浅谈数字雕刻技术融入公共设施设计课程的可行性

摘要：本文着重探讨数字技术在公共设施设计教学以及环境设计的课程体系下的应用路径，从雕塑本质分析数字雕塑融入到公共设施设计教学中的理论优势。通过案例分析、技术可行性角度阐述数字雕刻技术对公共设施设计教学体系的必要性。

关键词：雕塑本质；数字雕塑技术；公共设施设计

一.公共设施设计教学体系

在侯立丽，刘晖王静编著的《城市公共设施微课版》教材中将公共设施定义为公共艺术的一种代表性形式，构成城市景观的一部分。从这些用词上来看，作者很显然在强调公共设施的文化和艺术形式，以公共设施的视觉语言和文化符号为核心。同时，薛文凯编著的教材中倾向于公共设施的实用性与高效性，强调产品标准化化和模块化设计——同种类的模块的排列组合，其造型特征是由相对独立的模块几何单元形所组成的不同形态，功能。这样的理性思维更加能够满足社会经济高速发展的时代背景下对于城市空间所需要的公共设施的数量与质量需求。

    公共设施的标准化设计指的是材料的标准化，对材料的规格和性能进行标准化定制，将设计构思建立在行之有效且固定的标准之上，其目的是更高效更低成本地将设计方案落地，运用标准的固定材料加工为模块单元，以几何式的体块为单元，以形体的构成为基础实施拼装，这也是薛文凯在教材中提出的“标准件”的概念。为了便于拆解，拼装和维护，从设计构思阶段就以标准化和模块化思路为基础，设计外观造型上也一定是极具理性和规律性的现代主义风格的造型为主。

1.1.理论溯源

    模块化设计思维的核心是一套成熟的产品设计思维，其根源追溯到20世纪初，《未来主义宣言》中把工业主义和时间当作核心理念，强调工业主义发展的进程与自身意识之间的关系，把速度看成造型价值。雕塑家波丘尼利用其理论将时间速度的概念与雕塑的固有属性相结合，认为物体除了结构与材料本质的固有属性外，还拥有在空间中的偶发存在。当观者改变与物体的相对位置，会呈现与相邻物体类似的新的构造，物体产生膨胀等变形方式，物体的造型进入“运动”状态。通过时间呈现造型的不同状态对物体各个模块进行有规律有关联性地分割，形变，重组。这种思维也迎合了公共设施模块化设计模式。

    塔特林的作品《转角浮雕》运用线性和面形的金属材料，在探索造型材料的构成关系的时候摒弃底座将金属等材料依靠墙角，构建一个真实的空间。墙角的功能在于证明作品与周遭环境和现实空间的连续性，他运用线性和面型材料，将不同的型材直接构成为一个完整的材料组合体，评论家将其定义为“构成品”。构成品与所处现实之间的互依性的意识开始萌芽。正因为塔特林引入的构成空间的概念深远影响了后来者对于公共空间的探索与设计——加伯和佩夫斯纳将构成主义的概念继续发展并带入了法国，德国，并深刻影响了包豪斯的教学体系——埃尔.里希茨基与莫霍里.纳吉和杜斯伯格发表的声明中认为：无论是建构的物体还是雕塑的物体都应该当成一种心理结构，而不是密不透风的物质实体。构成主义和未来主义对造型语言和构成语言的研究成果是未来公共艺术和公共设施标准化和模块化设计的理论源头。

1.2.公共设施设计课程教学现状

    威廉塔克谈论罗丹所处的时代：沙龙忙于理念的斗争，无暇顾及艺术家之手与材料的关系，只对主题与形式进行预先设定而非直接动手创作，沙龙变成了产业，具体工作由机械加工实现或者助手完成。塔克将之称为“作品的预制性”，而当下公共设施设计教学体系现状恰好对应了罗丹时代艺术沙龙产业化的现状——以系统性，标准化和模块化设计为基础，强调城市主题，人文，创新，智能化以及系统性等概念，强调由公共设施的概念，类别，方法与程序所引导的技术性设计过程而忽略了对形式和造型语言的感受性研究，因此造型语言更多地出现线条，方块，柱体等规律性的构成主义元素。

