基于参数化技术的个性化产品研究

摘 要：随着消费市场的日趋成熟，无论是在建筑领域、产品领域还是在服饰领域，消费者对于商品需求的要求都由满足转向满意。换言之，个性化设计在消费时代成为竞争的核心，而参数化的发展为个性化的实现带来了新的方向，也是设计发展的重要趋势。然而，目前参数化设计在手提包个性化定制的应用中仍少有研究。通过调研目前参数化与个性化结合产品的参数化设计风格和策略，展开对手提包个性化定制的设计研究与实践。

关键词：参数化设计；个性化；3D打印；手提包

一、参数化概况

（一）参数化的研究现状

参数化设计是一种利用参数作为输入变量来创建和控制设计的方法。它通过将设计元素参数化，使设计过程更加灵活和动态，可以快速生成不同的设计变体，其本质上是一种设计手段。参数化设计最早在建筑设计中获得广泛应用。建筑师利用参数化设计工具来创建复杂的几何形态和结构。例如，英国建筑师诺曼·福斯特（Norman Foster）在设计伦敦市政厅（London City Hall）和瑞士再保险大厦（Swiss Re Tower，也称为“Gherkin”）时，就采用了参数化设计的方法。随后逐渐扩展到其他行业，如工业设计、服装设计和城市规划等。通过利用计算机和算法的力量，参数化设计大大提升了设计效率和创新能力。

早在2008年，帕特里克·舒马赫就提出了参数化主义[1]。目前，不少国内外学者在参数化设计融入个性化定制的应用研究方面进行了深入调研与设计[2]。刘俊哲等基于用户调研，探讨参数化设计结合3D打印技术在个性化智能手环表带定制设计中的可行性[3]。姜峰研究了参数化设计在公共建筑中的应用[4]。李悦研究参数化技术在城市家具设计中的应用，为其发展和实践提供启示及借鉴[5]。白兴义、吴珏等提出一种竹编形态参数化设计方法，探究其在当代产品设计中的应用[6-7]。胡好、李琳等探讨参数化应用于首饰定制服务的可能性，为具有个性化、个人化、情感与文化属性的当代首饰设计提供新的思路[8-9]。还有一些研究者对个性化需求下的汽车轮毂、座椅等参数化设计进行了研究[10-12]。

（二）参数化设计与3D打印技术

参数化设计与3D打印技术的结合，极大地推动了设计思维和制造方法的创新。参数化设计提供了精确的数字模型，3D打印技术则为复杂多变的参数化模型提供了最佳的展示效果。两种技术优势互补，在协同发展和不断融合中，逐渐形成了一种新颖的设计思维方式。

在传统设计流程中，产品形态的确定是基于用户调研、市场分析、风格参考等抽象活动的结果，而参数化设计流程以标准数字模型为中心，结合3D打印技术，不断根据上述活动的影响因素修正产品形态，直至达到理想状态。即调即得的便利性和所见即所得的敏捷制造技术，使得产品开发流程更加高效和连贯，将产品开发转变为一个有机的整体。此外，传统加工工艺和工业材料的局限性，曾使得早期的参数化在设计领域表现为平面化或半平面化的特征（类似于分析图效果）。而3D打印技术的出现，打破了这一限制，赋予参数化设计在三维空间中的全新表现力。如今，参数化设计不仅能在三维空间中完成华丽转身，还可以通过时间的变化不断变换自身形态，跨界为真正的当代艺术。

二、前期设计调研

（一）人群定位

在“参数化技术的个性化手提包设计”的问卷调研中，发现18—35岁的年轻女性是主要目标群体。这一群体对时尚和个性化产品有较高需求和消费能力，其中72%的受访者处于这一年龄段。她们职业多样，包括学生（28%）、白领（45%）、自由职业者（15%）和时尚行业从业者（12%），这些职业背景使她们对新颖、个性化的产品有强烈的需求。65%的受访者具有本科及以上学历，对新技术和创新产品的接受度和兴趣较高。

