基于唐卡紋樣的形狀文法參數化設計研究

引言

紋樣是極具符號意義的圖案，這些紋樣的設計中體現著藝術與科學之間的緊密聯系，有著穩定的形式表達和文化內涵。這些紋樣或者圖案形式雖然來源于生活經驗、自然現象等，但其間包含著有序的形態規律和嚴密的數理邏輯，并非純粹地模仿自然。在歷史的不同時期，不同地域有著對紋樣的不同理解。唐卡藝術作為藏族地區獨特的民間藝術，擁有豐富的藝術與文化內涵，既是藝術的表現形式，也是文化傳承的重要載體。隨著數字技術的快速發展，傳統手工藝作品面臨著傳承和創新的挑戰，如何通過現代技術手段對這些紋樣進行數字化保存和再創造，成為藝術傳承的重要課題。隨著計算機圖形學、計算機輔助設計技術的發展，以及數字和圖形設計的結合，提高了設計師的理解能力和感知設計能力，使圖案及紋樣設計更科學、更可靠[1]。本研究旨在探索唐卡紋樣的數字化設計方法，結合形狀文法與參數化設計技術，同時輔以生成式人工智能（Artificial Intelligence Generated Content，簡稱AIGC）進行設計衍生與藝術風格創造，該設計流程的核心在于將依賴于傳統的手工繪制的紋樣轉化為可自動生成的設計模型，提供既保留傳統文化元素，又具備現代創意和設計效率的設計框架。研究首先通過對唐卡作品中的裝飾紋樣進行量化分析，提取其中常見的裝飾紋樣圖案特征。接著利用形狀文法構建基礎規則，結合參數化設計工具對紋樣進行重建。最后利用風格衍生設計，賦予新的藝術風格，并通過主觀評價驗證設計效果。

一、唐卡藝術概述

（一）熱貢唐卡藝術

唐卡藝術是我國藏族文化中獨具特色的一種藝術形式，反映著西藏地區地域文化、政治經濟、宗教文化等意蘊內涵[2]。唐卡藝術的制作者常用布面作畫，絹本裝裱，并用金、銀、珍珠、瑪瑙等珍貴礦物材料為顏料，在保留藏傳唐卡藝術的基礎上也融入了中原文化的特色。隨著目前針對熱貢藝術的宣傳慢慢地走向開放，傳統藝人通過作品在外巡展、講解與傳授，對外來學生教授唐卡藝術技藝，為唐卡藝術這一非遺文化的傳承作出了重要貢獻。但目前針對唐卡熱貢藝術作品主要依賴于藝術家的精心繪制，這使得唐卡藝術作品有著極強的藝術價值，往往其單幅作品的價格非常昂貴。同時因唐卡藝術本身屬于藏族地區非遺文化且繪畫主題具有宗教色彩，故較難形成傳播的普及化及受眾群體的年輕化。

本文提出以熱貢唐卡藝術中典型的裝飾紋樣為例，結合形狀文法與參數化對紋樣進行重新構建，通過骨架秩序進行紋樣適配，最終利用AI輔助設計的方式進行唐卡藝術風格衍生。為唐卡藝術中依賴于傳統藝人的繪畫創造過程進行數字化創作，為這一藝術形式的傳承與活化應用提供新的路徑和方法參考，本文的研究框架見圖1 所示。

（二）唐卡裝飾紋樣設計分析

本文通過田野調查方式收集了部分唐卡藝術作品，并對熱貢唐卡藝術創作過程的裝飾紋樣進行設計分析，并從田野調查中隨機挑選了40幅唐卡藝術作品進行編號處理與紋樣使用情況分析見圖2。

通過對40 幅藝術作品進行構圖與紋樣設計分析：從構圖角度來看，唐卡藝術作品通常采用高度的對稱性的構圖方式，中心為主要佛像，向四周分布其他輔助角色或者裝飾圖案，傳遞出莊重、穩定神圣的藝術美感與表達。同時繪制過程中包含著黃金比例的美學規律，形成層級結構產生視覺上的引導感，包括神元和背光的應用將視覺中心進行引導。這種重復使用畫面產生視覺上的韻律感，此外，紋樣的應用也起著襯托主體的作用形成層次的分明感。構圖與紋樣設計分析如圖所3 所示。

