参数化辅助设计在灯饰设计中的应用

摘要：参数化辅助设计可以提高设计品质和设计效率。Grasshopper作为工业设计软件Rhino的一款参数化辅助设计插件，非常适合应用于造型复杂的灯饰设计。本文从参数化灯饰设计的意义入手，探讨了参数化在灯饰设计中逻辑造型的过程，以及参数化在灯饰设计中的应用方式。

关键词：参数化;辅助设计;灯饰设计

中图分类号：TS956    文献标识码：A    文章编号：1007-9416（2020）06-0000-00

1 参数化造型设计介绍

参数化造型可以建立一个使用逻辑语言构建相关影响因素的设计模型，通过数字化的参数去影响造型的生成设计，当造型中某一个关键元素发生改变，其他设计元素会因为逻辑的关联性发生相对应的变化。使用参数化进行造型设计只需要定义好关键的造型元素，设计的过程中可以通过参数的调整产生大量的设计方案，通过逻辑语言来描述灯饰造型，设计出具有自然规律美感的灯饰设计方案。

2 参数化软件平台分类简介

（1）工业工程软件。Pro/E、UGNX等以尺度参数、特征实体驱动的三维工程仿真软件，这类工程软件中的特征实体可以分为形状特征和功能特征，而特征实体建模是参数化设计分支应用之一，利用设计好的实体特征模型进行再组合，调整尺寸参数，从而提高设计效率。（2）CG设计软件。3D Max、Maya、C4D、Sketchup、Blender等计算机图形设计软件，该类软件塑造视觉设计形态非常方便灵活，利于设计师进行前期的概念设计，但该这类软件要实现参数化设计功能通常需要设计师掌握编程语言或其软件的内置脚本语言，这对设计师的要求会非常高。（3）可视化节点编程软件。Huodini、Grasshopper为代表的可视化节点编程软件，该类软件其本质是一门编程语言，设计师可以将这些节点按照一定的逻辑进行连接，然后这些连线组合起来的节点就变成了图形生成程序，方便调整节点连接逻辑和节点参数去设计视觉形态，可视化节点编程的工作方式可以极大的提高设计的质量和效率。

3 Grasshopper参数化灯饰设计的意义

（1）Grasshopper参数化的设计方式可以提高灯饰设计效率。在以往的灯饰设计方案中，由于技术的限制（传统CG设计软件以多边形手工建模为主要方法），当灯饰设计方案如果包含复杂的自然规律变化，多边形建模设计效率会非常低，而且修改设计方案将会非常困难。使用多边形建模的灯饰设计方案属于CG效果图，CG效果图不能直接用于产品后期的加工制造。在灯饰的制造阶段，结构工程师只能去参考设计师的CG效果图重新绘制灯饰零部件的CAD图纸，用来后面的模具制造或CNC切割。Grasshopper基于Rhino平台，而Rhino以NURBS为核心，产品三维数据可以直接导出相关图纸用于后期的产品制造，减少了三维模型的数据转换过程，缩短了灯饰设计开发周期。（2）Grasshopper参数化辅助设计优化灯饰设计制造工艺及流程。Grasshopper平台上有众多插件可以进行产品结构优化、有限元分析、炫光分析，材料编号，下料偏序等插件工程。这些参数化辅助设计插件为灯饰设计的合理性提供了逻辑和数据支撑，通过设计手段进行虚拟仿真，模拟灯饰设计后期的制造及应用情景。设计师在开发前期就可以及时发现并解决问题，缩短传统灯饰产品的开发周期，提高设计效率[1]。

4 Grasshopper参数化进行逻辑造型

经典的灯饰造型往往源于自然形态逻辑。设计师可以观察自然界中万物生长的形态逻辑，利用大自然本身的规律使用参数化进行逻辑造型。灯饰的外观造型设计可以参考自然界中的形态，自然形态虽然千差万别，但万物形态经过自然法则的竞演都会存在内在的逻辑规律。参数化逻辑造型的本质是编程设计，设计师在进行方案设计时可以不再受软件已有功能组件的束缚，因此非常适合灯饰设计初期的概念设计，提高方案设计的创新能力。

而Grasshopper参数化设计本质上是一种可视化的编程语言，设计师在灯饰设计时，首先可以根据选题选择需要参考的自然元素，然后观察该自然元素的形态特征;其次使用Grasshopper中的逻辑语言来描述关键的造型特征;最后通过逻辑语言编程生成大量的外观形态方案，择优选择合适的灯饰设计方案。设计师在参数化逻辑造型的过程中，产品的几何造型元素基于逻辑构建，几何元素之间存在关联性，这种参数式的几何关联影响通过Grasshopper可视化节点可以非常方便的进行调整，因此灯饰设计逻辑造型的过程中可以设计出大量的创意方案。

5 Grasshopper参数化设计在灯饰设计中的应用方式

本次课题研究了大量的参数化设计在灯饰设计中的应用案例，以设计师所熟悉的视觉构成语言进行分类总结，为今后使用参数化辅助设计灯饰提供参考方向。笔者总结分析出以下10种常用的灯饰设计的应用方式[2]：

（1）利于参数化设计表现灯饰设计中的阵列重复设计;（2）利于参数化设计表现灯饰设计中的切片;（3）利用参数化设计表现灯饰设计中的穿孔造型和结构;（4）利用参数化设计表现灯饰设计中的折叠结构;（5）利用參数化设计表现灯饰设计中的网格和晶格结构;（6）利用数学公式表现灯饰设计中的几何形态;（7）利用随机生成函数表现灯饰设计中无序的形体;（8）利用算法生成或影响灯饰造型结构;（9）结合kangaroo插件在灯具造型设计中几何找形和几何优化;（10）利用honeybee插件完成灯具造型的炫光分析、照度分析、采光模拟。

根据以上的参数化辅助设计的应用方式分类，设计师可以构建自己的灯饰设计逻辑造型库，使用Grasshopper所特有的封装运算器Cluster OutPut对常用逻辑造型操作进行打包，方便今后在设计过程中进行程序复用，避免重复的劳动工作，进一步提高了灯饰设计效率。使用数学公式、算法设计表现的灯饰造型能够得到传统手工建模无法得到的几何形态，结合编程算法将生成设计引入到灯饰设计中。kangaroo插件对于优化灯饰的几何造型会非常方便，目前还没有一个CG三维设计软件能完成几何优化设计，kangaroo经过多年来的升级迭代，俨然已经发展成了一个物理模拟引擎，几何形体的变化是基于力与力之间的相互影响，这种使用力学去描述造型的方法在Grasshopper中得到了可视化处理，设计师可以直观的使用力学节点进行灯饰设计。

6 结语

综上所述，Grasshopper参数化辅助灯饰设计是未来设计应用趋势之一，它将提高灯饰设计效率和质量。设计师基于可视化节点编程的方式进行灯饰设计的参数化逻辑造型，将极大的提高方案设计阶段的创意能力，满足人们更高层次灯饰需求，为灯饰设计带来更多的可能性。

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] 徐卫国.参数化设计与算法生形[J].世界建筑，2011（6）：110-111.

收稿日期：2020-05-06

*基金项目：本文系广州商学院2019年度校级科研项目“参数化辅助设计在灯饰设计中的应用”2019XJYB014研究成果。

作者简介：谢飞扬（1988—），男，湖北黄冈人，研究生，讲师，研究方向：计算机应用辅助设计。