基于參數化設計的竹編工藝產品數字化保護研究

許通

關鍵詞：參數化設計；Grasshopper；竹編；非遺工藝；數字化保護

引言

竹編工藝是中國的非物質文化遺產。自殷商時期以來，經過了7000 年的發展，已經衍生出了數百種竹編編織技法與紋樣，這是工匠們在長期生產實踐中的成果。然而，這一傳統技藝的后續繼承者逐漸減少，許多技能也因此喪失。文化和旅游部就2021 公布的《“十四五”非物質文化遺產保護規劃》，促進了非物質文化遺產的廣泛傳播和發展。在國家實施振興傳統工藝計劃背景下 ，探索傳統手工藝類保護創新發展，以充分利用其優勢，更好地滿足當代的需求；將其與當代社會的現實聯系起來，是當前重振民族手工業的一項緊迫任務。促進全民教育，引導社會進行廣泛的社會實踐和研究；推動文化遺產與旅游業融合，促進文化遺產與現代生活項目融合。在中國傳統手工藝的發展史上，竹編工藝占有舉足輕重的地位。體現了民族的智慧與文化，但是當前竹編工藝確實面臨著一些問題。在很多地區，竹編工藝面臨正處于“后繼乏力”狀態，青年群體對學習竹編工藝缺乏興趣，同時大部分的竹編手工藝人由于固化理念導致創意不足，而設計師的創新設計頭腦正是由于缺乏技術知識，在進行相關產品設計時存在一定難度。

本文以竹編工藝臺燈設計為例，探討了如何基于GH 參數化技術來提高竹編產品開發效率，從而實現其數字化保護。希望通過分析傳統竹編織結構，實現傳統編織向數字編織的轉化 ，將原本竹編匠人具身認知轉化為數字化下的參數化程序，減輕設計師在編織產品創新設計中的工作量，并通過現代設計來為竹編產品賦予更多新的可能性，從而拓寬竹編產品設計范圍。參數化設計方法實現了傳統編織結構的復現和再造，也為編織文化的傳承和發展提供了新的思路。

一、傳統竹編工藝概述

竹編是一種以竹子為原材料進行編織成型的造型技法，在我國民眾生活中具有重要的地位和作用。竹編工藝是集合了竹子的柔韌特性和人類的智慧技巧的產物，是事物的客觀規律和人類的主觀能動性的結合。具有獨有的工藝造型和藝術價值魅力[1]。

我國的傳統竹編工藝歷史悠久，根據相關文獻資料，人類早在新石器時代，便開始使用竹編用品。歷經朝代變更，如今竹編工藝已經在我們生活的方方面面，我國傳統竹編工藝是應人們的日常生產、生活需要而生的，一般用于制作各種生活用具和手工藝術品，具有極高的實用價值和觀賞價值。在竹編的發展過程中，因為各個地區地域文化不同，不同區域的竹編都表現出濃郁的地域特點，如浙江的東陽竹編與嵊州竹編，四川的青神竹編與瓷胎竹編，江西的瑞昌竹編，不同地域的竹編已然成為一種極具特色的文化符號。

（一）竹編編制工藝手法

竹編工藝作為我國一項傳統手工藝，雖然在不同地域的竹編藝人在進行竹編造物時所采用的流程都是不盡相同的[2]。但是總的來說，整個制作過程需要基本包括竹材選擇、竹篾制作及竹篾編織等3 道工序。

常用于編織的竹類為慈竹、水竹、毛竹、單竹、棉竹、青皮竹等。由于不同竹材的性能存在差異，針對不同編織產品的需求，往往會采用不同的竹材，像毛竹這類性能比較好的竹材，適合編織精美的生活用品，而編織一些生產類器具時，會選擇慈竹這類產量較大的竹子。

將竹子加工成竹篾的每一道工序都有著相應的工具。其中常用的有手鋸、篾刀、刮刀、刮刨等。竹篾制作過程一般通過鋸竹、卷節、對分、分塊、劈蔑、劈絲、過劍門、刮青8 個步驟。

經過加工處理得到的竹篾和竹絲，接著進入竹編技藝的編織工序，編制方法是通過竹篾之間的交織穿插來完成。竹編的編制技法根據編織對象通常分為平面編織和立面編織兩類。

平面編織通過經緯軸的交錯變化，結合竹篾寬窄，顏色，完成平面圖形的編織。例如竹編字畫、竹編屏風、竹席等。平面編織產品表面光滑，外形美觀。立面編織工序更為復雜，常用在竹筐、竹籃這類生活用具，還有竹編創作的工藝品，立體編織通常包括3 個步驟，即起底、編織和收邊。

