參數化設計在室內界面裝飾中的應用

白迪 張玲

（中國礦業大學建筑與設計學院，徐州 221116）

在信息技術快速發展的當下，傳統的室內界面裝飾設計方法顯然已經無法滿足人們的審美需求與情感需要，因此室內界面裝飾需要在設計手段與技術上做出一定的調整，參數化設計作為一種新的設計手段與技術早已成熟地應用于建筑表皮的界面裝飾上，并且創造出大量令人驚嘆的設計作品。作為建筑設計的衍生，將參數化設計引入室內界面裝飾能夠提供新的設計思路與設計形式，為室內設計帶來新的設計語言[1]。因此，在參數化設計特性的影響下，室內界面裝飾設計具有較高的可塑性，可以在設計階段生成大量的連續差異方案[2]，從而大大節省設計師在重復勞動中消耗的時間，提升設計效率減少設計成本。此外，參數化設計結合了不同的設計元素、設計手法，有利于設計師創造出具有新鮮感的設計，推動室內界面裝飾的發展。

1 相關概念解析

1.1 參數化設計

1.1.1 參數化設計的概念

Rhino 原廠技術工程師Dixon 曾將參數化設計定義為：“參數化設計的本質就是用編程手段達到傳統方法無法達到的境界”。清華大學的徐衛國教授曾定義：“參數化設計就是參變量化設計，即設計是受變量控制的，每個參變量控制或表明設計結果的某種重要性質，改變參變量的值就會改變設計結果”[3]。結合兩位學者對參數化的定義，參數化設計是通過編程技術對設計對象進行變量的處理，而變量的關鍵在于建構邏輯與設計數據之間的關系，通過編程手段將影響設計的可變量元素連接在一起，從而構建一個可調整的參數模型，再通過計算機軟件的轉譯將參數模型轉化為可視化的圖像，最終通過反復修改參數來改進優化設計的內容直至設計作品完成。總而言之，參數化設計的核心是建立每個變量要素之間的關系，形成相關的邏輯系統，通過輸入不同的參數從而得到不同的設計結果。因此，是否能夠創建關聯系統是確定它是否屬于參數化設計的基本標準[4]。

1.1.2 參數化設計的特征

1）非線性特征。參數化設計具備非線性的特征，非線性是指在一定變量關系與數學關系下形成曲線或曲面及不確定的屬性關系[5]。參數化設計的非線性特征體現在使用復雜的多個參數去建構設計結果，而非簡單的運用單個簡單的變量來決定設計方案。參數化的非線性特征使得設計結果受諸多要素的影響，在多重變量影響下的參數化設計程中，設計邏輯與最終所產生的造型均呈現出非線性內涵[6]。

2）高可塑性特征。參數化設計具備高可塑性特征，由于參數化設計是由參數的改變來控制設計結果的，因此在一個參數化設計系統中改變一個或多個參數就能使設計方案完成修改工作，文章以Rhino軟件中的Grasshopper 參數化平臺為例。如圖1 所示，這是一個由參數化設計生成的公共座椅，其中座椅的曲線高度由Graph Mapper 的正弦函數曲線控制，只要通過改變函數曲線就可以達到改變座椅形態的效果。因此，在設計中參數化具有較高的可塑性，只要參數形式的內在邏輯關系沒有改變，參數化設計就可以讓設計師游刃有余地往返于“過去”與“現實”之間[7]，從而在減少設計成本的同時，提高設計師的設計積極性，從“避免改動”推向“鼓勵改動”[8]。

圖1 參數化座椅設計

3）嚴謹性特征。參數化設計具有嚴謹性特征，參數化設計需要建構系統的參數化邏輯關系，對設計要素進行量化處理，設計的形式輸出取決于運算法則的制定和輸入的參數，而非個人審美等主觀偏好[9]。因此，設計師要通過嚴謹的邏輯去建構參數化設計的程序，串聯可量化的各個元素從而得到設計結果。

4）多元性特征。由于參數化設計的介入，多領域的學科知識被廣泛的應用于設計學領域。例如：藍天組通過參數化技術將音樂轉譯為建筑形態；扎哈設計事務所通過參數化力學模擬設計空間造型；巴爾蒙德通過參數化將分形理論應用于建筑表皮。縱觀設計大師的參數化設計作品，其中不乏多學科領域的知識，而參數化則可以作為設計學與其他學科交叉融合的橋梁，為空間設計注入更多的活力[10]。

