基于参数化设计的镂空陶瓷艺术研究.pdf

CERAMICSSCIENCE&ART093研究与应用RESEARCHANDAPPLICATION基于参数化设计的镂空陶瓷艺术研究宫雪琳朱寒庆王一凡李光亮（通讯作者）【摘要】本文基于Grasshopper参数化设计插件，研究参数化设计思路在镂空陶瓷造型的艺术表达中的影响。首先阐释了参数化设计的概念以及镂空陶瓷艺术表达方式，并解析两者结合后的艺术效果。其次采用案例分析法和实验法，总结相关参数化镂空陶瓷作品设计流程与方法。通过Rhino建模软件中Grasshopper的参数化建模功能，讨论参数化镂空陶瓷上的艺术表达特点。最后得出基于参数化设计的镂空陶瓷设计自身独有的艺术语言与艺术风格，并总结对艺术审美的影响和此类设计的未来发展方向。【关键词】参数化设计；镂空；陶瓷；艺术审美基金项目：2 0 2 3 年北京理工大学研究生教研教改重点项目项目编号：2 0 2 3 ZDJG016负责人：李光亮一、参数化设计与镂空陶瓷1.参数化设计概述参数化设计也是一个很新颖的设计方法，目前常在建筑设计与电子产品外观造型中使用。是人们对现代主义的极简形式审美疲劳后更加多元化、个性化的表达。“参数化工程设计是把直接影响建筑的多种复杂性要素当作工程设计中的前提条件并充分考虑，最后以其他物质状态的方法来解答工程设计中的难题的一系列方法”，而这一观念是由中国清华大学建筑学院的徐卫国博士所提出的。在陶瓷艺术设计的领域里，参数化设计成为设计表达与大量的计算机应用结合的代名词，这一概念正在逐渐成为了大家的共识。通过计算机参数化技术的帮助，对陶瓷镂空艺术造型内容的定义、创造、分析、优化、仿生以及对图形处理过程的控制，利用计算机辅助参数化设计完成整个陶瓷艺术造型的设计流程，最后输出了满意的镂空陶艺作品。在陶瓷造型艺术领域中，参数化设计不但是计算机辅助设计完成的一个技术手段，更是参数所代表的工程设计思想方法在陶瓷艺术设计上的应用。2.传统镂空陶瓷艺术设计与制作概述在众多制陶手法中，镂空法?是一种非常难以掌握的技巧。传统的制作工艺操作需要先以模具法等制作基础模型，在陶土模型半干的时候进行刻制，形成镂空的效果，而后进行烧制的工作。这样的制作流程复杂且陶瓷烧制成品率低，进而造成镂空陶瓷的成本极高，且难以大规模地复制生产。在镂空的纹样制作中由于陶瓷烧制时会收缩、断裂以及变形，所以纹样线框必须要留有足够的距离，合理的分布支撑与连接点。而这种镂空的工艺也叫做镂雕 3，或称“镂空雕”，也就是先设计出镂空部分的艺术造型，然后在原胚上把所需要镂空的艺术形状去除。再处理其他镂空的形状，使镂空的花纹贯通连接，多层面地衔接，最终使陶瓷造型更富有立体感、层面感。镂雕技术难度很大，从泥料选择、工艺布置、刀具设置、雕琢程度到成品制作过程等，都和普通的技艺完全不同。而镂雕技术实际上是一种以退为进、以减为加的艺术表达方法。将一块完整的原料从雕刻师的手中经过去皮取肉，首先去除不必要的成分，然后再经过适当的加工打磨，来突出镂空陶瓷艺术的独特文化内涵。3.参数化的设计应用特点参数化设计中每一个微小的函数变动都会引起整个图案的变化，可以说参数化设计使得人们的设计风格更具个性、多样、多变。函数的不同的计算与排列方式产生不同的造型，而且这些造型的数据却又是明确的、可重现的。这些数据使得陶瓷造型艺术从经验与偶然性变化为数据可控，颠覆了传统艺术中对个性化的理解，而转为以可控之上的无数可能来体现其参数化形式的陶瓷艺术个性。参数化设计给镂空陶瓷艺术带来的鲜明个性，让这种设计手法具有强烈的识别性，在陶瓷造型中这样鲜明的识别性会与其他造型抢先成为主题表现形式。参数化设计的个性是体现在镂空图形的秩序感、科技利用的先进感和造型数字标准的规范感之中，这些个性也为镂空陶瓷艺术表达打开了新篇章。