（二）竹編編織紋樣類別

織紋樣是編織工藝中重要組成部分，竹編藝人使用不同規格的篾絲與竹篾通過編織技巧進行排列、交替等組合，形成變化萬千、絢麗多彩的紋樣圖案。雖然，竹編編織工藝形式多種多樣，但是最終都離不開“挑一壓一” 的基本編織技法，所有的編織技法都是在其基礎上不斷發展和演化而來的。常用編織法以“挑壓編”為主，“挑”就是編篾在被編篾的下方，用編篾 挑起別編篾，“壓”就是編篾在被編篾的上方，用編篾壓住被編篾。根據挑壓變化不同，又延伸挑一壓二、挑二壓二不同種類。再結合不同寬窄的竹篾產生更多的紋樣。常見的編織法有十字編、三角編、六角編等如表1 所示。

（三）竹編工藝發展現狀

1. 在傳承方面缺乏繼承人

我國傳統手工藝主要是師傅傳徒弟。傳統手工藝繼續口傳心授。因此，大多數傳承人只是在這方面有比較好的技能。實踐能力強，但對相關理論不是很熟悉。如今，傳承人文化水平不高已成為非遺傳承的制約因素，直接影響項目的深入研究和傳承推廣。此外，在培養新一代傳承人的工作中，部分家長受社會環境影響，認為子女接受高等教育后應進入社會新興產業。也在一定程度上減少了流向傳承團隊的青年人才。

2. 市場競爭力不強

傳統竹編工具作為生活生產用品，隨著時代的發展，人們需求的改變，竹編產品逐漸轉為工藝產品，很多傳統竹編產品已經是博物館里的藏品，如果沒有文字說明，很多人甚至連名稱都說不上來，對其功能和用途就更不清楚了。其市場份額萎縮的現狀，促進著竹編產品的迭代更新以便適應當代人的生活。但從產業發展效益看，當地仍以簡單加工為主，產品附加值不高，非遺文化價值未能得到充分體現，文創產品同質化嚴重。

二、參數化的基本概述

（一）參數化設計概述

參數化是數字化設計中的重要技術。參數化是一種起源于數學并應用到各個領域的術語，取決于各種參數多維度之間的關系，用規定的數值計算。

參數化設計是以各個特征的參數規律作為設計依據。每個參數代表一個重要的特性，通過設計每個特征的參數和數據之間的內在聯系產生了設計所需要的表達形式。在當代的設計中，參數化設計被廣泛地運用到了建筑的設計之中，其中扎哈·哈迪德的設計的北京銀河SOHO、廣州大劇院等作品在世界各地都具有相當的影響。近些年來參數化設計已經延伸到各個設計領域，如寶VISIONNEXT100上的表皮紋理，耐克的3D 打印跑鞋等。鄧衛斌、宋仁慈、李珺利用參數化設計方法，打破慣性思維為玩具產品造型提供無限可能性；沙強，閆文麗將參數化設計方法應用在汽車輪轂形態設計中，得到了個性化需求下參數化輪轂設計的方法步驟。這些對參數化設計的研究與利用，為接下來的參數化竹編研究提供了指導。

（一）Grasshopper 建模平臺與建模邏輯

Grasshopper 是 Rhino 的可視化編程插件，其主要工作方法是使用圖形編程語言，并與 Rhino 的3D 建模工具結合在一起使用[3]。GH 通過運算器來處理數據，每一個運算器包括輸入與輸出端，把所有的程序語言按照設計的目的，用類似連接電池的方式將其組合起來，形成一個嚴謹的邏輯結構。設計師并不需要對腳本語言有太多的了解，只需要簡單的算法編輯就可完成大部分的建模功能工作，將自己的想法在三維的虛擬空間中快捷地展現出來，并且可以根據自己的需求通過調節參數來調節設計目標的形狀，并且在可視化的界面上，實時地看到產生的形狀的變化。Grasshopper 最突出的特征是即時可見的、邏輯思維的、動態變化的、通用的、可變的。grasshopper 操作界面見。

Grasshopper 的邏輯構建過程中最重要的是算法規則的構建，通過研究設計目標的數學邏輯與參數化模型建立聯系。之前要在Rhinoceros 環境下，要建立一個球體，可以通過簡單幾個步驟來實現，首先繪制截面輪廓線，使用旋轉成型命令，輸入旋轉角度，最后得到模型。但是當我們需要一個半圓，就必須重復以上的步驟。

在 GH 環境下，我們僅需尋找一個最關鍵的參數單元：旋轉曲面。當我們理解了旋轉曲面所需的參數、旋轉軸、截面輪廓和旋轉角度，那么通過參數單元之間的相互作用，將自動構建一個完整的球體。 因此，如果我們只需要一個半圓形表面，就可以立即修改旋轉角度參數 。

