談?wù)劇耙袈芍?數(shù)據(jù)可視化形式生成及加工的實(shí)現(xiàn)
隨著計(jì)算機(jī)及其程序技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，生成設(shè)計(jì)與加工逐漸成為設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。生成設(shè)計(jì)方法的快速高效及其設(shè)計(jì)成果的靈活豐富，使得生成設(shè)計(jì)成為極具發(fā)展?jié)摿Φ脑O(shè)計(jì)方法。一、背景介紹在“音律柱”的設(shè)計(jì)過程中，包含了對(duì)數(shù)據(jù)的獲取、生成、可視化及精工加工的關(guān)注，其主要研習(xí)的知識(shí)點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：生成設(shè)計(jì)：計(jì)算機(jī)生成設(shè)計(jì)就是將原型問題轉(zhuǎn)化為可被計(jì)算機(jī)識(shí)別的問題的方法。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，盡管生成設(shè)計(jì)需要高強(qiáng)度的程序代碼探索，且無法在短期內(nèi)快速形成預(yù)定義的直觀結(jié)果，但是通過對(duì)數(shù)據(jù)流的底層控制，其設(shè)計(jì)成果往往更為豐富、合理。數(shù)據(jù)可視化：數(shù)據(jù)可視化是對(duì)數(shù)據(jù)鏈的視覺塑形過程，其主旨在于通過直觀圖形化的手段，有效表達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)信息。 “音律柱”涉及音樂數(shù)據(jù)的可視化，由于音樂數(shù)據(jù)具有獨(dú)特的抽象特征，如何將抽象的音樂數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成具象的形象塑形是“音律柱”探索研究的重點(diǎn)之一。鉆攻中心專業(yè)制造分形：分形或分形幾何是一種以不規(guī)則形態(tài)為研究對(duì)象的圖學(xué)方法。分形在不同尺度下均保持其精細(xì)結(jié)構(gòu)和圖形自相似性，其形象特征與遞歸程序算法相對(duì)應(yīng)。 “音律柱”便是分形圖形數(shù)據(jù)可視化的案例之一。精工加工：精工加工結(jié)合特定加工材料及與之相關(guān)的精工設(shè)備，是程序生成結(jié)果的實(shí)現(xiàn)載體，也是對(duì)生成數(shù)據(jù)的驗(yàn)證過程。在“音律柱”案例探索中，主要涉及的精工設(shè)備是激光切割機(jī)，它是一種簡(jiǎn)單的二維精工設(shè)備，通過控制激光頭的運(yùn)行軌跡以實(shí)現(xiàn)對(duì)平面圖形的切割加工。高速加工中心專業(yè)制造二、 “音律柱”形式生成探索“音律柱”探索主要分為前期設(shè)計(jì)和后期精工加工兩個(gè)部分。前期的設(shè)計(jì)主要包含數(shù)據(jù)對(duì)象的選擇、處理和形態(tài)的生成。后期主要利用Java 程序提取設(shè)計(jì)結(jié)果的可加工的數(shù)據(jù)，進(jìn)而編寫成可被精工設(shè)備識(shí)別的機(jī)器語言或程序文件。兩者共同構(gòu)成從設(shè)計(jì)到加工的“數(shù)字鏈”處理過程。1. 音樂數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與處理音樂是一種富有感情色彩的動(dòng)態(tài)藝術(shù)， 主要通過演奏、播放手段實(shí)現(xiàn)信息和情感的傳遞。將音樂“凝固”成為形體，并使之成為具備觀賞價(jià)值的藝術(shù)品是本案例的成果需求。一段音樂包含的數(shù)據(jù)量異常龐大，但是一段音樂給人們最直觀的感受主要包括響度、音色、頻率、長(zhǎng)度等。在對(duì)音樂數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中，為了******程度地還原人對(duì)音樂的感受，需要依照人耳對(duì)音調(diào)的感受，對(duì)特定頻率的聲波進(jìn)行提取。通過分析這些提取的數(shù)據(jù)，就可以得到有關(guān)響度、頻率等的一系列參數(shù)。2. 形體生成的研究能否用簡(jiǎn)單的參數(shù)表達(dá)音樂的復(fù)雜性是“音律柱”塑形探索的主要目標(biāo)之一。經(jīng)過多次嘗試后發(fā)現(xiàn)，以科赫曲線（Koch snowflake）為例的分形圖形基本原理十分簡(jiǎn)單， 而迭代后的最終圖形卻異常復(fù)雜并保有精確的細(xì)節(jié)。 