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隨著計算機及其程序技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)計領(lǐng)域，生成設(shè)計與加工逐漸成為設(shè)計領(lǐng)域的研究熱點之一。生成設(shè)計方法的快速高效及其設(shè)計成果的靈活豐富，使得生成設(shè)計成為發(fā)展?jié)摿Φ脑O(shè)計方法。

一、背景介紹

在“音律柱”的設(shè)計過程中，包含了對數(shù)據(jù)的獲取、生成、可視化及數(shù)控加工的關(guān)注，其主要研習(xí)的知識點有如下幾點：

生成設(shè)計：計算機生成設(shè)計就是將原型問題轉(zhuǎn)化為可被計算機識別的問題的方法。與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，盡管生成設(shè)計需要高強度的程序代碼探索，且無法在短期內(nèi)快速形成預(yù)定義的直觀結(jié)果，但是通過對數(shù)據(jù)流的底層控制，其設(shè)計成果往往更為豐富、合理。

數(shù)據(jù)可視化：數(shù)據(jù)可視化是對數(shù)據(jù)鏈的視覺塑形過程，其主旨在于通過直觀圖形化的手段，有效表達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)信息。 “音律柱”涉及音樂數(shù)據(jù)的可視化，由于音樂數(shù)據(jù)具有*的抽象特征，如何將抽象的音樂數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成具象的形象塑形是“音律柱”探索研究的重點之一。

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分形：分形或分形幾何是一種以不規(guī)則形態(tài)為研究對象的圖學(xué)方法。分形在不同尺度下均保持其精細(xì)結(jié)構(gòu)和圖形自相似性，其形象特征與遞歸程序算法相對應(yīng)。 “音律柱”便是分形圖形數(shù)據(jù)可視化的案例之一。

數(shù)控加工：數(shù)控加工結(jié)合特定加工材料及與之相關(guān)的數(shù)控設(shè)備，是程序生成結(jié)果的實現(xiàn)載體，也是對生成數(shù)據(jù)的驗證過程。在“音律柱”案例探索中，主要涉及的數(shù)控設(shè)備是激光切割機，它是一種簡單的二維數(shù)控設(shè)備，通過控制激光頭的運行軌跡以實現(xiàn)對平面圖形的切割加工。

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二、 “音律柱”形式生成探索

“音律柱”探索主要分為前期設(shè)計和后期數(shù)控加工兩個部分。前期的設(shè)計主要包含數(shù)據(jù)對象的選擇、處理和形態(tài)的生成。后期主要利用Java 程序提取設(shè)計結(jié)果的可加工的數(shù)據(jù)，進(jìn)而編寫成可被數(shù)控設(shè)備識別的機器語言或程序文件。兩者共同構(gòu)成從設(shè)計到加工的“數(shù)字鏈”處理過程。

1. 音樂數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與處理

音樂是一種富有感彩的動態(tài)藝術(shù)， 主要通過演奏、播放手段實現(xiàn)信息和情感的傳遞。將音樂“凝固”成為形體，并使之成為具備觀賞價值的藝術(shù)品是本案例的成果需求。

一段音樂包含的數(shù)據(jù)量異常龐大，但是一段音樂給人們直觀的感受主要包括響度、音色、頻率、長度等。在對音樂數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中，為了地還原人對音樂的感受，需要依照人耳對音調(diào)的感受，對特定頻率的聲波進(jìn)行提取。通過分析這些提取的數(shù)據(jù)，就可以得到有關(guān)響度、頻率等的一系列參數(shù)。

