非线性参数化设计在科技馆展示设计中的应用研究

周铃　邹欣

摘 要：随着电脑模拟技术的发展非线性参数化设计浪潮的兴起，计算机在设计中开始从辅助应用的角色转变成主动参与的角色。这种角色的转变使得设计开始由传统的“自上而下”的设计方法逐渐演变成“自下而上”可调节的设计方法，设计中的影响因素也开始逐渐量化从而在整个设计过程中影响设计“生成”的结果。本文试图将非线性参数化设计的思维和技术运用到科技馆展示设计中，探索参数化设计与科技馆展示设计工作流程的新途径。

关键词：非线性参数化设计；科技馆；展示设计

0 引言

随着科技的发展，国内一些大型科技馆逐渐改变，通过新的展示技术营造的“以人文本”的氛围大大提高了观众的观馆体验，但也存在展项没有和整个环境完全融为一体、设计过程过于繁杂等问题。传统展示设计方法主要依靠设计师的直接或间接的经验，是一个从整体到局部的过程，在设计过程中上一阶段做完确认之后才能进入下一阶段，一旦其中的一步需要修改就要返回去，这样就会引起很多额外的工作量，同时也影响设计工作的进度。

要解决这一问题需要我们从设计的开始阶段就要考虑影响设计的因素，将这些因素进行参数化转译，建立算法模型作用于最后的设计方案，这一点传统的设计方法不能达到。非线性参数化设计改变了设计师的思考方式，寻找“关系”及“规则”是设计的出发点，算法是设计的核心内容，这与传统的设计思维有天壤之别。[1]设计再也不是传统的“头脑风暴”找寻灵感、草图绘制大致的造型、三维建模确定方案的过程，而变成了基于设计需求、通过建立逻辑模型反复求解“找形”及形态优化的过程。而设计与加工及施工之间的联系信息将以数据及软件参数模型为媒介进行传递，无可置疑，这将极大地提高设计师对加工及施工的控制程度，而它所包含的内容远远不止设计的形式风格。

1 非线性参数化设计技术

参数化设计就是在非线性科学理论的基础上将影响设计的多方面的复杂因素量化作为参数，建立参数化模型，运用计算机技术来完成设计方案，它是实现非线性设计的不错的平台。在造型上的应用，受到了德勒兹“生成”哲学概念的影响贯穿于整个过程，“生成”是一个运动过程不是具体的某一个“生成”结果，它不是由事物的状态决定，而是一种事物的生长过程。[2]

由此我们知道“生成”的重要概念就是强调设计中的“过程”，我们将影响设计的因素作为参数X写入关系式Y=F（X），给定不一样的数值和曲线变化对应的生成形态也不一样，而这一过程的计算全交由计算机进行。

参数化设计软件有很多，根据不同的专业和加工需求所使用的软件也不一致，但大多参数化设计具体操作则是使用Rhino平台下的Grasshopper插件建立与之相应的参数化模型。它占用资源少，具有开源性，设计师能自己编写所需得命令符。它的这些特性使得设计变成了“自下而上”可调控、多元化、随机性、开放性的设计过程，改变了传统的“自上而下”的设计方法，逐渐演变成了“自下而上”可调节的设计方法和流程。

在非线性参数化设计中泰森多边形是一种较为常用的命令，由于每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据，泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近，位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等，①因此能实现随机而有效的控制，在建筑和产品设计中也成为了较为常见的设计元素。例如，水立方，参数化设计不仅能让设计师控制以前无法实现的复杂形式而且能高效地“生成”多种备选方案，[3]这也增加了我们对建筑表皮和结构的控制。

2 非线性科技馆参数化设计应用

CAD软件对于标准几何图形的绘制比自由曲线容易很多，因此这种操作上的难易差距，使得设计师为了能够迅速绘制方案而更喜欢把方案设计成容易用CAD画出来的图形，久而久之设计师对于方案的设计习惯就会因为软件的限制而改变。[4]

2.1 科技馆应用流程

将非线性科技馆参数化设计用于科技馆中，在设计中通过确定设计需求将设计的影响因素数值化，确立基本样式和形态基础。通过构建基础逻辑模型调试反馈，确定算法模型，通过不同的参数调节得到多个方案，最后通过筛选得出最终方案，导出数据及图纸并进行施工。

2.2 科技馆应用实例

以贵州毕节科技馆展示设计其中一展项为例，该展项为万灵之源展区生命的传递展项。项目中要求该展项以场景展示的形式容纳展品，展区以人体内部肌肉、血管、骨骼分布形态特点为灵感，意在打造一种强烈的“生命感”氛围。展项以视频介绍生命传递的主要过程、视频图文介绍生命传递的内在秘密、各种图文版的生命传递、综合性地展示多媒体互动演示构造，形成了以生命的形成过程——生命传递的内在秘密——生命传递对于人类的意义的立体综合展示。根据设计任务书，按照设计需求分析得出基本设计思路，根据设计流程展开设计。因为生长和遗传是一个不断发展的过程，于是总结出设计的特点关键词：生命感、自然、不断延续、肌肉、血管、骨骼。从而确定了设计方向。

根据设计流程进行归纳设计影响因素、确定基本形态及建立初步参数化逻辑模型。通过分析基本形态的特点，确定采用泰森多边形为设计起点，根据设计思路进行建立初步参数化逻辑模型，设计的最初方案是说明整个空间采用异形的空间结构展开展项，使得参观者能够游离其中。由于受到甲方资金和加工技术的影响，只好在原有的逻辑机构上面进行修改，将三维的空间结构变成二维形态方便加工以保证降低成本。

通过对数据分析查找参观者人体工程学身高数据及人流量分析的数值，将这些数值作为影响设计因素用来控制展项空间尺寸。由于展项为一个通道式的空间结构，人流量及内部的空气通风问题会影响参观者的行为，也会影响展项的外观设计，采用通透的设计不仅能够满足通风及参观者视线问题还能够比较形象地模拟血管的形态，复杂的有机结构在形态语义上也能够很好地说明生命传递的概念。采用随机点生成的方式，用数值来控制随机点分布及形状，确定（下转第页）（上接第页）每一个面的形态结构不是单一的单元，使展项有不同的结构，最后生成最终展项设计方案。最后导出图纸进行实际施工。

3 结论

参数化设计出来的东西有它自身的特点，运用科技馆参数化的设计流程不仅能够帮助我们更快、更好地设计出优选方案，还能解放设计思维，但是设计出的作品也有自身的局限性。从现实的现状上来看对于地方性科技馆展品展项来说每一个展品展项都有一定的预算，参数化设计出来的展品可以说很出彩，但如果不能够将其实现或是付出很大代价才能实现，这对于参数化设计运用于地方性科技馆展示设计来说无疑是一大问题。非线性参数化是未来设计的趋势，如何将非线性参数化设计与现有的问题结合起来运用于科技馆展示设计中去，这就需要我们去不断地探索和运用。

注釋：①来源于百度百科。

参考文献：

[1] 徐卫国，罗丹，叶扬，路培，刘洁.“数字渗透”与“参数化主义”——关于“数字技术与建筑设计”的访谈与对话录[J].世界建筑，2013（09）.

[2] 徐愔愔.参数化非线性建筑设计对建筑艺术的影响[D].中国艺术研究院，2010.

[3] 许英英.参数化·建筑空间——参数化设计技术影响下建筑空间形态的转化[J].艺术设计，2014（09）.

[4] 王文栋.参数化设计的研究与探索[D].中央美术学院，2012.