调研显示，在购买动机方面，60%的受访者购买手提包是为了展现个人风格和品位，30%是为了满足日常使用需求，10%是为了收藏和赠送。可以看出，受访者购买手提包主要是为了展现个人风格和满足日常需求。在设计需求上，更多的受访者希望手提包能体现个性，并在颜色、材质、款式上有更多选择，同时具备容量、隔层设计和携带舒适度。

（二）需求分析

1.自主设计需求

在参数化手提包的调研中，对于用户自主快速修改和调整的需求分析显示，传统设计方式需要通过用户与设计师之间的反复沟通，往往导致设计周期长，沟通成本高。参数化手提包的设计则允许用户直接介入设计过程，通过简单修改参数即可快速调整手提包的各项特性，包括内部布局、外部配件、材质和颜色等。用户能够即时看到修改效果，并进行进一步调整，从而实现更高效、精准的个性化定制。这种设计方式不仅缩短了设计周期，降低了沟通成本，还显著提升了用户的满意度和参与感。

2.功能需求

参数化手提包相比传统手提包，其吸引力在于提供了高度个性化和灵活的使用体验。用户可以根据个人喜好选择颜色、材质和配件，内部空间和口袋布局也可以自由调整，以满足不同场合和物品的存储需求。多种背法、智能功能（如USB充电接口、防丢失定位装置）、环保材料和高安全性设计进一步增强了其实用性和便捷性。用户希望手提包能提供可调节存储空间、模块化配件、多种材质和颜色选择、智能功能、强大的安全和隐私保护功能。

三、手提包参数化产品设计实践

（一）产品打造流程

为了更好地契合个性化产品的需求，设计引入了用户参与设计的创新流程，并通过3D打印技术实现产品的数字化制造。整个流程包括三个主要阶段：设计、打印和收货。

设计阶段用户可以通过系统自定义参数化表皮的组成（图1）。如调整模块的大小、数量和排列方式等，以确保每件作品都独具个性。系统提供直观的界面，让用户在设计过程中轻松掌握每一个细节。设计完成后，用户可以选择不同的打印材料和颜色。系统提供多种高质量材料选项，包括环保材料和高强度工业材料，以满足不同需求。确认设计后，3D打印机会按照用户的设定开始工作，精确地将数字设计转化为实物。最后用户只需填写收货地址（图2），产品完成打印后，将经过精心打包，通过可靠的物流服务送达用户的手中。整个过程透明高效，让用户享受个性化设计和高科技制造带来的便利与乐趣。这种全新的流程，不仅满足了用户对个性化产品的需求，更实现了科技与创意的结合。

（二）产品构思

在产品设计阶段，采用在Rhino环境下运行的Grasshopper插件，通过精妙的程序算法生成模型。用户可以通过调整参数实时改变模型形态，并基于数据实时绘制出3D模型。为了保留传统布料和皮料手提包的柔韧性，我们设计了一种可活动的连接结构，使手提包具备弯曲性。这种可活动结构由直径相同的圆环连接而成，整体结构划分为四层（图3）：上表皮层、连接层、支撑层和下表皮层。上表皮层由泰森多边形组合而成，这种参数化图形拥有独特的随机性，能够满足用户对产品个性化的要求。连接层采用圆环将各个部件连接起来，使部件可以在圆环范围内自由活动，达到弯曲性的目的。用户可自定义调节圆环直径的参数（图4），直径越大，表皮伸展的面随之越大。支撑层由位于每个泰森多边形顶点处的立柱构成，连接着上下两个表皮层。下表皮层的形态与上表皮层保持一致，随着上表皮层形态的变化而变化。