二、grasshopper制作镂空陶艺效果本篇所讨论的Grasshopper(4，是一个基于Rhino的程序逻辑插件，在Rhino运算环境条件下能够进行编程计算得到模型，是目前被最普遍使用的能进行Rhino模型参数化的插件程序。Grasshopper的特点是将编程语言转化为可视化的电池模块进行连接，不同模块代表着不同的计算方式，而将模块进行组合链接便可以形成逻辑计算命令，最终生成设计师和艺术家想要的陶瓷3 D模型。Grasshopper软件参数化设计最大的特点便是将参数直观性表达出来，模块数据以树形链接的形式体现。树形链接的方式是将多个数据列表根据线性的数据组合进行排列，并依次运算，类似于列表的嵌套 5 。而这样的运算模式可以让设计师更便捷地控制每一个运算过程，并且随时调整出多个设计方案效果进行对比，提高了设计表达的效率。以下为不同树形链接制作的陶瓷镂空效果的分类与各自效果的特点。1.镂空艺术造型的“重复”陶瓷镂空造型的“重复”这一表现手法 6 ，是将多个形态相近的元素进行有计划、有规律的组合，这些元素之间大多在性质、内容、材料或者造型上有相似之处。从单个元素到整体的表达，各个元素相互呼应，形成一种强力的视觉冲击。以往的重复多是多个陶瓷组成的艺术效果，形成陶瓷作品的空间感和体量感。而参数化设计使得这种视觉冲击力可以放在单一的陶瓷艺术品上，不同于多组对照的空间效果，参数化设计的陶瓷造型能产生独特的秩序感和规则感，形成新的艺术特征。094CERAMICSSCIENCE&ART研究与应用无论多复杂的重复表现效果，追溯到根本都是基于某一个元素在陶瓷上进行不同的排列组合方式。这一个关键的元素可以是几何形、图案、纹样、肌理等等。而组合的规律则是通过grasshopper中设计的树形函数所创建出来的。也就是将不断变化的关键陶瓷艺术造型元素作为变量，通过树形函数的不同组合方式创造出参数化设计方案。而在参数化设计表达中，实际的造型效果通常由“阵列”“渐变”“肌理”等进行分类（例如图1、图2、图3)。图1 陶瓷参数化阵列效果（1）镂空造型阵列阵列是参数化设计在镂空陶瓷造型设计中最多应用的效果，也是最能够突出参数化设计特色的效果。每一种元素的形状与间隔都完全一致所构成的数字美感，主要体现于比率与尺度、对称性与均衡、旋律与押韵、统一与变异等形式美学法则之间。在grasshopper当中，大多数我们看到的效果都是以阵列为表达形式或者以阵列为变化基础的表达。阵列的方式多种多样，根据Rhino中的线条进行阵列的方式有：以线的均分进行阵列、螺旋线阵列、黄金比例阵列等；根据Rhino平面进行阵列则可以将某一元素以细胞填充的方式或根据平面几何化均分后依据平面绘制同一元素的方式进行。（2）镂空造型渐变镂空造型渐变的形式是以“重复”作为基本的变换基础结构，与它的相邻的镂空造型之间往往有种类似的变化或者联系，所以通常渐变的形式都是对基本镂空元素的变化进行有规律的表达。陶瓷镂空的渐变结构设计，通常给人在视觉上形成强烈的律动感，而镂空元素的渐变变化形式的不同也往往表现出不同的速率感，如果渐变的镂空造型之间变化太快，则极易造成镂空渐变效果规律性变弱，会给人一种造型不连续的感受，镂空造型之间变化太过于缓慢，则会给人一个造型重复而非变化的感受。所以镂空造型变化的太快或者太慢就会使造型渐变效果的整体大打折扣，所以在设计渐变的镂空造型过程中对细节数值的控制也十分关键。镂空元素造型的渐变方法有很多种，比如改变镂空造型上的形态、大小、颜色、肌理等等，而这些都能在grasshopper中直观地展现出来。渐变效果多是以grasshopper中的不同“干扰”方式来制作成的。干扰体系是一种参数化生成思维，它通过使用有递变规律的参数来形成单元变化形式。