唐卡藝術作品中裝飾紋樣題材的來源多為自然元素以及宗教文化，其中自然元素中又以植物、山、石、水、火、云紋樣為主，象征著自然萬物，一般很少出現的動物元素，原因在于佛教文化中對于生命的敬畏。本研究選取了多個具有典型文化象征意義的紋樣，如蓮花紋、祥云紋、火焰紋等，這些紋樣圖案不僅在唐卡作品中常見裝飾元素，同時具有強烈的文化符合和幾何結構特征。這些裝飾紋樣素材在中國傳統繪畫藝術中往往包含著不同的寓意，這些寓意往往包含著人們對于日常生活、國家發展、人生哲理的思考與寄托，也正是這些紋樣背后的故事性承載著歷史長河中不同時代、地域的文化特征。在唐卡藝術作品中花卉紋樣的寓意往往偏向于富貴吉祥、健康長壽、繁榮昌盛等，而云卷紋樣則代表著高升如意，唐卡藝術作品中常見的火焰紋樣則有一種佛教和佛法的寓意被賦予威嚴、驅邪等意義。通過對所選素材中40 個樣本進行裝飾紋樣設計分析統計見表1 所示。

本文對所選的40 幅作品中的裝飾紋樣素材進行統計分析，而在眾多作品中裝飾紋樣的出現往往不是單一的，而是以一種組合出現的方式。這些裝飾紋樣使用也是由創作的主題題材決定的，同時這種裝飾紋樣也是為整體的藝術主旨所服務的

二、唐卡藝術紋樣的形狀文法參數化設計

（一）唐卡裝飾紋樣的參數化設計

唐卡裝飾紋樣通過參數化的方式進行再設計，通過數字化設計的方式從中既保留了藝術作品中的紋樣特征，同時也讓其具有一定的創新性，唐卡藝術作品因其制作過程的特殊性，通過數字化設計方式減少對手工工藝的依賴。創新與再創造，打破傳統唐卡藝術的固定形式，創造出新的紋樣組合和變體，從而豐富現代設計的表達方式。通過參數化設計，可以對唐卡紋樣進行精確的數字化分析和再創造。研究者可以提取出這些紋樣的基本幾何形態，建立數學模型，并通過參數化設計工具進行多樣化的變體生成。這不僅能夠豐富唐卡藝術的表現形式，還可以加速探索其在現代產品設計、建筑裝飾和數字媒體中的應用潛力。

（二）形狀文法參數化設計

形狀文法又稱形狀語法，是計算機科學與形態學相結合的成果，最早是1972 年由George Stiny 和James Gips 提出，將生成語法中的自然語言元素詞匯與組合規則替換成形狀和形狀變化規則，從而創造了基于形狀的可視化生成語法[3]。其本質是一種生成性設計，通過一系列變換規則可以產生特定風格的設計，常見的變換規則包括5 種分別是：添加、減去、劃分、修改、替換。參數化設計其本質是一種設計思維和方法：將目標轉換為參數并將各個參數之間建立關聯，構建整個系統來設計的方法。參數化形狀文法是指對形狀文法的變換規則變化進行參數化表達，通過算法應用規則實現自動生成和變化[4]。本文通過對唐卡藝術作品中常見的裝飾紋樣作為初始形狀進行形狀文法參數化設計，并通過骨架秩序進行重新組合，實現紋樣的再設計，即保留唐卡藝術風格中裝飾紋樣的設計特征也提高了藝術再創造的可能性。

根據學者定義，形狀文法可以表示為一個四元組公式：SG=（S，L，R，I），其中SG 表示S 經不同規則操作衍生的形狀集；S 代表形狀的有限集合，L 代表標記的有限集合；R 代表推理規則有限集合；I 代表初始形狀[4]。其中形狀文法的推理規則分為生成式推演和衍生性推演兩類：生成性推演包含增刪和置換規則；衍生性推演指的是在現有的形狀基礎上進行修改調整，使形狀形成差異化。本文根據唐卡藝術中常見的3 種裝飾紋樣作為形狀文法的初始形狀進行生成推演。在進行制定規則時，以迭代的方法進行構建，從簡單的規則衍生開始，逐漸增加復雜性觀察生成的形狀并進行調整和改進。

在進行形狀文法參數化設計時，需要對變化規則進行制定，本文基于Rhino-Grasshopper 平臺，對常見的形狀文法變換方式分別構建參數化算法邏輯，使整個后續生成過程更加快速、科學、可控性強。對規則中R1 平移、R2 縮放、R3 旋轉、R4 鏡像、R5 環形陣列、R6 錯切進行參數化算法邏輯的構建，表2 中演示的是以雙分多云紋樣為例進行形狀文法參數化算法規則演示。

