参数化设计在汽车造型设计中的应用与研究

摘 要：随着计算机辅助设计（CAD）技术的发展，参数化设计技术已成为汽车造型设计领域的重要工具。分析了参数化设计的历史背景、理论基础以及在汽车设计中的演变。介绍参数化设计技术在汽车造型内外饰设计中的应用范围，并对其优势和挑战进行了深入研究。最后分析了如何合理运用参数化设计，使汽车内外饰造型设计更具未来感、科技感，给以后的汽车造型设计提供有益的参考与借鉴。

关键词：参数化设计 汽车设计 创新性 造型设计

1 绪论

汽车行业一直是创新的前沿领域，设计在塑造汽车的审美和功能性方面扮演着重要角色。随着计算机辅助设计的发展，将先进的计算方法整合到设计过程中变得越来越普遍。在这些方法中，参数化设计作为一种变革性的方法，显著影响了汽车设计师构思和实现其创作的方式。本文深入探讨了参数化设计在汽车造型设计领域的应用和研究，检视了它如何被用来推动汽车设计边界的拓展。采用案例研究方法，介绍了几个成功将参数化设计整合到其设计理念中的知名案例，这些案例说明了参数化设计能够为汽车造型带来优秀设计和创新成果。本文旨在通过提供对参数化设计实际应用的案例的检视和思考，为今后参数化设计在汽车造型设计中的应用提供新思路新方法。

2 参数化设计概述

纵观汽车造型设计的发展历程，从最早使用纸笔尺规手工画图到20世纪五六十年代开始逐步发展的计算机辅助设计系统的应用，设计技术和设计风格是伴随着科学技术的发展在不断演变。参数化设计技术正是基于计算机辅助设计系统的不断发展而壮大的。

参数化设计技术最早在建筑设计领域被大量使用，最著名的是扎哈·哈迪德建筑事务所的一系列代表作如南京青奥中心，Morpheus酒店，北京SoHo大厦等。参数化设计的本质就是参变量化设计，其通过函数表达几何关系；用数字化的方法诠释设计中的逻辑方法；利用计算机的计算能力代替人脑的决策。拥有着计算机的数字逻辑背景，参数化设计通过逻辑建模可为广泛适用的工业化产品提供大量富有变化的形态结构样式，对于形成全新的产品形态有巨大的意义。

随着参数化设计技术的推广及现代制造工艺的进步，在汽车设计领域也出现了越来越多的参数化设计风格的作品，这些具有鲜明参数化设计风格的作品令人耳目一新，给汽车造型设计带来了新方向的积极探索。

3 参数化设计工具介绍

参数化设计领域已经发展出多种专业软件，这些软件针对不同的工程需求而设计。与此同时，也出现了一系列技术方法，它们与这些软件相配合，用于实现参数化设计的成果。以下是经过资料搜集和分析后，总结出的一些广泛使用的参数化设计软件及其相应的技术特点和应用领域（见表1）。

针对汽车造型设计领域来说，应用最广泛的是Rhino&Grasshopper和Alias&Dynamo这两个软件组合。

Grasshopper（简称GH）是一个在Rhino软件平台上运行的插件，它使用程序化算法来创建模型，是当前自由曲面造型领域广泛使用的参数化设计工具之一。GH通过将功能集成到被称为“电池”的运算器中，实现了编程节点的可视化。设计者仅需向这些运算器提供特定的参数输入，并相互搭配运算器之间的输入输出，即可获得运算后的输出结果。这种方法简化了设计者的学习过程，尽管使用者仍需具备一定的编程理解能力。

Dynamo由Autodesk公司开发，是一个基于图形编程的自动化计算设计平台，最初主要用于建筑、工程和施工（AEC）行业。在Alias 2019版本开始集成于Alias软件中Dynamo用可视化编程平台来降低编程难度，让非程序员和程序员都可以使用，在Alias中选择“Palette”>“Transform”>“Dynamo”即可启动。通过基于节点的可视化编程界面，Dynamo可以让用户自由创建计算式设计模型或其他自动化处理任务。用户可以使用完善的数据处理、关联性结构和几何控制功能，这些功能在基于传统CAD界面的软件中是难以做到的。

