个性化需求下的产品参数化设计方法理论研究

■宋 健 Song Jian

(武汉理工大学，湖北武汉 430070）

随着人们物质生活水平的不断提高，产品种类得到极大丰富，产品形态设计已经从以功能至上的简约设计不断向多元化，个性化，甚至复杂化发展。另一方面，参数化设计作为计算机技术不断发展的产物，为产品造型设计提供了新的方法与路径，给产品造型带来了更大的自由空间。参数化设计在建筑设计，工业设计，服装设计等领域都已经有了很多成功的案例。

1 参数化设计概述

参数化设计是一种将影响设计结果的主要因素看做是设计过程中的参数，并以某种逻辑关系把他们组织到一起，借助于计算机编程和软件形成参数模型，通过计算得到输出结果即产品形态的设计方法[1-2]。参数中有些因素是可变的，就是参变量，有些参数是固定不变的。这样在设计过程中通过修改影响设计因素的参数值，经过重新计算就可以立刻生成一套新的设计方案。

参数化设计的核心是其各元素间的关联性和逻辑性，即构建一个与设计结果相关联的参数模型。这类模型可以进行直观快捷的交互操作，任意修改参数变量，方便设计师不断进行方案的优化。参数化设计由于其体量大，算法复杂，很多结构细节在体量放大后才能解决，因此目前主要在大型建筑设计上运用。扎哈哈迪德用参数化设计方法创建了大量自由感性的线条，柔软层叠的空间。比如广州市歌剧院及北京银河SOHO[3]。而随着加工工艺的不断发展，尤其是3D打印技术的普及，参数化设计已经逐渐应用于产品设计、家居设计、汽车设计等多个领域[4-5]。

2 产品个性化需求下参数化设计的应用

社会工业化水平的不断提高，商品种类日益丰富，但传统的大批量生产的制造体系造成了市场产品的同质化。千篇一律的商品已经满足不了人们日益增长的对于精神文化情感个性的需求。消费者追求唯一，满足自我的要求正在催生产品的私人化及独特性，高效廉价的大批量生产与消费者对于个性化需求的矛盾也成为市场亟待解决的一个主要矛盾。因此以用户体验为核心的市场环境决定了满足个性化的私人订制消费趋势必将成为主流[6]。

参数化设计在产品私人化定制领域具有明显的优势，主要功能在与输出结果与输入信息间的快速调节与生成，其强大的灵活性与可控性能高效快捷的产出大量的设计成果，生成可视化3D数据模型。而随着3D打印技术的成熟，只需要3D数模文件就可直接打印制造，省去了繁琐的开模加工的时间[7]。这种新技术的应用极大缩短了从创意设计到实物产出的周期和流程，节约了时间成本及模具费用。同时消费者可以自主参与设计过程，根据自己的喜好通过对设计中参变量因素的修改生产出符合特定需求的产品。

目前在产品设计领域，参数化设计主要体现产品形态的独特形式美感，优化设计结构。比如由Marco Hemmerling和Ulrich Nether合作设计的“衍生椅子”（图1），外形构建时对椅子结构功能，材料属性，人体工学等系数进行综合分析，从而得到最优的数字模型，利用3D打印技术在保证稳定性舒适性不变的前提下减少了体量，形成了富有动感和节奏感的独特外观形态。

宝马发布的新概念车——Vision Next 100（图2）彻底掀起了产品参数化设计的潮流，其车身表皮及周围可变形、拉伸的灵动结构采用参数化设计的方法[8]，使整个形态极具视觉冲击力，颠覆了传统汽车设计刻板单一的模式，充满科幻感和未来感，同时有效降低了车身的风阻系数。

3 参数化建模在产品设计应用的优势

参数化设计是依托以数学逻辑为基础的参数化建模软件实现的，最常见的以Rhino插件Grasshopper为主[9]，它拥有强大的几何形态运算功能，结合程序特征将参数化运用到设计的推敲中，非常的高效精准。

■图1 “衍生椅子”

■图2 宝马Vision next 100

3.1 逻辑精准性

首先，参数化设计利用计算机辅助数据运算可以精准的生成复杂形体，传统的产品设计工具对于大量的重复，渐变，有机曲面的创造显得力不从心，设计师也很难自主创建出如此复杂具有逻辑性的形态。而在参数化设计中，参数化模型建立了一种精密的数学逻辑，计算机根据参数模型建立联系，设计师只需要决定简单的原始变量值，复杂重复的计算则交给计算机完成。

3.2 同步可视性

参数化设计的另一个优势在于参数调节和对应反馈信息的同步可视化[10]，设计师在修改参数时可以迅速看到产品的变化，而在设计过程中通过形态结果的瞬时反馈调节参数值，能够在短时间内不断修改推敲得到最终满意的结果，参数化设计这种数字模型的实时反馈的特性使得产品设计修改更加的灵活，大大降低了设计的时间成本，提高了工作效率。

