基于Grasshopper参数化产品辅助设计的教学探讨

谢飞扬

摘要：本文研究探讨了基于Grasshopper参数化产品辅助设计的教学方法，试图帮助学生去除学习障碍，掌握正确的学习方法。

关键词：Grasshopper;参数化;产品设计

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0151-01

1 Grasshopper简介

Grasshopper是Rhinoceros的一个内置插件，是一种基于节点操作的可视化程序语言，设计师可以直观的可视化操作节点进行连接和调整，不需要手写代码，快速进行参数化设计。最初Grasshopper是为了弥补犀牛4的历史纪录功能的不足而构建出来的，而Grasshopper作为犀牛的一个参数化插件，它可以用批处理的方式调用犀牛的建模工具和命令，然后再用参数化的方式来控制产品的形体模型，这样就可以更加高效的完成设计任务，同时还可以基于逻辑关系模拟参数模型、几何模型和算法模型。

2 基于Grasshopper可视化编程与传统编程的区别

传统的编程环境需要手动敲击代码进行编辑，并且会涉及到相当复杂的函数和语言语法，抽象的函数名和变量名称，复杂的编程逻辑，这种编程方式对于传统的设计师来说并不能很快适应和使用。

Grasshopper提供了另外一种编程方式，通过内部的component（一般翻译为“电池”）的组件，每种电池都具有不同的功能，将这些模块按照一定的逻辑连接起来后它就会变为一个程序。Grasshopper对于习惯形象设计的设计师来说师一种更加容易接受的建模方式，而且通过实践发现这也是一种更加高效的编程方式[1]。

3 Grasshopper参数化设计带来的变化

（1）Grasshopper是非常強大的参数化辅助设计工具，设计师利用参数化设计能够快速生成大量的产品设计方案，借助Grasshopper相关的工具组件能够轻松完成非常复杂的曲面设计形态，并且能够方便的进行调整，其带来的便捷性是传统设计方法无法比拟的。高效率的设计迭代过程也使得参数化设计方法在实际项目中被广泛运用。（2）Grasshopper可以基于逻辑算法进行产品曲面结构优化，能够按照编程逻辑实现包含复杂形态规则的模型构建，可以将有关性能的形态优化结合在程序的逻辑构建当中，使得产品设计的性能得到客观的评价，以及更合理的优化结构。（3）Grasshopper利于产品设计的后期的施工建造。参数化设计与建模也能为产品设计带来新的可能性，由于基于Grasshopper的辅助设计方法是基于高度数字化的设计方法，空间中由点、线、面、体构成的视觉元素都能够直接输出到数控机床等加工设备中，在工厂中进行精确的加工。在施工现场，数字模型的空间坐标位置也可以精确的指导安装。我们可以使用参数化的设计方法，可以根据构件的构造需要以及加工安装条件对产品设计进行优化，这样就能实现复杂形体的建造，大大提升的建造的精度和质量[2]。

4 Grasshopper参数化产品辅助设计的教学探讨

4.1 教学问题分析

（1）国内Grasshopper主要应用在建筑环艺设计专业的教学，导致产品设计应用Grasshopper的教学案例相对较少，出现问题很难找到参考资料。然后产品设计专业的学生大多都是文科艺术类，没有理工科编程学习经验，理解起相关的概念比较困难。（2）Grasshopper独特的使用方法有别于传统的三维建模设计软件，对于初学者来说也很难上手，学生对于复杂的设计模型没有相关的数据结构和正确逻辑思路。（3）学生对于复杂模型的构建和修改，往往找不到该使用哪一个参数进行调整，不知道从哪里下手从而使得结果偏离更远。截止目前，Grasshopper到版本有3000多个组件，很多教学都会挨个介绍每一个组件的用法，这其实是一种很没有效率的教学方法。因为经常使用的组件大概只有100多个，学习的关键其实在于对其本身数据结构的理解，并通过一系列相关实际案例熟悉和掌握Grasshopper的使用。

基于以上问题，笔者经过分析总结出了一套适合产品设计专业学生的教学方法，主要以Grasshopper进行产品造型的参数化设计。

4.2 Grasshopper工作环境和基本操作教学

（1）介绍Grasshopper工作环境，熟悉其界面UI划分，学生后期通过菜单栏的功能划分能快速找到需要的组件。重点介绍快速调用运算器的方法，说明运算器连线的相关操作和多种执行方式，加快建模工作效率。（2）介绍Grasshopper与犀牛数据间的关系。Grasshopper中的物体在犀牛中是不存在的，是虚拟动态的随着参数和逻辑的变化而改变，需要通过bake操作转换成犀牛中静态物体，转换后将不再受Grasshopper的影响，与bake相反的操作叫做internalise data，可以将犀牛的几何数据装在至GH的电池组里，如果改变犀牛的几何信息，GH此时的几何状态并不会发生改变，此外internalise data可以切断程序的数据流[3]。

4.3 Grasshopper数据基础教学

介绍Grasshopper数据类型和相关电池。说明数据流匹配过程多个数据流的匹配方式，掌握相关数据匹配的电池，目前一共有4种数据匹配方式：（1）一对一单个数据匹配;（2）一对多的数据流匹配;（3）多对多相同数量的多个数据流匹配;（4）不同数据量的多个数据流和多个数据流匹配逻辑：多对多+长列剩余数据匹配短列末位数据。

4.4 基于Grasshopper的点线面建模教学

产品造型设计中最重要的点线面元素进行教学，探讨基于参数化造型的丰富的可能性，帮助学生找到Grasshopper参数化产品造型的本质。

（1）Grasshopper中生成点的运算器实例教学，包括内置的生成点，从线生成点、从面生成点、从外界导入点。（2）Grasshopper中生成线的运算器实例教学，包括内置的点生成线，从线生成线，从面生成线。（3）Grasshopper中生成面的运算器实例教学，包括内置的点生成面，从线生成面，从面生成面。

4.5 基于Grasshopper的产品设计实例教学

本阶段通过基于参数化的产品设计实例教学，让学生熟悉基于Grasshopper的点线面电池组进行基本建模的方法，说明参数化设计方法在产品设计中的应用和流程，阐述一般产品设计中遇到的难点问题进行数据化分析的方法，学生结合前面学习到的理论和方法进行产品设计的应用拓展。

5 结语

綜上所述，Grasshopper作为犀牛平台下重要的参数化表现插件，其节点式可视化编程的工作方式将极大的提高设计的质量和效率，同步提高设计师在产品设计中分析问题，解决问题的能力。因此使用Grasshopper开展并应用在产品设计教学工作中也是良好选择。值得注意的是，在参数化产品设计教学的过程中，作为教师始终应该强调其表现的合理性，毕竟产品设计是应用性较强的学科，在应用参数化辅助设计的过程中，不能本末倒置的为了参数化形式而生产出一批奇形怪状毫无实用价值的产品设计。

参考文献

[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] 白云生，高云河，著.Grasshopper参数化非线性设计[M].华中科技大学出版社，2018.

[3] 姚小龙.参数化设计下建筑形态生成研究[D].武汉：武汉纺织大学，2017.

Abstract：This paper studies and discusses the teaching method based on Grasshopper parametric product aided design， trying to help students remove learning barriers and master the correct learning methods.

Key words：Grasshopper; parameterization; product design