參數(shù)化特征的耀瓷牡丹紋飾重構(gòu)方法與實踐

欽松 石亮亮 薛艷敏

關鍵詞：耀瓷牡丹紋飾 參數(shù)化設計 數(shù)字圖案生成 紋飾重構(gòu) 3D金屬打印

引言

耀州窯從最初的唐代創(chuàng)燒逐漸演變?yōu)槿A夏乃至陜西特有的凝煉形態(tài)，成為歷史陜西穩(wěn)定性和連貫性的文化視覺符號，耀瓷器物形態(tài)引導著封建王朝的秩序和規(guī)則，用紋飾圖案解讀地域文化的良造和淳善[1]。耀州窯素以精湛獨特的裝飾藝術而著稱，在上千年的歷史發(fā)展中，由于其廣泛的題材，自由靈活的構(gòu)圖方式和豐富多樣的裝飾技法，形成了耀州窯變化多樣的構(gòu)圖形式。其出眾的空間紋飾的藝術風格也迥異于其他重釉色輕紋飾的中國歷史名瓷，為耀瓷裝飾藝術增添新了魅力與內(nèi)涵，成就了古代陶瓷裝飾藝術的典范[2]。

目前對耀州瓷藝術的研究，一般趨向于傳統(tǒng)復古研究，但由于過于注重仿古，忽視吸收和創(chuàng)新，因而其產(chǎn)品體系會趨向保守自封，在新的數(shù)字陶瓷時代更是躊躇不前，這不僅是耀州瓷面臨的問題，也是中國其他各大名瓷所面臨的窘迫現(xiàn)狀?！爸邉?chuàng)物，巧者述之，守之，世謂之工”當下陜西傳統(tǒng)文化正在隨時代變化而產(chǎn)生新的生機，耀瓷文化基因同樣在新時代的審美中孕育和發(fā)展[3]。數(shù)字陶瓷時代的開啟，無疑會提供一個很好的契機。耀州瓷的數(shù)字化的發(fā)展，從數(shù)字陶瓷應用、控制和評價耀州瓷的角度上，不但需要重新挖掘了傳統(tǒng)工藝的潛在傳統(tǒng)美學，而且釋放了在傳統(tǒng)思維下的隱性因素，提高了對傳統(tǒng)工藝的認識，這顯然是一個相得益彰的結(jié)果。

一 、傳統(tǒng)文化的參數(shù)化應用現(xiàn)狀

參數(shù)化設計是一種通過計算機可視化編程構(gòu)建設計邏輯，輸入可量化的設計參數(shù)進行求解，進而產(chǎn)生相應設計結(jié)果的新型設計方法，其最大的特點在于設計參數(shù)的變化可以實時反饋到最終的求解結(jié)果中，因此可以在短時間內(nèi)生成大量設計方案進行對比分析，從而產(chǎn)生更新的設計形式和更加優(yōu)化的設計方案。相比于傳統(tǒng)的設計方法，參數(shù)化設計更加嚴謹、科學、高效且設計過程更為復雜，是依托于現(xiàn)代計算機輔助技術的發(fā)展和滿足實際設計需求而產(chǎn)生的，符合當下的設計趨勢，整個設計過程得以以數(shù)學邏輯的形式在計算機上體現(xiàn)出來，通過程序算法控制參數(shù)與求解結(jié)果的聯(lián)動關系，是一種動態(tài)穩(wěn)定的可持續(xù)設計過程，改變了傳統(tǒng)設計過程不可逆的特點，簡化設計流程，推進了設計的衍生[4-5]。

參數(shù)化設計最初多應用于建筑設計行業(yè)，后由于其設計過程具有更高的可控性而逐漸應用于其他設計領域。目前，參數(shù)化設計也逐漸成為了傳統(tǒng)文化元素設計轉(zhuǎn)化的重要數(shù)字工具。例如，殷曉晨將參數(shù)化設計方法應用于平面紋樣的設計中，構(gòu)建了幾何紋樣的參數(shù)化設計方法與流程，并通過設計案例證明了其可行性，為紋樣設計提供了一種新思路[6]；李至惟針對中國傳統(tǒng)的云雷紋飾，利用參數(shù)化設計手段構(gòu)建了數(shù)學模型，為設計師提供了一種參數(shù)化云雷紋設計與生成方法[7]；張嘉靖通過提取曼荼羅唐卡圖案中的三種紋飾元素的幾何特征，并結(jié)合手繪曼荼羅的層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建了參數(shù)化設計模型，生成了曼荼羅圖案多樣化的設計方案，為現(xiàn)代藝術設計中使用的曼荼羅樣圖案提供了參考[8]；V. Stamati運用參數(shù)化設計原理，針對傳統(tǒng)金銀絲珠寶的設計建立了參數(shù)化的珠寶圖案數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了名為ReJCAD的軟件設計工具，為傳統(tǒng)珠寶的設計制作提出了一種計算機輔助設計的新方法[9]。作為數(shù)字化時代的一種新型設計方法，參數(shù)化設計已經(jīng)得到了更多的關注和發(fā)展，并逐漸應用到多個領域中，為未來的設計帶來了無限的可能性。

