刘 阳

（成都理工大学传播科学与艺术学院，四川 成都 610059）

根据市场调查，我国灯具销售量逐年递增的趋势，其巨额销售量的增长意味着消费者对于灯具的功能和个性要求。传统灯具设计的流程包括深入、细化、建模、修改（再建模-再修改）、反馈等，由于建模和修改的过程可能因客户需求无限次重复，所以该流程没有固定的完成时间，这不仅大大耗费了人力物力，还增加了双方的时间成本。

参数化设计是包括数据应用、互联网应用以及模块应用等多方面的应用技术，不仅能够缩短产品建模、设计的周期，还能减少设计师工作量。因此，文章将利用参数化设计的方法，借助Grasshopper平台，展开对灯具参数化设计的具体研究。

1 Grasshopper插件

1.1 插件简介

用于进行参数化设计的平台有CAD、3D Max及Grasshopper等。其中CAD主要作为几何绘图的辅助工具，该软件对工作环境要求较少，用户交互做得较好便于设计师操作，使用及维护方式较简单。而3D Max则是通过调用脚本来进行功能实现，建模速度快，能提高设计效率的作用。

相较于以上几种设计平台，Grasshopper插件具有其没有的三种优势：⑴可视化程度高，该插件做出来的模型由运算器和电池等组件构成，用户可以通过运算器和电池的组成清楚判断其设计流程；⑵方便数据储存，该插件的储存模式是分析电池后可以清楚看到其背后存储的各项数据，不单是电池本身，保证数据本身的精确度；⑶该插件还扩展性较好，其产生的数据不仅能用于Grasshopper本身，还可以用于与CAD等软件进行数据交互，不具有太大局限性。

1.2 Grasshopper设计模式

Grasshopper是一款可视化的编程插件，其可视化的特点对于设计师的设计工作来说十分有利，其简单的节点有助于设计师进行相对动态化、模块化的设计。因此，越来越多的设计行业，不同产品的设计工作，开始使用Grasshopper插件，参数化设计逐渐发展起来。

Grasshopper最大的特点即模块化组成，简单地来说，即使不精通算法和编程代码的初学者，也能轻松完成运算器的连接，其组成主要包括运算器和参数。前者是用来进行信息处理的模块，与一般设计插件的几何功能基本相差无几，包括点线面等基本的操作，并负责完成数据的输入及输出。后者主要用于设计数据的存储，与一般编程软件相同，参数包括多种不同的数据形式，从数据输入结点开始，经过运算点的层层处理最终得到相应的运算结果，起到控制所生成结果属性的重要作用。

Grasshopper插件之所以适合初学者，由于其编程过程是可视化界面，可以很清楚地向用户展示设计过程，以及每一个制作步骤使用的运算器。有助于设计师对作品进行调整，方便客户了解设计思路等。每个板块代表所使用的一个运算器，每个运算器都有其特定的程序，若需要进行运算器的使用，只需要在插件中进行运算器的首尾连接。

最后，Grasshopper插件的使用可以帮助设计师较好地解决传统设计过程中面临的不停迭代更改问题，只需要在自己设定的前提下，对自己输入端的参数进行取值的更改，就可以实现整个计算结果的变化，根据观察模型的变化，选择最佳参数值。

2 Grasshopper插件在灯具参数化设计中的应用

2.1 需求分析

任何产品的设计过程都是以对用户需求的分析作为引导的，整个参数化设计流程也是，用户需求分析是整个设计过程的第一步，也是首要任务。用户需求分析主要包括用户群体，用户需求以及用户行为等三大模块。

首先对用户群体特征的分析，其操作是针对产品的使用者和相关人员进行的，即除了直接使用者以外，还需要考虑间接使用产品的用户的感受。例如学校采购课桌，不仅要考虑学生的需求，还需要考虑教师、家长、管理人员等相关人员。整合直接使用者和相关使用者的所有资料，包括性别，年龄，工作性质，家庭地域，教育水平等多个方面，进行分析考虑。

