Rhino， Sketch up， Solidworks公共藝術在跨學科教學中的應用實例分析

從2014年開始，根據公共藝術成為教育部本科招生目錄中設計學下9個專業的新形勢，筆者在天津大學開設了面對不同設計專業大學生的《設計與人文——當代公共藝術》課程。在課程中，通過鼓勵學習者將方案設計與自身專業相結合，大量運用在建筑、產品設計領域的三維建模軟件Rhino、Sketch up、Solidworks等進行方案設計，取得了一定的教學成果，并豐富了公共藝術創作的新視野。

一、課程概述

《設計與人文——當代公共藝術》課程的學習者除了少數環境設計專業學生，主要是來自建筑、規劃、機械、環境、建筑工程、自動化專業的理工科同學。在課程獲批為天津大學、南開大學互選課程后，又加入了南開大學的數學、化學、光電子等專業。面對非藝術專業大學生的公共藝術設計課程在國內雖然尚屬首創，但并非心血來潮，而是建立于堅實的理論基礎之上，這就是公共藝術自身的高度跨學科特性。1

公共藝術本身就是一種創作過程具有開放性的新興藝術形式，集合了原有環境雕塑、景觀、設施等門類的特征，其設計者出身于畫家、設計師、機械工程師等不同背景。如機械工程師出身的喬治·里奇、建筑師出身的托尼·史密斯等都沒有藝術背景，更不必提在公共藝術策劃中發揮重要作用的作家布魯根·庫斯杰（奧登博格的夫人）等人。如此之多的公共藝術大師出身不同學科，是開展跨學科公共藝術教學實驗的基礎。事實上，學習者不同的學科背景，是公共藝術創意思維的寶貴源泉，這一點已經在課程實踐中有清楚的體現。

二、三維建模軟件在跨學科公共藝術教學中的重要作用

顯而易見的是，非藝術專業公共藝術教學的主要難點是學習者基本沒有接受過美術教育，對藝術缺少明確的概念，表現能力不足。但正是由于這些學習者沒有接受過系統的藝術教育，課堂上也沒有條件開設傳統的粘土塑形教學，因此三維建模軟件就成為不同專業學生表達設計意圖的主要方法。通過對課程開設兩年來超過400余份設計方案作業的統計可以發現，三維建模軟件占了80%，其后分別是手工模型（約15%）和手繪表現（約5%）。使用三維建模軟件表現公共藝術設計方案的結課方式占據絕對優勢地位。

三維建模軟件介入公共藝術創作設計已有20余年的歷史，是公共藝術觀念日趨開放，表現手法漸趨現代的主要特征之一。傳統寫實雕塑中的塑造，在公共藝術中可以演變為人體翻模。尤其是在創作中運用Maya軟件和雕刻機，雖然引起爭議，但依然開創了一種表現方式。更多來自建筑和計算機領域的公共藝術家，利用建模軟件處理復雜曲面的能力甚至是通過命令輸入產生的形態隨機變化，已經創造出了數量眾多、令人印象深刻的公共藝術作品，藝術家蓋里位于巴塞羅那的作品《金魚》就是最具代表性的例子。進入21世紀后，大型公共藝術作品離開建模軟件的幫助，往往很難精準實現藝術家的構思，如芝加哥的《云門》、英國希斯羅機場二號航站樓的《滑流》等，都是這一領域的代表作。

在現代大學校園中，高性能電腦通常已經成為大學生學習生活的標準配備，網絡提供了搜集素材的順暢通道，更主要是以Sketch up、Photoshop、Rhino、AutoCAD，以及其他來源的CAD，如Solidworks等界面友好、操作相對簡便的軟件工具的普及，為非藝術專業大學生自由開展公共藝術創意設計打開了大門。這里所指的簡便，是相對之前在藝術領域應用較廣泛的3DMax建模軟件所言，這些軟件大多用直觀的推、拉、旋轉動作，代替了較為抽象的命令輸入方式，掌握起來較為便捷。經實踐反饋，即使僅為自學課程，學生也大多能在很短時間內掌握基本要領。同時，這些軟件大多占用內存較小，降低了對硬件的要求，視覺效果也能達到要求，因此消除了非藝術專業大學生參與公共藝術設計的主要障礙，成為展示自身創意方案的利器。另外，這些軟件大多數與學習者建筑、機械等專業學習有關，可以實現資源共享，這一點將在后面詳述。

雖然非藝術專業大學生擁有建模技能，但是如何將表現手段與設計過程相結合，最大程度地發揮建模軟件的優勢，以提升學習者公共藝術創作與設計的實際能力？很重要的一點，在于根據教學目標，設計一套科學、規范的公共藝術設計教學內容。

三、教學內容設計要與軟件運用配套

該課程教學內容由設計方法、設計要素和主題3個層次組成。

首先是運用3種不依賴學習者立體造型能力的設計方法分別是：基于發現與復制的設計，運用現成品，特別是工業現成品放大扭轉變形來達到幽默目的；基于圖像表達的設計，通過二維圖像的直接運用、剪影化和厚度拉伸和折紙化等具體手法得到既有形態的公共藝術；基于幾何美感的設計，運用構成方法，包括漸變、對稱、重復、節奏等構成手法得到形體并營造視覺美感的公共藝術。