（三）裝飾紋樣骨架秩序

在紋樣設計過程中的千變萬化歸根到底均是建立在一定骨架秩序之上，這種骨架往往符合形式美的一般法則，統一與變化、對稱與均衡等，使其創造出富有規律且符合視覺特性的美感。常見的骨架形式類型包含二方連續與四方連續，而這些符合數理規律的骨架形式是可以進行量化處理與規則演示。同時通過用骨架分析數學方法將其解析成計算機語言，便可利用參數化方式將紋樣進行適配，從而實現紋樣創造過程中的數字化表現。在這個過程中僅需通過調節相應的參數來實現不同的藝術表現。不論是二方連續還是四方連續均是采用一個或兩個單獨紋樣按照一定的組織骨骼向上下、左右做有規律的架構排列，其中基礎骨架形式類型包括橫式、縱式、斜式、首尾相連的環式4 種如圖4 所示。在基礎骨式的基礎上設計者會根據設計的需求在骨式內進行單元的大小、形態等的排列組合，從而形成整體的藝術效果，由此會衍生出結構造型常見包括散點式、直立式、折線式、傾斜式、波線式、連鎖式、綜合式[5]。

（四）基于Rhino-Grasshopper 的紋樣參數化設計

在圖案分析的基礎上，利用形狀文法對圖案進行建模，此過程的關鍵在于利用參數化模型表達紋樣設計過程中的對稱、重復、比例關系等變化。通過預先在Rhino-Grasshopper 中構建的形狀文法參數化算法規則R1-R6，以設計研究過程中總結的唐卡藝術作品常見的幾類裝飾紋樣素材作為初始形狀，對其進行形狀文法參數化設計，形成新的設計紋樣單元。本文首先將選取的40 幅唐卡藝術作品進行線性提取處理，將藝術作品轉換為線稿。并將作品中裝飾紋樣素材進行篩選整理，從中篩選出3 種火焰紋樣和花卉紋樣、兩種云紋樣元素作為基礎形狀進行設計衍生。將篩選的唐卡藝術作品中裝飾紋樣線稿素材導入Rhino-Grasshopper 平臺中，利用Rhino 平臺的Vectorize 插件將線形素材轉變為Rhino 平臺可以進行編輯的多重曲線，并將其拾入預先創建的形狀文法參數化算法規則中，通過調節算法參數，生成合適的新的紋樣素材單元，初始裝飾紋樣素材線稿置入與參數化算法規則變換如圖5 所示。

本文以唐卡藝術作品中裝飾紋樣出現頻率較高的花卉與云卷組合使用以及3 種紋樣組合使用為主進行參數化衍生設計為例，云卷紋樣的兩種形狀文法單元變化規則為R3-R5；花卉紋樣的3 種單元變化規則分別是R2-R3-R4-R5；R2-R5；R2-R5；火焰紋樣的兩種形狀文法單元的變化規則為R2-R5；R3-R4-R2-R5。將生成的紋樣根據骨架秩序進行二方連續、四方連續組合排列生成富有規律和節奏感的新的紋樣形式，其中搭建的紋樣設計過程邏輯與設計作品如圖6 所示。

（五）基于Rhino-Grasshopper 的紋樣參數化設計

在紋樣的藝術創作過程中除了線稿繪制以外，也需要藝術風格的賦予，同樣一幅作品使用不同的藝術表現效果會給用戶帶來不同的視覺體驗。隨著近年來AIGC 輔助設計的應用，傳統的設計流程和方法也發生了變化，能夠快速生成多種風格化的紋樣變體，極大提高了設計過程的效率，使設計師可以更專注于創意和概念的開發。近年來人工智能輔助設計的發展，為藝術風格的生成提供了更加快速高效的使用方式。

AI 輔助藝術創作與設計目前存在的主要問題在于其藝術創作過程中的“即興性”和不確定性。目前，針對唐卡藝術中裝飾紋樣線稿進行AI藝術風格的遷移創作仍然無法實現完全的復刻，但正是由于AI 創作過程中的不確定性，其可以完成大量藝術風格的衍生與作品的創造，賦予設計創作過程中更多的可能性。

