基于参数化设计的竹编工艺产品数字化保护研究

许通

关键词：参数化设计；Grasshopper；竹编；非遗工艺；数字化保护

引言

竹编工艺是中国的非物质文化遗产。自殷商时期以来，经过了7000 年的发展，已经衍生出了数百种竹编编织技法与纹样，这是工匠们在长期生产实践中的成果。然而，这一传统技艺的后续继承者逐渐减少，许多技能也因此丧失。文化和旅游部就2021 公布的《“十四五”非物质文化遗产保护规划》，促进了非物质文化遗产的广泛传播和发展。在国家实施振兴传统工艺计划背景下 ，探索传统手工艺类保护创新发展，以充分利用其优势，更好地满足当代的需求；将其与当代社会的现实联系起来，是当前重振民族手工业的一项紧迫任务。促进全民教育，引导社会进行广泛的社会实践和研究；推动文化遗产与旅游业融合，促进文化遗产与现代生活项目融合。在中国传统手工艺的发展史上，竹编工艺占有举足轻重的地位。体现了民族的智慧与文化，但是当前竹编工艺确实面临着一些问题。在很多地区，竹编工艺面临正处于“后继乏力”状态，青年群体对学习竹编工艺缺乏兴趣，同时大部分的竹编手工艺人由于固化理念导致创意不足，而设计师的创新设计头脑正是由于缺乏技术知识，在进行相关产品设计时存在一定难度。

本文以竹编工艺台灯设计为例，探讨了如何基于GH 参数化技术来提高竹编产品开发效率，从而实现其数字化保护。希望通过分析传统竹编织结构，实现传统编织向数字编织的转化 ，将原本竹编匠人具身认知转化为数字化下的参数化程序，减轻设计师在编织产品创新设计中的工作量，并通过现代設计来为竹编产品赋予更多新的可能性，从而拓宽竹编产品设计范围。参数化设计方法实现了传统编织结构的复现和再造，也为编织文化的传承和发展提供了新的思路。

一、传统竹编工艺概述

竹编是一种以竹子为原材料进行编织成型的造型技法，在我国民众生活中具有重要的地位和作用。竹编工艺是集合了竹子的柔韧特性和人类的智慧技巧的产物，是事物的客观规律和人类的主观能动性的结合。具有独有的工艺造型和艺术价值魅力[1]。

我国的传统竹编工艺历史悠久，根据相关文献资料，人类早在新石器时代，便开始使用竹编用品。历经朝代变更，如今竹编工艺已经在我们生活的方方面面，我国传统竹编工艺是应人们的日常生产、生活需要而生的，一般用于制作各种生活用具和手工艺术品，具有极高的实用价值和观赏价值。在竹编的发展过程中，因为各个地区地域文化不同，不同区域的竹编都表现出浓郁的地域特点，如浙江的东阳竹编与嵊州竹编，四川的青神竹编与瓷胎竹编，江西的瑞昌竹编，不同地域的竹编已然成为一种极具特色的文化符号。

（一）竹编编制工艺手法

竹编工艺作为我国一项传统手工艺，虽然在不同地域的竹编艺人在进行竹编造物时所采用的流程都是不尽相同的[2]。但是总的来说，整个制作过程需要基本包括竹材选择、竹篾制作及竹篾编织等3 道工序。

常用于编织的竹类为慈竹、水竹、毛竹、单竹、棉竹、青皮竹等。由于不同竹材的性能存在差异，针对不同编织产品的需求，往往会采用不同的竹材，像毛竹这类性能比较好的竹材，适合编织精美的生活用品，而编织一些生产类器具时，会选择慈竹这类产量较大的竹子。

将竹子加工成竹篾的每一道工序都有着相应的工具。其中常用的有手锯、篾刀、刮刀、刮刨等。竹篾制作过程一般通过锯竹、卷节、对分、分块、劈蔑、劈丝、过剑门、刮青8 个步骤。

经过加工处理得到的竹篾和竹丝，接着进入竹编技艺的编织工序，编制方法是通过竹篾之间的交织穿插来完成。竹编的编制技法根据编织对象通常分为平面编织和立面编织两类。

平面编织通过经纬轴的交错变化，结合竹篾宽窄，颜色，完成平面图形的编织。例如竹编字画、竹编屏风、竹席等。平面编织产品表面光滑，外形美观。立面编织工序更为复杂，常用在竹筐、竹篮这类生活用具，还有竹编创作的工艺品，立体编织通常包括3 个步骤，即起底、编织和收边。