    《城市公共设施微课版》中提到运用草图绘制的方式提炼并呈现地域性元素的方法--通过绘制而成的设计草图将立体空间局限在二维平面上。模型制作也多采用从圆，方，直线，曲线等平面因素过渡到立体造型上的方式。因此当下设计方法大多依据平面和立体构成法则，势必会将设计者的思路引导向固定有规律的构成语言上。

二．数字雕塑技术理论溯源

2.1.雕塑的本质

    威廉塔克对罗丹作品的哲学价值有过这样的评价：他将作品独立于特定的题材或者功能，将造型的材料，结构，重力作为终极目标。认为通过手的触摸与劳作是探求形式和理念的根本，雕塑的过程是人对物质世界的一种探索与研究。 罗丹的作品通过泥土的堆积，拉伸，挤压等方式进行塑造，他的作品是一种向外开放，无限伸展具有张力的状态，张未称之为手通过对“劲力与筋力”的探索来感知材料，由于泥土本身质地柔软，有粘性而易变形，塑造出的造型本身也具有不确定性，他认为这种“堆塑”的模式没有自然完结的形式和外部的限制，造型可以不断向外延伸到观众所处的公共空间，因此现代性的科学理性在粘土的可塑性和感受性的特征中遭到了破坏。

    巴什拉将雕刻看作是线运动的轨迹，他认为在雕刻的过程中，线能带动团块向前运动。张未认为雕刻线不会受制于符号和图案，用凿子走过的痕迹和线条是探索物质结构的过程。因此雕刻就成了对材料物质内在结构挖掘的方式，雕刻线充当了物质外形结构的索引，是对物质与材料结构乃至生命运动的诠释。雕刻线条是在物质生成的过程中由压力，拉力，阻力形成的各种纹路，重新定义了物质造型的边线。

    由雕和塑两种手法的对比我们可以得出结论：雕塑的本质与材料的属性和处理方式有着深刻的联系。

2.2.雕塑与数字技术的关联

     雕塑本质上是不同材料的性质之下对材料的处理方式的差异，对于材料的选择和处理方式是传统雕塑与现代造型语言形成差异的关键因素。在数字雕塑技术中，材料物质的概念在模型打印出实体以前是被抽离出来的，失去了对物质材料实体的真实感受也破除了不同质料柔软和坚硬不同属性的壁垒，破除了在形式上传统泥塑和现代装置之间的隔阂。以雕刻软件zbrush为例，其中可以将坚硬平整的平面变得和布料一样柔软，可以将经过拉伸的不规则形体变得如同现代建筑一样坚硬。无论是何种材料物质都将成为虚拟空间当中任意变换的形体。

    雕刻线是硬质材料物质性状结构的内部索引，但其终究是呈现于物体表面的雕凿的痕迹。在抽离物质实体的数字模型当中，具有雕刻线同样意义的网格线成为了数字造型呈现状态的决定性因素，不同于雕刻线，网格线是可被调整的存在于数字造型的表面的虚拟线条。 《3D打印模型制作与技巧》中详细论述了数字模型网格拓扑操作的概念，其中提到zbrush在建模方面的优势-可以操作海量的多边形，拥有百个雕刻笔刷可以如同用手捏塑粘土一样雕刻模型，也可以制作机械或者建筑模型，能够通过灵活地变换模型网格线的数量以及分布排列网格线从而实现造型风格的快速转换——从疏密关系上看，网格线越密集，造型越显得不确定。网格线越稀疏，造型棱角越分明，风格上越抽象越现代。从网格线的排列上来看，越均匀规律的布线，造型越平滑，越凌乱的布线，造型越跳跃越坑洼。利用网格线，我们可以像罗丹一样拿起“泥”堆塑我们想要的形体，也可以像布朗库西一样用凿子和切割工具去切削“石块”，甚至可以像一位建筑设计师一样通过网格线搭建起有框架，结构严谨的建筑。