根據當前AI 軟件發展狀況與實際設計需求，通過唐卡裝飾紋樣的形狀文法參數化設計得到的衍生方案，進行AI 輔助設計藝術風格創作，現行主流軟件中通過線稿方式進行生成方案的可控性，以及模型特征對生成出的結果影響。 Midjourney 在創作過程中有著更強的畫面表現力，但其Promote 和圖片本身有著自己的生成邏輯，雖然生成的作品往往具有較強的表現效果，但是生成圖像的可控性不強極具偶然性和不確定性。在此選用可控性更強的Stable-Diffusion，其內置的ControlNet 算法可以對所提供的圖片進行線條識別，為Rhino-Grasshopper 中進行數字建模的設計成果之間搭建起從產品“模型”與“渲染”之間的橋梁。對前文中形狀文法參數化衍生紋樣進行精準的紋樣形態控制。在進行生成產出時，AI 生成圖像有底層的擴散模型，通過這種方式可以對生成圖像進行藝術風格的控制，從而生成針對特定領域的設計方案，本文以平面插畫、立體雕刻等風格為例進行紋樣的風格化賦予，生成的設計方案如7圖所示，AIGC 技術的引入，使設計過程不再局限于傳統手工繪制的局限，極大提高了風格創新與快速迭代，開辟了藝術創作的空間。

三、唐卡裝飾紋樣設計評估與應用

（一）設計紋樣評估

針對基于唐卡紋樣的形狀文法參數化設計生成的方案進行用戶的主觀評價，驗證生成的設計方案是否具有唐卡藝術作品中裝飾紋樣的線性與輪廓特征，并評估AI 生成的藝術效果方案是否達到實際效果。在進行主觀設計評估部分李克特五點量表較為常見，它是由美國社會心理學家李克特于1932 年在原有的總加量表基礎上改進而成的，量表由一組陳述組成，每一個陳述有“非常同意” “同意”“無所謂”“不同意” “非常不同意” 5 種回答，分別對應的分數為 5、4、3、2、1[7]。本文通過李克特5 點量表對兩個問題進行設置，在此之前需被試人群實驗前對唐卡藝術作品進行觀看與了解。設置第一個問題：生成的設計方案與裝飾紋樣的輪廓特征關聯性；第二個問題為：AI 生成設計方案是否具有藝術效果關聯性，并將是否符合通過分數1、2、3、4、5 進行量化，數字趨近于1 則表示否定設計成果，趨近于5 則表示認可設計成果。

在此過程中共計對50 個樣本進行紋樣設計的主觀設計評估，其中問題1 的得分情況其平均分為3.18，標準差為1.35，25% 分位數為2，75% 分位數為4，3 分及以上共有32 個樣本量，超過一般的樣本總量，表現出具有輪廓特征的主觀意向趨勢。問題2 設計方案是否具有相對應的藝術效果的評分結果其中平均分為2.96，標準差為1.46，25% 分位數為2，75% 分位數為4，其中3 分及以上共有30 個樣本，超過一般的樣本總量，藝術效果的表達滿足主觀感受。證明唐卡藝術的裝飾紋樣經過形狀文法參數化設計得到的設計方案具有原始作品中的輪廓特征，且AI 風格化生成的結果符合用戶的心理預期，達到設計衍生的實踐效果。

（一）設計紋樣應用

將所生成的設計紋樣方案進行應用領域探究，當前針對裝飾紋樣的設計應用主要包括兩種應用類型：裝飾美化作用與功能屬性作用。在裝飾美化作用方面，例如將裝飾紋樣應用于建筑領域的瓷磚地板、建筑立面、柱式，家居領域應用于服裝紡織、家具、瓷器的表面裝飾。另一方面紋樣設計也可以起到功能屬性的作用，例如，通過紋樣結構進行輕量化設計、紋樣蝕刻凹凸的防滑處理、鏤空處理進行散熱通風等。

本文通過形狀文法參數化設計方式，將唐卡藝術中的幾種裝飾紋樣素材進行衍生與風格化生成，旨在探討其在多個領域的應用，唐卡藝術紋樣在視覺藝術上具有高度的美學價值、文化內涵和功能性潛力，在設計紋樣在常見的產品設計領域進行裝飾與功能化的應用。