同时两款软件都支持二次开发，用户可根据个人实际需要开发出个性化的工具来实现自己的特定需求，为用户提供更高的设计自由度。

在grasshopper中支持C#，python，VB三种编程语言和cluster工具，通过这些工具开发者可以为 Grasshopper 创建新的功能，满足特定的设计需求，或者与其他软件和平台进行集成。二次开发不仅增强了 Grasshopper 的灵活性和扩展性，也促进了设计和工程领域的创新。在Dynamo中支持C#、Python、DynamoScript和自定义节点（Custom Nodes）用户可以创建自己的节点来扩展Dynamo的功能。这些节点可以封装代码、自定义逻辑或调用外部库从而实现更丰富的功能。

4 参数化设计在汽车造型设计领域的应用

4.1 参数化设计在汽车造型中的典型应用

参数化设计在汽车造型设计领域最著名的就是2016年发布的BMW VISION Next 100 和雷诺TREZOR概念车（图1）。宝马通过参数化设计手段将车轮轮拱做成可变的灵动结构，可以根据车辆行驶速度，路况等改变车轮轮拱的形态，既可以收缩，也可以展开将车轮覆盖在内。雷诺TREZOR概念车则在机盖采用六边形来作为机盖散热孔的基本元素，通过每个元素的翻转变化达到车辆在不同行驶状态下的散热需求，前脸同样采用六边形元素作为肌理表皮，既具有装饰美感也有效降低车辆风阻，实现了功能和美学的统一。

这两款概念作品一经发布便迅速风靡汽车设计圈，随后其他汽车公司纷纷跟进推出了许多量产化的参数化设计作品。例如雷克萨斯LS 2018款和奔驰A级2018款满天星格栅（图2）等都是非常经典的设计。

4.2 参数化设计在外造型设计中的应用

在汽车的外造型设计中，参数化设计的应用主要分为装饰性应用和功能性应用。例如应用较多的燃油车的前格栅，轮毂造型，等属于功能性应用。前后组合灯内参数化肌理，车身附属装饰件表面处理等属于装饰性应用。在目前的电动化浪潮下新能源车没有了的传统意义上的散热格栅，取而代之的是一体式全封闭前脸，但也有新的作品如吉利银河E8（图3）的前脸设计巧妙的把参数化设计和发光面板结合起来，非常具有科技感。

4.3 参数化设计在内造型设计中应用

和钣金件与硬质材料居多的汽车外饰相比，参数化在织物材料居多的汽车内饰中有更加广泛的应用。在汽车的内造型设计中，参数化设计的主要是在全车音响面板，旋钮，换挡拨钮，座椅绗缝，主副仪表细节部分等处。比较有代表性的如奔驰的柏林之音音响面板雷克萨斯内饰门板上本体（图4）等。在内饰的细节设计上，合理使用参数化设计不仅能丰富设计效果，更能让内饰显得更加具有高级感，档次感，提升整车设计品质。

5 对参数化设计优势与不足的研究

参数化设计在汽车造型设计中应用至今，既有优势也有挑战。经过广泛的调查研究，对其在汽车造型设计中的优势与不足归纳如下。

5.1 参数化设计的优势

①对设计师来说，参数化设计打开了一道可以掌控未知的复杂形式设计的大门，通过静态的图纹样式赋予了动态美，抓住人的视觉感知，使人在视觉感知中，可以更多地去思考和想象，去寻找肌理变化的规律和约束点，参数化设计形式在视觉上更具视觉冲击力和科技感。