（二）參數化竹編工藝設計優勢與意義

在傳統的產品設計中，設計師在面對相對復雜的產品，工作量也比較大，而且要做大量的重復操作，并且需要對產品方案進行調整時需要重新進行建模，以往對編織產品進行設計時，需要設計師對每一個產品都進行建模，因此十分耗費設計師的時間和精力[4]。Grasshopper 通過數學邏輯與參數化模型建立聯系，先將編織技法利用參數化建模工具通過編程表達出來，設計人員可以選擇所需要的編織方式，并通過對相關參數的調節，得到自己所需要的效果，繁瑣的重復運算則是由計算機完成，大大降低編織產品設計的門檻。

而參數化設計的參數調節與即時可見功能，在進行設計的推導與優化時，可以讓設計人員通過調整參數，快速地觀察產品造型變化，獲得新的設計方案。在大量的設計方案中，設計師可以從中找到最滿意的設計，避免了重復的設計過程，同時也可以通過對設計結果的變化進行直觀分析，對設計的細節不斷進行修正。參數化的設計具有即時可見的反饋功能，使設計者能夠更好地進行調節，減少了開發時間，并大大地提升了工作效率。

參數化設計主要是對竹編的形態規則進行解構，進行生成邏輯的解析，并利用相應的算法進行數字化轉換，并利用參數化的建模技術，幫助設計師完成相應的產品設計。在竹編造型語言的基礎上，修改產品的形態，豐富產品的種類。更好地滿足了當下消費者對于個性化的需求[5]。

三、竹編結構參數化技術實施

（一）竹編技法參數化設計方法

參數化技術運用在竹編產品設計中，以參數化技術來實現對竹編工藝產品的數字化保護[6]。首先，我們需要對傳統編織結構進行特征提取，找準編織技法的相關特性，對竹編編織工藝特征進行分析與提取；在明晰竹編編織特征后，通過匹配相應的算法程序，對竹編編織進行編程式建模，并對其程序進行確定參數以及優化參數；將竹編編織參數程序構建出來后，我們可以自由地將其程序運用到各個產品模型上，同時可以開發一套終端交互程序讓用戶自己靈活自由地選取相關編織紋樣，運用到任意自己想要的產品模型上；最后根據模型進行材質渲染，形成最終的設計方案。

（二）竹編技法參數化研究

竹編幾何紋樣中的幾何圖形有規則地排列，其中蘊含的規律變化，適合通過Grasshopper 算法邏輯進行參數化建模[7]。以挑一壓一竹編結構為例，在進行參數化構建過程，首先要確定構建的曲面，通過Surface 電池輸入，使用Divide Surface 運算器調整曲面的UV點的數量，UV 點的數量代表著最后竹篾的數量；接著用Dispatch運算器將UV 控制點分為“正分界點組”和“負分界點組”、并根據點在曲面上的法線方向偏移，偏移的距離代表著挑壓的高度；Weave 運算器將正負點組重新排序；使用Interpolate 將點連接起來，生成多個連續的波浪曲線；使用Flip Matrix 翻轉點陣的U 軸方向和V 軸方向的排列，重復以上操作，得到另一方向的編織曲線軌跡；設置截面竹篾參數，通過Loft 運算器生成編織結構。過程如圖1 所示。借助grasshopper 運算器生成常見的挑壓關系，并通過調節經緯數量、挑壓高度、截面參數等變化，可以衍生出豐富的竹編，竹編結構的參數化程序見圖2。

在明確竹編幾何紋樣圖形以及GH 插件的算法流程后，我們對參數化竹編與不同的產品形態進行一一配對試驗. 我們發現對竹編編織紋樣模型進行參數化建模后，可以很好地適配到各種產品形體上，并且能產生很好的效果。通過試驗可以證明基于GH 參數化技術的竹編編織工藝產品設計可以起到比較好的效果，以及可以實現竹編編織工藝的數字化保護。

四、基于GH技術的竹編工藝產品設計

（一）竹編工藝產品設計策略

1. 確定造型，在進行竹編工藝產品相關設計時，需要先在Rhino 或 Grasshopper 中完成基本造型曲面建模。

2. 提取需要實現竹編效果的曲面設定到 grasshopper 的 surface電池中，再使用以上編織形態生成方法即可得到所需的竹編形態。

3. 設計師可以通過調整挑壓高度，密度，間隔，以滿足不同的設計要求。實現編織結構在產品應用上的參數化控制，通過在Grasshopper 中完成了產品形態調整與最終方案的生成。