（二）竹编编织纹样类别

织纹样是编织工艺中重要组成部分，竹编艺人使用不同规格的篾丝与竹篾通过编织技巧进行排列、交替等组合，形成变化万千、绚丽多彩的纹样图案。虽然，竹编编织工艺形式多种多样，但是最终都离不开“挑一压一” 的基本编织技法，所有的编织技法都是在其基础上不断发展和演化而来的。常用编织法以“挑压编”为主，“挑”就是编篾在被编篾的下方，用编篾 挑起别编篾，“压”就是编篾在被编篾的上方，用编篾压住被编篾。根据挑压变化不同，又延伸挑一压二、挑二压二不同种类。再结合不同宽窄的竹篾产生更多的纹样。常见的编织法有十字编、三角编、六角编等如表1 所示。

（三）竹编工艺发展现状

1. 在传承方面缺乏继承人

我国传统手工艺主要是师傅传徒弟。传统手工艺继续口传心授。因此，大多数传承人只是在这方面有比较好的技能。实践能力强，但对相关理论不是很熟悉。如今，传承人文化水平不高已成为非遗传承的制约因素，直接影响项目的深入研究和传承推广。此外，在培养新一代传承人的工作中，部分家长受社会环境影响，认为子女接受高等教育后应进入社会新兴产业。也在一定程度上减少了流向传承团队的青年人才。

2. 市场竞争力不强

传统竹编工具作为生活生产用品，随着时代的发展，人们需求的改变，竹编产品逐渐转为工艺产品，很多传统竹编产品已经是博物馆里的藏品，如果没有文字说明，很多人甚至连名称都说不上来，对其功能和用途就更不清楚了。其市场份额萎缩的现状，促进着竹编产品的迭代更新以便适应当代人的生活。但从产业发展效益看，当地仍以简单加工为主，产品附加值不高，非遗文化价值未能得到充分体现，文创产品同质化严重。

二、参数化的基本概述

（一）参数化设计概述

参数化是数字化设计中的重要技术。参数化是一种起源于数学并应用到各个领域的术语，取决于各种参数多维度之间的关系，用规定的数值计算。

参数化设计是以各个特征的参数规律作为设计依据。每个参数代表一个重要的特性，通过设计每个特征的参数和数据之间的内在联系产生了设计所需要的表达形式。在当代的设计中，参数化设计被广泛地运用到了建筑的设计之中，其中扎哈·哈迪德的设计的北京银河SOHO、广州大剧院等作品在世界各地都具有相当的影响。近些年来参数化设计已经延伸到各个设计领域，如宝VISIONNEXT100上的表皮纹理，耐克的3D 打印跑鞋等。邓卫斌、宋仁慈、李珺利用参数化设计方法，打破惯性思维为玩具产品造型提供无限可能性；沙强，闫文丽将参数化设计方法应用在汽车轮毂形态设计中，得到了个性化需求下参数化轮毂设计的方法步骤。这些对参数化设计的研究与利用，为接下来的参数化竹编研究提供了指导。

（一）Grasshopper 建模平台与建模逻辑

Grasshopper 是 Rhino 的可视化编程插件，其主要工作方法是使用图形编程语言，并与 Rhino 的3D 建模工具结合在一起使用[3]。GH 通过运算器来处理数据，每一个运算器包括输入与输出端，把所有的程序语言按照设计的目的，用类似连接电池的方式将其组合起来，形成一个严谨的逻辑结构。设计师并不需要对脚本语言有太多的了解，只需要简单的算法编辑就可完成大部分的建模功能工作，将自己的想法在三维的虚拟空间中快捷地展现出来，并且可以根据自己的需求通过调节参数来调节设计目标的形状，并且在可视化的界面上，实时地看到产生的形状的变化。Grasshopper 最突出的特征是即时可见的、逻辑思维的、动态变化的、通用的、可变的。grasshopper 操作界面见。

Grasshopper 的逻辑构建过程中最重要的是算法规则的构建，通过研究设计目标的数学逻辑与参数化模型建立联系。之前要在Rhinoceros 环境下，要建立一个球体，可以通过简单几个步骤来实现，首先绘制截面轮廓线，使用旋转成型命令，输入旋转角度，最后得到模型。但是当我们需要一个半圆，就必须重复以上的步骤。

在 GH 环境下，我们仅需寻找一个最关键的参数单元：旋转曲面。当我们理解了旋转曲面所需的参数、旋转轴、截面轮廓和旋转角度，那么通过参数单元之间的相互作用，将自动构建一个完整的球体。 因此，如果我们只需要一个半圆形表面，就可以立即修改旋转角度参数 。

