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同济大学设计创意学院2019级工业设计方向:DIGITAL BY DESIGN课程成果

课题发动
从计算机辅助设计 (CAD) 到计算设计,技术进程影响着设计思维和方法的深刻转变。建模与表征正在被仿真与生成所取代,融合设计师授意的计算过程,正使物的制作朝着生成式集成系统的方向发展。一种有别于Classical Design 和Design Thinking 的新的Computational Design(John Maeda)的设计思维模式正成为设计实践与研究的新兴重要阵地。其背后我们可以看到设计师和研究人员,对计算范式之于设计理论与实践之深远影响的多方面反思和探究。本课题希望提供对这一重要研究阵地中的基本知识概念和设计研究策略进行讨论的平台,而不是单纯的技术方法研究。在这样的时代背景与学习道场中,我们究竟该如何来理解计算设计的概念内涵与外延?如何找到理解计算设计研究策略的框架,并进而看到相对更完整的设计探究未来图景?如何理解并开发智能人机协同设计的实现路径及其意义与价值?⋯⋯等等这些问题都将为本课题的发动与开展提供足够的势能,并为相关的设计挑战提供更根本意义上的探究动力。

课题关键词:

• Computational Design

• Artificial Intelligence & Augmented Intelligence

• Speak Machine/Computer/Data

指导教师:刘震元、刘胧、樊中、郑康奕、周超课程助教:张尚洁、顾丽雯

成果展示
在计算设计的舞台中,我们抛出一个又一个基于探究的观点与构想:/*不破不立

我们重新构建审美体系,让美学参数成为沟通介质,链接审美感知的动态系统。我们也重新定义“废”,探索零废循环创造全新造物体验。

我们焕活传统非遗,在更迭的数字工具与交互中获得匠艺的新生。我们挑战增材制造工艺,利用计算设计赋能创造不同寻常的空间跃动。

/*人机协作

你可以进入VR环境,体验第一视角交互构筑灵感新世界。你也可以通过大数据深度分析生成不曾见过的曼妙成衣。你还可以将数字制造作为草图工具,参与一场人、机、材共创盛宴。

/*数字生命

我们以生命为始终,在设计语境下用数字演化为生命复原。我们也设想以人的多模态感知构建数字材料,探索人与计算机之间的最大化共生。

以计算机重构的“基因”革新浪潮正在进行,算法或将具有遗传进化的能力。当自然的渐变、连续和梯度融合与机械的是突变、分离和部件组装相遇,微观编辑有望联结二者逻辑使其趋于统一。

#01
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FRACTUATE是一个以计算设计为背景,以分形为方法论探讨审美偏好参数的实验性团队。我们对抗审美参数发展为统一标准的固有惯性,提出让审美参数成为沟通介质,链接审美感知的动态系统。分形因其与计算、美学、自然之间的独特关联,成为贯彻系统的有力工具;水波因其动态特性成为实验性的输出呈现。系统对自然、人居等美的材料进行多感官维度的收集感知,利用分形维数转译为审美参数集,由此生成具有分形特征的波形引导物理震动,使水面产生特定的涟漪,与光线交互生成在同一分形维数和跨维数上都动态变化的光影效果,构建实时生成的审美环境。

审美参数、波、震动、水面和光影一一对应,在转译与破译之间计算探寻美的初始法则,呈现由分形和波动带来的美的无限韵律。

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#02
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ReLab通过一系列的算法实验探索更多可能,让废弃物绽放新的价值,创造一种全新的造物体验。我们选择家具,作为使用先进制造进行实验结构设计的代理。以其作为生产单元,板材用作模具,连接件作为节点,提供无穷无尽的有机形状。

用户在创造自己的家具时,首先会进入回收材料数据库进行板材挑选,接着选择杆件需要的回收塑料,然后进行家具高度的适配和构型的个性化干预,进行计算设计介入下的个性化定制。而收到在运输过程中平板包装的产品后,用户将板材、连接件和杆件进行拼装,得到自己的个性化家具。

我们希望通过数字化制造对已有的废弃物进行再造与再结合。通过计算设计来消除废弃物,创造更多的循环经济。

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#03
匠艺(Craft)作为同设计与艺术交织的概念,其外显因子被不断重塑。随着数字化时代的来临,传统匠艺作为非物质文化遗产的一部分,其传承不能仅依靠对其外延与结果性特征的提取与转译,更应由静态转向活态,深挖“Craft”一词的本质。传统匠艺除了对其产品化应用外是否存在新的创新空间?是否可以将数字化介入匠艺本身而非结果使其重获新生?