二、耀瓷牡丹紋樣的構(gòu)圖方式及特征分析

牡丹素有著富貴吉祥的寓意，自古以來被人們視為是繁榮昌盛，富貴吉祥的象征，深受社會各階層的喜愛，牡丹紋飾在歷史上應用廣泛，并且裝飾性明顯，廣泛應用于耀瓷，是耀瓷標志性的紋飾之一。耀瓷的牡丹紋飾始于南北朝，盛于唐宋，延續(xù)至元。耀州窯牡丹紋飾主要有獨枝牡丹、折枝牡丹、纏枝牡丹等，多以對稱、充盈的方式裝飾器物，不僅繼承自然紋飾呈現(xiàn)了花繁葉茂，生機盎然的視覺美學，在一定程度上也突破了自然形態(tài)對構(gòu)圖的約束，形成了變化多樣的構(gòu)圖樣式，如圖1所示。獨有的構(gòu)圖獲得層次清晰，豐富且多變的裝飾效果，淋漓盡致地刻畫出了繽紛盎然的牡丹世界。也讓耀瓷的牡丹紋飾具有超越時空的特性，不僅璀璨于五代、宋、金時期，即使到了數(shù)字時代依然可以世代綿延，成為數(shù)字創(chuàng)新的源泉，為當下數(shù)字紋飾的拓展了新的空間。

（一）獨枝式樣

獨枝式往往以一枝牡丹為主體出現(xiàn)，牡丹呈“S”形莖干生長方式的排列在畫面中心，花葉環(huán)繞四周用來裝飾。這種以單獨主體結(jié)構(gòu)向四周生長的類型可以歸類為獨枝式。獨枝式極具耀瓷刻花構(gòu)圖的代表性，“S”形牡丹筋脈線條軌跡鮮明、遒勁有力、犀利通暢，以一枝獨秀的方式展示牡丹的流暢灑脫。

（二）折枝式樣

折枝牡丹依據(jù)牡丹花葉自然生長的態(tài)勢，以客觀寫實的描述手段構(gòu)圖，多以兩枝牡丹交錯為一組，花莖曲線流動自然相互纏繞，花首相互對稱，葉片布局排列婀娜多姿、疏密有致，交織呈現(xiàn)一種類似于“Y”字型構(gòu)圖。

（三）纏枝式樣

纏枝牡丹突破單一牡丹的形式，構(gòu)成豐富多彩的復合式樣式，其特點是牡丹的莖干蜿蜒曲折，并汲取卷草紋等圖形的波狀組織框架，以藤蔓交織花葉穿插的連續(xù)形式出現(xiàn)。這種滿視覺的復合圖案常常用于耀瓷的立式和大型器物造型，大多會依據(jù)枝蔓的“S”形花紋走向，連續(xù)生成二方連續(xù)甚至是多方連續(xù)的適合紋樣，這種彼此相互重疊產(chǎn)生連續(xù)的視覺空間效應，交織成為華麗多樣的復合圖案并隨著器形的體形而延伸，使得裝飾的器物呈現(xiàn)畫面飽滿，富有生機活力的視覺效果。

耀瓷牡丹紋飾源于現(xiàn)實牡丹，牡丹屬于毛莨科芍藥屬植物。雖然耀瓷牡丹紋飾藝術效果看似線條富有張力，繁復華麗，其實內(nèi)有規(guī)律符合牡丹生長的自然習性，有跡可查。圖2步驟圖為雙刀刻纏枝牡丹紋飾筆筒，是由陜西省工藝美術大師孟紅娟老師刻制?？袒档は扔勉U筆描畫定位，然后用豎刀刻花出花頭、主筋脈和花葉，再用斜刀剃刻，剃刻后再用鐵制的刀具做篦紋，打篦紋做裝飾，最終上青釉燒制完成。孟紅娟老師現(xiàn)場刻花的作品極具耀州窯代表性，豎刀開路，斜刀削剔，線條和線條之間的穿插、排列及組合，不僅刻花技法呈現(xiàn)刀鋒圓活的動感，也使得整幅畫面主次分明、生動流暢。

