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如何学习参数化设计?

2021.11.08

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什么是参数化设计

大约十年前 Rhino原厂(McNeel 公司)在 Rhino上推出了Grasshopper:一种全新的参数化辅助设计插件。短短几年间 Grasshopper 以其革新的设计理念和立竿见影的设计效果,在设计业前沿领域快速传播和渗透,Grasshopper也几乎成为了参数化设计的代名词:最初在建筑设计业的高端领域得到快速运用,而后几年延申到其他设计和制造业的高端领域,诸如产品设计、汽车设计、鞋业设计、珠宝设计、艺术设计及3D打印等行业。如今谈到参数化设计已经并非单指一种设计工具,而是设计业最前沿的设计思想和方法。如果说”参数化设计是过去二十年来设计业最大的技术和方法的进步”也一点也不为过。


参数化设计方法特点


相比较而言, 传统的设计软件会比较局限于设计表达阶段的辅助。就像一只“笔”,帮助设计师“画”出头脑中想象的设计造型和空间关系。而在设计输入、数据分析、逻辑推敲、结构关系、可行性验证等等涉及到设计思考的部分几乎无法发挥作用,几乎完全由设计师独自在头脑中进行,因此作为辅助设计来讲作用是很有限的。


而参数化设计工具配合参数化设计方法则在很大程度上拓展了辅助设计的范围:首先可以灵活处理和分析大量设计前期数据并且可视化,让设计师从海量的数据中有效的提取关键的设计信息,精确的把握分析数据和找准设计方向。而后在设计推敲过程中可以深度的辅助,整个设计过程更加清晰和直观,让设计思想贯彻的更加深入和彻底,同时还可以做到传统方法难以想象的多样化设计效果。


并且合理的运用参数化设计方法能突破设计师设计思维的局限,提供给设计师很多新的想法和灵感,拓展设计师的设计空间:可以依据设计师提出的逻辑自主衍生出各种丰富变化超乎预期的设计方案和可能性。所以在参数化设计工具及设计方法出现后催生了一大批新颖和超前的设计成果。参数化设计工具和思想极大释放并拓展了设计师的设计想象力。


总结:参数化设计方法就像一个更加聪明能干的设计助手。可以在设计全程有效的辅助设计师做深入的设计“思考”和“探索”,从而创造出更高质量的设计成果,和让人想象不到的设计创意。


Grasshopper的特点


Grasshopper 是目前参数化设计领域最主流的软件工具。为什么是 Grasshopper?每个用户都会有不同的看法:它是最早在设计业出现的参数化设计软件、设计的实时交互性非常好、用户界面的设计美观和友好、使用的过程中会有“高级”的设计感受,还有很多其他的说法,但这些都是表面感受,Rhino原厂认为核心要素主要有两个:

非常自由的功能组合规则:在传统的设计软件中,设计师往往“受限”于软件所提供的功能,很多时候设计师会因为软件缺少某个具体功能而放弃一个很好的设计思路和想法,某种意义上来说是软件功能限制了设计发挥。而任何一款软件实际上都无法提供无穷无尽的功能给设计师。因此在 Grasshopper 中采用了一种全新的设计理念:让设计师任意的组织和搭建设计所需的功能。具体来说:Grasshopper内置了丰富的工具,但这些工具看起来都很“基础”。同时Grasshopper提供了一套特定的规则和组织方法,这套规则方法非常的灵活且强大,允许设计师几乎没有限制的将这些基本工具深度组织到一起,实现各种设计所需的特制化功能需求。这种方式从根本上解除了传统软件”固化”的功能模式,工具使用的灵活度得到大幅度的增强,设计过程受到的限制也更少。

丰富的功能拓展:目前 Grasshopper 中的插件数量粗略统计近千种,与设计业相关的周边的每个行业几乎都有多种成熟的插件接入到 Grasshopper 中供设计师选择使用。诸如计算机图形学里各种丰富的图形生成算法、完整的数理计算和分析工具,环境学、能量学、材料学、光学、粒子系统,流体力学、弹性力学,生物学以及各种有限元分析工具,且大部分都是免费使用的。


在 Grasshopper 中可以方便的使用这些丰富的插件功能配合设计。一方面设计过程可以加入插件提供的丰富设计元素让设计效果多样化。另一方面在设计过程中借助这些插件功能可以同步的关注很多设计周边因素并评估设计性能,在很大程度上消除了传统设计过程中上下游之间的隔阂,提升设置质量和效率。

提问: Grasshopper为什么有那么多插件?