1. 建筑裝飾領域：在這一應用中，設計的重點在于如何保持傳統美感的基礎上，賦予其現代設計語言和功能性潛力。在外墻立面、地面瓷磚表面紋樣、室內裝飾等領域，本文將形狀文法參數化設計的紋樣作為瓷磚設計單元，通過“陣列”方式進行重復與延展，既保留了傳統美感，又賦予其現代的設計語言表達，形成既具有視覺沖擊力又能與周圍環境協調的圖案設計，并將其應用于家庭瓷磚裝飾。在立面設計過程中本文通過Rhino-Grasshopper 的參數調整紋樣單元的間隙，將設計紋樣應用于建筑、家具立面的門窗功能性的嵌入，為墻體或者立面實現疏密通風透光效果，實現美觀與功能的統一。

2. 應用于服飾紡織等領域：紋樣設計在服裝紡織領域的應用體現為圖案裝飾與面料的融合，創新地融入現代家居紡織時尚設計當中。利用二方連續、四方連續陣列出密度和層次不同的紋樣單元，將所生成的參數化紋樣應用于紡織品，設計出獨特的圖案，增加其裝飾效果與文化氣息，通過調整密集排列與稀疏排列的比例，能夠賦予紡織品不同的視覺層次，在家居生活中應用于地毯、絲巾等紡織品的表面圖案裝飾。此外，結合AIGC 輔助設計的方式，將相同紋樣做出不同的表現效果，同時也可以根據不同的紡織面料材質生成合適的紋樣風格表現，確保圖案應用中的美感和功能性。為紡織服飾設計帶來更多的裝飾設計可能性。

3. 文化創意產品：唐卡藝術作為藏族文化的一種藝術形式，其獨特的藝術形式和豐富的文化內涵使其成為文化創意領域的寶貴資源。本文通過提煉其中的裝飾設計要素，用于書簽、瓷器、產品包裝設計等領域，增加產品的文化內涵與文創周邊。在包裝設計領域，通過燙金工藝去增強高端感，同時將所生產紋樣進行重復排列方式呈現，形成視覺的層次感。其次將紋樣進行增強顯示（AR）與虛擬顯示（VR）技術應用，通過手機掃描預設紋樣圖樣，可出現AR 互動效果，增強設計成果的沉浸感、互動性和趣味性。通過這種方式將傳統文化的活化應用“立足傳統，推陳出新”。

4. 功能性產品設計：紋樣不僅具有顯著的裝飾美感與美感價值，還有著廣泛的功能性應用價值，通過輕量化結構設計可以增強產品結構的同時減少材料使用、在與文化相關電子產品外殼的設計中，引入所設計紋樣的結構性元素，不犧牲產品強度的同時減輕產品重量。文中在電子產品手部握持通過增加表面紋理與凹凸，通過表面蝕刻等工藝，在增強美感的同時還能起到產品防滑性。在散熱通風或者鏤空處理來增加散熱效果，與紋樣設計結合，可以實現更多的功能與形式創新的統一。

通過將所生成紋樣在設計衍生品上面的應用如圖8 所示，不僅展現了紋樣的裝飾美感，還通過一些產品設計中的功能應用探索文化與設計結合的設計方法，為傳統紋樣數字化設計，傳承與創新開辟了新的方向。

結論

本研究通過對唐卡藝術裝飾紋樣基于形狀文法參數化設計方法的應用，探索了數字化時代下傳統藝術的傳承與創新的路徑方法研究。通過對唐卡裝飾紋樣元素的提取分析和結構重組，設計研究不僅展示了傳統紋樣的形式美感與文化內涵，同時亦探索了數字化技術在傳統文化符號中的可操作性和創意潛力，為唐卡藝術的數字化傳承和現代化應用提供了新的思路和技術路徑。同時本研究也存在諸多的不足：在研究方法上缺乏一定的創新性、同時在設計論證方面缺失一定的定量分析，

但本文一方面提出了創新的設計方法，將形狀文法與AIGC 結合，通過參數化設計與風格衍生打破傳統局限；其次是跨界領域的創新與應用，將設計紋樣應用于不同的設計領域，提高裝飾性的同時賦予功能性設計；同時AI 技術賦能下設計效率與多樣性的創新；最后文化與現代科技的融合，不僅在視覺表現上實現了傳統與現代的交融，也為文化遺產的活化創新應用提供了實踐參考。此外由于生成式AI 設計的發展，設計生成內容會更加傾向于參數可控性與定制化模型方向，并探索如何通過更精細的算法優化設計過程，以推動文化創意產業的保護、繼承、創新與發展。