國立交通大學 應用藝術研究所 碩士論文
參數式設計應用於產品創作與探討
研究生：李昇祐 指導教授：林銘煌教授 中華民國一零二年十月參數式設計應用於產品創作與探討
研究生：李昇祐 ： 指導教授：林銘煌 ： 國立交通大學應用藝術研究所 碩士論文 中華民國一零二年十月I
參數式設計應用於產品創作與探討
研究生：李昇祐 ： 指導教授：林銘煌 ：摘要
一直以來，電腦的運用不斷改變設計的流程，從電腦輔助繪圖逐漸演變成電腦輔助 設計、設計運算，「參數式設計」被認為是革命性的觀念與方法。以往產品設計中都是 型隨機能，或經驗判斷決定設計的形式，參數式設計的出現帶動了不同的思考方式，透 過參數模型，設計師能夠即時的評估與判斷產品的可行性，加上近年來數位製造技術的 突破，給予了設計師在設計上更多新的可能。 本研究以運用參數式設計工具當作產品創作的主軸，探討如何將參數化設計應用於 設計過程中，考慮現有製造流程與參數模型之間搭配的方式，將設計過程及製程和傳統 設計方式做比較，整理出參數化設計可能遇到的優缺點，藉此探討參數式設計的思維與 創作方式，並可作為後續學習者的參考依據。 最後，研究者希望透過本研究的資料整理與創作成果，讓更多設計者能快速掌握參 數式設計工具與方法，進而專注於創作新型態的設計概念。 關鍵字：參數式設計、衍生式設計、數位製造、II
III
誌謝
終於結束了漫長的研究生涯，雖然辛苦但也十分充實。在創作的過程中曾經有想換 題目的念頭，幸好在老師的引導下，重新回到正軌，也才能順利完成本篇論文，希望帶 給之後的研究者一些幫助。一路上遇到了許多想像不到的困難與挑戰，特別感謝一路以 來林銘煌教授的指導與協助，讓我能沒有顧慮的向前走，並從中學習到了設計該有的方 法與態度。 謝謝從碩一以來邊玩邊學習的 全體夥伴，每每假期總是一起出遊，充實將來 做學生的回憶。特別謝謝一同辦畢業展的適合、轉轉、旺旺、阿蛤、吉你、大佩、瑋姿、 靜音、曾晨、瀚云、怡蒨，跟你們共同奮鬥是很開心的經歷，也讓我有一個特別的畢業 展。最重要的謝謝家人的等待跟支持，讓我可以專心的將創作完成。最後謝謝所有幫助 過我的人、事、物，有你們的幫助才能有現在的我。IV
目錄
摘要 ... I ... II 誌謝 ... III 圖目錄 ... VI 表目錄 ... IX 第一章 緒論 ... 1 設計背景與動機 ... 1 設計創作目的 ... 2 設計創作架構 ... 2 第二章 文獻探討 ... 4 參數式設計的演變 ... 4 參數式設計概述 ... 5 參數式設計的流程 ... 5 參數式設計工具概述 ... 6 參數式軟體的選擇 ... 7 參數式設計案例 ... 8 數位建築設計案例 ... 8 產品設計相關作品 ... 10 第三章 參數式設計工具 ... 13 軟體簡介 ... 13 的設計觀念 ... 13 基本介紹 ... 14 介面 ... 14 基本運算器介紹 ... 15 參數與運算器的連結方式 ... 16 數據配對 ... 17 資料結構 ... 19 數位製造技術介紹與評估 ... 20 數位製造技法 ... 20 數位製造技術 ... 22 第四章 設計創作 ... 29 相關設計測試與討論 ... 29 概念構思 ... 30 製程考量 ... 30 造型概念 ... 32 小結 ... 32V 設計創作 一 ：矮桌 ... 33 設計構想 ... 33 基本定義與元件 ... 34 構想發展 ... 34 作品呈現 ... 44 設計創作 二 ：吊燈 ... 45 設計構想 ... 45 基本定義與元件 ... 46 構想發展 ... 47 作品呈現 ... 54 設計創作 三 ：花瓶 ... 55 設計構思 ... 55 基本定義與元件 ... 55 構想發展 ... 56 作品呈現 ... 63 第五章 展覽 ... 64 展覽主題與形象 ... 64 展覽呈現 ... 67 展覽期間 ... 68 第六章 設計檢討與建議 ... 69 設計思維異同 ... 69 設計流程 ... 69 軟體應用 ... 69 製程問題 ... 69 作品細部檢討 ... 70 矮桌 ... 70 燈 ... 70 花瓶 ... 71 後續發展與建議 ... 71 軟體學習建議 ... 71 製造上的輔助 ... 73 參數的設計應用 ... 73 第七章 結論 ... 75 具體成果與貢獻 ... 75 結論與心得 ... 76 參考文獻 ... 77
VI
圖目錄
圖 繁瑣的調整過程、椅子草模、椅子成品 圖 古根漢美術館、 介面 圖 參數式設計流程 圖 參數式設計軟體整理 圖 程式語言介面 圖為 、圖形編寫程式語言 圖為 圖 與 介面 圖 的建築外觀 圖 水施工圖 上 及各角度外觀 下 圖 銀河 模擬圖 上 及現場照片 下 圖 工程圖 上 實體照片 下 圖 外觀 左 與細節圖 右 圖 的組裝示意圖 上 接點結構 下 圖 細部構建 上 產品外觀 下 圖 建模方式的比較 ... 13 圖 元件 左 、在平面上建立漸變的球體 右 ... 14 圖 左 及 右 介面 ... 14 圖 基本元件介紹 ... 15 圖 元件細部說明 ... 15 圖 元件顯示說明 ... 16 圖 兩種建立直線的方式 左 、 顯示畫面 右 ... 16 圖 兩組要連線的點 左 、資料的顯示方式 右 ... 17 圖 常用的資料配對元件 ... 17 圖 短配對 種模式說明 ... 17 圖 長配對 種模式說明 ... 18 圖 交叉配對 種模式說明 ... 19 圖 資料結構範例 左 、常用的資料分析元件 右 ... 19 圖 資料結構說明圖 ... 20 圖 範例 ... 21 圖 範例 ... 21 圖 範例 ... 21 圖 範例 ... 21 圖 範例 ... 22 圖 的機器人手臂 左 、 燈具 右 ... 23 圖 技術說明 ... 23 圖 技術說明 ... 24VII 圖 技術說明 ... 24 圖 技術說明 ... 25 圖 技術說明 ... 26 圖 雷切技術說明 ... 26 圖 水刀技術說明 ... 27 圖 技術說明 ... 27 圖 技術說明 ... 28 圖 技術說明 ... 28 圖 窗櫺椅、 圖 接點參考圖片 圖 複合媒材參考圖片 圖 橋接片參考圖片 圖 線材連結參考圖片 圖 三角形分割參考圖片 圖 雙層結構參考圖片 圖 概念草圖 圖 模型、頂燈草模 圖 三角分割 圖 運算元件、不同衍生的模型 圖 建構基本型的參數模型 上 、不同變化的基本型 下 圖 第一次草模測試 圖 細部調整的參數模型、 調整的點 圖 電腦模擬測試 上 、最後定案造型 下左 、輸出的工程圖 下右 圖 第二次草模測試 圖 先利用燕尾夾快速的固定 圖 工程圖 一 圖 保護膜有無、毛邊情況 圖 雷切刻字、正面留下的隱約痕跡 圖 銳角情況 已裁切過 、鈍角情況 圖 未內縮接合處、內縮後接合 圖 模型前測 圖 未彎折單元 左 、組合測試 右 圖 組裝過程 圖 工程圖 二 圖 參數模型 圖 作品照片 圖 概念草圖 圖 拆件測試 上 、 列印及鋁管 下左 、 列印接頭 下右
