電腦輔助軟硬體工具選擇

為了可以經由參數化運算與驅動數位化的編織機，連結設計與製造的落差，本實驗需要 同時具備虛擬端的軟體運算介面與實體端的硬體連結驅動。考慮到本研究是以設計者所 能掌握之當代電腦輔助設計運算工具，所以透過搜尋與研究後，選擇進行以下之相對應 軟硬體進行運算介面之操作。

(1) Rhinoceros

Rhinoceros 是由美國的 Robert McNeel & Associates（McNeel）公司做為船舶模型電腦化，

所研發的專業的 3D 立體建模軟體，用以驅動造船廠的數位化工具設備，具備可同時建 模、彩現、分析、形構工具使用，功能最強大的 3D 開發平台。因為所內建的曲面工具 可以精確地製作複雜的表面(Fig 3-28)，用以作為彩現、動畫、工程圖、分析評估以及生 產用的模型，故廣泛的被工業設計、建築設計、玩具與珠寶相關等產業。

Rhinoceros 是個開放資源碼的軟體，所以已被開發了相當多元的輔助性外掛工具，例如：

Grasshopper、Rhino.Python、RhinoScript 等等，目前推出的相關商用外掛程式已超過上 百種。由於自由性與功能性的拓展，越來越多的設計師可以自行使用這些設備製造 3D 模型，在建築設計的使用至今已經相當的廣泛。

Fig 3-28 以 Rhinoceros 介面繪製之曲面

由於本研究意圖於探索虛擬設計界面與實體製造之間的連結，需要一可建構虛擬 3D 模 型之介面。Rhinoceros 因具有易操作的曲面建構模式與強力的 Mesh 運算系統，可以協 助結構與造型的塑造，並具有上述之眾多外掛能力，尤其以 Grasshopper 之參數分析與 建模功能符合本研究之需求，故採用 Rhinoceros 作為研究之平台。

(2) Arduino with Firmata

為了獲得數位資訊轉化為控制伺服馬達等電子原件的能力，所以本實驗需要提供設計者 更加貼近真實製造環境的介面平台。Arduino 是一個開源的單片機控制器，它使用基於 開放原始碼的軟硬體平台，並具有使用 Java 基底的類似 Processing 程式開發環境，讓設 計者可以快速使用 Arduino 編寫運作機制並作出互動作品，而且 Arduino 的快速插拔接 腳的能力，讓設計者可以更容易地使用開發完成的電子元件例如：光、溫度、距離或方 向的感測器，或其他控制器件、LED、伺服馬達或其他輸出裝置。

Fig 3-29 Arduino 的介面

Arduino 藉由強大的晶片，也可以獨立運作成為一個可以跟其他軟體溝通的介面，例如 說與 Processing、Max/MSP、Pure Data 乃至於 Rhinoceros 等繪圖軟體互動。經由 Firmata

易，如此一來設計者就可以在 Arduino 開發環境裡寫自訂需求的程式，而不用再重寫通 訊協議和元件，是一種相較於過往更方便和易於操作的電腦輔助控制設備。

由於編寫的困難度降低，以及連結各種電子元件的便利與穩定，Arduino 充分的提供設 計者更加貼近真實製造環境的平台，因此本研究採用 Arduino 可以獲得數位資訊轉化為 控制伺服馬達等電子原件的能力，作為連結設計與製造的介面。

(3) Grasshopper with FireFly

Grasshopper 是 Rhino 3D 的外掛模組之一，由 David Rutten 所開發，它是一種圖形界面 的演算編輯器(Fig 3-30 B)，把原本 Rhinoceros 的建模指令分解成可重組的元件，使得原 本線性的建構過程轉變為在任何階段，都可以藉由對圖像化界面的程式介面編寫、連接 不同性質的運算單元組件(Component)，獲得更複雜的參數化造型與組織系統，或進行 參數變更並可得到立即變動的結果，轉而成為一種非線性設計過程，進而實現 3D 模型 的互動性、自主性及衍生性，是一種開放性的數位設計工具。

Fig 3-30 (A)Firefly (B)Grasshopper 介面

而由 Andy Payne 製作的螢火蟲(Firefly)是 Grasshopper 的輔助運算外掛(Fig 3-30 A)，可以 將 Grasshopper 的參數數位模型和真實世界之實體互動設備如 Arduino、Wii 做連接，使 得軟體容易精確地得出控制裝置，也可以控制讓實體世界的感應元件動態回饋於數位模 型作為交互參照，是很容易可以拿來發展互動式建築的工具。本研究由於需要運算複雜 的 3D 模型轉化為可輔助製造的真實元件，故 Firefly 之連接互動能力將會有相當之幫助。

在設計界經常使用 Grasshopper 之運算、判斷輸出入單元組件，以顏色顯示數據傳遞概 念，有效率地呈現問題所在以及釐清參數關係，並且連結 3D 模型建構以及程式結構，

對於設計者的建模修正與微調有極大助益，能方便地將自然界的紋理、數學邏輯的造形 融入設計之中，提升設計本身的質感，也可以加速設計的進行，節省耗時成本與提升製

作的精準度。因此本研究將利用 Grasshopper 作為運算之操作介面，分析虛擬之模型轉