個性化需求下的產品參數化設計方法理論研究

■宋 健 Song Jian

(武漢理工大學，湖北武漢 430070）

隨著人們物質生活水平的不斷提高，產品種類得到極大豐富，產品形態設計已經從以功能至上的簡約設計不斷向多元化，個性化，甚至復雜化發展。另一方面，參數化設計作為計算機技術不斷發展的產物，為產品造型設計提供了新的方法與路徑，給產品造型帶來了更大的自由空間。參數化設計在建筑設計，工業設計，服裝設計等領域都已經有了很多成功的案例。

1 參數化設計概述

參數化設計是一種將影響設計結果的主要因素看做是設計過程中的參數，并以某種邏輯關系把他們組織到一起，借助于計算機編程和軟件形成參數模型，通過計算得到輸出結果即產品形態的設計方法[1-2]。參數中有些因素是可變的，就是參變量，有些參數是固定不變的。這樣在設計過程中通過修改影響設計因素的參數值，經過重新計算就可以立刻生成一套新的設計方案。

參數化設計的核心是其各元素間的關聯性和邏輯性，即構建一個與設計結果相關聯的參數模型。這類模型可以進行直觀快捷的交互操作，任意修改參數變量，方便設計師不斷進行方案的優化。參數化設計由于其體量大，算法復雜，很多結構細節在體量放大后才能解決，因此目前主要在大型建筑設計上運用。扎哈哈迪德用參數化設計方法創建了大量自由感性的線條，柔軟層疊的空間。比如廣州市歌劇院及北京銀河SOHO[3]。而隨著加工工藝的不斷發展，尤其是3D打印技術的普及，參數化設計已經逐漸應用于產品設計、家居設計、汽車設計等多個領域[4-5]。

2 產品個性化需求下參數化設計的應用

社會工業化水平的不斷提高，商品種類日益豐富，但傳統的大批量生產的制造體系造成了市場產品的同質化。千篇一律的商品已經滿足不了人們日益增長的對于精神文化情感個性的需求。消費者追求唯一，滿足自我的要求正在催生產品的私人化及獨特性，高效廉價的大批量生產與消費者對于個性化需求的矛盾也成為市場亟待解決的一個主要矛盾。因此以用戶體驗為核心的市場環境決定了滿足個性化的私人訂制消費趨勢必將成為主流[6]。

參數化設計在產品私人化定制領域具有明顯的優勢，主要功能在與輸出結果與輸入信息間的快速調節與生成，其強大的靈活性與可控性能高效快捷的產出大量的設計成果，生成可視化3D數據模型。而隨著3D打印技術的成熟，只需要3D數模文件就可直接打印制造，省去了繁瑣的開模加工的時間[7]。這種新技術的應用極大縮短了從創意設計到實物產出的周期和流程，節約了時間成本及模具費用。同時消費者可以自主參與設計過程，根據自己的喜好通過對設計中參變量因素的修改生產出符合特定需求的產品。

目前在產品設計領域，參數化設計主要體現產品形態的獨特形式美感，優化設計結構。比如由Marco Hemmerling和Ulrich Nether合作設計的“衍生椅子”（圖1），外形構建時對椅子結構功能，材料屬性，人體工學等系數進行綜合分析，從而得到最優的數字模型，利用3D打印技術在保證穩定性舒適性不變的前提下減少了體量，形成了富有動感和節奏感的獨特外觀形態。

寶馬發布的新概念車——Vision Next 100（圖2）徹底掀起了產品參數化設計的潮流，其車身表皮及周圍可變形、拉伸的靈動結構采用參數化設計的方法[8]，使整個形態極具視覺沖擊力，顛覆了傳統汽車設計刻板單一的模式，充滿科幻感和未來感，同時有效降低了車身的風阻系數。

3 參數化建模在產品設計應用的優勢

參數化設計是依托以數學邏輯為基礎的參數化建模軟件實現的，最常見的以Rhino插件Grasshopper為主[9]，它擁有強大的幾何形態運算功能，結合程序特征將參數化運用到設計的推敲中，非常的高效精準。

■圖1 “衍生椅子”

■圖2 寶馬Vision next 100

3.1 邏輯精準性

首先，參數化設計利用計算機輔助數據運算可以精準的生成復雜形體，傳統的產品設計工具對于大量的重復，漸變，有機曲面的創造顯得力不從心，設計師也很難自主創建出如此復雜具有邏輯性的形態。而在參數化設計中，參數化模型建立了一種精密的數學邏輯，計算機根據參數模型建立聯系，設計師只需要決定簡單的原始變量值，復雜重復的計算則交給計算機完成。

3.2 同步可視性

參數化設計的另一個優勢在于參數調節和對應反饋信息的同步可視化[10]，設計師在修改參數時可以迅速看到產品的變化，而在設計過程中通過形態結果的瞬時反饋調節參數值，能夠在短時間內不斷修改推敲得到最終滿意的結果，參數化設計這種數字模型的實時反饋的特性使得產品設計修改更加的靈活，大大降低了設計的時間成本，提高了工作效率。

3.3 調節性及推導性

在產品設計的參數化過程中，設計師經過前期的用戶調研，市場分析后將約束產品形態的因素作為參數，在它們之間建立邏輯關系，計算機經過計算后用模型語言動態的展現設計師的想法[11]。在設計的推導和優化過程中，設計師只需不斷修改簡單的初始參數或其邏輯關系，就能實現產品形態的改變產生新的設計方案。設計師只需從大量設計產出中尋求自己最滿意的方案，免除了繁雜的設計反復的工作，同時直觀的通過設計結果的改變反推設計因素，不斷的修改完善細節，因此具有強大的可調節性和推導性。