其次，对用户需求的分析通常采用问卷或是线下调查的方式进行，获取到不同群体用户对于相同产品不同的需求。用户需求按照表达需求来分包括隐性显性两种。例如对于一瓶高端的红酒来说，其显性的需求体现在作为社交的工具，隐性需求则是对于用户的尊重。

最后，用户行为方面的分析主要是在用户获得产品之后的使用行为，以及一些下意识的表现。进行这方面的数据获取时，可以通过人员作为用户进行角色扮演，亲身体验用户在使用该产品时的内心想法和行为举止。

综上所述，在进行灯具的参数化设计时，要经过对用户需求的三方面分析，才能使得所设计出的产品更加符合用户心意和使用方面的行为习惯。

2.2 参数化

所谓参数化的过程，就是指定模型约束，对模型进行约束求解并满足约束的一个过程，其应用在设计过程中，即基于产品在某些参数上的相关约束进行建模并求解，从而实现设计参数化。

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效果图不能直接用手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，用以后面的模具制造或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手后期的产品制造，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。

要实现灯具设计参数化，首先应该对数据进行约束，约束是整个参数化设计的核心，需要对灯具的功能、结构和制造过程进行约束，并将这些约束作为集合约束反映到拓扑结构中。例如光源的设计，光源是整个灯具实现功能的核心，是不可或缺的组成部分，不同规格、功率、品牌等光源实现的功能都不完全相同，因此，作为制造过程的约束之一，要对单一光源因素的各种参数进行调查分析，并指定最合适的约束范围。

2.3 模型逻辑

所谓模型逻辑的建立，就是根据不同角度的要求来进行参数之间关系的设定，建立关系网，选择合适的参数，从而满足设计师对灯具各个功能的要求。一切与产品最终形态、功能相关的因素，都可以作为模型中特定的参数。例如产品实现的功能、产品外观以及规格等参数。因此在进行设计建模时，可以将这些参数可视化，建立相互关系，形成最后的产品，主要包括材料、外观逻辑两种。

前者主要是从生物学和几何两种角度出发的。生物学角度研究动植物的形态，根据优胜劣汰的原理，能够长期生存并在生物圈中占据一席之地的生物，都有自身或外在的因素来适应周围的环境。例如，灯具的形态设计如果参考植物或动物的一些生长特性，其作为一种存在生态场所中的工具，应该与人生存的空间具有协调性和连续性，能够实现人与空间以及空间内工具三者的协调。

后者从数学几何的角度，利用数学研究视觉上最舒适的组织关系，用数学规律将设计形象概念化，将这些概念化成果应用到灯具参数化设计中，能创造出科学原理上符合人的审美的设计。

而材料逻辑是从灯具的内涵方面考虑的，材料是支撑灯具的根本载体，灯具展现出的功能质感主要是由其材料的特性所控制的。材料逻辑具体指的是设计师在确定设计思路之后，根据自己的审美方式，用不同规格的材料去展示产品形式的设计过程，在设计制作过程中，需要考虑用户要求的产品功能，将多种材料的特性与设计师的设计要求进行结合，利用参数化设计的工具，快速产生多个设计方案，根据每个方案搭配的不同效果选出最优的设计。例如在灯具投入使用时，需要考虑其所属环境的温度、湿度，考虑灯具所用材料防潮、防锈、防腐蚀等性质。不仅要选用易于操作的材料、性价比高的材料，还要选择能发挥最佳性能的材料作为灯具主体。每种材料都有其自身的特性，为了提高灯具的可用度和可观赏度，应该准确应用材质特性进行搭配。即使是使用木头或塑料材质，也有聚丙烯、聚氯乙烯等不同材质的区别，这些材质具有不同的功能表现力，应具体问题具体分析。