總結(jié)牡丹紋飾的刻花思路，首先刻畫出雍容華貴的牡丹花頭，重點以牡丹莖干為主曲線進行整畫面布局，然后依據(jù)主路徑延伸出數(shù)個單頭牡丹或多朵牡丹紋樣并輔以枝葉，如果畫面還有空白空間，可以用輔助花頭或者葉子“填滿”。這種觀察視角有利于從繁復的耀瓷牡丹紋樣中厘清刻花的線性軌跡，也為下一步的數(shù)字化模擬生成提供了關鍵支撐。

三、參數(shù)化設計方法研究

數(shù)字科技的飛速發(fā)展產(chǎn)生了新的設計方法，不僅為傳統(tǒng)文化提供了新的設計思維、溝通體驗，也帶來了新的表現(xiàn)手段。參數(shù)化設計相對于陶瓷傳統(tǒng)手工藝是一種全新的設計思維與制作方法，能夠突破傳統(tǒng)思維的限制，可以將其中隱含的本土化美學秩序有效進行轉(zhuǎn)譯，從而生成新的器物形態(tài)、紋飾式樣、構(gòu)圖類型、工藝邏輯等因素的數(shù)字陶瓷語義。

（一）傳統(tǒng)耀瓷刻花工藝與參數(shù)化方法的關聯(lián)

通過分析牡丹紋飾的構(gòu)圖原理和梳理刻花成型的步驟可以看到，耀瓷精致、繁復的紋飾蘊具有極強的規(guī)律性，在牡丹紋飾刻花過程中所運用的設計方式有跡可循。而參數(shù)化方式本身具有極強的程式特點，利用參數(shù)的方式完全可以達到對傳統(tǒng)刻花手法生成的模擬，進而拓展成一種新式的耀州牡丹紋飾的數(shù)字紋飾。因此耀瓷牡丹紋飾刻花工藝與參數(shù)化設計方法有著緊密的相互關聯(lián)，利用參數(shù)化設計手段的耀瓷，不僅具有規(guī)重矩疊、不失其本的傳統(tǒng)耀瓷紋飾特征，也將會發(fā)展出別出機杼、煥然一新的新數(shù)字紋飾。

（二）袋鼠（Kangraoo）動態(tài)算法原理

Kangraoo作為一種能夠進行模擬物理運動的算法，可以模擬自然界中為數(shù)眾多的物理作用，從而幫助設計師快速探索不同的結(jié)構(gòu)形式。其工作方式是為每個頂點分配質(zhì)量和速度，并為每個受力對象所作用的一組點計算和施加力（例如彈簧的2個端點，或平面化力的4個頂點）。將所有作用在每個粒子上的力加起來，施加相應的加速度，然后重復一個阻尼項，使系統(tǒng)達到平衡。確定約束的空間，使用加權(quán)彈簧和碰撞空間系統(tǒng)來平衡生成需要的網(wǎng)絡，不斷運動的原因是力和受力距離的設定值大于網(wǎng)格到基準線形的距離，所以點會在范圍內(nèi)多方影響進行運動，進而形成圖形。整個圖案會產(chǎn)生彎曲的形狀，并具有優(yōu)雅自然的外觀，其核心原理，如圖3所示。Kangraoo這樣的動態(tài)算法具有和耀瓷牡丹紋飾刻花工藝相近的生成邏輯，因此采用Kangraoo并匹配相應的參數(shù)，對主要生成路徑進行有目的發(fā)散，并對發(fā)散的邊界進行約束，進行耀瓷牡丹紋飾的模擬，并積極拓展出新的數(shù)字紋飾。