2. 形體生成的研究

能否用簡單的參數(shù)表達(dá)音樂的復(fù)雜性是“音律柱”塑形探索的主要目標(biāo)之一。經(jīng)過多次嘗試后發(fā)現(xiàn)，以科赫曲線（Koch snowflake）為例的分形圖形基本原理十分簡單， 而迭代后的終圖形卻異常復(fù)雜并保有精確的細(xì)節(jié)。 這種簡單形體導(dǎo)致復(fù)雜結(jié)果的過程，十分符合音樂可視化表達(dá)的需要。因此，分形圖案便成為“音律柱”塑形探索的主要表達(dá)方法。在對終成果的預(yù)設(shè)中， 設(shè)計終目標(biāo)為形態(tài)變化的柱體。其主觀原因之一是柱子歷來都是建筑物中重點的裝飾對象，不論是古希臘的柱式還是中國古代宮殿中的盤龍金柱，其形態(tài)均具有特殊的含義；二是因為柱子是一個線性的構(gòu)件，而音樂又是一種隨著時間不斷呈現(xiàn)的藝術(shù)品，兩者具有一定的關(guān)聯(lián)之處。

通過Java 程序代碼的編寫，將提取的參數(shù)與分形圖形相對應(yīng)，通過更換前臺音樂，程序就會塑造出一個個和音樂息息相關(guān)的形體。

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三、 “音律柱”的加工與實現(xiàn)

感性選定某個柱體形態(tài)后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出與加工的過程。鑒于在形體生成的過程中采用的是切片疊壘的方法，故實際加工的時候也選擇切片加工、疊壘擬合的方式。

1. 構(gòu)件的數(shù)控加工

激光雕刻機因其高效精確， 利于還原形體的微小細(xì)節(jié)，成為“音律柱”加工的設(shè)備。其原理是通過輸入圖形操縱激光頭實現(xiàn)對材料的切割加工。將“音律柱”的所有切片圖形依次導(dǎo)出，排版到一塊符合機器加工幅面的材料當(dāng)中，就可以控制數(shù)控設(shè)備完成對“音律柱”構(gòu)件的加工。

由于后期拼裝有定位和正確疊壘順序的需要，各切片圖案須預(yù)留對位方孔并打印相應(yīng)的切片編號。上述過程均通過Java 編碼自動實現(xiàn)。將完成排版后的文件輸入到激光切割機中，數(shù)控設(shè)備便會按照圖紙的信息進(jìn)行準(zhǔn)確的加工。

2. 構(gòu)件拼裝

整個終模型由底座、核心定位方柱和柱體切片三部分構(gòu)成。構(gòu)件的拼裝就是將1200個切片重新疊壘的過程。由于亞克力的密度較大（1.2克/ 立方厘米），為了后期移動模型的方便，切片采用分段拼裝的辦法。將切片粘接成多組構(gòu)件，其后利用定位方柱將它們組合拼合。

模型拼合后，切片疊合出的終形體得以展現(xiàn)，其表面的復(fù)雜肌理得到了*地展示，整體形象也與計算機程序中的模擬*一致。終，完成的模型高達(dá)1.9米，總質(zhì)量超過50千克。構(gòu)件的加工耗時4天（平均每天10小時），后期拼裝耗時約3 天。

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結(jié)語

本次實踐，是一次集數(shù)據(jù)采集、生成設(shè)計、數(shù)控加工于一體的跨學(xué)科的探索過程。其目的在于了解生成設(shè)計和數(shù)控加工的概念，掌握建筑生成設(shè)計基本工作原理。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)生成設(shè)計的應(yīng)用奠定一定基礎(chǔ)。

在前期的設(shè)計過程中，所有的工作基本都在程序的界面下進(jìn)行，而前后期的對接過程中， 也都是通過計算機程序?qū)С鏊枰臄?shù)據(jù)，直接進(jìn)行數(shù)控加工。前期數(shù)據(jù)的分析提取是一個客觀的過程。 而后期規(guī)則的制定、終形體的選擇則是一個主觀的過程，取決于設(shè)計師的個人審美。在這次探索中， 大限度地實現(xiàn)了從設(shè)計到加工的數(shù)字化，設(shè)計師關(guān)注的重點也從終形態(tài)的控制轉(zhuǎn)移到對工作過程的控制，是一次成功的生成設(shè)計與數(shù)控加工實踐。

通過本次探索過程，不僅僅得到一個終結(jié)果，更希望在探索的過程中，構(gòu)建一個完整的從生成設(shè)計到數(shù)控加工的方法。為生成設(shè)計提供新的思路，同時也為新的藝術(shù)形式探索提供方法的參考。

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