VIII 圖 基本定義 圖 相關元件 圖 基本型參數模型 上 、 種由不同點數量生成的表面 下 圖 草模測試 圖 不同疏密的雙層結構 圖 節點生成邏輯說明 圖 電腦模擬圖單層 上 、雙層 下 圖 節點編號、管材長度計算 圖 草模測試 圖 重新聯集後的模型、管材編號 圖 在節點上編號、裁切好的管材 圖 外燈與內燈的節點 圖 組裝過程 圖 參數模型 圖 作品照片 圖 運用橋接片的模型 圖 元件、生成的圖樣 圖 基本型參數模型 上 、不同的基本型 下 圖 橋接片測試、收邊試驗 圖 彈簧鋼片、可彎板、碳竹薄片 圖 模型上的建構線、草模測試、竹薄片收邊測試 圖 一比一草模製作 圖 製作過程 圖 一組雷切工程圖 圖 參數模型 圖 展覽 圖 活動用賓果卡 圖 結 作品網頁 圖 主視覺製作過程與最後成果 圖 展場照片 圖 展覽期間 圖 數據不足的範例 圖 不同生成點的方式 圖 相互關係的建立 圖 同心圓圖案的建構模型 圖 桌子造型衍生 圖 衍生造型
IX
表目錄
表 本研究創作架構
1
第一章 緒論
設計背景與動機
回顧以往的設計創作，總是以形隨機能的方式在發展產品的造型；在碩一造型創作 課程中，設計了一張以三角形為元素的躺椅，由於造型上為不對稱的設計同時又必需兼 顧功能，當研究者透過 反覆微調作品 模型時，發現這樣一來一回反覆修正的 過程既耗時又耗費精力，很難快速達到理想的尺寸，也常調整了造型而使功能性降低， 無法快速評估各種樣式。讓我開始思考，既然在相同邏輯系統下，如何才能靈活調整或 是大量變化出各種尺寸的模型、同時又能保有既有的設計元素？由這個出發點之下我開 始找尋各種相關資料，也讓我接觸到了「參數式設計」。 圖 繁瑣的調整過程、椅子草模、椅子成品 年的威尼斯建築雙年展中， 的合夥建築師 發表 了《參數化主義的建築風格─參數化主義者的宣言》意謂著參數式設計的重要性。近年 來，除了學校的設計實驗，許多國外新建築也都出現相關應用的成果作品，由各地越來 越多運用參數式設計的建案便可得知，也讓參數式設計成為近年來電腦輔助建築設計的 趨勢之一。 參數式設計的出現帶動了不同於以往的思考方式。傳統設計中都是透過紙筆或者滑 鼠一筆筆描繪，參數式設計方法則是架構在生成邏輯之上，透過設計師對於設計概念的 掌握，釐清相關參數之間的關聯性，定義出一套參數規則做為設計生成的基礎，除了能 大量減少以往花在設計修改的時間，也使得許多元素得以加入電腦輔助設計中，從結構、 環境、成本等等，藉由動態調整參數化的數位模型，協助設計師作更多元的評估與判斷。 建築和工業設計的發展是密不可分，建築上雖以廣泛運用，工業設計領域在這方面 的資訊仍然極其有限，雖然已陸續出現一些具有創造性的成果作品，但對於整個設計過 程在應用方式上的討論仍處於較不足的階段。從被它獨特的設計方式吸引，到對於參數 式設計如何協助工業設計感到好奇，也讓我決定以此作為本次研究的方向，希望能藉此 了解參數式設計的應用方式。2
設計創作目的
參數式設計已是一個新形態的設計方式與概念，我們可從建築領域看到應用參數設 計的範例。但在產品設計領域中，實際案例較少，且很多都還停在數位模型階段，或完 全使用 列印製作。 本研究以運用參數式設計工具的方式，當作產品設計的主軸，將實際應用作為研究 目標下去進行驗證。因此不著墨於複雜的設計理論上，而是討論如何將參數化設計有效 的應用在整個設計過程，如何激發、引導設計師產生更多可能性，並在產品本身的限制 條件下，考慮現有加工方式與參數式設計之間的搭配性，將設計過程及製程和傳統設計 方式做比較，整理出參數化設計可能遇到的優缺點，藉此探討參數式設計的思維與創作 方式，並可作為後續學習者的參考依據。希望隨未來參數設計的發展，能在工業設計領 域有更多運用的可能性，研究的目標如下： 藉由文獻探討，瞭解參數式設計 的發展與現況，透過實際案例的 整理，了解參數式設計目前的應用方式。 探討參數式設計工具的基本建模觀念與操作方式，並整理數位製造技術，找出設計 思維與技術限制。 以運用參數軟體為主軸下去做產品設計開發，透過前期實驗測試與討論，找出適合 的加工方式。 從設計過程中，檢討參數式設計應用於產品開發的可行性與問題，並整理出未來可 能發展的方向與實質建議。設計創作架構
本研究主要區分為三個階段： 第一階段以相關的文獻資料為主，分別講述參數式設計相關的歷史脈絡與案例，並 針對參數式軟體簡單的分析與介紹，並整理出各種常用數位製造上常用的加工法與優缺 點評估。 第二階段則是設計實作與成果展出，說明設計概念所運用的衍生邏輯，並運用參數 設計軟體於實作中，同時紀錄使用參數軟體所遇到的困難與過程，分別說明搭配工法的 評估過程。 第三階段提出相關建議與修正方向。檢討實作過程中遇到的相關缺失與建議，整理 出實質的建議與未來發展方向。研究架構如表 。3 文獻探討 參數式設計工具 參數式設計的發展 參數式相關案例分析 參數式軟體工具概述 常見加工方式 緒論 設計背景與動機 設計創作目的與預期成果 設計創作 展覽呈現 構想發展 參數式設計驗證於實作 展覽期間記錄 檢討與建議 設計作品檢討 提出相關建議以供後續參考 結論 設計過程省思 研究貢獻與後續研究建議
第
一
階
段
第
二
階
段
第
三
階
段
表 本研究創作架構4
第二章 文獻探討
參數式設計的演變
參數式設計的出現深受電腦這個數位產物的影響。電腦輔助設計系統 的起源主要可以追溯到 年，在美國計算機聯合會的年會上，美國麻省理工學院 的博士生 發表了 論文，首次提出計算機輔助設計 的概念；而後在 年代的 表面與實體建模軟體、後期從非 制式貝茲曲線到參數式模型軟體的出現，電腦開始成為協助設計師的一樣工具。 圖 古根漢美術館、 介面 蓋瑞 曾指出 電腦並不會創造那些線條，而僅僅是個幫我們畫出那些線 條的工具而已 這句話貼切的指出電腦早期在設計中所扮演的角色。 年由蓋瑞 所設計位由於西班牙的古根漢美術館 圖 ，蓋瑞克服了所有大型建築的空間、 結構、材料等等困難，雖然他並非直接運用參數式設計，但利用 將電腦輔助製造 運用至建築中，開啟了數位建築的時代。近年來在電腦快速發展的時代下， 隨著數位媒材的進步與成熟，已由電腦輔助繪圖逐漸演變成電腦輔助設計、設計運算， 也延伸出了動態系統 、仿生形態生成 、參數式設計 、衍生式設計 等。參數式設計則被認為是一個革命 性的觀念與方法。 衍生式設計 常跟參數式設計一起提及的，是一種設計方法。衍生 式設計法同樣是基於參數進行設計，是一種仿效自然，運用非線性演算法創造無窮變化 的造型手法 。衍生式設計的特點在於把基因編碼變成一個開放的特徵或一 個邏輯系統，結構較為接近於大自然的生成方式，透過基因編碼特徵可以動態的輸出無 窮的形式，擁有快速探索設計更多可能性的方法，在同樣邏輯的生成形式中也會各自有 不同的地方，也可以說衍生設計的作品具有人工 特質，我們很容易辨別其所擁有 的特徵。5
參數式設計概述
參數式設計是由上而下的精鍊 ，利用相關的幾何學，參數作為 設計技術 陳珍誠 資訊文化與建築 相較於傳統的設計方式建構於主觀的直覺判斷、經驗及習慣，參數式設計著重的是 關係的定義，設定的過程中需要花時間來了解背後之邏輯以及資訊的取捨 相信參數導入設計的過程是有其必要性且能提高設計之可行性 黃劭暐 。 參數式設計利用各個特徵的參數規則作為設計基礎，每個參數代表著某個重要的特 性，可能是結構、容量、成本甚至是一些物理特質，藉由設計各個特徵的連動結構與資 料的相互關係來生成設計所需的基礎形式。參數式設計過程不再是黑箱、不可見，最大 的特點在於能藉由動態的控制參數反覆來回調整各元素的數值或條件，讓設計師能即時 評估其所訂定的特徵規則，並運用電腦處理複雜的資料運算，減少人工處理大量資料的 時間，加上數位製造技術的進步，不只改變了設計方式，同時也加速了整個設計流程。參數式設計的流程