1.2 室內界面裝飾

室內設計歷來注重界面裝飾，界面裝飾曾在歷史上同室內設計等而視之，幾乎成了室內設計的代名詞[11]。作為室內空間中最重要的設計內容，室內界面裝飾主要是由室內空間中的各個圍合面組成，例如地面、隔斷、墻面及天花板等。設計師需要通過設計填充這些界面，使室內界面在視覺上和內涵上更為豐富，以便傳達更多的信息與含義，從而達到豐富室內空間視覺層次的效果。

2 參數化設計在室內界面裝飾中的應用方法

2.1 力學擬態手法

自然界中存在著豐富多樣的形態樣式，自然元素在室內界面裝飾中的運用方法一直是室內設計師們津津樂道的話題。然而設計師對于自然形態元素在室內界面裝飾中的應用往往缺少一種有效的方式，常規的設計手法難以對自然形態進行具象化表達。如被風吹拂的水浪、自然侵蝕形成的巖洞、自由生長的樹枝等自然形態，難以出現于使用傳統設計手法生成的室內界面裝飾設計中，而參數化設計則可以通過力學擬態的手法將自然元素以合乎邏輯的形式運用于室內裝飾界面當中。以Grasshopper 參數化平臺為例，設計過程中可以借助Kangaroo 力學模擬插件對設計對象施加拉力、彈力、風力等力的影響，從而用室內界面裝飾模擬真實自然形態的效果，如圖2所示，從而為觀者提供豐富的自然生態視覺體驗。

圖2 參數化力學擬態手法的應用過程

2.2 吸引子干擾手法

吸引子干擾手法涉及物理學“場”的概念，“場”是一種特殊物質，它是以時間和空間為變化量的物理量，它無處不在地均勻分布于空間中，吸引子就是利用“場”的作用來使場內的各要素相互作用。吸引子可以進行多個場的疊加，在多重的作用下影響其他的相關要素[12]。在室內界面裝飾中常見的吸引子干擾手法有點吸引子干擾與線吸引子干擾。點吸引子干擾是將界面裝飾單元與點因子之間的距離作為干擾參考因子，從而來建構界面裝飾單元與點吸引子之間的關系。如圖3 所示，參數化設計程序將編號0 至9 的裝飾單元中心點與干擾點之間的距離作為干擾參數，并將它映射到0 至1 區間內，最終將映射數值作為單元縮放值，如表1 所示。曲線吸引子干擾也與點干擾的原理大致相同，只是將干擾要素從點變為了線。運用參數化的吸引子干擾手法，有助于避免室內界面裝飾圖案均質化現象的發生，有利于塑造更為個性化與多樣化的界面裝飾視覺效果。

表1 點干擾案例中的對應參數

圖3 參數化力學擬態手法的應用過程

2.3 循環迭代手法

循環迭代手法源于分形理論的迭代特性在參數化設計中的應用。茂密的樹木是由大量分叉的樹枝迭代生長而成、蜿蜒曲折的河流是由若干相似的支流組合而成。看似紛繁復雜的事物本身內部卻存在一定循環迭代的邏輯規律[13]，但是由于具備分形迭代規律的界面裝飾對精度的要求較高，傳統手工描繪設計既要耗費大量時間又無法保證繪制精度。而參數化設計可以輕而易舉地將重復設計的內容進行循環迭代。如圖4 所示，通過使用Grasshopper 參數化平臺的Anemone 插件建構迭代程序，簡單的正方形圖案在通過多次旋轉縮放循環迭代處理后，形成了具有豐富層次的裝飾圖案。

圖4 參數化循環迭代手法的應用過程

循環迭代作為參數化設計在室內裝飾界面中應用的常見手法之一，它能將簡單的裝飾元素進行循環迭代處理，在提升室內界面裝飾價值與藝術價值的同時，還具備提高設計精度與設計效率的實用效果。

2.4 Voronoi 分割手法

Voronoi 譯為泰森多邊形，它是由俄國數學家沃羅諾伊提出的，是針對空間分割的一種算法[14]。隨著當代計算機圖形技術的迅速發展及數字化設計的不斷興起，設計學領域學科交叉研究等已經成為了一種潮流。泰森多邊形作為經典幾何分割空間的方法已經被廣泛運用于參數化設計，以生成建筑表皮與建筑空間結構。例如，著名的北京“水立方”國家游泳中心的外表皮就運用了參數化Voronoi 分割設計手法。室內空間是建筑的延續，泰森多邊形在建筑設計中的應用，同樣也適用于室內空間。參數化Voronoi 分割手法的應用能賦予室內界面裝飾多變的幾何形態，在營造豐富的視覺層次同時，還能對不同裝飾界面進行整體的把控和調整，使豐富的室內界面裝飾幾何形態與室內空間產生對話。將參數化設計的Voronoi分割手法用于室內界面裝飾是一個明顯的、進化的、創造性的語言探索和實踐創新的過程[15]。