3.3 调节性及推导性

在产品设计的参数化过程中，设计师经过前期的用户调研，市场分析后将约束产品形态的因素作为参数，在它们之间建立逻辑关系，计算机经过计算后用模型语言动态的展现设计师的想法[11]。在设计的推导和优化过程中，设计师只需不断修改简单的初始参数或其逻辑关系，就能实现产品形态的改变产生新的设计方案。设计师只需从大量设计产出中寻求自己最满意的方案，免除了繁杂的设计反复的工作，同时直观的通过设计结果的改变反推设计因素，不断的修改完善细节，因此具有强大的可调节性和推导性。

4 参数化设计方法和思维的优势

设计的发展伴随着科学技术的进步，计算机技术的不断拓展催生了参数化设计这一全新的概念。它不仅仅是工具的创新进步，更是一种全新的设计方法。参数化设计的应用拓展了设计师思维方式，颠覆了传统设计以结果导向的还原设计思路，更注重在设计初级阶段时的影响因素及逻辑关系，将纷繁复杂不可知的设计结果进行合理的程序化简单化。

4.1 理性美的全新设计语言

参数化设计通过严密的数学逻辑和推理产生形态，必然具有其理性美和韵律美。它提供了一种更严谨更缜密的设计形式，经过计算机软件的数据计算，最终得到的是原始基础形态的合理变形和扭曲，复杂的形态隐含了内在规律。传统设计中很多情况下掺杂着设计师的主观因素，包括设计师的经验，审美，情感，艺术修养等，因此得到的设计结果就存在很多随机性，主观性。一般形态追求的是整体的感觉，而参数化设计形态又多了一种形式美法则下的视觉刺激，大量的重复渐变形成一种秩序感，丰富性，产生强烈的视觉动力，与用户产生情感共鸣。同时参数化设计能够实现模拟自然生长般的有机形态[12]，看似随机而富有规律的变化，改变了现代主义刻板的单调，采用非线性元素，更加的动感自由。

4.2 自下而上的设计思维

传统的设计思维是一种自上而下的设计流程，设计师根据主观认知个人经验审美赋予物体形态，通过草图的形式进行表现，并不断的推敲完善，最后通过建模工具实现概念可视化[13]。参数化设计则提供了另一条与之相反的设计思路，它是一种自上而下的设计思维，注重的不是设计的结果，或者根本不知道结果是什么，而是在初期对于影响形态的因素进行分析制定，将影响因素参数化，通过建立参数间的内在联系搭建可视化模型，然后不断地推敲修改参数值及逻辑关系，结果是基于因素和逻辑关系自然而然得到的产物。尽管不知道结果可能是什么，但将影响结果的“因”和各种“因”之间的对应关系进行约束控制，结果也必然在可控范围内。这种思维方式将复杂的结果简单化，省去了繁琐的计算过程，避免了设计师自主设计的局限与灵感的匮乏。

4.3 综合性系统性

参数化设计注重内在规则与各因素的关系，它考虑的是一个综合性的系统问题。设计的过程不是针对一个个问题解决，而是将所有影响结果的因素纳入其中，作为一个统一的整体系统考虑。

如今在产品家族化设计中，系列化设计和改良设计占据很大的比重，一个产品品牌必然具有其品牌特征和家族文化的传承[14]。在进行某一品牌产品系列化设计的过程中，保留家族语言的基础上，修改产品的形态，丰富产品的种类，实现产品的更新换代。参数化设计为产品的系列化改良设计提供了重要支撑。参数化设计的重点就是基于产品类型生成参数模型，设计师只需修改参数就会得到具有同样关系的造型相似的产品，快速的形成具有相同逻辑关系的系列产品。

5 结语

参数化设计的优点是显而易见的，它将设计与数据算法相结合，为感性的设计找到理性的支撑，在短时间内通过调整参变量实时呈现不同的结果，大大提高了设计的效率，革新了传统的设计思路。在消费者日益增长的情感化，个性化的需求下，参数化设计的应用为实现产品多样化多元化，满足市场需求提供了新的模式与路径。设计师充分了解应用参数化设计的优势与特长，对于新时代新需求下的产品造型设计具有重要的意义。

（责任编辑：张 杨）

[1]卞京.产品造型设计的参数化探讨[D].北京:中国美术学院,2012.

[2]孟祥旭,徐延宁.参数化设计研究[J].计算机辅助设计与图形学学报,2002,(11):1086-1090.

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[4]王海峰,吴菁,姜鹏飞.3D打印技术在室内装饰应用的现状及发展前景[J].家具与室内装饰,2016,(11):100-101.

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[8]张寒.基于参数化设计的产品个性化定制平台设计研究[D].镇江:江苏大学,2017.

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