根據 提出參數式設計的五個步驟 圖 ， 設計概念、 定義生成規則、 參數運算、 大量參數模型、 篩選與細部微調，此設計流程是以參數式設計為基礎的 電腦輔助設計。設計者不斷修正演算式程序系統及方案的核心任務是基於以設計的最後 結果為主要導向，並由那些正在尋找中可實行的設計解決辦法來做為解答問題的空間。 圖 參數式設計流程6
參數式設計工具概述
在參數式設計應用普及之下，出現了許多參數衍生軟體，圖 是 針對 參數衍生軟體所製作的表格，大部分參數式軟體都以外掛形式存在，而非獨立的軟體。 以介面操作的不同可以簡單的分成兩大類，一部分利用程式語言 ，一部分則是透 過圖形編寫程式語言 ，下面簡單介紹兩者的差異性。 圖 參數式設計軟體整理 程式語言 ： 一般來說，程式語言的操作都是利用文字編寫，需要具備一定的程式編寫能力及知 識才能上手，但整體操作上擁有較高的自由度，較適合有程式背景的人士，相關的軟體 如 的 和 的 。 圖形編寫程式語言 ： 在操作上不用輸入艱深的程式碼，比起程式語言直覺許多，是利用圖形運算器 之間相對應的輸出接口連結後產生運算結果，是屬於資料流動 的 概念，也因此 在使用上較容易被一般使用者接受，相關軟體如掛載於 上的 等。7 圖 程式語言介面 圖為 、圖形編寫程式語言 圖為 簡單的來說，程式語言就像是黏土般，可任意塑形；圖形編寫語言的使用就像積木 一般，透過模組化的方式，可以任意堆疊。其他軟體如 上的 是一 種以產生表面陣列結構為主的軟體，透過本身軟體的操作可在特定 模型上衍生出特定 的型態，與 相比， 較像是 的擴充套件而非獨立的外掛 程式，也因此自由度上較為狹隘。
參數式軟體的選擇
由上一章節我們可以知道參數衍生軟體有許多的選擇， 甚至更針對 與 的外掛軟體 特別作分析比較，也顯示這兩套 軟體是大家比較廣為接受的。以這兩套軟體來說， 在整體設計針 對建築、工程相關領域；而 則是建立在 之下，並沒有特別的限制。本 研究選擇以 為主要的設計工具，原因在於 本身就常被工業設計領域拿 來當作建模工具，介面上比起 也容易上手許多，第三章將會針對 作詳細 的介紹。 圖 與 介面8
參數式設計案例
數位建築設計案例 隨著參數式軟體的發展，讓許多建築師紛紛將參數的概念運用於建築設計上，透過 參數間的相互關係，將可發展出更多元的建築形式，本節選出三件實際運用參數於建築 的案例。 瑞士再保險公司大樓（ ）是由建築大師 設計，於 完工，大廈的螺旋狀塔身是利用流體力學軟體計算出最佳輪廓，然後轉化成動態參數模 型，控制細部的營造幾何，透過一次次電腦模擬，取得最大程度的自然採光和通風，將 耗能減至最低，那些看似彎弧的玻璃則成為自動感應的 氣候牆 ，增加空氣的對流，形 狀和定位也隨著每次對整體的幾何形狀進行設計調整時自動更新，同時也達到綠色環保 設計的概念。 圖 的建築外觀 是由著名的柏林建築事務所 設計規劃。是塞 維利亞 廣場改造項目的主體工程，運用參數式設計軟體 及 ，精準的定位出每片的位置，建築的基座是利用混凝土柱，頂部的木製結構採用獨 特的蜂窩狀結構，是整體最複雜也最為耗時的部分。除此之外，雖早在 年就已經建 好，但該項目還採用了最新環保木材和技術，木材外部噴塗聚亞安酯塗料，足以滿足最 嚴苛的防火要求，整個項目耗時三年多才最終完工，是目前世界上最大的木造建築物。9 圖 水施工圖 上 及各角度外觀 下 銀河 銀河 是 為 中國所設計，於 年落成，是商業及辦 公混合的綜合樓群，落成後成為北京的新地標。設計的主題是借鏡中國院落以及傳統梯 田的思想，由於是二十一世紀建築，利用可塑的、圓潤的語彙表達出聚結、融合，透過 天橋的連結，創造出一個連續的流動空間。 銀河是利用 將橢圓形的建築做快速的設計演化，架構出建築 主要型態的參數模型，接著再運用參數化的方式來進行將建築表皮的設計深化以及成本 計算。整體建築均經由精準的計算與考量，並使用參數模型與工程師當作溝通的橋梁， 不但能監測施工與精準度，亦能趁早發現施工所會遭遇的問題。
10 圖 銀河 模擬圖 上 及現場照片 下 產品設計相關作品 在工業設計領域這幾年來陸續有參數式設計的產品出現，本節收集以參數式設計為 主的產品設計作品，當作本研究後續創作的參考資料。 為設計工作室 在 年所設計，他們將接點的 部分參數化，形成接頭生長的 ，透過 列印後再利用傳統的鑄造方式製造出金屬 的接頭，讓不同的傢俱如椅子、桌子、板凳等等，都可以利用此種方式生產出來。 圖 的組裝示意圖 上 接點結構 下
11 為 工作室在 年進行的實際衍生產品設計，他 們將生成了邏輯形式表現在桌面下方的金屬支撐件，鈑件的形狀、角度、銜接點都是由 演算系統產生，系統會自行設計及計算桌脚結構，上圖只是作品之一，另一張圖則可看 出系統如何決定當中的支撐件，透過輸入不同的限制便會產生新的造型。 圖 工程圖 上 實體照片 下 的設計師是 於 年所設計。 透過研究大自然與微生物的生長過程，將從自然中所得到的生長方式運用在設計中，整 體設計在電腦輔助之下運用參數化的方式完成，透過不斷調整參數，來達到結構與造型 各方面的要求。
12 圖 外觀 左 與細節圖 右 也是由 工作室設計，於 時為 所做的作品。 他們透過自己研發的軟體來分析關節的受力，首先定義一個水平的基礎，如桌面、檯面 等，並讓關節自行去調整以及增加它的形狀以達到平衡，最後利用金屬雷射燒結製造關 節的部分同時也利用顏色來表示受力的狀態。 圖 細部構建 上 產品外觀 下
13
第三章 參數式設計工具
軟體簡介
是 的外掛模組之一，由 公司於 年開始開發的一個 參數衍生軟體，以圖形編寫程式語言 為它主要的操作方式，它將原先 的建模 功能分解成可重組的元件，讓設計師可以透過參數以及圖型運算器的連結來建立模型， 同時加入一些程式語言才會使用的運算、判斷元件，讓 模型在建構時，除了是單純數 字的使用，亦可透過增加一些判斷式、外在數據等等變數，使原先線性的建模過程轉變 為非線性式。 目前尚處於開發的階段，但已被廣泛運用到各個領域之中，最 新版本是安裝在 上的 。的設計觀念
以下簡稱 是利用圖形編寫程式語言 為操作方式的軟體，簡單 的說 是利用 建立基本的 、 幾何圖形，透過 編輯幾何圖形後面生成的邏 輯，最後用 當作它呈現演算結果的平台。本節引用 編寫教程裡的圖片 來說明 與一般建模的差異。 圖 建模方式的比較14 以往在建立一個球面，簡單的可以分成幾個步驟， 畫出剖面建構線、 使用旋轉 成形 指令、 輸入旋轉角度、 得到 模型，整個建構流程見圖 ，但當我們 需要一個半圓的話就得再重新操作一次上述流程。在 裡，我們只需先找出球面建立 中最主要的一個步驟：旋轉成形，了解旋轉成形所需參數，中心線、剖面線以及旋轉角 度，透過運算器的彼此連結，最後建構出一個完整球面。下面以球體漸變為例，面上等 分出所需的位置，再透過等差數列作為半徑參數，即可完成如右圖的模型，如需更改只 要利用調整參數 起始半徑、遞增數值 的方式即可快速產生新的參數模型。 圖 元件 左 、在平面上建立漸變的球體 右 以此類推，當我們建構一個複雜模型時，在建立好運算邏輯後，不需要重覆執行繁 瑣的步驟，透過調整參數的方式即可找出我們所想要尺寸，當參數越多整體的靈活度就 會越大， 所建立的不是實體模型，而是生成所需的邏輯。
基本介紹