4 參數化設計方法和思維的優勢

設計的發展伴隨著科學技術的進步，計算機技術的不斷拓展催生了參數化設計這一全新的概念。它不僅僅是工具的創新進步，更是一種全新的設計方法。參數化設計的應用拓展了設計師思維方式，顛覆了傳統設計以結果導向的還原設計思路，更注重在設計初級階段時的影響因素及邏輯關系，將紛繁復雜不可知的設計結果進行合理的程序化簡單化。

4.1 理性美的全新設計語言

參數化設計通過嚴密的數學邏輯和推理產生形態，必然具有其理性美和韻律美。它提供了一種更嚴謹更縝密的設計形式，經過計算機軟件的數據計算，最終得到的是原始基礎形態的合理變形和扭曲，復雜的形態隱含了內在規律。傳統設計中很多情況下摻雜著設計師的主觀因素，包括設計師的經驗，審美，情感，藝術修養等，因此得到的設計結果就存在很多隨機性，主觀性。一般形態追求的是整體的感覺，而參數化設計形態又多了一種形式美法則下的視覺刺激，大量的重復漸變形成一種秩序感，豐富性，產生強烈的視覺動力，與用戶產生情感共鳴。同時參數化設計能夠實現模擬自然生長般的有機形態[12]，看似隨機而富有規律的變化，改變了現代主義刻板的單調，采用非線性元素，更加的動感自由。

4.2 自下而上的設計思維

傳統的設計思維是一種自上而下的設計流程，設計師根據主觀認知個人經驗審美賦予物體形態，通過草圖的形式進行表現，并不斷的推敲完善，最后通過建模工具實現概念可視化[13]。參數化設計則提供了另一條與之相反的設計思路，它是一種自上而下的設計思維，注重的不是設計的結果，或者根本不知道結果是什么，而是在初期對于影響形態的因素進行分析制定，將影響因素參數化，通過建立參數間的內在聯系搭建可視化模型，然后不斷地推敲修改參數值及邏輯關系，結果是基于因素和邏輯關系自然而然得到的產物。盡管不知道結果可能是什么，但將影響結果的“因”和各種“因”之間的對應關系進行約束控制，結果也必然在可控范圍內。這種思維方式將復雜的結果簡單化，省去了繁瑣的計算過程，避免了設計師自主設計的局限與靈感的匱乏。

4.3 綜合性系統性

參數化設計注重內在規則與各因素的關系，它考慮的是一個綜合性的系統問題。設計的過程不是針對一個個問題解決，而是將所有影響結果的因素納入其中，作為一個統一的整體系統考慮。

如今在產品家族化設計中，系列化設計和改良設計占據很大的比重，一個產品品牌必然具有其品牌特征和家族文化的傳承[14]。在進行某一品牌產品系列化設計的過程中，保留家族語言的基礎上，修改產品的形態，豐富產品的種類，實現產品的更新換代。參數化設計為產品的系列化改良設計提供了重要支撐。參數化設計的重點就是基于產品類型生成參數模型，設計師只需修改參數就會得到具有同樣關系的造型相似的產品，快速的形成具有相同邏輯關系的系列產品。

5 結語

參數化設計的優點是顯而易見的，它將設計與數據算法相結合，為感性的設計找到理性的支撐，在短時間內通過調整參變量實時呈現不同的結果，大大提高了設計的效率，革新了傳統的設計思路。在消費者日益增長的情感化，個性化的需求下，參數化設計的應用為實現產品多樣化多元化，滿足市場需求提供了新的模式與路徑。設計師充分了解應用參數化設計的優勢與特長，對于新時代新需求下的產品造型設計具有重要的意義。

（責任編輯：張 楊）

[1]卞京.產品造型設計的參數化探討[D].北京:中國美術學院,2012.

[2]孟祥旭,徐延寧.參數化設計研究[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2002,(11):1086-1090.

[3]姚小龍.參數化設計下建筑形態生成研究[D].武漢:武漢紡織大學,2017.

[4]王海峰,吳菁,姜鵬飛.3D打印技術在室內裝飾應用的現狀及發展前景[J].家具與室內裝飾,2016,(11):100-101.

[5]王蕾.3D打印技術與家具設計智能創新[J].家具與室內裝飾,2016,(01):60-62.

[6]趙凱.基于個性化產品定制的參數化設計系統研究[D].沈陽:東北大學,2009.

[7]趙凱,周晶,溫瑞,等.基于個性化產品定制的三維參數化設計系統研究[J].組合機床與自動化加工技術,2009,(03):25-28.

[8]張寒.基于參數化設計的產品個性化定制平臺設計研究[D].鎮江:江蘇大學,2017.

[9]戴欣偉.基于Grasshopper的參數化設計在產品設計中的應用探索[J].設計,2016,(11):122-123.

[10]王男,王佩國.參數化設計在產品造型設計中的應用研究[J].設計,2014,(07):37-38.

[11]包志炎,肖剛,高飛,等.面向產品平臺的參數化設計方法研究[J].機械設計與制造,2009,(08):203-205.

[12]王兆豐.參數化設計在概念汽車表皮中的應用研究[D].成都:西南交通大學,2014.

[13]鹿曉雯.參數化設計對建筑形態影響初探[D].大連:大連理工大學,2011.

[14]李世葵.論當代中國家具的創新設計思路[J].家具與室內裝飾,2016,(09):12-13.