其次是賦予3種公共藝術必不可少的設計要素：運動，主要是風動、水動、電動和光動四種類型；環境，是根據環境形態決定公共藝術尺度、材料、位置和安裝方式等；功能，是基于人體工學設計公共藝術的休息、市政設施改造、標識、游樂等功能，使公共藝術更契合環境并與公眾產生互動。

最后是兩種公共藝術中具代表性的主題：分別是基于幽默情感表達的設計、基于嚴肅人文思考的設計，這兩種主題賦予了現代公共藝術表達思想深度的合理路徑。

通過上述介紹可以發現，該教學內容設計保證了公共藝術中形式塑造、要素添加和主題深化3個層次內容的平衡，減少了主要依賴藝術家個性化表達的部分，突出了可以使用建模軟件表現的方法。比如基于工業造型的現成品公共藝術，就特別適合原本就用于工業設計的Rhino軟件的運用，著重于對曲面的表現；基于二維圖像的公共藝術，特別適合于建筑草圖大師Sketch up對厚度的拉伸；構成型公共藝術，既可以使用Sketch up對立方體的表現，更可以使用機械零件設計中運用廣泛的Solidworks（法國達索公司出品的CAD軟件），經實踐反饋都有很好的效果。下面將以這3種軟件為例，分別以一到兩個教學案例展開，分析具體教學方法。

四、Rhino、Sketch up、Solidworks三款軟件的公共藝術教學實例

1.Rhino與現成品公共藝術設計

Rhino，中文名為犀牛，是美國Robert McNeel公司于1998年推出的一款建模軟件，與3DMax、SoftImage XSI等高端建模軟件相比，對硬件要求極低，占用內存很小，不依賴昂貴的工作站和高端顯卡。同時人性化程度高，操作便捷，與Flamingo（火烈鳥）渲染器結合后的最終渲染效果也非常理想，因此自問世后就引起極大關注。因為注重對曲線、曲面的創建，因此在工業設計領域得到廣泛應用，近年來建筑與景觀領域應用也日漸普及，特別是與TSplines和 Grasshopper兩款插件組合使用，能夠產生非同一般的視覺效果。2012年在北京落成的造型前衛的《銀河SOHO》就是著名設計師扎哈·哈迪德設計，利用Rhino及其參數化設計插件Grasshopper完成的建模工作。2

鑒于Rhino在建筑設計領域的廣泛運用，因此建筑學同學從二年級已經開始學習Rhino建模，也為他們使用這款軟件完成公共藝術設計方案提供了便利。這里選擇的是一位天津大學建筑學院規劃專業二年級同學的作業。這位同學在通過課堂教授掌握公共藝術設計基礎要領后，選擇根據天津大學青年湖畔教職工活動中心所在地塊開展設計。結合自身專長，選擇以現成品耳機作為公共藝術造型，以從主題上能夠反映當前社會信息交流的重要性。（圖1、2） 指導教師的意見主要集中于如何調整造型以提供符合人體工程學的乘坐休息功能。另外，耳機本身的形態可以跨越交通流線，應當考慮與經過的人產生互動效果。

經過基地調研、元素選取、邏輯生成、功能添加、互動強化等公共藝術設計步驟，該同學完成了以5個相同尺度、形態的耳機造型組成的公共藝術。作品通過借鑒奧登博格《Flying pins》（《飛舞的球瓶》）這樣組合運用保齡球等現成品的公共藝術案例，采用組合布置，可以形成一條開放式長廊的效果，也能滿足更多人休息的需求。為了避免相同形態的重復感，引入琴鍵的黑白色彩，賦予作品節奏，提升了視覺效果，充分實現了提升該場地公共藝術品質的設計目的。（圖3）通過這一教學案例可以看出，Rhino在曲面處理方面的強大能力，能夠有效解決現成品公共藝術往往形態復雜的造型問題，提升作品效果，還能夠為后期施工提供便利。

2.Sketch up與二維圖像公共藝術設計

Sketch up是由@Last Software公司推出的一款建模軟件，以界面簡潔、操作便捷著稱，完全可以保證設計師利用該軟件直觀表達自己的設計思路，而不必被繁瑣的操作和命令輸入所困擾。隨著@Last Software被Google收購，并推出了免費版本，進一步擴大了消費者群，在全球范圍內營造了巨大的模型資源庫。從Sketch up的別稱“建筑草圖大師”可以看出，建筑、規劃，園林，景觀，室內以及工業設計是其最主要用途。

Sketch up使用中最具特點的功能就是可以在繪制面后，通過簡單的推拉工具成型，并且提供剖面圖。這些都使得利用建筑等專業同學利用Sketch up進行公共藝術設計，具有上手快的優勢。通過實踐反饋，在提供教程和部分參考作業的情況下，即使毫無藝術與建模基礎的理科生，也能夠憑借較強的邏輯思維能力在短到一兩天的時間內基本掌握。因此，在設計方案中，Sketch up是應用最廣，也是最不受專業制約的建模軟件，在課程進展和學習過程中發揮了重大作用。（圖4）