介面 以及 的介面如圖 。 屬於 的外掛程式而非單純的擴充套件，不同 於一般 建模軟體， 並沒有自己顯示模型的視窗，而是透過 顯現運算的最後結 果，兩者除了參數的建立上有所互通，在視窗以及功能上皆是獨立分開 圖 左 及 右 介面15 基本運算器介紹 圖 基本元件介紹 的運算方式主要是透過元件彼此連結，透過層層參數運算以及資料分析來產生 結果，元件主要分成兩大類型：參數 與運算器 。參數元件主要 用來表示可變動參數以及訊息或點線面體等幾何數據，在 的範例中，參數元件所代 表的是輪廓線、旋轉軸、旋轉角度範圍這些可變動的數值或幾何。運算器是 主要的 特點，又可被分為兩種類型，一種為建立幾何定義、一種為資料分析工具，幾何定義運 算器跟一般建模所使用的功能一樣，像是 點建面、圓管、長出等等，而資料分析運算 器則比較偏向數據上的分類與篩選，後面會有一小節特別討論，下面針對運算器做詳細 的介紹，運算器通常都包含輸入與輸出，一般可以細分為五個部分 ： 圖 元件細部說明 (A) 完整運算器圖示 ：左右各有輸入輸出選項。 (B) 輸入端 ：連結參數或其他運算器。 (C) 輸入選項 ：所需輸入的參數名稱。 代表著 、 代表 (D) 運算器名稱 ：運算器的功能名稱。 (E) 輸出選項 ：所輸出的參數名稱。 代表著 。 (F) 輸出端 ：經過運算上所得參數，可繼續連結至其他運算器做運算。
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16 圖 元件顯示說明 也有元件單純只有輸入或者輸出的功能，如圖 。由於 的特點，運算器利用 不同的顏色來顯示不同的狀態 圖 ，由左至右分別表示正常狀態、數據不足、數據 錯誤，方便設計師能找出對的方式去連結。相較於程式語言需要慢慢一行行校正，此種 檢閱方式方便許多。 參數與運算器的連結方式 是依參數跟運算器相連結，才能夠做運算，而該如何定義參數便是重點，一般 來說，建立 的參數有兩種方式，第一種是可以透過 設定，但必須給予比較精細的 參數指令，第二種則是在 中定義好再連結進 裡使用。下圖左兩組連結的方式皆 可畫出右邊的直線，差別則在於建立點的方式不同，由圖 可以看出一組是透過 兩個點的參數元件，另一組是明確的定義出 的數值，對於結果雖然沒有影響，但會 影響之後整體調整的方便性。 圖 兩種建立直線的方式 左 、 顯示畫面 右 由建構線的例子，便可了解 的基本建構邏輯， 將幾何模型都轉化成視覺的圖 像，透過分解傳統的建模方式，將以往的步驟轉化成一個或者一組運算器，重新組織新 的建模公式，即使是一個點也能轉化成 三個數值，設計者所需要的是釐清各個步驟 間彼此的前後順序，並一一的串聯起來，便可快速的架構出一個可自由調整的參數衍生 模型。
17 數據配對 圖 兩組要連線的點 左 、資料的顯示方式 右 由於 透過資料以及數據作為運算的基礎，也因此數據配對在 裡是非常重要 的一個環節，原因在於數據資料不會隨時都呈現對稱性的存在，在有多寡的不同的狀況 下，數據資料就會出現無法配對的狀況。如圖 ，當有兩組數量不同的點彼此要做連 線配對時，便會出現無法配對的狀況，此時設計者就必須決定彼此間的相對關係，才能 繼續進行下一步。 資料配對元件共有三種類型： 。 圖 常用的資料配對元件 短配對 短配對是將數據資料進行一對一配對，直到較少的數據資料配對完即停止。有三種 配對模式： 去頭 去尾 內插法 。其中 是預 設模式。 圖 短配對 種模式說明
18 長配對 長配對是所有元件預設的配對方式，以數據多的數據資料為主，直到資料配對完。 有五種配對模式： 重複第一項 重複末項 內插法 全部重複 翻轉 。其中 是預設模式。 圖 長配對 種模式說明 交叉配對 交叉配對的方式是將所有可能連結進行配對。有七種不同的配對模式： 完 整 對角或斜對稱 疊合 下三角 嚴格下三角 上三角 嚴格上三角 。其中 要在三維以上的配對才有效果，單以圖片很難看出其邏輯，其定義為：所有 配對中的索引值，只要有任意兩個相同時，就不列入配對。由於交叉配對比較複雜，下 面將用另一種方式呈現。
19 圖 交叉配對 種模式說明 資料結構 上一章節，數據配對所介紹的是獨立兩組資料分別有不同數量時彼此的配對方式， 而資料結構則是提供一套關聯性邏輯來管理所有資料，在 裡稱為樹狀資料 ， 如同座標系統是以 分別表示每一個點的位置，樹狀資料則是用來識別 中每一個 不同的數據。 圖 資料結構範例 左 、常用的資料分析元件 右 以圖 為例，將一個曲面等分成 ，找出每一條線段的等分點。利用參數檢視元 件 以及 ，這兩個檢視元件是 最常使用的工具之一，讓設計者可以知 道各數據走向，能更有效的管理幾何模型。上圖清楚的看出它在樹狀結構具有 個分支 以及有 組不同的數據，除了中間座標的數值，其它數字代表的是各階層關係，並不存 在實際可以運算的數據。從 上第一組的編號我們可以看到右上角有 ，括號內 的數字代表著階層，三個數字表示它經過了三個階層，當幾何模型經過越多運算時，數 字的階層也會更加複雜，而左邊 、 、 分別表示在 組裡各點的編號順序。下面藉 由 編寫教程裡的圖片來說明各階層的關係。 ( )
20 圖 資料結構說明圖 如圖 ，我們由左至右看時可以看到， 所代表的是曲面， 、 、 、 分別代表第二階層的線段的編號，每線段下再區分為 、 、 ，一層層如同樹 枝般的結構。透過此種結構的配置，能讓資料在配對的時候了解應該選取哪一部分的資 料以及它所屬的分支為何，協助設計者在設計過程中處理運算背後龐大的資訊。
數位製造技術介紹與評估
由於現今軟硬體技術已成熟到一個可以互相配合的階段，參數式設計讓設計師在設 計上有了更多的發展與突破，而在技術、方式上也因透過電腦控制機具，大大提升製造 上的精準度，許多原本受限於傳統製造工法的造型已經獲得解放，但也由於許多的計算、 規畫都改變為建立於數位資料中，如何將這些數位資料與製造工法聯結將會變成未來一 個很大的課題。下面將分別介紹數位製造的技法與技術。數位製造技法
在參數化軟體的輔助之下，許多原本標準化設計方式已經被改變，取而代之的是較 為自由的建構方式，下面將數位製法技術歸納成五類： 、 、 、 、 。本表格參考曲面空間桁架系統參數化設計與數位構築 王嬿晴 論文中討論之 一書中數位製造技法的分類。21 表 製造技法類型 製造技法類型 技法介紹 應用案例圖片 將複雜的幾何形以投影的方 式切割量體，再以切片的方式 產生多層截面，即平面及剖面 圖，再加以編輯進行骨架之生 產製造。 圖 範例 圖片來源 為板材的組合，板材緊密互相 連結，藉此構成平面或曲面。 控制分割的圖形和密度即可 拼湊任何幾何形體。 圖 範例 圖片來源 利用 平面板材經由摺疊構 築成 的自由構件來組成量 體。 圖 範例 圖片來源 準建築人手札網站 以機器加工光滑平整的材 料，限定於一個範圍內的材料 厚度進行加工，本質上是二維 的表面。它是一種技術，重塑 一表面創建 立體物來消除 材料的連續層，類似雕刻的模 式。 圖 範例 圖片來源
22 採用經濟、固定的操作模式來 產生多個零件，一個小數目模 式或一種形式，因此這種技術 長被用於大規模生產的產 品。在建築屬於建築構件領 域，利用此技術來形成構件降 低重複性。 圖 範例 圖片來源
數位製造技術
