開展項(xiàng)，使得參觀者能夠游離其中。由于受到甲方資金和加工技術(shù)的影響，只好在原有的邏輯機(jī)構(gòu)上面進(jìn)行修改，將三維的空間結(jié)構(gòu)變成二維形態(tài)方便加工以保證降低成本。

通過對(duì)數(shù)據(jù)分析查找參觀者人體工程學(xué)身高數(shù)據(jù)及人流量分析的數(shù)值，將這些數(shù)值作為影響設(shè)計(jì)因素用來控制展項(xiàng)空間尺寸。由于展項(xiàng)為一個(gè)通道式的空間結(jié)構(gòu)，人流量及內(nèi)部的空氣通風(fēng)問題會(huì)影響參觀者的行為，也會(huì)影響展項(xiàng)的外觀設(shè)計(jì)，采用通透的設(shè)計(jì)不僅能夠滿足通風(fēng)及參觀者視線問題還能夠比較形象地模擬血管的形態(tài)，復(fù)雜的有機(jī)結(jié)構(gòu)在形態(tài)語(yǔ)義上也能夠很好地說明生命傳遞的概念。采用隨機(jī)點(diǎn)生成的方式，用數(shù)值來控制隨機(jī)點(diǎn)分布及形狀，確定（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）（上接第頁(yè)）每一個(gè)面的形態(tài)結(jié)構(gòu)不是單一的單元，使展項(xiàng)有不同的結(jié)構(gòu)，最后生成最終展項(xiàng)設(shè)計(jì)方案。最后導(dǎo)出圖紙進(jìn)行實(shí)際施工。

3 結(jié)論

參數(shù)化設(shè)計(jì)出來的東西有它自身的特點(diǎn)，運(yùn)用科技館參數(shù)化的設(shè)計(jì)流程不僅能夠幫助我們更快、更好地設(shè)計(jì)出優(yōu)選方案，還能解放設(shè)計(jì)思維，但是設(shè)計(jì)出的作品也有自身的局限性。從現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀上來看對(duì)于地方性科技館展品展項(xiàng)來說每一個(gè)展品展項(xiàng)都有一定的預(yù)算，參數(shù)化設(shè)計(jì)出來的展品可以說很出彩，但如果不能夠?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)或是付出很大代價(jià)才能實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于參數(shù)化設(shè)計(jì)運(yùn)用于地方性科技館展示設(shè)計(jì)來說無疑是一大問題。非線性參數(shù)化是未來設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，如何將非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)與現(xiàn)有的問題結(jié)合起來運(yùn)用于科技館展示設(shè)計(jì)中去，這就需要我們?nèi)ゲ粩嗟靥剿骱瓦\(yùn)用。

注釋：①來源于百度百科。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐衛(wèi)國(guó)，羅丹，葉揚(yáng)，路培，劉潔.“數(shù)字滲透”與“參數(shù)化主義”——關(guān)于“數(shù)字技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)”的訪談與對(duì)話錄[J].世界建筑，2013（09）.

[2] 徐愔愔.參數(shù)化非線性建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑藝術(shù)的影響[D].中國(guó)藝術(shù)研究院，2010.

[3] 許英英.參數(shù)化·建筑空間——參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)影響下建筑空間形態(tài)的轉(zhuǎn)化[J].藝術(shù)設(shè)計(jì)，2014（09）.

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