（三）产品制作

3D打印，又称增材制造，是一种基于数字模型文件的技术，通过逐层打印粉末状金属或塑料等可黏合材料来构造物体。3D打印技术的类型主要分为三种。第一，FDM：熔融沉积快速成型，主要材料为ABS和PLA。第二，SLA：光固化成型，主要材料为光敏树脂。第三，3DP：三维粉末黏接，主要材料为粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末。此次实验模型使用的是ABS树脂，打印方式上使用的是熔融沉积快速成型的方式。通过使用ABS树脂和FDM打印方式，达到了预期的效果（图5）。这种打印技术不仅可以快速成型，还能够实现复杂结构的制造，并且具有较高的精度和可塑性。

（四）小结

关于手提包的设计，最初的设计是包身与手柄处的连接可拆卸，用户可以更换不同长度或粗细的包带以满足不同场合的需求。因此，在包带左右两边的连接处设计了挂钩，包身的左右两边有匹配的圆环，可以与不同尺寸的包带组合使用。然而，在整体设计上，手提包还需要进一步推敲。包身采用了泰森多边形的可活动结构，但包带却没有采用相同的结构，这会造成视觉上的不协调感。下一步的改进是替换原有的无结构包带。

在泰森多边形大小排布位置的改进方面，在三维软件制作时只关注了调节泰森多边形在包身安排上的大小变化，虽然变化了图案，但忽略了使用性。图案排布上，包底模块更小，包口更大。然而，这种可活动结构的特点是模块尺寸越小，伸展后的面积就越大，反之越小。打印出来的实物存在问题，即包口的模块尺寸更大，导致在使用包时，包口打开的宽度较小，取放物品不够方便。改进方向是调整泰森多边形在包身排布上模块大小的位置，以提升用户的使用体验。

四、结语

本设计实践从用户自主参数化设计到3D打印制造落地，使用户参与个性化定制过程，提供了一个完整的基于参数化的个性化手提包设计实践思路，在产品开发流程及方案呈现中较好地体现了个性化的用户需求，由此验证参数化技术应用在个性定制设计流程的可行性。此外，经过本次的基于参数化的个性化产品设计的研究和实践，笔者发现，由于3D打印材料的局限性，用来制作手提包有着一些不适宜性。比如目前3D打印材料多为硬性树脂，虽然在结构上可以弥补布料不可延展的不足，但仍缺乏柔软感。围绕本文所提到的成功案例，结合本次研究实践的经验，基于参数化的个性化设计仍可以进行深入改进，使参数化设计与3D打印技术更好地融合。

参考文献：

[1]徐炯.“参数化主义”的时代成因与基本特征探究[J].南京艺术学院学报（美术与设计），2018（4）：21-24，209.

[2]杨贤春.品牌服装的生存法宝：产品的个性化设计[J].大舞台，2012（12）：172-173.

[3]刘俊哲，高洋.基于参数化的个性3D打印产品设计研究[J].包装工程，2021（16）：22-28，71.

[4]姜峰.参数化设计在公共建筑中的应用[J].装饰，2019（8）：110-113.

[5]李悦.参数化技术在城市家具设计中的应用研究[J].包装工程，2017（14）：110-115.

[6]白兴义，舒志鹏，白睿昇，等.基于Grasshopper的竹编形态参数化设计研究[J].家具与室内装饰，2022（8）：88-94.

[7]吴珏，张姮.基于传统竹编的参数化3D打印产品设计研究[J].装饰，2017（10）：132-133.

[8]李琳.首饰参数化设计与3D打印技术研究[D].北京：北京服装学院，2015.

[9]胡好，王柳庄，彭圣芳.参数化设计在首饰个性化定制中的应用策略研究[J].装饰，2020（11）：128-129.

[10]沙强，闫文丽.个性化需求下的汽车轮毂参数化形态设计研究[J].设计，2020（5）：34-37.

[11]戴琦琦.基于参数化设计的座椅个性化定制设计系统研究[D].杭州：中国美术学院，2021.

[12]宋健.个性化需求下的产品参数化设计方法理论研究[J].家具与室内装饰，2018（5）：18-19.

作者简介：

赵冬龄，中央民族大学美术学院。