此一章節，整理至產品製造工法入門與 ，找出較常見的加工技術， 並使用 一書中的分類，將數位製造技術分為四大類， 、 、 、 ，由 於 在電腦輔助上仍處於開發階段，尚未有太大發展，下面針對前三項 作進一步說明。 指的是我們現在常聽到的 列印製造技術，原名為「快速成 型製造」 ，簡稱 。 由於這類技術的快速發展，讓原先製造上十分困難的參數式設計，有了一個初步的 發展空間，透過 的數位模型，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料層層精確堆疊的方 式來製造出我們所需要的模型，也被稱為累積製造（ ），由於擺 脫了傳統切削加工的限制，它可以任意做出精細且非常複雜的模型，甚至無法開模製造 的產品也有機會被製造出來，累積製造的特性，能少量化生產無需大量製造，減少了模 具的成本跟材料的浪費，並能輔助設計的開發到生產，加快了產品的設計流程， 如圖 為 的機器人手臂，它每三十秒可以堆一個磚塊，透過電腦的控制， 精準的堆出一道不規則的磚牆。右圖則為 這間擁有高科技模具技術的模具廠，透 過本身擁有的參數式設計方式搭配 雷射技術開模，製造出來的燈飾。下面介紹五種常 見的 列印技術。23 圖 的機器人手臂 左 、 燈具 右 光固化成形法（ ， ）也稱做光造型、立體印刷，是 最早實用化的快速成型技術，此技術是以光敏樹脂為成形材料。 的成形過程先將 模型轉換成一張張截面輪廓，設定好掃描路徑，再利用電腦控制 掃描器進行各 分層的軌跡掃描和工作台的升降；當 照射到光敏樹脂表面，而使這一層特定區 域部分產生光聚合反應固化後，然後工作台在垂直方向移動一個層片的高度，透過這樣 的方式層層固化為一個實體，再取出做最後的固化處理。 是最早出現的 列印技術， 成熟度較高、成形速度較快，且精度較高，缺點是需要支撐、樹脂固化中往往會有變形 的問題。 圖 技術說明 層疊實體製造法（ ， ）的成形過程是將單面塗有熱 熔膠的箔材（由紙、陶瓷箔、金屬箔等材料所組成）利用雷射切割的方式割出分層的截 面輪廓。首先在工作臺上鋪上一片箔材，使用雷射將箔材切割成所製模型的截面輪廓，
24 鋪上下一層鋁材後利用熱輥加熱使其相黏結，接著切割此層的輪廓，透過這樣反覆的過 成堆疊到加工完畢為止，最後把切碎的部分除去留下所需的模型。 的特點在效率高 製作成本低，缺點是不能做塑料的模型且不能製造有中空的結構體。 圖 技術說明 雷射燒結成形（ ， ）也可稱作粉末材料選擇性雷射燒結 粉末燒結，燒結是指把粉狀物料轉變為緻密體的製程技術，它與 有著許多的共通點， 常採用的材料有金屬、陶瓷、 塑料等材料的粉末作為成形材料。 的成形過程是先 在工作臺上鋪上所要使用的材料粉末，利用電腦控制採用雷射光在指定的截面輪廓進行 掃描，將工作台上既薄又均勻分布的材料粉末燒結，燒結部分便固化成實心的部份，一 層掃描後再移動工作平台進行下一層的燒結，結束後去除多餘的粉末，便完成成型的過 程。此技術的特點是材料應用較廣，可以生成形狀複雜造型；缺點是表面粗糙需要後加 工。 圖 技術說明
25 熔融沉積法（ ， ）是目前 印表機裡最常見到的列 印技術，由 在 年提出了概念， 年由美國 公司開發推出了第 一台商業機型 。此技術以熱塑成形的材料絲為主，而其中又以 為大宗， 因為 在此技術上不論強度或者是耐熱程度皆能達到傳統 射出的 品質。 的成形過程是透過高溫加熱器融化材料絲，由電腦控制噴頭循著物件的截面路徑運動， 擠出的塑料當溫度低於融點時便開始固化，逐層從底到頂堆積成實體模型。此技術的特 點是方便操作、成本低，缺點是表面會有紋理處裡不易，是目前 列印技術中精度最差 的。 圖 技術說明 三維粉末黏結（ ， ）也稱三維列印，由美 國麻省理工學院所研發，使用的材料跟 一樣為粉末（例如：陶瓷、金屬、塑料粉末）， 不同於 利用雷射燒結， 則是利用噴嘴噴出專屬的黏著劑。 的技術原理是，先 在工作平台上鋪上一層粉末，接著裡用電腦控制路徑，讓噴嘴在所需成形的地方噴出黏 著劑，透過黏著劑與材料粉末的相黏形成截面，接著重覆鋪粉與噴膠的動作，最後列印 出所需的模型。此技術的特點在於能以全彩的方式呈現，以及無需支撐結構。
26 圖 技術說明 則為較傳統的製造技術，利用刀具將材料切割成所需的組件， 再結合成型，由於現在許多切割方式皆透過電腦控制 ，也因此能夠和數位資料做 直接的連結，大大提升整體的精準度。此種製造程序又稱為 減法式製造 。下面介紹三 種透過電腦控制的切割工具。 雷射切割 是利用發射雷射的光束通過聚焦鏡頭聚在一個小範圍 內，約在 毫米和 毫米間，一接觸物質使其熔化或蒸發，可用於切割、蝕刻和標記各 種材料，是一種高精度數值加工。許多較自由的造型如上一章所提到 跟 ， 都適合運用此種方式加工。雷射切割的面積取決於機器的大小，目前有製造船隻在用的 雷射切割機，尺寸就大於 以上，因此在運用上十分廣泛。 圖 雷切技術說明
27 水刀切割 主要以超音速水柱混合研磨劑，一般用於 切割，水刀 的切割範圍較廣，從軟泡棉到不鏽鋼、銅、鈦、陶瓷等等，由於切割時不會產生熱影響， 切割有印刷或塗層的材料也可以利用水刀，特別是沒有熱影響的特性也是水刀比起雷射 切割更適合切金屬的原因。 圖 水刀技術說明 數值加工成型 能協助數位製造的功用在於有多軸的技術，可以用來 處理雷射切割及水刀無法處理的造型。設計者透過電腦建立模型，軟體會定位出銑的深 度跟速度，便可做出所需的模型。，但 由於有刀頭的限制，造型自由度上不 如 來的好。 圖 技術說明
28 指的是一般稱為彎板、沖孔等技術，透過形變的方式讓材 料重新塑形，並保留材料原本的強度，大部分以金屬為主要加工材料。下面介紹兩種不 同的技術。 所包含的有彎壓成型 、彎管 等，由於都透過電腦的控制，代表著高精密度，利用標準模具即可適用於大多 數產品，也可使用專用模具製造特殊的造型。 圖 技術說明 數值控制轉塔沖壓 ，在此製程中使用硬化鋼沖頭從板材上切出圓形、 正方形或特別輪廓的孔，使用模具可以為專用模或可更換模，取決與幾何形狀和設計的 複雜度。 圖 技術說明
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第四章 設計創作
由於參數式設計仍屬於發展中時期，相關輔助軟體、硬體皆不斷在改善與更新。近 年工業設計領域多直接利用 列印生成產品，但在材料與成本的考量上，尚未達到現 有產品所需的標準。本研究目的在於探討參數式設計如何應用於產品創作上，第一階段， 主要嘗試運用參數衍生軟體 探索其可能的創作方式，並發展出生成造型的 邏輯架構。第二階段找出與衍生造型相互搭配的工法，並利用 輔助輸出工程檔案。 預計產出三件，以便實際了解利用參數式設計作為產品創作的可能性，以作為日後改善 的參考。相關設計測試與討論
圖 窗櫺椅、 在這兩年的期間曾接觸指導教授的兩個設計案，窗櫺椅及 ， 如圖 為窗櫺椅，此概念運用竹片及韌性特質，將竹片精準裁切成不同的形狀的板材， 再進行搭接組合成如中國窗櫺的椅面，並藉由不鏽鋼管的支撐組合成具有現代感的休憩 坐椅，當光線投射到竹片時，能夠產生出變化多樣的陰影，讓居家空間中帶有一叢竹林 的氣息。此設計應用代表中華文化的竹子為材料，以工業設計的傳統開發流程設計與製 作。 則是透過參數運算，準確的定位出椅面上線條與金屬環的 位置，並提供往後造型上更多不同的變化，不鏽鋼管焊接搭配簡單線條，呈現出整體的 結構感。其座面以 配合 施作，可以輕易的調整座面上方密度及管材 大小，此設計應用治具與人工焊接不鏽鋼材製造。在接觸過這兩件作品之後，歸納出以 下幾點問題，作為日後創作的參考： 角度變化多：兩者在造型的圖樣上，都呈現不規則的變化，因此在竹片交接處或不 鏽鋼管接點都非固定的角度或者制式的角度。 手工誤差：竹片的角度加工是靠人工磨製、不鏽鋼管接點雖有治具輔助但也是師傅 慢慢焊接而成，由於大量單元相接最擔心的就是累積公差問題，而利用人工加工難30 免會出現誤差。 成品脆弱：因圖樣本身並非強韌的造型，加上手工累積誤差的關係，讓整體較不適 合載重。 加工困難：由於角度的變化，讓每一個單元造型都是獨立存在，像是竹片每一個卡 榫的角度都必須照圖模製而成。不鏽鋼管接點利用治具輔助，但也都必須一分段個 別裁切。