（三）參數(shù)化設計流程

參數(shù)化設計方法的一般流程在不同領域有一定的差別，但其內(nèi)核完全一致，主要包含三個主要部分：（1）將設計影響因素參數(shù)化。這一部分需要設計師來依據(jù)設計目標確定與設計相關的因素，通過人為收集分析相關信息和約束條件進而合理的轉(zhuǎn)化為設計參數(shù)并導入計算機中。（2）建立參數(shù)之間的數(shù)學邏輯關系，這里數(shù)學邏輯關系是不同參數(shù)轉(zhuǎn)化為最終設計結(jié)果的關鍵，也是參數(shù)化設計過程的核心運算法則，參數(shù)關系的建立需要借助于計算機輔助軟件中的各種算法工具，通過為不同的參數(shù)建立合適的算法程序并整合在一起，最終形成了原始的算法模型。（3）輸入?yún)?shù)并運行參數(shù)之間的數(shù)學邏輯關系建立參數(shù)化模型，設計參數(shù)經(jīng)過設計算法模型的轉(zhuǎn)化，最終形成了可調(diào)控的設計方案模型[10-11]。其中如何建立參數(shù)之間的數(shù)學邏輯關系是最為核心的部分。具體到陶瓷參數(shù)化設計的方法，則需要首先將陶瓷設計的各種要素都轉(zhuǎn)化為以數(shù)字表示的參變量，借助Kangraoo算法建立參數(shù)邏輯關系，其次通過調(diào)節(jié)各個參變量的數(shù)值改變陶瓷形體及紋飾，獲得不同的設計方案，最后通過對比優(yōu)選確定最終的設計方案。參數(shù)化耀瓷設計過程中需要獲得精確、可控的各種要素的參變量數(shù)據(jù)，Grasshopper等軟件可以將一些約束條件，比如器物形態(tài)、紋飾式樣、構(gòu)圖類型、工藝邏輯等因素轉(zhuǎn)換為參數(shù)變量。通過Kangraoo算法可以獲得流暢多變、復雜交錯的形態(tài)，形成帶有差異性和自相似性的數(shù)字紋飾來契合耀州窯傳統(tǒng)文化，如圖4所示。

四、陶瓷茶濾器設計方案

耀瓷在歷史上大多以茶器等實用器皿的形式出現(xiàn)，因此選用茶文化衍伸的茶濾器產(chǎn)品作為方案驗證的載體。茶濾器體積不大，但是玲瓏精致的茶濾器可以輕易滿足基本泡茶的需求。根據(jù)圖4參數(shù)化設計流程，首先通過對耀瓷器物紋飾研究提取出6種不同的牡丹紋飾原型作為生成路徑，利用Kangraoo算法生成多種參數(shù)化平面紋樣，然后建立茶濾器的造型原型，并將生成的二維圖形貼合至模型上，實現(xiàn)平面紋樣的立體化，隨后再對立體模型增加泰森多邊形肌理豐富其產(chǎn)品效果，形成完善的設計方案，最終采用3D金屬打印的手段制作驗證。

（一）二維圖像生成

利用Kangraoo算法在約束條件下的物理運動模擬中，將其運行進程中某一個固化階段截取下來，選擇進化過程中的某一幀畫面作為生成完畢的二維圖像定格下來，最后選擇合適的二維圖像作為三維轉(zhuǎn)化的基礎。參數(shù)化設計的一個明顯特征就是具有可控不可知的生成結(jié)果。但是這種提取其中的參數(shù)因子進行轉(zhuǎn)譯不是傳統(tǒng)風格與符號的簡單模仿、拼貼與借用、而是將傳統(tǒng)意境產(chǎn)生的形式美和參數(shù)控制結(jié)合在一起。這種結(jié)合后可以產(chǎn)生更加多樣的空間幾何形態(tài)，從而呈現(xiàn)出更加豐富的視覺表達效果，進而生成了與耀州窯傳統(tǒng)文化相關的新語匯。

首先，根據(jù)耀瓷大多以圓形器物為主的傳統(tǒng)，確定以外部線為單體網(wǎng)格面做約束的空間。然后依據(jù)分析及提取牡丹紋飾的關鍵生成路徑，確定6種形態(tài)類似但內(nèi)部不相同的曲線作為參數(shù)化的生成路徑。以內(nèi)部的曲線為基準線形，在保留形態(tài)的同時，重建曲線并增加曲線的控制點數(shù)量。然后使用力學平衡形式來模擬傳統(tǒng)耀瓷刻花的生成方式，將每一個重建的曲線控制點添加力和控制距離，使點在互相的作用距離內(nèi)不斷地進行運動，而運動的范圍一直在網(wǎng)格限制區(qū)域內(nèi)，所以在動態(tài)成型過程中會源源不斷產(chǎn)出由于力的控制導致控制點不斷運動而牽動的不斷形變的復雜曲線，最終從中截取需要的圖形作為后續(xù)設計的紋飾圖案，如圖5、6分別為使用的Kangraoo算法電池圖以及6種不同內(nèi)部曲線通過Kangraoo算法生成的動態(tài)二維圖案。