Rhino 与 Grasshopper 是非常开放的软件架构。首先 Rhino原厂提供的全套开发工具都是免费的,所有个人或公司在 Rhino 和 Grasshopper 中开发的插件都拥有完全的自主权可以自由发布或销售,并且Rhino原厂不抽取任何销售的利润,同时还协助发布到 Rhino 全球的插件平台上做推广。


学习Grasshopper误区


要发挥参数化设计工具强大的作用,使用者必须运用正确的参数化思维和理念,同时对参数化工具的运作规则及分析方法有清楚的了解和掌握。对大多数用户来说这需要经过一段时间的学习和练习才能达到。而目前在国内很多学习者由于对参数化认识上的错误或一些错误的引导,导致学习过程一波三折,同时给自己带来很大的压力甚至对自己产生怀疑,很多用户最后并没有很好的掌握参数化设计。我们特别提出来希望刚开始学习参数化的用户注意。主要有两点:

急于求成:很大一部分用户在刚开始学习参数化设计的初始阶段就去找与自己专业相关的案例或效果酷炫的综合案例学习,希望快速的在实际设计项目中运用,并节省学习的时间。但往往事与愿违:由于实际案例或综合案例中同时包含多个层面的知识理解和运用。其中包括与参数化相关的知识点、以及过程中用到的其他专业知识,以及设计层面的思路分析等等。要把这么多的知识点在一个案例中全部讲清楚首先就很难,从教学设置来讲就不合理。只有用户提前对每个知识点都清楚了之后再来看这种综合案例才是可行的。而实际情况通常是由于用户对其中一两个知识点的理解不够,就会导致整个案例完全无法理解。所以大部分学员往往是学到后面百思不得其解,顾此失彼,反反复复的思考还是无法掌握。最后学员必须回过头重新把没有理解或忽略的参数化知识点补回来,耗费了更多的时间和精力,甚至于一部分学员最终认为参数化设计不适合自己,因此放弃。

片面追求对工具的学习,而忽略参数化核心思维方法的理解:在学习 Grasshopper 时很多用户的关注点仅放在学习工具如何使用的层面。也有一部分学习者刚开始就把大量精力用于学习Grasshopper中插件工具的用法。这也是典型的学习误区。实际上工具使用只是参数化学习过程中最浅显和表面的部分。而必须具有参数化思维和分析能力才能驾驭和掌控这些工具建立设计功能,这才是学习参数化设计过程中的核心部分,却很容易被学习者忽略。所以遇到很多用户对Grasshopper的工具用法都反复学了好几遍,但是在实际运用中却不知道如何组织搭配这些工具实现想要的效果和功能。是典型的缺少参数化思维分析能力的情况。


学习Grasshopper的要点

总结了学习 Grasshopper 过程中应该特别关注的几个侧重点,用户在学习过程中应该重视以下几个方面:


一. 对 Grasshopper 数据规则的深入理解


Grasshopper提供了一套特有的数据结构和用法规则,所有 Grasshopper 自带的工具和插件都遵循这套数据结构及用法规则。利用这套规则可以几乎不受约束的把Grasshopper以及插件中的各种基本工具搭建成更加高级和特定的功能以满足不同的设计需求。这正是参数化设计区别于传统设计方法的主要优势。但由于数据规则本身并不是 Grasshopper 中的某个的工具,因此普遍被学习者忽略。在实际使用时会出现一系列典型现象:例如使用者只能搭建简单的参数化功能,如果数据量变多结果就会出错,并且用户无法分析和理解出错的原因。这都是因为用户仍然只看到表面结果但无法从参数化的数据层面去理解分析导致的问题。因此深刻的理解进而能够灵活变通运用这套规则是学习参数化设计过程中重要的教学和训练环节,也是每个学员都必须跨过的一道门槛。