概念構思
上一小節的問題整理中可以發現，角度變化為影響參數式設計難以製作的主因， 因此在概念發想初期，針對此一問題做為設計發散的主軸之一，並找出相關的參考圖 片，希望在確定製作方式後，利用 去輔助各工法的製造，另一方面嘗試從 思考 各造型的應用方式與造型的變化性。製程考量
概念 一 ：接點與管材 在 列印的特性之下生成不同的接點，每個接點可以有各種角度的變化，透過 與不同管材接合，除了能節省 列印在製造上的成本，材質上也能有更多可能性。 圖 接點參考圖片 概念 二 ：複合媒材 透過兩種材質交互的結合下，運用材質本身特性克服角度過多問題，像是利用橡 膠或布的彈力或張力去將整體的造型塑造出來。31 圖 複合媒材參考圖片 概念 三 ：橋接片結構 利用橋接片結構去固定角度，透過設計讓卡榫除了它的功能外，更可呈現出一種 圖案上的美感，不單單只是一個結構。 上可以快速的生成卡榫的工程圖，透過雷 切的方式製造出各個零件。 圖 橋接片參考圖片 概念 四 ：線材連結 線材的可變性很高，運用線材去連結各組件，或者透過線材塑造出一個曲面的造 型，可先透過 做出一個計算出基本的型，並留下穿線的孔洞。 圖 線材連結參考圖片
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造型概念
概念 一 ：三角形分割 此一概念主要運用三角形分割的方式，希望透過面的切割運算，創造出不規則的 表面圖樣。製作上利用彎板或者直接焊接的方式去固定各個切面。 圖 三角形分割參考圖片 概念 二 ：雙層結構 此概念希望透過內外圖案的不同，表達出不同的空間與層次感。小件的造型可利 用 列印的方式或外罩部份必須分成上下蓋等。 圖 雙層結構參考圖片小結
整體構思的方式是主要以製程上做考量，先思考後端製造上的方法再決定產品的 類型，跟以往創作上思考功能為主有些不同。透過上面的發散過程，並與指導老師討 論後整理出三個主要的設計方向： 運算三角形的切割面，呈現不同的光影變化。 利用 列印與管材結合，做出雙層結構的燈具產品。 使用橋接片做為接合的方式， 讓產品在外觀上有圖樣的變化。由於初學 軟體，在創作初期並無法將整體架構過 程釐清的十分清楚，在後面章節會針對各個概念的發展過程做深入的分析與介紹。33
設計創作 一 ：矮桌
設計構想
矮桌為前面所提到的方向一：運算三角形的切割面，呈現不同的光影變化。在軟 體中 以 為主要的運算特徵， 的特點便是透 過設定點的方式運算三角形切面，因此如何在產品上設定出運算的過程，及如何呈現 造型的美感，並設計便成為這次設計創作考慮的重點。 圖 概念草圖 在構想發展初期，原始的產品設定以大型頂燈為主，希望透過大面積展現切面的 美感，製造技術上則設定利用模具製造出切面，搭配壓克力真空成型的方式製造。但 在初步設定尺寸並簡單的施作草模與真空成型廠討論後，由於真空成型有一定的大小 限制，目前最常做的大小是 ，大型的真空成型製作成本太高，成型後許多 原本交接銳利的線條會因此喪失，並考慮加入燈光後，角度不同的切面容易造成光線 的混亂，美感上不符合既定的目標。而回歸到 本身造型類似寶 石、石頭的切面，希望能呈現出一塊原石放在地上，讓觀者能從不同角度去觀賞，因 此決定改以功能單純、造型較能變化的客廳矮桌為發展的方向，並搭配 所提到數 位製造技法中的 為主。 圖 模型、頂燈草模34
基本定義與元件
基本定義 許多三維立體模型最常以三角網格為使用的基礎， 簡稱 則是其中最有名的演算方式， 三角分割的定義為：點集合的三角分割中，不 存在有任一點被包含在 分割後的所有三角形內接圓內，見圖。 圖 三角分割 元件介紹 在 裡面有兩個元件可以做 的運算，分別是 與 ，由圖示我們便可以簡單的分出一個是生成網格面，另一個則是以 生成邊為主。本創作則以圖左的 為主要的運算器。 的圖 形主要是輸入控制點的數量與平面來決定幾何結構，需要輸入三個以上的點數據即可 產生圖形。 圖 運算元件、不同衍生的模型構想發展
參數模型與草模測試 此一小節包含參數模型的建構過程與兩次的草模測試，由於草模的測試關係到參 數模型修改，文中將會交互著介紹。此參數模型建構上並非完全在 裡進行，而是 透過 與 兩邊來回的修改，才達到最後的成果，在建立的過程中必須考慮之後-35 調整的方便性與製造所需的圖面。在這次參數模型的建構中，主要可以分成三個階段 括號內表示所用到的部分 ， 建立基本型 和草模測試、 細部調整 、 輔助模型製作 和草模測試。 建立基本型 從設計構想時的 為基礎下去做展開，圖 為建立基本型的 參數模型，矮桌需要一個較接近體的造型，因此在 裡定義範圍，從中隨機生成點， 再利用 元件產生造型。基本型所建立的是模型所需的尺寸以及基本造 型，再透過參數的調整選出適合的基本造型。 圖 建構基本型的參數模型 上 、不同變化的基本型 下 草模測試 一 第一次草模測試發現，即使每一片都已標好號碼，還是很容易有組裝錯誤的情況， 正反面容易搞混，一片一片慢慢比對的情況下組裝時間過長，整體在高度上做為矮桌 略矮，旁邊收尾的地方太過銳利。而針對這幾點問題找出了後面模型修正的方向， 整體比例須重新調整、 邊的部分需增加黏貼邊，除了方便接合也可增加強度、 桌 角的地方需設定好非銳利的收尾、 每一邊都須標註號碼。
36 圖 第一次草模測試 細部調整 這一部份調整桌面的結構，圖為處裡細部結構的參數模型。由於產品設定為矮桌， 除了本身基本造型外必須給予它一些功能性的地方，訂定出一些平面，讓矮桌能有地 方放置茶杯、水果等物品。主要從 裡手動調整點的高低位置，並藉由 的運算 即時看出變化的程度，功能性部分調整完畢後，也大致確定了模型的基本外觀。 圖 細部調整的參數模型、 調整的點 輔助模型製作 從草模測試 一 所發現的問題下去做修正，這一階段是最耗時也最繁瑣的部分， 包含的有： 計算面與面之間的角度、 生成黏貼邊及螺絲孔、 將面攤平並編號。由 於需要掌握到產品較多的細節，在 裡常常會發生許多問題。像是在編寫 計算面與 面之間的角度的時候，會發生某些面求出的夾角剛好顛倒，由於每個三角形都不同， 總共有 個三角形，就會出現 個角度，很難一一的去調整，因此必須不斷的修改 計算的邏輯，才能找出適合的元件。由於 的各部分參數模型過於複雜，完整參數 模型見圖 。
37 圖 電腦模擬測試 上 、最後定案造型 下左 、輸出的工程圖 下右 草模測試 二 以紙板實際製作出 比 模型，評估整體尺寸是否適當，確認接合方式與標號是否有問 題，接著進入實際製程的階段。 圖 第二次草模測試
38 圖 先利用燕尾夾快速的固定 模型製作 由於強度的關係，最後定案決定由不鏽鋼板材利用螺絲固定進行製作。利用 軟體的輔助，將每一片攤平並標上號碼以及角度，在雷射切割的同時完成後續繁瑣的 標記動作，師傅不需一一比對工程圖，方便製造上加工及後續的組裝。圖為其中三塊 工程圖面，中間為板材編號，旁邊為每邊需彎折的角度同時也是之後組合時可以對照 的編號。 圖 工程圖 一 由於工廠師傅也是第一次遇到不同角度大量彎折的組裝，擔心會產生累積公差的 問題，於是製作前期就先以部分作為前測，在與工廠討論與測試後整理出以下幾點問 題及解決的方式。 工程圖輸出：在輸出工程圖時需注意板材雷切的方向。當金屬板材過厚，雷切時 容易出現毛邊的情況，以及保護膜也是需要考慮的部分。毛邊部分工廠有打磨機 可以調整處理。