（二）二維圖形轉(zhuǎn)換立體肌理

在圖案提取的步驟中通過算法得到了平面紋樣，將其貼合到茶濾器的造型曲面上生成立體的效果，即完成圖案從平面到立體化的過程。在Rhino軟件中簡單地通過投影曲線至曲面上的方式顯然難以達到滿意的效果，因此需借助Grasshopper中的Map To Surface（曲面貼合）功能實現(xiàn)平面圖案的曲面貼合，但也在屢次嘗試中發(fā)現(xiàn)曲面的形態(tài)和建立方法也會對圖案貼合的效果造成影響。比如簡單的球形、橢球形的曲面并不適合圖案的貼合，容易導致圖案變形，除此之外，通過旋轉(zhuǎn)而生成的曲面也會改變花紋的走向。經(jīng)過筆者多次嘗試，發(fā)現(xiàn)水滴這樣在造型上偏細長圓潤和有過渡變化的曲面造型更適合圖案貼合，從平面生成的立體效果有著自然生長形態(tài)的視覺效果。實現(xiàn)了平面圖案的立體化之后，通過Dendro插件的功能從曲線生成為有厚度的實體，得到了具有美感的鏤空花紋外殼，如圖7所示。

（三）增加泰森多邊形肌理

通過疊加算法，豐富產(chǎn)品造型，并加強產(chǎn)品使用功能。在上文圖案提取的步驟中通過改變算法的約束條件來生成復雜的平面紋樣，并將其立體化貼合到曲面上之后，得到的是具有擴散盛開的形態(tài)紋理的鏤空外殼，但作為茶濾器的設計來說，從功能角度考慮，其鏤空部位數(shù)量較多且空隙較大，并不能起到盛裝和過濾茶葉的作用；從造型設計方面考慮，目前的鏤空造型性的較為單薄，視覺效果不足。因此，對目前的初步設計方案模型加入泰森多邊形算法，可以對茶濾器表面鏤空部位進行適度的填補，同時也會為其表面添加豐富的參數(shù)化肌理效果，不僅豐富了產(chǎn)品的外觀造型給人以愉悅的視覺體驗，還使其從力學結(jié)構(gòu)上更為穩(wěn)定，形成最終的設計方案，如圖8所示。

（四）3D金屬打印制作

3D打印技術是一種增材制造技術，是通過對已建立的三維數(shù)字模型切片并規(guī)劃路徑之后，再通過材料堆砌的方式層層堆積最終形成實體模型。參數(shù)化設計的特點致使最終的設計結(jié)果變得更為復雜，而對于這類較為復雜的產(chǎn)品形態(tài)來說，其生產(chǎn)制造更適合采用3D打印技術。金屬3D打印是采用金屬粉末作為原材料的3D打印技術，成型工藝較為豐富，針對泡茶器的模型制造，可以采用選擇性激光熔融（SLM）的金屬3D打印工藝，相比其他類型的金屬打印方式，選擇性激光熔融（SLM）制造出來的金屬零件具有更高的尺寸精度和致密性、力學性能，表面也更為光滑，適合用于制作此類結(jié)構(gòu)簡單但形態(tài)復雜的產(chǎn)品[12]。

考慮到產(chǎn)品實際使用時開合的狀態(tài)以及加工制造上的難度，茶濾器在結(jié)構(gòu)上設計了適合一體打印的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)卡合方式。為方便旋轉(zhuǎn)開合將上下兩部分配合的邊緣處由自然的弧度改成水平，以便于加工制造和裝配使用。材料上選擇316金屬粉末使用SLM100設備進行3D打印。最終獲得如圖9的實體金屬產(chǎn)品。通過實驗表明，文章提出的方法能夠有效地通過參數(shù)化生成的手段得到數(shù)字耀州窯紋飾，并且在新紋飾的一致性、平滑性和美學等客觀指標上獲得預期目標。

結(jié)語

文章提出了一種基于傳統(tǒng)耀州瓷牡丹紋飾的參數(shù)化圖案梳理、轉(zhuǎn)化、生成的設計方法。利用參數(shù)化設計手段，結(jié)合Grasshopper編程軟件的Kangraoo的動態(tài)算法，模擬傳統(tǒng)耀瓷刻花的方式生成新的數(shù)字圖案，進而投射到三維形體上，形成可視化肌理。最終利用3D金屬打印的方式，完成參數(shù)化設計及制造的數(shù)字過程，驗證了利用參數(shù)化重新設計生成傳統(tǒng)耀瓷植物紋飾的可行性。研究結(jié)果表明耀瓷牡丹紋飾在數(shù)字技術條件下可以衍生出更豐富新穎的表現(xiàn)形式，審美和實用功能得到升華，也體現(xiàn)出鮮明獨特的耀瓷文化個性。數(shù)字耀瓷在不斷的技術發(fā)展和形態(tài)進化的過程中，在繼承傳統(tǒng)陶瓷美學理論的基礎上也將會演變?yōu)橐环N新的數(shù)字美學形式，為中國其他歷史名瓷突破瓶頸提供了寶貴的經(jīng)驗。