4. 把我們需要的最后的設計方案“Bake”到 Rhino 或者其他的軟件中去，進一步對方案進行調整以達到最佳效果 ，并且可以借用keyshot 等渲染軟件對產品材質與顏色進行調試，輸出風格迥異的產品結構樣式。

參數之間的聯系借助運算器產生聯系，通過調整某一個參數產生聯動作用，進而影響產品的最終形態。參數化設計方法可以協助設計師將設計理念融入竹編產品的設計之中，大大地提高了產品的設計效率。

（二）竹編工藝產品設計實踐

通過對竹編工藝編織紋樣的梳理與總結，利用Rhino 軟件里的Grasshopper 插件對竹編編織紋樣進行參數化編程式建模，我們通過對Grasshopper 插件的學習，以及前期對竹編編織手法與紋樣的學習與理解，梳理出竹編穿插結構的邏輯與關系，最終搭建出竹編編織紋樣參數化模型庫[8]，見表2。

在構建出竹編編織紋樣參數化模型庫后，我們就可以靈活設計模型方案。在本次方案中，我們挑選臺燈造型方案，來驗證以GH技術為基礎的竹編編織紋樣參數化設計方法，以此來實現竹編編織工藝的數字化保護。我們首先需要手動用RHINO 軟件構建出一個臺燈的造型模型。

在構建出臺燈的造型模型后，我們通過在 Grasshopper 完成了產品形態調整與最終方案的生成，將9 款不同的竹編編織紋樣參數化模型分別貼在臺燈的造型模型中臺燈燈罩的表面，形成9 款擁有不同的竹編編織紋樣的臺燈造型設計。最后，未來進一步對方案進行調整以達到最佳效果 ，我們接著來渲染軟件keyshot 對竹編編織臺燈產品的色彩與肌理材質等多方面進行調試，輸出風格迥異的產品結構樣式。9 款不同的竹編編織臺燈設計見圖3。通過結合基于產品特定功能的創新設計思維、參數化Grasshopper 技術對傳統竹編工藝產品進行的開發、提取和重新設計，賦予了竹編工藝文化產品新的光彩，優秀的竹編結構可以進行改造和重構，改變原有的竹編工藝設計思維，使竹編工藝產品的設計在現代技術的加持下更加科學和實用。

（三）竹編工藝產品設計場景渲染

最后，為了進一步強化竹編工藝臺燈設計效果，我們從9 款不同的竹編編織紋樣臺燈設計造型中，分別挑選兩款不同的竹編編織紋樣進行場景渲染，見圖4。以挑選出來的兩款竹編工藝臺燈設計為例，臺燈的燈座部分主要用于工業生產，減少了當地生產短缺和產品供應鏈瓶頸，降低了產品成本，提高了產品質量。臺燈的燈罩采用竹編工藝技術，竹編技術運用參數化 Grasshopper 插件，根據設計師和編織者的主觀創意性，從構建的竹編工藝編織紋樣數據庫中選擇。數字化和參數化的竹編生產方法為竹編工藝產品的生產與實踐提供現代設計解決方案。在竹編工藝產品開發過程中，團隊致力于為本地文化創意產品的開發和工業生產方式相融合，提供新的開放創新模式，同時提高產品價值并有效控制成本[9]。竹編工藝的參數化設計是傳統技術和現代數字技術的融合與發展，打破了傳統工藝、傳統材料對竹編工藝品的造型的限制，使竹編形狀在現代技術的加持下，更加多樣、豐富和廣泛使用。最后，通過竹編參數化技術的實踐，檢驗了竹編形態參數的設計方法和Grasshopper 參數模型的合理性和科學性，發現參數化的建模結果與實際竹編工藝效果一致。

結論

竹編作為中國重要的非遺文化之一，在從傳統生產工具向現代工藝和藝術品過渡的過程中，由于工藝的復雜和繼承人的丟失，竹編產品作為生活必需品逐漸被現在工業制成品取代。因此，振興竹編產業的關鍵在于提高竹編生產技術水平，更好地滿足現代市場的需求。該項應用設計研究，為現代設計師和竹編工藝人員提供了參考方案，由于參數化設計直觀可視化的特性，可以促進竹編工藝的生產效率，以及推廣和發展。讓傳統的竹編工藝再放異彩。將竹編編織紋樣參數化是傳統技術與現代計算機技術的融合，取代了傳統手工藝的缺點、傳統材料以竹編模具束縛，使得竹編工藝品造型更加多樣、豐富和廣泛使用。通過竹編工藝參數設計的實踐，驗證了竹子和GH 參數化技術相結合的合理性與科學性。參數化設計對傳統竹編工藝的傳承、發展和保護起到了積極的作用。使傳統竹編工藝更符合現代審美需求和市場需求。