参数化设计在产品造型设计中的应用研究

摘要：参数化设计在建筑形体造型上得到了很大的突破，各种异形，复杂的建筑逐渐出现在人们的视野里，但在产品外观造型领域的应用不太广泛，本文阐述了参数化设计相对于传统设计方法的优势，提出了参数化设计在造型上应用的理论模型，并分析了具体应用的实例，对产品造型的创新有重要意义。

关键词：参数化设计 参数关系理论模型 产品造型设计 设计思维

当代科学的研究已经从线性转向非线性，同时随着计算机编程技术的发展和生产加工技术的提高，参数化设计逐渐受到重视，一些年轻、有敏锐触觉的设计师热衷于这种设计方法，甚至一些激进派设计师认为参数化主义是继现代主义之后的一个崭新的设计思潮。参数化设计给产品造型带来了更大的自由空间，设计师开始使用自由形式的曲线和曲面来表达内心的情感，产品造型设计已经从功能至上到复杂、多元化的发展。

1 参数化设计与传统设计方法

参数化设计的本质是数据，是将数据操作赋予一切单纯的设计形式，所有的设计形式都可以根据数学逻辑构造。参数化设计应用在造型设计上的理论基础源自于非线性科学，是在非线性科学的理论基础上将影响设计的多方面的复杂因素作为参数并建立关联，形成参数模型，运用计算机技术来完成方案。其中，非线性科学领域中的算法逻辑或几何逻辑是参数化设计在造型中最有价值的应用。

传统设计方法是根据设计师的直接或间接经验，首先头脑风暴，在脑海中产生产品的大致形态轮廓，然后再进行手绘草图绘制大致的产品造型，再使用三维设计软件建模，在这个过程中会出现反复的调整和修改，最后输出为符合工程制造的图纸，这一设计过程是从整体到局部，在设计过程分了几个阶段，在上一阶段做完之后才能进入下一阶段，一旦其中的一步需要修改，返回去就会引起很繁琐的工作量。这种设计方法和设计过程要求设计师具有丰富的三维想象力和空间造型能力，并且很难在较短的时间内生成大量可供选择的方案。

工业设计需要更新其设计方式以适应多元化社会的需求，而参数化设计相对于传统的设计方法有很大的优势。首先，参数化设计依照算法逻辑或几何逻辑等逻辑规则让所有影响造型设计的参数形成一种关系，从而构建设计方案，改变不同的参数而不改变关系，或者改变逻辑关系而参数不变就可以迅速生成大量的设计方案，而传统的设计方法由于依靠经验和手工操作占主要部分，所以整个推敲过程在同等时间内产生的方案是有限的。其次，参数化设计整个流程的每个环节都可以修改的，一个环节的修改，其他环节就会自动的变化，而传统的设计流程各个阶段是线性的，一旦一个环节需要修改，则它之后的环节将完全被推翻，一切重头设计就会非常麻烦。再次，参数化设计在造型上的应用，受到了非线性科学和德罗兹哲学的影响，设计出来的产品造型往往具有强烈的视觉冲击力，突破了传统的几何造型。

2 参数化设计应用在产品造型中的理论基础

参数化设计一般分为为三个过程：确定影响因素参数化、将参数之间建立关系、依据参数因素和设计参数之间的关系建立参数化模型，其中将参数之间建立关系是造型的核心。一些前卫的设计师开始对非线性科学中的拓扑、分形、微观构造等复杂现象中的形态关系在产品造型设计中的应用进行尝试，创造出具有概念性，强烈视觉感的产品造型。