2.4 造型参数化设计

在进行产品设计参数化的时候，上文中提到主要通过几何约束和参数关系来进行特征说明，使得设计参数满足用户需求。并在可行方案中选择一组参数对最终方案进行约束，根据这一组约束来进行设计修改。

目前用于造型参数化设计的方法主要包括程序驱动和尺寸驱动两种。前者在使用的时候要针对几何图形进行具体分析，分析其特点和参数关系，即参数之间的逻辑联系，将这些数学关系编写在逻辑化程序中。使得在后期的设计中直接输入具体参数就能通过这些逻辑关系直接得出大体数据。后者主要是对程序驱动的拓展应用，尺寸驱动主要是根据具体尺寸生成基本图，在图中进行尺寸标注，这些尺寸在程序编写的时候进行呈现，在设计师进行多个参数修改之后，一次性形成最终成像，且最终图像满足用户最初的约束。

2.5 动态分析

一般的参数化设计过程中，参数主要包括给定不变的参数和根据形态改变而改变的参数两大类。在设计师进行完模型制作之后，可以通过调整改变第二种参数，来改变设计稿的形态，观察最优的参数组合，找出符合用户要求的最优设计。

以花环为例，插件中可调节参数的调整界面，前五个参数可调整，分别调整了花环的上方空心圆的大小、位置，中间圆的大小、位置，以及底部空心圆的大小、位置等参数。调整不同的参数组合，会形成不同的视觉效果，设计师可以从插件的交互界面直观地看到设计效果，因此使用该插件能够更方便设计师对参数进行择优选取。

2.6 最终优化

产品设计最终的优化过程，其最初是产品制造的有限资源配置问题，即从不同的可行性方案中，挑选最优的一种进行投产。在灯具参数化设计的过程中加入优化的过程是十分有必要的，不仅可以从产品结构、材料等方面分析产品是否适合投产加工，还能提高所生产产品的用户满意度。例如，用软件在进行设计优化的时候，由左边的双曲面玻璃改进为右边的单曲面玻璃，不仅能够在实际投产的时候节省成本和操作时间，还能缩短生产周期，提高性价比以及企业利润，使得产品投产更加合理化，同时也没有耽误产品设计的工艺性。

2.7 用户满意度

众所周知，灯具是具有观赏性的实用品，不仅仅是照明使用，还在使用过程中与用户产生交互的过程，只有在设计时保证其交互过程让用户感到舒适，才能让用户满意度有所提升，是一个循环交互的过程。

因此在进行设计的时候，不能单一使用无聊的开关灯方式，设计师可以适当根据需求加入一些有趣的元素，增加用户使用时的情感交互，满足广大用户对于产品的需求。

3 总结

首先，随着参数化设计技术的不断发展，工业设计的体系也不断完善，有助于设计师应对当前复杂的环境和不断提升的用户需求；

第二，基于Grasshopper插件的交互式参数化设计过程，动态的设计方法让设计师能够更加灵活改变设计，精准控制自己的设计，根据用户具体需求变化、产品功能具体要求等随时进行设计方案的改变，改变参数约束范围。

最后，作为后来发展的新型设计方法，虽然近几年才越发普及，被应用到工业、制造业等生产行业中，但通过文章对于其在灯具设计方面的应用分析，参数化设计的思维适用于工业设计领域，终将会被普及应用。

4 结束语

随着经济发展和科技进步，人们对于生活质量的要求不断提升，对于生活用品的质量要求也在提升，灯具就是其中之一。作为生活必需品之一，日常使用的灯具在性能、外观、功能、交互度等方面都有一定程度上的提升，笔者针对灯具设计行业的发展现状和技术进步趋势进行了分析，展开论述了灯具参数化设计的过程，并基于Grasshopper插件进行了简要介绍。同时进行了应用举例，能让读者更加直观地感受每一个环节。

作者简介：刘阳（1970-），男，籍贯：山东泰安，学历：硕士研究生，职称：副教授，研究方向：舞台影视灯光设计。