基于Grasshopper參數化產品輔助設計的教學探討

謝飛揚

摘要：本文研究探討了基于Grasshopper參數化產品輔助設計的教學方法，試圖幫助學生去除學習障礙，掌握正確的學習方法。

關鍵詞：Grasshopper;參數化;產品設計

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0151-01

1 Grasshopper簡介

Grasshopper是Rhinoceros的一個內置插件，是一種基于節點操作的可視化程序語言，設計師可以直觀的可視化操作節點進行連接和調整，不需要手寫代碼，快速進行參數化設計。最初Grasshopper是為了彌補犀牛4的歷史紀錄功能的不足而構建出來的，而Grasshopper作為犀牛的一個參數化插件，它可以用批處理的方式調用犀牛的建模工具和命令，然后再用參數化的方式來控制產品的形體模型，這樣就可以更加高效的完成設計任務，同時還可以基于邏輯關系模擬參數模型、幾何模型和算法模型。

2 基于Grasshopper可視化編程與傳統編程的區別

傳統的編程環境需要手動敲擊代碼進行編輯，并且會涉及到相當復雜的函數和語言語法，抽象的函數名和變量名稱，復雜的編程邏輯，這種編程方式對于傳統的設計師來說并不能很快適應和使用。

Grasshopper提供了另外一種編程方式，通過內部的component（一般翻譯為“電池”）的組件，每種電池都具有不同的功能，將這些模塊按照一定的邏輯連接起來后它就會變為一個程序。Grasshopper對于習慣形象設計的設計師來說師一種更加容易接受的建模方式，而且通過實踐發現這也是一種更加高效的編程方式[1]。

3 Grasshopper參數化設計帶來的變化

（1）Grasshopper是非常強大的參數化輔助設計工具，設計師利用參數化設計能夠快速生成大量的產品設計方案，借助Grasshopper相關的工具組件能夠輕松完成非常復雜的曲面設計形態，并且能夠方便的進行調整，其帶來的便捷性是傳統設計方法無法比擬的。高效率的設計迭代過程也使得參數化設計方法在實際項目中被廣泛運用。（2）Grasshopper可以基于邏輯算法進行產品曲面結構優化，能夠按照編程邏輯實現包含復雜形態規則的模型構建，可以將有關性能的形態優化結合在程序的邏輯構建當中，使得產品設計的性能得到客觀的評價，以及更合理的優化結構。（3）Grasshopper利于產品設計的后期的施工建造。參數化設計與建模也能為產品設計帶來新的可能性，由于基于Grasshopper的輔助設計方法是基于高度數字化的設計方法，空間中由點、線、面、體構成的視覺元素都能夠直接輸出到數控機床等加工設備中，在工廠中進行精確的加工。在施工現場，數字模型的空間坐標位置也可以精確的指導安裝。我們可以使用參數化的設計方法，可以根據構件的構造需要以及加工安裝條件對產品設計進行優化，這樣就能實現復雜形體的建造，大大提升的建造的精度和質量[2]。

4 Grasshopper參數化產品輔助設計的教學探討

4.1 教學問題分析

（1）國內Grasshopper主要應用在建筑環藝設計專業的教學，導致產品設計應用Grasshopper的教學案例相對較少，出現問題很難找到參考資料。然后產品設計專業的學生大多都是文科藝術類，沒有理工科編程學習經驗，理解起相關的概念比較困難。（2）Grasshopper獨特的使用方法有別于傳統的三維建模設計軟件，對于初學者來說也很難上手，學生對于復雜的設計模型沒有相關的數據結構和正確邏輯思路。（3）學生對于復雜模型的構建和修改，往往找不到該使用哪一個參數進行調整，不知道從哪里下手從而使得結果偏離更遠。截止目前，Grasshopper到版本有3000多個組件，很多教學都會挨個介紹每一個組件的用法，這其實是一種很沒有效率的教學方法。因為經常使用的組件大概只有100多個，學習的關鍵其實在于對其本身數據結構的理解，并通過一系列相關實際案例熟悉和掌握Grasshopper的使用。

基于以上問題，筆者經過分析總結出了一套適合產品設計專業學生的教學方法，主要以Grasshopper進行產品造型的參數化設計。

4.2 Grasshopper工作環境和基本操作教學

（1）介紹Grasshopper工作環境，熟悉其界面UI劃分，學生后期通過菜單欄的功能劃分能快速找到需要的組件。重點介紹快速調用運算器的方法，說明運算器連線的相關操作和多種執行方式，加快建模工作效率。（2）介紹Grasshopper與犀牛數據間的關系。Grasshopper中的物體在犀牛中是不存在的，是虛擬動態的隨著參數和邏輯的變化而改變，需要通過bake操作轉換成犀牛中靜態物體，轉換后將不再受Grasshopper的影響，與bake相反的操作叫做internalise data，可以將犀牛的幾何數據裝在至GH的電池組里，如果改變犀牛的幾何信息，GH此時的幾何狀態并不會發生改變，此外internalise data可以切斷程序的數據流[3]。

4.3 Grasshopper數據基礎教學

介紹Grasshopper數據類型和相關電池。說明數據流匹配過程多個數據流的匹配方式，掌握相關數據匹配的電池，目前一共有4種數據匹配方式：（1）一對一單個數據匹配;（2）一對多的數據流匹配;（3）多對多相同數量的多個數據流匹配;（4）不同數據量的多個數據流和多個數據流匹配邏輯：多對多+長列剩余數據匹配短列末位數據。

4.4 基于Grasshopper的點線面建模教學

產品造型設計中最重要的點線面元素進行教學，探討基于參數化造型的豐富的可能性，幫助學生找到Grasshopper參數化產品造型的本質。

（1）Grasshopper中生成點的運算器實例教學，包括內置的生成點，從線生成點、從面生成點、從外界導入點。（2）Grasshopper中生成線的運算器實例教學，包括內置的點生成線，從線生成線，從面生成線。（3）Grasshopper中生成面的運算器實例教學，包括內置的點生成面，從線生成面，從面生成面。

4.5 基于Grasshopper的產品設計實例教學

本階段通過基于參數化的產品設計實例教學，讓學生熟悉基于Grasshopper的點線面電池組進行基本建模的方法，說明參數化設計方法在產品設計中的應用和流程，闡述一般產品設計中遇到的難點問題進行數據化分析的方法，學生結合前面學習到的理論和方法進行產品設計的應用拓展。

5 結語

綜上所述，Grasshopper作為犀牛平臺下重要的參數化表現插件，其節點式可視化編程的工作方式將極大的提高設計的質量和效率，同步提高設計師在產品設計中分析問題，解決問題的能力。因此使用Grasshopper開展并應用在產品設計教學工作中也是良好選擇。值得注意的是，在參數化產品設計教學的過程中，作為教師始終應該強調其表現的合理性，畢竟產品設計是應用性較強的學科，在應用參數化輔助設計的過程中，不能本末倒置的為了參數化形式而生產出一批奇形怪狀毫無實用價值的產品設計。

參考文獻

[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] 白云生，高云河，著.Grasshopper參數化非線性設計[M].華中科技大學出版社，2018.

[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.

Abstract：This paper studies and discusses the teaching method based on Grasshopper parametric product aided design， trying to help students remove learning barriers and master the correct learning methods.

Key words：Grasshopper; parameterization; product design