39 圖 保護膜有無、毛邊情況 編號位置：需微調編號位置。當編號在板材中間時，雖已將雷切火力調至最小， 仍然容易在正面留下隱約的痕跡，製作時必須將編號設定在黏貼邊上，可防止此 種狀況發生。 圖 雷切刻字、正面留下的隱約痕跡 彎板限制：板材在施作時，每邊需向外偏移複製 ，預留為折角的空間，其 中當彎折角度為銳角時，如下圖 以尺為彎折時刀頭 ，需注意彎折上會卡到另一 個黏貼邊，造成無法施工，因此統一內縮 才能閃過刀頭。 圖 銳角情況 已裁切過 、鈍角情況 組合細節：一般組合時，頂點部分皆需內縮一小段距離，可讓板材組合相交時更 加密合。在此創作中恰巧與第三點的處理方式相同，因此考量整體的美觀性，各 邊統一內縮同樣長度，方便彎折也讓接點密合。
40 圖 未內縮接合處、內縮後接合 材料厚度：板材厚度過厚導致重量太重，從 下修到 。 圖 模型前測 利用前測發現的問題，將所需內縮以及預留的條件，重新的進入 修正參數模 型，並再做一次簡單的測試，重新評估板材彎折時是否會再遇到問題，以及變薄後強 度上是否足夠。 圖 未彎折單元 左 、組合測試 右
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工程圖與完整參數模型
圖面檔案總共有 個三角形，下面為根據位置排列後的工程圖。
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作品呈現
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設計創作 二 ：吊燈
設計構想
圖 概念草圖 吊燈為方向二：利用 列印與管材結合，做出雙層結構的燈具產品。研究者在 學習 時有針對此一概念做了簡單的試驗，同時也對常用在參數式設計的 列印做 深入的了解。 列印本身仍處於開發階段，雖可以看到許多平價的技術，但與實際 產品的品質還有一段距離。整體來說，由於材料的選擇性較少，且成品在表面的精細 度還需要後處理整體成本因此偏高。 此一試驗運用 列印搭配現有管材去組合成所需的造型，透過 列印處理角度 加工困難的問題，而現有管材又可以降低整體製作上的成本，同時增加材料的豐富性， 類似在 有提到的 製造技法。因此決定以當初嘗試的 為主要 的運算特徵，針對此種加工方式下去做構思。這次的產品的定位設定為燈具，希望利 用雙層的結構作為外部燈罩，希望同時也能有特別的燈光效果。46 圖 拆件測試 上 、 列印及鋁管 下左 、 列印接頭 下右
基本定義與元件
基本定義 是大自然的圖案，如長頸鹿身上的斑紋、葉片的細胞結構等等， 應用相當廣泛。 的定義為：在一個平面上數個點，這些點中任意兩 個點皆以其中垂線來劃分區域，即是 圖形，見圖。 圖 基本定義 元件介紹 在 裡就有五種不同元件可以使用，由左而右分別為 、 、 、 、 ，在不同的狀況下會使用不同 的元件，像是 及 就會需要不同的元件來運算。本創作則以 為主要的運 算器。47 圖 相關元件
構想發展
參數模型與草模測試 燈具的參數模型建立中，皆完全使用 製作，主要可以分成兩個階段， 建立 基本型和草模測試、 輔助模型製作和草模測試。 建立基本型 基本型的參數模型如圖 。由於燈具設定為球體，便以在球體內隨機生成點為 基本參數，再利用 元件生成 的表面，透過 設定，可以任意的調 整點的數量以及模型的大小。 圖 基本型參數模型 上 、 種由不同點數量生成的表面 下 草模測試 一 草模測試的目標在於確定模型相關的細節，大小尺寸、表面的疏密以及管材放上 去後的比例。草模測試的模型為直徑 公分圓內利用 個點所生成的表面，實際結果 表面過於稀疏，需再增加點的數量。而在管材部分詢問過不銹鋼管、鋁管、塑膠管， 但不銹鋼管一般使用上以 為主， 以下為醫療級的材料，相較於塑膠管與 鋁管重量過重及成本上偏高。塑膠管雖容易處裡，但口徑過細後整體結構較為脆弱， 比較過後決定以鋁管為主要的材料，管材粗細以 為主。48 圖 草模測試 輔助模型製作和草模測試 圖 不同疏密的雙層結構 統整上述細節後，在這一階段的輔助模型部分是將整體結構拆解成獨立的節點以 及計算各管材長度，並針對當初設定的雙層結構做 模擬及小量的組合測試。雖然 在設計構想時已有做過簡單的拆件測試，但隨著參數模型越複雜時，需要編寫出更能 夠包含各種條件的邏輯架構。其中最大的問題發生在產生節點的邏輯架構，一開始節 點生成方式是利用球去跟線做交集，進而產生節點，但由於 的表面圖案是隨 機且長短不一，當某一個邊過短時 如圖 右一 ，交集的邏輯便產生錯誤，輸出的 模型就會有問題。因此重新回到 給予新的條件，篩選出長邊與短邊，分開處理不 同的節點。參數模型的建構必須根據著需求與問題不斷的做調整。 圖 節點生成邏輯說明 出現問題的情況
49 圖 電腦模擬圖單層 上 、雙層 下 在造型確認後，將節點獨立分開並編號，再轉成 列印所需的格式，管材長度 則另外建立表單，方便之後裁切。 圖 節點編號、管材長度計算 草模測試 二 第二次草模主要測試檔案是否能正確印出及組合上的方便性。由於 列印十分 耗時，在測試時僅以簡單的造型為主。測試後發現兩個主要問題， 在轉檔為 前，
50 輸出模型必須聯集為單一個體，否則 列印時會造成列印失敗的產生。 個體雖有獨 立編號但每個節點都有 個接頭或以上，數量一多便很難分出相對應的方向。 因此針對這兩個問題，重新回到 調整，將各接頭再分別長出圓或方塊，利 用在 列印的同時做上記號，並重新聯集各節點。 圖 草模測試 模型製作 燈具最後的零件數量總計外部共 個節點和 根管材、內部則為 個節點和 跟管材。在經過與工廠討論及成本上的評估，決定利用所上 列印設備製作節點， 管材部分請外面車床工廠加工。由於每 小時只能產出 個，節點在整體製作上占去 了大部分的時間，管材則先在袋子寫上長度及編號，方便工廠快速處理。 圖 重新聯集後的模型、管材編號 圖 在節點上編號、裁切好的管材
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圖 外燈與內燈的節點
由於原先設定的內外球在實品過於混亂，且外球因為組裝的順序導致封不起來，最 後決定分成兩顆，下面為組裝過程。
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完整參數模型
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作品呈現
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設計創作 三 ：花瓶
設計構思
花瓶為方向三：使用橋接片做為接合的方式，讓產品在外觀上有圖樣的變化。此 創作的構想來源是來自建築中的概念模型，建築常透過立體肋架 方式來切割 曲面，如同在 提到的 方式搭配雷射切割，能很精準的做出模型，但大 多以 度的方式組裝，若遇到其他角度的狀況，則會利用橋接片的方式。因為發現橋 接片在組裝時的規律性，能很自然的產生一個圖案，便開始以此種組裝方式下去做構 思，希望透過設計橋接片的位置，讓產品表面出現不一樣的變化。由於構思的重點放 在圖案的產生，在決定產品類型時，就以裝飾性較強的落地花瓶為創作主題。 圖 運用橋接片的模型基本定義與元件