在六周里,我们与非遗传承人深度交流,基于“竹编”这一传统匠艺进行数字化改造,尝试将其分解与重构,并进行数字化转译,探索其三维造型边界,利用计算机协同设计可实时迭代的数字化辅助编织工具,并通过3D打印技术应用与物质世界中,革新竹编的编织模式,进而获得全新的竹编工艺品。

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#04
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设计制造一体化浪潮已然定势。个性化、一体化、精细化的增材制造工艺将提升差别化发展的长尾效益。我们着眼于机械臂为超潜能工具的增材制造业,希望打破层叠而上的打印逻辑,挑战真正的三维空间构型。我们想造一条跳舞的线,尝试一次挑衅跃动。这场“挑型”不附着于任何一个“面”,高效制造、模糊空间。

在实验过程中,我们筛选并制备了1.5:100木质素混合PETG作为材料。同时自制了机械臂挤出头,用Grasshopper生成空间构型形态——以Graphicstatus制作的支撑结构和空间落差算法生成的线状结构等,并拟合生成了机械臂路径。

进一步,我们构想了一套空间构型3向机械臂造物体系。中间机械臂作挤出头,两侧机械臂作滚动平面交错抓取正在挤出的空间构型物,最终形成 挑衅的“挑型”。

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#05
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当谈到数字时代,首先我们会想到的是设计方式的转变——由曾经的classical design到design thinking,而现在已经进入了计算设计的主场。在这样的背景下,设计领域不断向参数化设计、算法和人工智能转变,几行代码就能生成数不尽的设计,与此同时,设计的复杂程度也在不断提升,进而导致了生产工艺的复杂化。参数化的设计如何能够被设计师更好地感知,同时用简单的工艺制造出复杂的模型成了我们这个课题想要探讨的方向。未来设计师在做设计时,首先进入VR环境,以第一人称视角和直接的交互方式来搭建并影响模型形态的生成,并在他进行了观察、修改和体验之后生成数字3D模型。当模型导向实际的生产制造时,又由于收到真实世界的约束,所以利用算法将其形态优化、发展,整个过程不断循环。

我们通过下面这个案例——弯管数字雕塑,将上述的系统进行进一步介绍。设计师进入VR环境中调节参数生成最初的形态,在导向实际生产的过程中,三维弯管技术价格昂贵,所以又对曲线进行拟合和优化,将三维的线条转化为一条条可以轻易通过传统工艺加工的二维圆弧。二维圆弧之间不能互相连接的地方,通过设计连接件,将二维的圆弧还原成三维曲线。

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#06
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现如今计算机辅助设计成为大势所趋。在合意的人机协作系统中,计算机必须完成人不能完成的任务,其中至关重要的一点即是“灵感”。所谓灵感变量,要么来自于对已有事物的深入理解,要么来自于未曾见过的新事物。计算机可以利用大数据对于已有事物产生深入理解,利用算法生成未曾见过的新事物。以服装设计领域为例,利用大数据分析人,生成深度用户画像,再利用灰度结构分层等方式生成分层图参考。机器带来的超出人类社会经验的观察,最终物化成衣回归于人。让设计师借助计算机用新的视角看待世界。

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#07
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通常,数字制造工具用于实现固定的设计,材料的自然行为可能会被认为是缺陷。然而由于其理化性质,材料本身是大量数据的集合体。那么,通过计算设计,把材料的自然行为作为设计过程的一部分会激发什么新的可能?我们认为,一种数字制造作为草图工具的设计流程将诞生:设计师可能从材料行为和工具启示中看到新的形状,从而产生更多的灵感,通过人、机、材共创,产出更有意思的产品。