②对汽车造型数模师而言，参数化设计技术对大量的，复杂的，具有相同特征形式，但又存在一定规律变化的造型设计具有快速调整的能力，这大大减轻了数字模型师的工作强度。

③相较于以往的纯手动制作数字模型，参数化设计推进了设计过程的快速迭代优化，提升了设计过程的效率，对整车设计也起到了降本增效的作用。

④参数化设计带来的新的技术应用，为设计师提供了更大的创造自由度，在新的设计方向上对设计思路的开拓创新具有重要意义。

5.2 参数化设计的不足

①参数化设计在复杂纹理方面的多样性变化优势，对于设计的创新性大有裨益，但如果超过限度的沉溺于此，会导致忽略设计的本质，容易让设计师掉入过于依赖技术的陷阱，将设计当成了一场炫技。

②对于汽车数字模型师而言，如果所有的数字模型都用参数化设计来制作也是不妥的。在有机的，自由曲面造型的汽车车身形态方面来讲，参数化设计技术并不适合，传统的Alias手动建模所具有的高自由度，快速调整能力依然有不可替代的作用。

③参数化设计需要设计师或数模师与计算机软件进行密切的互动和合作，对于不熟悉或不擅长使用这些软件的从业者来说，可能会面临学习和操作上的困难，增加了设计的复杂性，参数化设计的学习成本，操作复杂程度也要比传统软件更高。

④参数化设计依赖于数据准确性，需要准确的输入数据，如造型特征的大小尺寸。变化量的向量参数等。如果这些数据存在误差或不准确，可能会导致设计结果出现偏差或不可行。

通过以上的对比研究可以发现，参数化设计能够显著提高设计效率，缩短产品开发周期；此外，参数化设计还促进了跨学科团队的协作，提高了设计流程的灵活性和可持续性。然而，参数化设计也存在一些挑战，在汽车造型设计的应用上逐渐由百家齐放转变为渐趋一统，相互之间的创意借鉴，模仿，抄袭也逐渐增多。消费者对参数化设计的应用也开始审美疲劳。各大汽车公司的参数化设计如何更好的利用参数化设计吸引消费者研究，对汽车设计从业者也提出了更高的挑战。

6 总结

参数化设计在汽车造型设计上的广泛应用，代表了一个时期的审美特征，充分反映了科技与消费者审美喜好之间的相互促进，汽车内外饰造型在形式上也将越来越多样化和个性化。参数化设计作为一种在汽车造型设计中一种手段方法，未来的发展应主要在以下几方面进行探索。

①设计创新：在未来的创新性探索上设计师通过算法和参数输入来探索更多设计可能性，从而创造出具有创新性和独特性的造型。这种方法将会推动汽车设计向更加个性化和多样化的方向发展。

②效率提升：参数化设计通过自动化的设计过程，显著提高设计效率，减少从概念到产品落地的时间，未来在产品开发的效率上将会进一步提高。

③造型与功能的结合：参数化设计不仅可以用于创造美观的汽车外形，还可以结合力学、空气动力学等工程参数，实现造型与功能的完美结合。

④技术融合：随着3D打印和数字化制造技术的发展，参数化设计可以更好地与这些技术融合，实现复杂造型的快速制造和验证。

⑤设计工具的发展：参数化设计支持二次开发编程，为了适应设计的多样化需求，设计软件和工具将不断发展，从业者也可在这方面积极探索，通过定制开发提供更加强大和用户友好的功能，以支持设计进行更复杂的设计工作。

⑥跨学科合作：参数化设计可能会促进不同学科之间的合作，例如汽车设计师、工程师和软件开发人员之间的协作，以实现更全面和创新的汽车设计方案。

总的来说，参数化设计在汽车造型设计上的应用前景广阔，它将继续推动汽车造型设计行业向更高效、更具创新性和更可持续发展的方向前进。我们期待看到更多令人惊叹的汽车设计作品，它们不仅在视觉上给人以美的享受，更在功能、效率上有更高的成就。

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