基本定義 並不像前兩個創作介紹的演算法有特別的一套演算理論，它主要的功能是將任 意曲面做等分切割，透過輸入曲面以及要分割的數量，即可產出圖形。 元件介紹 不是 本身內建的元件，而是屬於擴充套件 裡的元件，主要可以分成 九種不同的分割方式， 、 、 、 、 、 、 、 、 ，本創作則以 為主要的運算器。56 圖 元件、生成的圖樣
構想發展
參數模型與草模測試 在參數模型建立中，皆完全使用 製作，主要可以分成兩個階段， 建立基本 型和草模測試、 輔助模型製作和草模測試。 建立基本型 如同 所介紹， 是將任意曲面做等分切割，形成一片片的造型結構，而 本創作作品是以 為主要得運算器，如圖 為基本形生成的邏輯架構 及不同的基本型。57 圖 基本型參數模型 上 、不同的基本型 下 草模測試 一 由於 所做出來的造型每一片材是有曲度的，跟設計構思所提到的 建築模型皆為單純平面接合不同，材料及接合的方式便顯得相當重要，因此第一次草 模主要針對這兩項作測試，思考如何利用橋接片有效的建立出模型上的曲度。一開始 利用 作為測試的材料，測試時發現單純只有橋接片時，在邊與角的接何處容易出現 空隙，且當造型曲度過大時容易彈開，因此嘗試在橋接片間利用縫合的方式將片材拉 緊，使之密合。 圖 橋接片測試、收邊試驗 在經過 的測試後，開始思考不同材料的可能性，雖然 有彈性，旦做成落地 花瓶的材料整體結構強度上不足，外觀上很難使人有精緻的感覺。因此評估了三樣材 料，可彎木板、彈簧鋼片、竹薄片，可彎木板為一般裝潢用材料，運用在一些彎曲的 造型上當作表皮，但由於方向性過強在一些角度的彎折上容易產生問題。彈簧鋼片則 是市面上常作為刮刀用途的金屬薄片，雖在方向性部分合乎要求，但由於金屬薄片的 邊十分銳利，很容易割傷。竹薄片也是傢俱在當作貼皮使用的材料，它在方向性上不 像可彎木板這麼強，且在邊的收尾比金屬薄片來的安全，也因此選擇作為本創作的材 料。
58 圖 彈簧鋼片、可彎板、碳竹薄片 輔助模型製作和草模測試 此一創作在輔助模型製作上較上面兩件作品簡單，主要只有兩個部分 片材上卡 溝與收邊孔洞、 橋接片的建立。在選定材料與結合方式後重新將參數模型做修正， 調整整體尺寸與編寫生成孔洞的元件，拆解各橋接片與片材結構並做好標號。並進行 第二次試驗。 草模測試 二 在第二次草模測試中發現，由於基本型在分割時必然會產生一條建構線，因此嘗 試使用旁邊同一階程的片材代替。但在測試後發現，雖可成功的組合但整體因彼此的 擠壓而形變，破壞整體的造型，決定維持原本模型的分件來製作最後的模型。在實際 製作模型前，製作一比一草模檢查各個片材是否有誤，並簡易測試竹薄片實際製作的 強度與外觀。 圖 模型上的建構線、草模測試、竹薄片收邊測試
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圖 一比一草模製作
模型製作
花瓶最後的片材數量總計共 組與 組橋接片，材料上使用雙層的碳竹薄片、藤 皮與竹積層材，利用雷射切割製作。
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工程圖與完整參數模型
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作品呈現
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第五章 展覽
展覽主題與形象
本次展覽主題為「結 」，為研究者與其它 位同學共同策劃的展覽。除了 各自展出自己作品外，在展場也可看到我們以「結 」為發展主題的集體創作及共 同製作的商品，在交通大學藝文中心展出。展覽概念
結
「結」是一種技巧、一種記號，更是一種關係， 從相交、相織到相繫，將我們的生活緊密地牽絆在一起。 我們在這裡綁了最後一個結， 不只是結果，更牽繫出另一條，新旅途的開始。 「結」象徵著每一位學生在創作的過程中，反覆地繫上、解開自己的思緒，並將無 形的概念紮成有形的作品。同時，這場畢業聯展，也代表一個「結」，每個人尋著不同 路徑來到這裡，原本不曾相識的我們，在同一個時間和空間裡相遇，進而產生關係。 這是研究者與參觀者之間的關係，在交流與互動的過程中，為彼此解開混亂的結， 繫上乾淨的結，連接出許多新的可能性。 本次展覽為學生們在求學歷程中，最重要的一個階段。展出作品分為工業設計與視 覺傳達兩個類別，所延伸出的多種實驗性的創作，包含產品、家具、書禎、繪本、影片 等，而內容涉及的領域多元，對於藝術與設計有興趣的朋友們，歡迎於展覽期間前來參 觀並給予鼓勵與建議。 展覽官方 粉絲頁 結 網頁展覽宣傳
65 展覽 巧妙的利用圖樣的連續性，能夠拼接出大張的宣傳海報，節省了以往 發不完的浪費情況，本次宣傳除了發放 與張貼海報，也舉行了全校性的小遊戲，透 過簡單的賓果卡，每天公佈一個英文字母，讓參與者除了上網了解展覽的內容，也可增 加一些生活的樂趣。 圖 展覽 圖 活動用賓果卡 圖 結 作品網頁
展場主視覺
66 展覽主視覺由研究者與王佳渝同學負責展場的主視覺設計與規劃，設計上配合主題 「結」去發想，在經過幾次測試決定利用線材疏密的變化去表現交織的感覺，利用漸層 營造整體的層次感，來呼應展覽的主要概念。製作上先在牆上標示出各點的位置，並釘 上釘子，最後按照圖面纏上棉線，是 位研究者在展場共同的巨型裝置作品，也是整 個展場的精神象徵。 圖 主視覺製作過程與最後成果
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展覽呈現
創作展區位於藝文空間二樓，由於此次參展人數較往年多，因此與另一位參展人林 柏宏的展品一同展出，在展場的佈置上利用簡單的展台展示，希望讓觀者不被其它多餘 的佈置所干擾，並能夠從各個度的欣賞作品，。 圖 展場照片68
展覽期間
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第六章 設計檢討與建議
設計思維異同
設計流程
在整個創作過程中，可以發現參數式設計與傳統設計流程之間的差異。以往 設計者透過逐步的思考決定構想中的細節與特徵，最後再整合成設計；而在參數 式設計中則可將思考的過程直接參數化，透過不斷加入特徵及細節，構思一連串 的生成方式，反覆的調整與評估設計最後的樣貌。比起傳統設計流程，參數式設 計串聯起整個設計流程，從設計發想到生產製造，讓整體在思考上更加的一致與 快速。軟體應用
在軟體的應用上，傳統建模工具較為單純且健全，只要按圖施工便可製作出 所需的參數模型。參數式設計工具雖有著極大的自由度，能透過參數的設定在同 樣邏輯下衍生出多種造型，但由於參數式設計工具仍處於發展階段，許多功能還 不如傳統建模健全，有時必須花費較多的精神才能達到與傳統建模同樣的效果。 在本次創作過程與到的最大問題在於細節上的處理。傳統建模工具中，是以直覺 式選取所需區域進行修改，在參數化工具中，必須從數據資料中去找尋特定的幾 何特徵，進而編寫出所需修改的方式，與傳統建模相比下十分繁瑣複雜。製程問題
由於透過參數式設計工具所產生得造型，很容易產生如 設計討論與測試所 提，角度的變化造成每一個單元在加工上必須個別處理，如利用傳統方式加工必然會 花費很大的精力與時間。製作上必須考慮不同材質的特性與加工方式，其中在拆件 及組裝上，是一個很大的問題。從參數建模開始，每個單元必須獨立輸出工程圖及 設定好編碼，組裝上必須一一比對位置，同樣造型下雖比傳統建模快速，仍相當 費工費時，而且在單元多的狀況下，容易產生累積公差的問題。70
