浅析参数化思维方式在产品造型中的运用

刘元寅 李 晖

一、参数化思维定义

参数化思维是一种预先设计出数据变化关系，然后通过改变数据和各个组成元素之间的相互关系来进行运算，完成设计构思和造型创作的设计思维方式。参数化的设计方法主要依托数据变化生成造型过程，某几个参数的变化就可以给我们带来千变万化的形态，它告别了以往单纯靠设计师灵感来完成设计的局面，可以帮助设计师启迪思维，在设计上带来与众不同的新尝试。这种设计方法在建筑行业广为流行，比如知名的建筑设计师扎哈，便是参数化设计的代表人物。她设计的广州大剧院、银河SOHO等建筑都是参数化的产物，新奇独特的造型给人们带来了强烈的视觉冲击。与建筑行业相比，参数化在产品设计上的应用算是刚刚起步，但伴随着参数化设计方式的便捷化及易用性，逐渐受到产品设计者的关注，越来越多的设计师开始尝试用参数化的思维方式进行设计造物。

参数化的设计过程就是建立特定关系，依托这种关系，通过元素中某些数据的变化带来结果的变化。举个例子来说，我们传统的设计建模就是拿着泡泡器吹泡泡，每次都需要蘸一次水，每次生成一个泡泡，泡泡的形状我们也是可以预知的（图1）。而参数化制作泡泡的过程就好比拿着吸管向一个容器中吹气，容器中便会产生无数的泡泡，我们无法预知每个泡泡的形状，因为它们是随机生成的，可能吹气的力道、容器的大小、水的浓淡都会影响泡泡的数量形态，结果随机但却是有规律可循的（图2）。用参数化思维来进行设计，就好比我们换一种更加简单高效的吹泡泡方式，利用或者我们研发某一种规律来帮助我们。

二、参数化设计思维的特点

（一）更自然的设计思路

参数化就是用数学方法分析自然界中的复杂形态，这种参数化方式有点类似于中国所说的“道法自然”。设计师并没在一开始去规划形态，形态通过一个生成的逻辑得到，而并非在一开始由草图画出来。世界上没有完全相同的事物，大自然的规律让它们成为独一无二的存在。但大千世界万事万物的形态千差万别，都有着各自的生成逻辑，比如漫天的雪花、秋天的落叶、冬日的冰凌，它们都是大自然运算生成的结果。当我们厌倦了当前同质化的产品外观设计、抄袭复制的造型，当遍布人工雕琢痕迹的设计已经无法让人再感兴趣，我们就需要向自然学习，探索自然的奥秘，用自然的规律来辅助我们的设计。我们都试图寻求个性化的生活，使用与众不同的产品，这种诉求对许多设计师来说都是不小的难题。如果我们掌握了大自然的造型规律，改变其中的一个变量，就可以得到数以万计的自然形态，这对当前的设计师而言是不可想象的，我们由此可以断言，在未来，结合自然规律的参数化造型方法和思维方式一定是设计界的主流模式。

（二）更客观的设计方式

参数化设计是一种理性而不失创意的设计方法，逻辑思维更强，数据来源更准确，分析结果更加合理。参数化设计是怎么做的呢？首先我们需要将设计的基本参数进行统计，之后对应不同的设计造型，设计与之匹配的计算方式，将数据导入到计算公式中，然后便可以得到即时可见的参数化造型。由于我们在进行设计时，所控制的数据涉及长度、角度、半径等尺寸参数，以及各个元素之间的几何关系，如平行、垂直、相切、对称等，计算分析过程完全受到这些数据的约束，因而整个过程都是完全可控的。通过计算程序还可以模拟人工编制、自然生长等细节的成型方式，计算结果比人工制作更加精确合理，它可以生成与众不同的造型，给人们带来强有力的视觉冲击，而整个过程又是完全从客观出发，用理性的方式带来感性思维的产物。

图1 泡泡器吹泡泡

图2 随机生成泡泡

图3-1 “灵石”鼠标

图3-2 “灵石”鼠标六视图

图3-3 触碰点成面

（三）更快速的效果呈现

参数化的设计方法区别于传统的设计方式，传统的设计过程首先是设计师根据经验绘制大量的产品草图，从中提取较为满意的方案，然后使用建模软件生成造型。对于一些复杂的形态、表皮等的创作，对设计师的想象力有十分严格的要求，需要反复地推敲制作。如果尺寸比例等数据方面产生问题需要进行修改的话非常麻烦，每一步都需要卷土重来，工作量可见一斑。而参数化设计最明显的优势就是可以在短时间内进行快速的效果呈现，因为参数化设计的过程是根据一定的法则，让产品的参数之间形成一种关系，类似人为地把产品设计造型过程形成一个公式，我们只需要改变数值来得到各种不同的运算结果，获取丰富的造型效果。因为参数化的每一个过程都是可以调整的，所以对于设计的最终造型进行修改非常方便快捷。

