正文 形式語言:設計師與計算機無縫協同工作(2 / 3)

蘋果卷餅食譜相當於設計軟件的“幾何編程”或“功能表示”。幾何編程需要新穎的思維方式、豐富的想象力和個性的設計師,生成的對象也比用傳統設計工具設計出的對象複雜得多。

幾何編程軟件可以很容易地描繪有些許差別的重複結構和半對稱結構,但大部分雷同,也可以描繪由小的子結構組成的分層結構。

鑒於此原因,在設計複雜的和由許多小部件組成的模型時,幾何編程軟件可以大大提高設計者的工作效率。例如,設計一套需要用手指點擊上百萬次才能完成的由極細網格組成的鎖子甲,如果用傳統的計算機輔助設計軟件做,將是一項極其痛苦、耗費時間的工作。

然而,如果你使用幾何編程軟件,這項任務將變得非常輕鬆。你隻需要簡單地寫一個“食譜”:創建一個直徑3毫米、厚度0.5毫米的環,然後水平交錯複製1000次,再垂直複製1000次就可以生成一塊布。按“回車”鍵,你的計算機輔助設計程序會按照“食譜”生產麵料。

如果布料的重量和密度需要逐漸變小,你可以簡單地調整“食譜”。你可以告訴計算機,當複製每一行時,下一行的網格要比上一行小1%。在複製2000行後,你還可以讓每一個小網格連接處的尺寸慢慢增加0.5%。如果你願意的話,你甚至可以改變塑料的混合程度。

生長式設計

生長式設計進一步利用了食譜的概念。不采用集中的腳本,生長式設計采用了一個種子形狀和一套規則,這套規則決定形狀應該如何隨著時間的推移發展、變化。例如,要“長成”一棵複雜的像樹一樣的形狀,首先你應當使用簡單的“種子”:平底上的一個圓柱。其次要設立一個規則:在每個圓柱的未固定端按照字母“Y”的形狀附著兩個縮小10%的圓柱。使用這個規則,種子圓柱最後會長成樹形。

生長式設計係統現在剛剛開始商業化,其中定製項目的大部分工作都由熟練的設計師完成。有時生長式設計程序被稱為“形狀語法”,打印時可以生成複雜的三維圖案。

生長式設計係統適用於不同的設計規則、基本操作、基本形狀和語法等。一些人試驗過使用固定的規則,另一些人使用依賴於當前形狀狀態的條件規則。例如,當圓柱的直徑大於5毫米時,按規則要將圓柱分裂為更小的圓柱。以生物學家阿裏斯蒂德?林登邁爾命名的一套規則非常出名,它能夠生成植物形狀和有機組織,電影和遊戲中計算機合成的鬱鬱蔥蔥的自然場景都是用該規則生成的。(你不會真的認為每一棵樹都是美術家畫的吧?)

生長式設計軟件可以處理半隨機規則,這些半隨機規則可能會導致偶然的形狀變化,或者根據預先設定產生不同的結果。半隨機規則將確保場景中的每棵樹看起來都像一顆真正的樹,同時每棵樹之間也會有細微差別。與生物學不同,生成現象可以不斷反複,形狀也會變得更加豐富和複雜。

生物學中的現象是可以生成的:我們的DNA不會對我們身體的每個細胞所處位置、作用以及如何與大腦中的神經元相連進行編碼。DNA也不是一旦執行就會產生一個人體的腳本。相反,DNA編碼了一組規則,迭代使用於第一個生殖細胞直至形成完整的人體。

反應藍圖:複雜形狀的自動化生產

用於形狀描述的最複雜的語言形式就是動態的有反應的語言,我們將這種設計過程稱為“反應藍圖”。這種反應藍圖使我們的設計人員能夠實現複雜形狀的自動化生產,這些形狀會根據環境實時調整,而設計師們都不知道這些具體環境情況。

反應藍圖不做小物體。例如,你不能使用反應藍圖3D打印家裏的洗衣機旋鈕。反應藍圖可用於在未知甚至變化的環境中設計項目。

反應藍圖可以指引大型的水泥打印機打印出適應未知地形的房子、適應風力條件的橋梁以及適應特殊環境照明條件的燈罩。反應藍圖還將是外科手術的理想選擇。也許有一天,3D打印機可以就地製造出適應每個人不同情況的生物組織。