3 參數化設計在室內界面裝飾中的應用實踐

如圖5 所示，一面長6 900 mm、高3 000 mm 的室內界面被均分為四個展示設計實踐的載體，基于參數化設計在室內界面設計中的應用手法邏輯，運用Rhino 的Grasshopper 平臺完成對電池組件的構建，如圖6 所示。

圖5 室內界面的參數化設計應用展示

圖6 參數化界面設計電池組件圖

從左至右第一個裝飾界面部分運用了迭代循環的參數化設計手法，操作流程主要分為3 個步驟：第一步是對迭代程序的構造，通過Rabbit 插件L-System與Turtle 組件完成迭代樹形線性形態的生成，主要通過Panel 組件設定公理（Axiom）為F、迭代規律（Production Rule）為F=F[-F][+F]、迭代次數為5 來運行；第二步是對線性輪廓的塑造，通過Project 組件將生成的樹狀結構線投射至裝飾界面上，接下來運用Surface Split 組件對投影線與原始界面進行分割處理，在獲得每一個分割面后運用Area 組件求面的中點，并以此為基準完成對分割面外框線的縮放；第三步即是生成面與體積，將分割面的外框線與縮放線通過Boundary Surface 進行封面處理，并以此面為基礎，使用Extrude Surface 組件擠出相對應的厚度完成最終迭代循環裝飾界面的生成，如圖7 所示。

圖7 迭代循環設計手法應用過程

第二個界面應用通過參數化Voronoi 分割手法進行裝飾設計，該界面是由三層大小不一的泰森多邊形切割面組成，首先都是通過Populate 2D 組件在界面外輪廓線內生成12 個點，接著將這些點輸入給2D Voronoi 組件生成泰森多邊形，隨著大致形體確認后，運用Area 組件求得各個泰森多邊形的中點，以這些中點為基準輸出給Scale 組件對圖形外輪廓進行縮放從而獲得內輪廓線。隨后通過Divide Curve 與Nurbs Curve 兩個組件對內輪廓線進行打斷重塑，最終將重塑后的內框線與外框線成面，獲得第一層形態，如圖8 所示。后兩層泰森多邊形面也是同樣的生成邏輯，只是修改了輸入給Populate 2D 的數值，從而影響最后泰森多邊形生成的數量。

圖8 Voronoi 分割手法設計應用過程

第三個界面是由參數化線性吸引子干擾設計而成，大致上可以分為三個步驟：第一步是構建干擾源與被干擾對象，該界面中的干擾源為一條S 形曲線，被干擾對象則是通過Iso Trim 組件處理后的60 個矩形面；第二步是將干擾因素量化為干擾數值并將它作用于被干擾對象上，實際操作中是通過Area 組件運算出各矩形的中點，并通過Pull Point 命令求得各中點到曲線的最短距離，這些距離數據通過Remap Numbers 組件被映射至0 至1 區間內，接下來將這些數據作為干擾值去縮放矩形面；最后一步是通過成面、擠出等操作完成對裝飾界面形體的構造，如圖9 所示。

圖9 吸引子干擾手法設計應用過程

最后一個界面演示了力學模擬參數化設計手法的應用流程，主要包括設置作用力及受力載體，如圖10 所示，受力載體為被Quad Panels 組件劃分的網格面，設置的作用力是由Kangaroo 插件的Wind Mesh組件生成的風力。在設置好這兩個基本要素后，為了保證受力載體整體位置的固定不變，還應該通過Naked Verctices 組件提取固定點（Anchor Points）。完成以上操作后接入Boolean Toggle 與Timer 運算器就可以進行界面受風力影響模擬，并獲得相對應裝飾界面的形態。

圖10 力學模擬手法設計應用過程

4 結論

研究表明，在室內界面裝飾領域運用參數化設計，既有助于擴展室內界面裝飾形態的多樣可能性，也有利于降低設計成本。研究的創新點在于通過案例分析及設計實踐總結出參數化設計在室內界面裝飾中的四種應用設計手法及操作流程，為參數化設計在室內界面裝飾領域的應用提供參考。但是目前國內參數化設計在室內界面裝飾中的應用研究仍然處于萌芽階段，具有廣闊的開發空間，如針對復雜形態的界面參數化研究，需要建構相對應的參數化邏輯，進行大量的參數化設計嘗試。在未來的研究上，可以結合其他相關理論和方法，不斷完善室內界面裝飾設計，從而設計出更為多元化及個性化的界面裝飾。