7 而渐变3图3 陶瓷参数化肌理效果2图2 陶瓷参数化渐变效果的效果通常是以吸引点（attractor)到基准线之间的不同距离为数据列表，针对所有图形施加有层次递进的影响，达到渐变的效果。（3）陶瓷造型表皮的肌理陶瓷肌理的效果在参数化设计当中不只是代表材质或造型形成的纹理，而是将单一元素的起伏重复填充于陶瓷表面的表达方式。这种表达方式使得参数化设计的主要元素不再独立存在，而是可以互相结合构成更加复杂的表面造型。这样不但只是让陶瓷这一材质在造型上模拟出其他材质，也可以通过肌理制作出更多层次的变化。所以在肌理的表达中正形与负形同等重要，单一元素的秩序感加上元素间的可组合性，使得陶瓷艺术产生更加丰富的层次。对于肌理的表达方式来说，镂空的基本元素不只是形状，更可以是通过对某一事物的抽象分析和概括归纳出具象事物的本质图形。也就是根据设计师的审美与判断通过参数化设计将具象的形体高度概括为几何形，将几何形构成具有节奏感的抽象形体。随着时代的发展，艺术逐渐由具象艺术转向了抽象艺术，抽象美学更具有现代主义精神，融合在陶瓷造型艺术中也更加有视觉冲击力。肌理的效果与阵列相似，但是编程的原理不同。肌理的制作通常是依据与陶瓷坏体的曲面生成。首先是在grasshopper中对陶瓷造型曲面进行均分处理，均分的形状可以是任何规则的几何形状，也可以根据电池处理成特定形状的均分。根据均分的形状来设计出元素，并将镂空的元素填充在陶瓷坏体上。参数化设计的变化迅速且多样，相对于之前的陶瓷造型设计流程这样的设计方案一直处于“动态”之中。如图4 中是根据以上总结的设计方法所制作的镂空陶瓷制品，与图4 相对应的图5 则是grasshopper树形电池链接设计。这样的设计流程不但避免了由于手工造型带来的误差，更可以通过在grasshopper拖动数字滑块使得整个设计进行快速的变化。让设计师直观地感受设计的不同可能，也方便设计师与客户之间的沟通。图4 重复造型的运用图5 重复造型的grasshopper设计2.陶瓷造型的算法生型算法生型8 也可被理解为在受到活动行为条件及其外界各种因素影响之下，造型自我组织的过程。而这种造型生成主要受到grasshopper中的不同算法的干涉，从而形成反馈。不同于“重复”是由人主动进行设计构建和约束行为，算法生型则是陶瓷根据算法进行自主找形。这一过程突破了传统的设计方法，使生物形态体系的自组装能力在物理的找形过程中得以体现，也使得陶CERAMICSSCIENCE&ART095研究与应用RESEARCHANDAPPLICATION瓷艺术造型突破传统认知。参数化设计的算法生型是指运用算法设计实现陶瓷艺术造型模拟生物形态或陶瓷自主生型的目的。在设计原理方面，算法设计是指以计算机图形学原理为主要基础，利用计算机程序技术处理特殊的设计问题，或依据数据制作可视化图像9。通常算法设计和参数化设计一起使用，例如随机生成算法、拓扑优化算法、遗传算法、泰森多边形算法等，这些算法是已经完成的算法设计。将这些算法设计运用到参数化设计中生成如图6 的陶艺作品和建筑造型。而图7 是算法设计用于参数化镂空陶艺的案例。通过不同的算法设计可以模拟出多样的遵循一定的自然规律的自然现象与自然形态。参数化设计能够让设计师轻松地模拟出自然的构造和形态，以及模拟自然事件的发生。例如以模仿树枝的分形为例，分形的特点是自相似性，在树枝生长的分形逻辑体系中，局部和整个形态相同，元素相同，组合方法相同1 。而将这个逻辑进行编程，通过这个编程实现陶瓷造型的自我生型。不只是自然现象，参数化设计也可以进行其他仿生模拟算法，例如生物纹路算法，模拟生物或者细胞的生长规律，将参数加入规律中生成不同的纹样。图8 便是应用了模仿生物和自然的参数化造型。