2.1拓扑几何学

在建筑物表面拓扑结构的应用已经很熟练，复杂的造型与简单的欧式几何形体其实是在同一种拓扑关系下产生的，一些异形的表皮设计就是以拓扑几何学为理论支撑，通过扭曲、折叠、褶皱、嵌入等拓扑变形技术来生成。拓扑几何学中的图形关系可当作参数化设计中参数之间建立联系的关系式。参数化造型设计基于拓扑学通过改变可变参数或改变关系式，就可以得到具有拓扑属性的造型。例如莫比乌斯环曲面的运用，在同样大小的平面通过扭转使原本的空间延展，从而获得更大的可用空间，这就是运用拓扑几何学的拓扑变换来推敲方案的形态。在产品造型设计中如芬兰著名设计师阿尔托依托拓扑形态设计的兰叶花瓶，随意流利而有机不规则的波浪和曲线轮廓，完全打破了传统欧几里得几何对称的设计标准。

2.2分形几何学

不规则现象在自然界普遍存在，但它们具有自己相似的结构或是整体与局部有自相似的几何形体结构，如美国佛罗里达千岛群岛、南阿拉斯加冰原沼泽、瀑布的形态、闪电的形态、Mandelbrot集等自然现象都是分形，分形几何建立以后，设计师迅速的应用于艺术创作之中。

分形几何图形的创建方法有迭代、仿射、非线性变换等，分别对应简单的自然及几何形态、复杂自然形态、复杂几何形态。分形经常被设计师应用在造型上，参数化造型设计更是深受其影响，可以套用空间填充曲线、Burning ship分形、Peano曲线、H树等常见的分形模型，建立影响设计方案因素之间的关联，从而将基本的原型演变成复杂形体，簇拥新的美感，倡导一种完全新型的美学。

2.3微观结构形态

产品造型的参数化设计过程主要是产品找形的过程，设计参数关系的建立是核心，参数关系之于计算机领域表现为算法，由计算机程序驱动生成形态，从而实现设计在满足约束下创意的造型。研究微观结构所蕴含的丰富的造型法则得到的几何算法，这些几何算法是参数化关系式的建立的理论基础。

常见的用于参数化造型的微观结构形态有描述植物生长规律的L-system、用简单的规则和计算进行多次迭代的元胞自动机、Voronoi图等。

2.4德勒兹造型思想

德勒兹是法国后现代哲学家，激进的后结构主义者，被誉为造型大师，一系列的哲学观点如“褶子”、“图解”、“平滑”和“生成”等理论被广泛的应用到造型设计之中。

“褶子”是德勒兹造型思想的核心，强调空间结构的差异，把褶子的相互包裹、弯曲等特征表现在空间上，有助于设计师思考和创作新的产品形态。关于“图解”德勒兹描述为一端输入规则，另一端就可以产生不同的形态，这一定义和参数化设计的过程很像，设计师将参数化输入，得到一个不同的设计原型。“平滑”是阐述自由、开放、不受框架约束的哲学思想，与此相对应的造型空间就是游牧空间，游牧空间的概念对于造型对参数化造型设计有重要的指导意义。“生成”的哲学思想在设计上表现为自下而上，过程的各阶段也即是作品完成的状态。

3 参数化设计在产品设计中的应用实例

参数化设计思维在建筑领域设计师已作出多样化的探索，同时产品的造型也可以看成微建筑的形态，受德勒兹哲学思想和非线性科学的启发而进行造型创新，已经有大量的成功案例。

国外很多设计先锋也在一定程度上将参数化设计运用在产品的造型中，并设计上许多优秀的作品。扎哈哈迪德是探索参数化设计的设计师代表，运用voronio算法设计的“泡状物”造型设计的沙发、根据游牧空间理念设计的未来家具和未来厨房，还有根据L-system算法通过模块化的单元件设计出来的灯具具有植物般可以“生长”的造型。中国也有许多参数化设计作品，代表作是鸟巢和水立方，赫尔佐格运用参数化的理念使鸟巢从方案规划到方案完成变得可控，最终达到较为理想的效果。水立方的设计模拟生物细胞的形态，外观造型设计中运用了voronoi算法，结合参数化软件DP完成，成为百年奥运建筑史上的经典。

结语

参数化的造型方式由于本身的优势而日趋受到重视，必将引领未来设计方式和造型风格。研究参数化设计在产品造型设计中的应用必将打破产品外观的瓶颈，设计出数字化、视觉化、打破边界的产品形态。

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