這種簡(jiǎn)單形體導(dǎo)致復(fù)雜結(jié)果的過程，十分符合音樂可視化表達(dá)的需要。因此，分形圖案便成為“音律柱”塑形探索的主要表達(dá)方法。在對(duì)最終成果的預(yù)設(shè)中， 設(shè)計(jì)最終目標(biāo)為形態(tài)變化的柱體。其主觀原因之一是柱子歷來都是建筑物中重點(diǎn)的裝飾對(duì)象，不論是古希臘的柱式還是中國(guó)古代宮殿中的盤龍金柱，其形態(tài)均具有特殊的含義；二是因?yàn)橹邮且粋€(gè)線性的構(gòu)件，而音樂又是一種隨著時(shí)間不斷呈現(xiàn)的藝術(shù)品，兩者具有一定的關(guān)聯(lián)之處。通過Java 程序代碼的編寫，將提取的參數(shù)與分形圖形相對(duì)應(yīng)，通過更換前臺(tái)音樂，程序就會(huì)塑造出一個(gè)個(gè)和音樂息息相關(guān)的形體。CNC加工中心專業(yè)制造三、 “音律柱”的加工與實(shí)現(xiàn)感性選定某個(gè)柱體形態(tài)后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出與加工的過程。鑒于在形體生成的過程中采用的是切片疊壘的方法，故實(shí)際加工的時(shí)候也選擇切片加工、疊壘擬合的方式。1. 構(gòu)件的精工加工激光雕刻機(jī)因其高效精確， 利于還原形體的微小細(xì)節(jié)，成為“音律柱”加工的******設(shè)備。其原理是通過輸入圖形操縱激光頭實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的切割加工。將“音律柱”的所有切片圖形依次導(dǎo)出，排版到一塊符合機(jī)器加工幅面的材料當(dāng)中，就可以控制精工設(shè)備完成對(duì)“音律柱”構(gòu)件的加工。由于后期拼裝有定位和正確疊壘順序的需要，各切片圖案須預(yù)留對(duì)位方孔并打印相應(yīng)的切片編號(hào)。上述過程均通過Java 編碼自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。將完成排版后的文件輸入到激光切割機(jī)中，精工設(shè)備便會(huì)按照?qǐng)D紙的信息進(jìn)行準(zhǔn)確的加工。2. 構(gòu)件拼裝整個(gè)最終模型由底座、核心定位方柱和柱體切片三部分構(gòu)成。構(gòu)件的拼裝就是將1200個(gè)切片重新疊壘的過程。由于亞克力的密度較大（1.2克/ 立方厘米），為了后期移動(dòng)模型的方便，切片采用分段拼裝的辦法。將切片粘接成多組構(gòu)件，其后利用定位方柱將它們組合拼合。模型拼合后，切片疊合出的最終形體得以展現(xiàn)，其表面的復(fù)雜肌理得到了極好地展示，整體形象也與計(jì)算機(jī)程序中的模擬完全一致。最終，完成的模型高達(dá)1.9米，總質(zhì)量超過50千克。構(gòu)件的加工耗時(shí)4天（平均每天10小時(shí)），后期拼裝耗時(shí)約3 天。精工加工中心專業(yè)制造結(jié)語本次實(shí)踐，是一次集數(shù)據(jù)采集、生成設(shè)計(jì)、精工加工于一體的跨學(xué)科的探索過程。其目的在于了解生成設(shè)計(jì)和精工加工的概念，掌握建筑生成設(shè)計(jì)基本工作原理。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)生成設(shè)計(jì)的應(yīng)用奠定一定基礎(chǔ)。在前期的設(shè)計(jì)過程中，所有的工作基本都在程序的界面下進(jìn)行，而前后期的對(duì)接過程中， 也都是通過計(jì)算機(jī)程序?qū)С鏊枰臄?shù)據(jù)，直接進(jìn)行精工加工。前期數(shù)據(jù)的分析提取是一個(gè)客觀的過程。 而后期規(guī)則的制定、最終形體的選擇則是一個(gè)主觀的過程，取決于設(shè)計(jì)師的個(gè)人審美情趣。在這次探索中， ******限度地實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到加工的數(shù)字化，設(shè)計(jì)師關(guān)注的重點(diǎn)也從最終形態(tài)的控制轉(zhuǎn)移到對(duì)工作過程的控制，是一次成功的生成設(shè)計(jì)與精工加工實(shí)踐。通過本次探索過程，不僅僅得到一個(gè)最終結(jié)果，更希望在探索的過程中，構(gòu)建一個(gè)完整的從生成設(shè)計(jì)到精工加工的方法。為生成設(shè)計(jì)提供新的思路，同時(shí)也為新的藝術(shù)形式探索提供方法的參考。本文由海天精工文章整理發(fā)表，文章來自網(wǎng)絡(luò)僅參考學(xué)習(xí)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。高速加工中心、鉆攻中心專業(yè)制造