參數化輔助設計在燈飾設計中的應用

摘要：參數化輔助設計可以提高設計品質和設計效率。Grasshopper作為工業設計軟件Rhino的一款參數化輔助設計插件，非常適合應用于造型復雜的燈飾設計。本文從參數化燈飾設計的意義入手，探討了參數化在燈飾設計中邏輯造型的過程，以及參數化在燈飾設計中的應用方式。

關鍵詞：參數化;輔助設計;燈飾設計

中圖分類號：TS956 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

1 參數化造型設計介紹

參數化造型可以建立一個使用邏輯語言構建相關影響因素的設計模型，通過數字化的參數去影響造型的生成設計，當造型中某一個關鍵元素發生改變，其他設計元素會因為邏輯的關聯性發生相對應的變化。使用參數化進行造型設計只需要定義好關鍵的造型元素，設計的過程中可以通過參數的調整產生大量的設計方案，通過邏輯語言來描述燈飾造型，設計出具有自然規律美感的燈飾設計方案。

2 參數化軟件平臺分類簡介

（1）工業工程軟件。Pro/E、UGNX等以尺度參數、特征實體驅動的三維工程仿真軟件，這類工程軟件中的特征實體可以分為形狀特征和功能特征，而特征實體建模是參數化設計分支應用之一，利用設計好的實體特征模型進行再組合，調整尺寸參數，從而提高設計效率。（2）CG設計軟件。3D Max、Maya、C4D、Sketchup、Blender等計算機圖形設計軟件，該類軟件塑造視覺設計形態非常方便靈活，利于設計師進行前期的概念設計，但該這類軟件要實現參數化設計功能通常需要設計師掌握編程語言或其軟件的內置腳本語言，這對設計師的要求會非常高。（3）可視化節點編程軟件。Huodini、Grasshopper為代表的可視化節點編程軟件，該類軟件其本質是一門編程語言，設計師可以將這些節點按照一定的邏輯進行連接，然后這些連線組合起來的節點就變成了圖形生成程序，方便調整節點連接邏輯和節點參數去設計視覺形態，可視化節點編程的工作方式可以極大的提高設計的質量和效率。

3 Grasshopper參數化燈飾設計的意義

（1）Grasshopper參數化的設計方式可以提高燈飾設計效率。在以往的燈飾設計方案中，由于技術的限制（傳統CG設計軟件以多邊形手工建模為主要方法），當燈飾設計方案如果包含復雜的自然規律變化，多邊形建模設計效率會非常低，而且修改設計方案將會非常困難。使用多邊形建模的燈飾設計方案屬于CG效果圖，CG效果圖不能直接用于產品后期的加工制造。在燈飾的制造階段，結構工程師只能去參考設計師的CG效果圖重新繪制燈飾零部件的CAD圖紙，用來后面的模具制造或CNC切割。Grasshopper基于Rhino平臺，而Rhino以NURBS為核心，產品三維數據可以直接導出相關圖紙用于后期的產品制造，減少了三維模型的數據轉換過程，縮短了燈飾設計開發周期。（2）Grasshopper參數化輔助設計優化燈飾設計制造工藝及流程。Grasshopper平臺上有眾多插件可以進行產品結構優化、有限元分析、炫光分析，材料編號，下料偏序等插件工程。這些參數化輔助設計插件為燈飾設計的合理性提供了邏輯和數據支撐，通過設計手段進行虛擬仿真，模擬燈飾設計后期的制造及應用情景。設計師在開發前期就可以及時發現并解決問題，縮短傳統燈飾產品的開發周期，提高設計效率[1]。

4 Grasshopper參數化進行邏輯造型

經典的燈飾造型往往源于自然形態邏輯。設計師可以觀察自然界中萬物生長的形態邏輯，利用大自然本身的規律使用參數化進行邏輯造型。燈飾的外觀造型設計可以參考自然界中的形態，自然形態雖然千差萬別，但萬物形態經過自然法則的競演都會存在內在的邏輯規律。參數化邏輯造型的本質是編程設計，設計師在進行方案設計時可以不再受軟件已有功能組件的束縛，因此非常適合燈飾設計初期的概念設計，提高方案設計的創新能力。

而Grasshopper參數化設計本質上是一種可視化的編程語言，設計師在燈飾設計時，首先可以根據選題選擇需要參考的自然元素，然后觀察該自然元素的形態特征;其次使用Grasshopper中的邏輯語言來描述關鍵的造型特征;最后通過邏輯語言編程生成大量的外觀形態方案，擇優選擇合適的燈飾設計方案。設計師在參數化邏輯造型的過程中，產品的幾何造型元素基于邏輯構建，幾何元素之間存在關聯性，這種參數式的幾何關聯影響通過Grasshopper可視化節點可以非常方便的進行調整，因此燈飾設計邏輯造型的過程中可以設計出大量的創意方案。

5 Grasshopper參數化設計在燈飾設計中的應用方式

本次課題研究了大量的參數化設計在燈飾設計中的應用案例，以設計師所熟悉的視覺構成語言進行分類總結，為今后使用參數化輔助設計燈飾提供參考方向。筆者總結分析出以下10種常用的燈飾設計的應用方式[2]：

（1）利于參數化設計表現燈飾設計中的陣列重復設計;（2）利于參數化設計表現燈飾設計中的切片;（3）利用參數化設計表現燈飾設計中的穿孔造型和結構;（4）利用參數化設計表現燈飾設計中的折疊結構;（5）利用參數化設計表現燈飾設計中的網格和晶格結構;（6）利用數學公式表現燈飾設計中的幾何形態;（7）利用隨機生成函數表現燈飾設計中無序的形體;（8）利用算法生成或影響燈飾造型結構;（9）結合kangaroo插件在燈具造型設計中幾何找形和幾何優化;（10）利用honeybee插件完成燈具造型的炫光分析、照度分析、采光模擬。

根據以上的參數化輔助設計的應用方式分類，設計師可以構建自己的燈飾設計邏輯造型庫，使用Grasshopper所特有的封裝運算器Cluster OutPut對常用邏輯造型操作進行打包，方便今后在設計過程中進行程序復用，避免重復的勞動工作，進一步提高了燈飾設計效率。使用數學公式、算法設計表現的燈飾造型能夠得到傳統手工建模無法得到的幾何形態，結合編程算法將生成設計引入到燈飾設計中。kangaroo插件對于優化燈飾的幾何造型會非常方便，目前還沒有一個CG三維設計軟件能完成幾何優化設計，kangaroo經過多年來的升級迭代，儼然已經發展成了一個物理模擬引擎，幾何形體的變化是基于力與力之間的相互影響，這種使用力學去描述造型的方法在Grasshopper中得到了可視化處理，設計師可以直觀的使用力學節點進行燈飾設計。

6 結語

綜上所述，Grasshopper參數化輔助燈飾設計是未來設計應用趨勢之一，它將提高燈飾設計效率和質量。設計師基于可視化節點編程的方式進行燈飾設計的參數化邏輯造型，將極大的提高方案設計階段的創意能力，滿足人們更高層次燈飾需求，為燈飾設計帶來更多的可能性。

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] 徐衛國.參數化設計與算法生形[J].世界建筑，2011（6）：110-111.

收稿日期：2020-05-06

*基金項目：本文系廣州商學院2019年度校級科研項目“參數化輔助設計在燈飾設計中的應用”2019XJYB014研究成果。

作者簡介：謝飛揚（1988—），男，湖北黃岡人，研究生，講師，研究方向：計算機應用輔助設計。