在课题中,我们使用机械臂陶土打印作为demo的第一步。通过实验,我们发现一些理想设定外的现实:相同的数字模型,由于实时调控参数的不同,创造了不同的物;由于材料重力与机械臂悬停形成了塌陷与堆积感;利用自然重力制造出一些空间层叠镂空结构等等。这些都可能成为设计师灵感的池子,为深入探索在产品和系统上的应用提供了条件。

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#08
设计语境下的数字,以生命为起点,以生命为目的地。数字始于生命。当我们尝试用数字构建生命,不同的逻辑会在自然体系中生成进化出不同的数字生命。在这里,我们与数字不同的只不过是,一个源于自然,一个源于计算。

数字归于生命。数字生命的演化符合自然生命的规律与逻辑,我们可以用数字生命的演化过程模拟细胞、经脉、器官等等人体结构,数字与人息息相关。

乳腺癌已成为全球发病率第一的癌症,敏感的伤口,胸部大面积凹陷,没办法承载的真实身体意义,可替代的义乳亟待被设计。

于是,针对每位患者不同的“受创”乳房模型扫描进行二维切片,根据实际情况标记锚点,设定计算规则自然生长,生成数字生命复原身体,高分子凝胶材质进行3D打印完成制作。

用数字进行生命演化,用结果补全患者的遗憾。

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#09
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在未来,我们参与计算的目的是协同人类固有的能力和技术能力,使我们能够充分发挥潜力,即human engaged computing,人类参与计算。通过最大化用户和计算机之间的共生关系和最小化二者的矛盾来实现技术能力协同人来固有能力的能力。engage的基础是人类和计算机的交流,二者交流不仅仅停留在识别,更有感知。

于是我们选择了触感属性的材料作为基底,不同的触觉的因子属性组合可以表示不同的材料,它是我们对于物体的基础感知来源。

由此我们设计了集成之思这一“以多模态感知构建材料”的系统:首先我们需要用户去思考对材料触感的需求,以文字形式记录下来,同时需要输入合意的图像或触感的声音,这些信息会被计算机分析成为特征集合。

把现在得到的这个特征集合输入到知识图谱的材料推荐算法里,我们可以得到与文本和声音条件相符合的一种或多种材料,完成材料的设计。

基于这一设计方案我们设计了一些材料的语言和声音模拟,并使用蛋椅这一经典的产品作为承接材料的基底。

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#10
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文化,在过去是人类在长期的社会实践中所形成的,人类是创造文化的主体。而随着技术发展,创造能力不再是人类独有。计算机正在成为创造的主体,计算机能够通过参数化的方式让造物基因进行演变,革新创造领域,引领新的风潮。我们引入了“生物”与“基因”的概念。我们试图将基因与造物结合,再通过计算机遗传算法的方式进行创造,产生属于计算机与基因的造物风格。并且能够产生源源不断新的形式。

我们让计算机用“基因”形式重新构建世界万物,并且用遗传进化的算法让物也能随着时间的推进、随着环境的改变不断地进化,从而形成新的时尚风潮。

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#11
宇宙是一台巨大的计算机,万事万物当中都蕴含着可以被计算的信息。层层嵌套的信息共同组成了这个浩瀚的物基世界。日渐强大的算力让人类对信息的编辑能力实现向微观层级的迈进。长久以来,造物的领域被划分为两大阵营:自然生物和人造机械。自然代表的是渐变、连续和梯度融合;而机械代表的是突变、分离和部件组装。它们看似截然不同的逻辑各自存在与发展,却并不是永远不会相遇。在热力学水平上,自然和机械的逻辑趋于统一。

微观编辑,让它们之间产生连结。借助可调节参数的结构单元和计算机的强大算力来控制材料的力学性能,从而实现对于复杂需求的满足。当这样的设想被应用在作为生物-机械界面的假肢接受腔中,我们看到的,是计算设计结合超材料科学让假肢同患者更好共生的可能性,以及设计师在计算机辅助下调和材料各个维度因素,使其性能在用的层面发挥到极致的未来愿景。

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