（二）参数化竹编工艺设计优势与意义

在传统的产品设计中，设计师在面对相对复杂的产品，工作量也比较大，而且要做大量的重复操作，并且需要对产品方案进行调整时需要重新进行建模，以往对编织产品进行设计时，需要设计师对每一个产品都进行建模，因此十分耗费设计师的时间和精力[4]。Grasshopper 通过数学逻辑与参数化模型建立联系，先将编织技法利用参数化建模工具通过编程表达出来，设计人员可以选择所需要的编织方式，并通过对相关参数的调节，得到自己所需要的效果，繁琐的重复运算则是由计算机完成，大大降低编织产品设计的门槛。

而参数化设计的参数调节与即时可见功能，在进行设计的推导与优化时，可以让设计人员通过调整参数，快速地观察产品造型变化，获得新的设计方案。在大量的设计方案中，设计师可以从中找到最满意的设计，避免了重复的设计过程，同时也可以通过对设计结果的变化进行直观分析，对设计的细节不断进行修正。参数化的设计具有即时可见的反馈功能，使设计者能够更好地进行调节，减少了开发时间，并大大地提升了工作效率。

参数化设计主要是对竹编的形态规则进行解构，进行生成逻辑的解析，并利用相应的算法进行数字化转换，并利用参数化的建模技术，帮助设计师完成相应的产品设计。在竹编造型语言的基础上，修改产品的形态，丰富产品的种类。更好地满足了当下消费者对于个性化的需求[5]。

三、竹编结构参数化技术实施

（一）竹编技法参数化设计方法

参数化技术运用在竹编产品设计中，以参数化技术来实现对竹编工艺产品的数字化保护[6]。首先，我们需要对传统编织结构进行特征提取，找准编织技法的相关特性，对竹编编织工艺特征进行分析与提取；在明晰竹编编织特征后，通过匹配相应的算法程序，对竹编编织进行编程式建模，并对其程序进行确定参数以及优化参数；将竹编编织参数程序构建出来后，我们可以自由地将其程序运用到各个产品模型上，同时可以开发一套终端交互程序让用户自己灵活自由地选取相关编织纹样，运用到任意自己想要的产品模型上；最后根据模型进行材质渲染，形成最终的设计方案。

（二）竹编技法参数化研究

竹编几何纹样中的几何图形有规则地排列，其中蕴含的规律变化，适合通过Grasshopper 算法逻辑进行参数化建模[7]。以挑一压一竹编结构为例，在进行参数化构建过程，首先要确定构建的曲面，通过Surface 电池输入，使用Divide Surface 运算器调整曲面的UV点的数量，UV 點的数量代表着最后竹篾的数量；接着用Dispatch运算器将UV 控制点分为“正分界点组”和“负分界点组”、并根据点在曲面上的法线方向偏移，偏移的距离代表着挑压的高度；Weave 运算器将正负点组重新排序；使用Interpolate 将点连接起来，生成多个连续的波浪曲线；使用Flip Matrix 翻转点阵的U 轴方向和V 轴方向的排列，重复以上操作，得到另一方向的编织曲线轨迹；设置截面竹篾参数，通过Loft 运算器生成编织结构。过程如图1 所示。借助grasshopper 运算器生成常见的挑压关系，并通过调节经纬数量、挑压高度、截面参数等变化，可以衍生出丰富的竹编，竹编结构的参数化程序见图2。

在明确竹编几何纹样图形以及GH 插件的算法流程后，我们对参数化竹编与不同的产品形态进行一一配对试验. 我们发现对竹编编织纹样模型进行参数化建模后，可以很好地适配到各种产品形体上，并且能产生很好的效果。通过试验可以证明基于GH 参数化技术的竹编编织工艺产品设计可以起到比较好的效果，以及可以实现竹编编织工艺的数字化保护。

四、基于GH技术的竹编工艺产品设计

（一）竹编工艺产品设计策略

1. 确定造型，在进行竹编工艺产品相关设计时，需要先在Rhino 或 Grasshopper 中完成基本造型曲面建模。

2. 提取需要实现竹编效果的曲面设定到 grasshopper 的 surface电池中，再使用以上编织形态生成方法即可得到所需的竹编形态。

3. 设计师可以通过调整挑压高度，密度，间隔，以满足不同的设计要求。实现编织结构在产品应用上的参数化控制，通过在Grasshopper 中完成了产品形态调整与最终方案的生成。