换个形象点的说法来解释:工具是“有形”的而规则是“无形”的,初学者容易关注到有形的工具而忽略背后的无形的规则。好比是玩游戏:首先应该仔细了解游戏规则之后再开始玩游戏,玩的过程就会很顺利。如果还不清楚玩法就开始,一定会遇到各种各样的问题。这时候再去解释规则反而难以解释清楚了,学习难度也加大了而且反而浪费了很多时间。


二. 重视对参数化设计思维和分析能力的提高


参数化设计的过程中,首先需要运用参数化逻辑思维及分析方法规划整体“框架”,而后才涉及到具体制作的细节部分,当学员还没有建立起正确的参数化思维方法的时候,就会在面对具体设计问题时感觉没有思路,或经常做到一半很难继续下去。建立和提高参数化设计思维和分析能力是学习参数化设计过程中最核心的部分。


然而对于多数建筑设计、产品设计和艺术设计专业背景的学习者来说,由于这些行业的从业人士通常并非理工科背景,因此知识结构中逻辑思维和分析能力通常也比较薄弱。因此在学习参数化设计的过程中更需要特别重视并针对性的加强逻辑思维和分析能力的锻炼。


如何学习和提高参数化思维和分析能力?这更加取决于教学本身。有很多学员跟我们反应过:在学习一些教学过程中常常感觉“难理解”或者“听不懂”。实际上很多时候并不是学员的问题,而是一些教学课程根本就不关心如何确保学员充分理解和掌握。有一些课程为了吸引学员参加,会不加考虑的找一些效果酷炫的案例作为教学,并没有充分考量教学的合理性和学员的接受度。


一个好的教学课程不应该首先考虑如何“博眼球”,而更应该关注学员应该从课程中掌握什么、学会什么,如何做好充分的教学安排和范例准备以确保学员可以最高质量的达到教学预期?如何让学员可以更加轻松和容易的理解教学范例中用到的思维逻辑?如何让学员通过简单易懂的范例引发学员正确的思考?如何把基本的思路和规则结合到一起灵活解决实际中遇到的设计问题?如果教学课程能够从这些角度去思考并认真规划课程,同时在授课过程给与耐心指导,绝大多数的学员都可以达到足够的参数化逻辑思维和分析能力的。


另外在这部分的学习过程中,学员也应该给自己多一点时间,旧的思维方式的转变和新的思维观念的建立都是需要一段时间的练习去适应的,欲速则不达。


三. 重视相关行业知识的同步学习


用户在学习 Grasshopper 过程中有一些时候遇到思路无法理解,而且常常重复听了好几次还是没理解。这种情况通常是由于:对工具和思路所涉及到的相关专业知识缺乏了解导致的。


传统的设计软件由于使用方法和流程都比较“固定”,在使用时候按部就班的做或者稍加摸索即可学会。因此用户通常并不需要特别的了解工具背后的相关知识和原理特性。而如果用户把这种方式照搬到grasshopper 的学习过程中就会出现很大的问题,因为Grasshopper的用法非常灵活,也没有固定的流程,很多思路和方法稍加变通就会完全变成另一种效果或功能,用户只有对工具背后涉及到的相关知识和概念特性清楚了,才能配合建立灵活多变的思路解决问题,也才能发挥出参数化不同于别的设计软件的强大之处。


Grasshopper 自带的工具根据相关背景知识可以分为几类:与编程逻辑相关的部分、数学计算相关的部分,空间和几何定位部分,NURBS曲面建模部分,网格几何建模部分,逻辑分析和数据处理部分,以及一些例如材料力学和力场模拟等相对独立的部分等。学员在学习参数化设计的过程需要同步的加强对这些相关领域知识概念的了解。

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