同時Sketch up也是一款優勢和局限都很明顯的軟件。其小內存和運轉快的優點，是通過降低模型復雜度的方法實現的，Sketch up繪出的圓形，其實是一個近似圓的多邊形，這就使得Sketch up適合于橫平豎直等規則的形態塑造，因此對應于二維圖像拉伸的公共藝術，如字母型公共藝術、剪影型公共藝術和構成型公共藝術會顯得得心應手。但在塑造曲面時，它雖然可以通過地形工具和部分插件實現，但還是不如Rhino順暢。另外，Sketch up建模的視覺效果即使經過V-ray等渲染器渲染或PS處理，會顯得相對簡單，一眼就可以辨認出來，但這一不足又被Sketch up擅長整體環境營造的優點所抵消。所以，在同學們利用Sketch up進行公共藝術設計的教學過程中，需要引導他們合理認識該軟件的優勢和不足，選擇適當的類型和方案，以達到最佳效果。

這里選取了一位天津大學精密儀器學院同學的作業，該方案充分利用Sketch up在拉伸二維圖像獲得體積方面的優勢，選擇以云朵的形態變化為靈感來源。（圖5）指導教師的意見首先集中于如何避免二維圖像公共藝術形態變化不夠豐富的不足，最好選擇成組布置的方法，通過增加層次來豐富各個視角的觀感，取得很好的效果；其他指導意見聚焦于如何與所在的水環境協調，同時呼應云的主題，解決方案是為公共藝術加入動水要素。該學生借鑒野口勇在1970年大阪世博會上塑造漂浮立方體的手法，設計了向下噴涌的動水，并利用動水的遮蔽性遮擋循環管路和支撐結構，使作品猶如漂浮在半空，具有突出的視覺效果。這一教學案例充分體現了Sketch up易操作的特點，非藝術專業同學經過較短時間就能掌握基本要領，為實現自己的方案構思服務，模型未經渲染導致整體效果受限的不足，以及該軟件塑造整體環境所表現出的優點，都在這一案例中有清晰的體現。（圖5）

3.Solidworks與構成型公共藝術設計

對于藝術專業人士來說，Solidworks可能是一個稍顯陌生的軟件名稱。但是在機械設計、制造領域，這款軟件有著廣泛的用途。Solidworks1993年誕生于美國馬薩諸塞州，開發初衷是為每個設計師提供能夠在PC上運行的實體模型設計系統，因此成為世界上第一款基于Windows系統開發的CAD軟件。1997年該軟件被法國達索系統公司收購。這家以陣風戰斗機聞名的企業，聽上去可能和藝術越離越遠，但如果回想一下弗蘭克·蓋里在20世紀90年代初，就是借助達索公司的CATIA軟件設計出巴塞羅那的《金魚》公共藝術，大家可能會覺得熟悉許多。

Solidworks易學易用，功能強大，因此成為全球范圍內越來越受歡迎的CAD軟件。值得注意的是包括海外知名學府麻省理工、斯坦福大學和國內清華大學、天津大學等，都將Solidworks列為機械設計專業的課程，這就為機械專業同學利用該軟件進行公共藝術方案設計提供了極大便利。

Solidworks能夠建立精度很高的模型，只要設計者充分掌握二維公共藝術和構成公共藝術的設計要領，就能夠利用該軟件完成符合要求的方案。同時該軟件自帶的渲染器也能極大完善模型視覺效果。這里展示了3位天津大學機械學院同學的階段性模型，可見都具有很高的精細度，視覺效果也比較理想。（圖6、7）

但是作為一款主要服務于機械設計領域的建模軟件，Solidworks不適合完成環境整體建模，只能將注意力集中于模型本身。因此，選擇Solidworks的同學只能將模型，利用Photoshop置入實景照片場景，這在一定程度上制約了設計的整體感，需要通過一定的后期處理加以彌補。（圖8、9）

五、結語

綜上所述，鑒于建筑、規劃、機械工業等非藝術的設計專業在今后城市公共藝術建設中必然發揮越來越重要的作用，以公共藝術自身的跨學科特性為基礎，及早根據這些非藝術專業大學生的特點開設有針對性的公共藝術設計課程，是很有必要的。大量使用建筑、工業、機械領域的建模軟件完成公共藝術方案設計，不但能幫助他們實現設計意圖，體會公共藝術創作的喜悅與成就感，還能夠拓展傳統公共藝術創作和學習的視野，為促進中國公共藝術設計和專業教學做出貢獻。

基金項目：天津市教委社會科學重大項目 “天津高校藝術學專業科研創新及學科發展研究”編號（2014ZD25）

參考文獻：

1 王鶴. 天津大學公共藝術設計校際選修課程的創新實踐研究[J].設計藝術研究.2015（3）

2 工業設計：Rhino（犀牛）的“前夜”與“黎明” [J].電子技術與軟件工程，2015（5）