4. 把我们需要的最后的设计方案“Bake”到 Rhino 或者其他的软件中去，进一步对方案进行调整以达到最佳效果 ，并且可以借用keyshot 等渲染软件对产品材质与颜色进行调试，输出风格迥异的产品结构样式。

参数之间的联系借助运算器产生联系，通过调整某一个参数产生联动作用，进而影响产品的最终形态。参数化设计方法可以协助设计师将设计理念融入竹编产品的设计之中，大大地提高了产品的设计效率。

（二）竹编工艺产品设计实践

通过对竹编工艺编织纹样的梳理与总结，利用Rhino 软件里的Grasshopper 插件对竹编编织纹样进行参数化编程式建模，我们通过对Grasshopper 插件的学习，以及前期对竹编编织手法与纹样的学习与理解，梳理出竹编穿插结构的逻辑与关系，最终搭建出竹编编织纹样参数化模型库[8]，见表2。

在构建出竹编编织纹样参数化模型库后，我们就可以灵活设计模型方案。在本次方案中，我们挑选台灯造型方案，来验证以GH技术为基础的竹编编织纹样参数化设计方法，以此来实现竹编编织工艺的数字化保护。我们首先需要手动用RHINO 软件构建出一个台灯的造型模型。

在构建出台灯的造型模型后，我们通过在 Grasshopper 完成了产品形态调整与最终方案的生成，将9 款不同的竹编编织纹样参数化模型分别贴在台灯的造型模型中台灯灯罩的表面，形成9 款拥有不同的竹编编织纹样的台灯造型设计。最后，未来进一步对方案进行调整以达到最佳效果 ，我们接着来渲染软件keyshot 对竹编编织台灯产品的色彩与肌理材质等多方面进行调试，输出风格迥异的产品结构样式。9 款不同的竹编编织台灯设计见图3。通过结合基于产品特定功能的创新设计思维、参数化Grasshopper 技术对传统竹编工艺产品进行的开发、提取和重新设计，赋予了竹编工艺文化產品新的光彩，优秀的竹编结构可以进行改造和重构，改变原有的竹编工艺设计思维，使竹编工艺产品的设计在现代技术的加持下更加科学和实用。

（三）竹编工艺产品设计场景渲染

最后，为了进一步强化竹编工艺台灯设计效果，我们从9 款不同的竹编编织纹样台灯设计造型中，分别挑选两款不同的竹编编织纹样进行场景渲染，见图4。以挑选出来的两款竹编工艺台灯设计为例，台灯的灯座部分主要用于工业生产，减少了当地生产短缺和产品供应链瓶颈，降低了产品成本，提高了产品质量。台灯的灯罩采用竹编工艺技术，竹编技术运用参数化 Grasshopper 插件，根据设计师和编织者的主观创意性，从构建的竹编工艺编织纹样数据库中选择。数字化和参数化的竹编生产方法为竹编工艺产品的生产与实践提供现代设计解决方案。在竹编工艺产品开发过程中，团队致力于为本地文化创意产品的开发和工业生产方式相融合，提供新的开放创新模式，同时提高产品价值并有效控制成本[9]。竹编工艺的参数化设计是传统技术和现代数字技术的融合与发展，打破了传统工艺、传统材料对竹编工艺品的造型的限制，使竹编形状在现代技术的加持下，更加多样、丰富和广泛使用。最后，通过竹编参数化技术的实践，检验了竹编形态参数的设计方法和Grasshopper 参数模型的合理性和科学性，发现参数化的建模结果与实际竹编工艺效果一致。

结论

竹编作为中国重要的非遗文化之一，在从传统生产工具向现代工艺和艺术品过渡的过程中，由于工艺的复杂和继承人的丢失，竹编产品作为生活必需品逐渐被现在工业制成品取代。因此，振兴竹编产业的关键在于提高竹编生产技术水平，更好地满足现代市场的需求。该项应用设计研究，为现代设计师和竹编工艺人员提供了参考方案，由于参数化设计直观可视化的特性，可以促进竹编工艺的生产效率，以及推广和发展。让传统的竹编工艺再放异彩。将竹编编织纹样参数化是传统技术与现代计算机技术的融合，取代了传统手工艺的缺点、传统材料以竹编模具束缚，使得竹编工艺品造型更加多样、丰富和广泛使用。通过竹编工艺参数设计的实践，验证了竹子和GH 参数化技术相结合的合理性与科学性。参数化设计对传统竹编工艺的传承、发展和保护起到了积极的作用。使传统竹编工艺更符合现代审美需求和市场需求。