图6 运用了算法设计的图7 参数化设计图8 分形与仿生generico陶瓷艺术案例镂空陶瓷的案例参数化设计案例参数化设计与算法设计结合，以数量、规律为基本的生型逻辑，扩展了陶瓷形体的可能性，也丰富了陶瓷的艺术表达方式。区别于传统通过草图描绘的造型设计方法，参数化设计带来的陶瓷新风格给人们提供更为独特的感官感受。极度标准的工业化生产带来的规则感与完全相反的自然生长带来的随机感，极大地丰富了镂空陶瓷艺术造型的多样性和趣味性。例如图9 为结合了泰森多边形算法的设计案例，图1 0 为与其对应的grasshopper树形电池算法。图9、图1 0 结合泰森多边形的参数化镂空陶瓷与对应grasshopper算法三、加入参数化设计对镂空陶瓷艺术的影响1.参数化对于陶瓷镂空艺术造型是一种全新的设计方式参数化设计是一个独立的且完整的设计思维方式，这个理论由奥克斯曼教授(RivkaOxman)指出。传统的陶瓷制作是人为设计和手工制作，需要设计师的精湛制作技艺，而参数化设计是造型自主生型与标准数据生产的结合。由于和以往的设计方式以及设计成果形成了鲜明的区别，参数化设计在镂空陶瓷领域也逐渐形成了一个独特的设计语言。参数化设计通常有其自已的设计思路流程，即前文提到的函数化设计元素和规则化排列，不同的排列展现出不同的设计风格。以造型的大小、宽窄、疏密、方向、组合方式构成动态的韵律，并以此作为造型艺术表达形式。2.镂空陶瓷造型中参数化风格的强烈识别性参数化设计是在计算机辅助语境下出现的带有明显标识性和具有新造型艺术风格的设计方法。这种艺术风格是以往由于受到生产技术限制而无法体现的，3 D打印技术的发展在满足了生产条件的情况下，参数化设计的新风尚必定会吸引人们的目光，也会拓展包括镂空陶瓷在内的陶瓷造型艺术的设计发展空间。通过镂空造型的秩序感、流动感、通透性和起伏感四个方位的感知程度使人们感受陶瓷艺术家所表达的感受。3.参数化带来的设计主体变革对于个人而言，参数化设计与3 D打印的配合大大减少了镂空陶瓷对手工制作的技术要求，使得传统陶瓷艺术品不再局限于“主体制作一他人认同”的原有审美方式。而让更多人参与到镂空陶瓷制作之中，形成“自我认同一自我制作”的新型审美方式，即可根据参数化的极大个性化表达与个人审美相结合，将陶瓷的使用者加入到陶瓷设计的流程中来，以定制化产品彰显使用者独特的个性化，满足个人的审美偏好。总体而言，grasshopper参数化设计给镂空陶瓷艺术带来新的活力。在视觉上形成独立的参数化风格；在设计中拓展方案可能性；在生产中减少手工技艺的要求；在市场上拓展陶瓷艺术的品类，在用户协同设计中发展尝试。【参考文献】1徐卫国.参数化设计与算法生形 J.世界建筑，2 0 0 9-0 8：1 1 0.2张万胜，日用陶瓷的装饰 J.山东陶瓷，2 0 0 4，2 7（2）：4 1-4 3.3王桂能.浅析陶瓷雕刻技法 J.景德镇陶瓷，2 0 2 1(0 5)：5 1-5 2.4黄雨萌.建筑设计中Rhino+Grasshopper插件功能与3 D建模解析J.自动化技术与应用，2 0 2 1,4 0（0 7)：1 6 7-1 6 9+1 7 3.57崔强.参数化设计在工业产品设计中的应用研究 D.北京工业大学，2 0 1 8.6李宁.对现代陶艺创作中重复表现手法的探索和研究 D.中国艺术研究院，2 0 1 3.8徐卫国。参数化设计与算法生形 J.世界建筑，2 0 1 1（0 6)：1 1 0-1 1 1.9尼尔里奇.建筑数字化编程 M.同济大学出版社，2 0 1 2.10齐东旭.分形及其计算机生成 M.北京：科学出版社，1 9 9 6.1iOxman R.Thinking difference Theories and models of parametricdesign thinkingJ.Design studies,2017（5 2）:4-3 9.