三、参数化思维应用分析

（一）造型参数化

这款联想“灵石”鼠标，就是通过参数化的思维方式进行设计（图3-1、3-2）。当我们使用鼠标时，腕部呈现仰起状态，当我们手腕和水平面的角度在十五到三十度时是最适宜的，一旦超出这个界限，臂部肌肉就会觉得不舒服，长此以往就会造成损伤。因而设计师在做设计创作时，根据人体使用鼠标时最舒适自然的状态，测量各个骨节的参数，在软件中根据关节点画出每根指骨，按要求调整好长度。我们把关节点根据顺序进行排序，然后找出手掌触碰的鼠标的位置，根据三点成面的原理，在触碰点的位置生成平面，将这些面往里偏移（图3-3），进而将它们扩展，用布尔运算将初始造型进行切削，从而生成了符合需求的形态（图3-4）。然后，我们对形态进行后续的圆润化处理，使之造型美观，手感舒适。通过这种参数化的方式我们可以快速地调节参数，生成不同形态的造型，比如我们可以开发能够进行参数测量的工具，根据每个人的尺寸的需求，生成个性化的造型，用于个性化定制的产品。

（二）结构参数化

我们经常在做设计时遇到这样的问题，设计师往往倾向于设计个性化的产品造型，但是由于设计师对于一些材料、结构等知识的掌握相对不足，很难在造型美感、结构合理、材料节约等方面做到最优。单靠设计师想要提高效率并且不造成材料的浪费，几乎是不可能的。在遇到一些造型融合结构问题的时候设计师完全离不开结构设计师的协助，往往是设计出来后被否定，然后重新设计再去找结构设计师验证，过程非常烦琐。但是我们如果通过结构参数化，在设计师遇到一些结构方面的问题时便可以轻松解决，开拓我们的创作思路，让设计师得到前所未有的压力释放。比如图3-5中这款公共座椅的设计，我们通过参数化的方式，在设定体积空间、材料属性、受力方式等一些参数后，系统通过运算，便可以生成一些符合要求的合理性结构造型，我们通过这些结构造型再去进行设计演化，既减少了设计的时间，又节约了材料，减轻了重量，达到事半功倍的效果。通过运用参数化思维，我们不但从成本上受益，而且也给我们带来造型和结构的新思路，简化过程的同时也帮助设计师完成了思维创新。

图3-4 初始造型切削

图3-5 座椅结构参数化设计

图3-6 泰森多边形表皮碗

图3-7 泰森多边形表皮碗草图

图3-8 生成不规则分布点

图3-9 随机点转化为圆球

（三）装饰参数化

装饰参数化又叫表皮参数化，是目前参数化在产品设计领域最主要的表现方式，我们经常看到造型宛若天成、非人力所能及的产品表皮设计，我们常常百思不得其解，设计师是如何完成作品的，这就是用到了参数化思维。

例如这款外延为泰森多边形表皮的碗，如果我们手工去实现建模，看起来是非常困难的，但是如果我们用参数化的思维方法，再借助相应的工具，很多技术问题便可迎刃而解（图3-6、3-7）。这里我们用到的是工业设计常用的犀软件插件Grasshopper，首先我们要分析这款碗的表面有许多的不规则凹陷形态，那么我们便用随机不规则的方式来生成造型，然后用减法及布尔运算去实现效果。首先我们生成常规的碗的三维模型，然后将模型的外表面在模型中进行分解，并且向外偏移一定的距离，在此表面利用参数化工具生成许多个不规则分布的点（图3-8），然后将点转化为圆球，用这些圆球和碗进行布尔运算，便可以得到最终的表皮效果（图3-9）。我们可以通过改变点的数量、圆球半径以及距离碗的远近等等参数，得到各种各样的结果，这对于手工建模制作简直是无法想象的。

四、结语

参数化思维最显著的优势就是可以帮助我们改变传统的设计流程，冲破常规方式的禁锢。由于我们采用的是一种可变易调的方式，因而设计师的工作方式将会变得更加便捷，我们只要变换系统的数据，便可以快速生成相对应的造型。这种方式可以在极其短暂的时间内产生大量的设计效果，在此基础上，设计师们可以从中进行自主选择。由于参数化的方式完全依托于数据，可以说是过程严谨，结果精确，这种选择的过程可以说也是优中选优。参数化在缓解设计师压力的同时，也带来了与众不同的体验，给产品设计行业带了创新的原动力。