三．公共设施设计课程与数字雕塑关联性

《数字雕塑技法与3D打印》中提到数字雕塑的模块化制作是根据需求制作一些造型要素单元再进行组合，重构，再塑造，创造出新的作品的方法。而雕塑的数据化和虚拟性意味着雕塑可以被计算机模拟重构，并且变成了可以随时被修改被拉伸变形的反物质状态。公共设施的模块化设计主要强调标准化的部件材料相互组合衔接，分解互换，排列组合，传统公共设施设计对构成材料元件具有一定依赖性，造型几乎是由材料所主导。两种不同的模块化概念呈现方式不同，但是都涉及到单元形的构成原理，针对公共设施设计而言，数字雕塑可以将虚拟模型作为引导以工业材料为基础的公共设施设计的媒介。

    工业革命带来的材料和物质生产加工手段的变化促生了现代雕塑造型语言上由具象向抽象转变的过程，也催生了构成主义理念上的革新。雕塑以及任何公共空间中的设施呈现方式的决定性因素是材料和针对性加工手段的选择。然而数字雕刻可以绕过物质材料的限制，在造型层面通过调节网格线的技术手段更加灵活地转变模型的造型语言，真正意义上做到由数字造型的呈现效果来决定材料和标准件的构成加工运用。

四．数字雕塑技术融入公共设施设计体系

    对于公共艺术和环境设计专业的学生来说，zbrush软件中对于生物模型的制作并不在其教学体系当中，而一些建筑，室内外场景设施的建模在其教学体系当中由sketch up建模软件进行制作完成。

    参考现有公共设施设计的教学体系以及学生已掌握的软件技术和对三维空间理解，教学过程中应注意以下要点：第一，所选用的数字雕塑软件技术体系应呈现操作简单，造型高度概括等特征。针对公共设施设计课程的数字雕塑体系应以基本的笔刷雕刻捏塑技术和对网格线的处理手法为主。不宜带领学生制作过于高精度的模型以及过于复杂的机械性结构。第二，应让学生熟练掌握zbrush和su软件之间的模型互换互导操作。鉴于数字雕塑的本质要求，zbrush支持处理海量多边形面数的造型，但将模型导入进su进行多面数处理难免会增加软件负担，因此在模型互导之前要掌握zbrush减面操作。张盛在《数字雕塑技法与3D打印》中详细列出了抽象雕塑技法所必备的相关操作，其中要求学生掌握的技法是：网格参数调节，zmolder多边形编辑，遮罩提取以及模型文件互导等操作。

五．教学重难点

遮罩提取利用zbrush的遮罩功能在原有的造型基础上对遮罩的区域进行外表面造型厚度的提取，在制作观赏性设施或者照明设施的时候可以利用此操作制作镂空效果的装置，比如说可以把文字和符号以及任何图案造型做成镂空的状态。操作步骤如下：在工具栏找到alpha导入图案以制作遮罩笔刷的形状并遮罩图案随后提取遮罩的区域。

对模型网格线的编辑在任何以点，线，面为基础的建模软件中都是主要的操作，zbrush将其浓缩在zmolder笔刷中，配合网格面参数调节可以制作各种不同的镂空模型。其中Qmesh是zmolder笔刷中的其中一个按钮，其功能是以一个面为基础拖拽出一个完整的立体造型，通过某一物体上的平面向外延或向内压缩体积。在镂空模型的制作上可以通过内插多边形，将每个内部多边形删去只剩下平面框架，最后利用qmesh操作加厚线框使之由平面变为体积。

网格面参数调节操作在模型雕刻完毕或者已有现成的模型的前提下进行，最常用到的操作是zremesher，dynamesh，sculpture pro和抽取减面大师。zremesher作为生成模型的基本框架而存在，在模型制作中通常能够引导模型结构走势，使得模型的布线呈现极其规律的态势，就如同用粘土堆塑一个造型，再用凿子沿着规律的方向向前雕凿，把多余的不规则部分去除，将模型变得圆润而光滑（如图5-4）。与zremesher操作不同，dynamesh在不改变模型的造型和肌理的前提下重置网格线，是软件雕塑最核心的技术之一。sculpture pro可以配合笔刷在模型表面局部改变网格线密度，保证了模型捏塑自由度与完整性。抽取减面大师是zbrush更新的插件之一，通过极致地减少面数实现造型语言的科技感和抽象化。

模型文件的导出格式以stl格式和obj格式为主，通过z插件菜单中的3D打印工具集中的导出按钮完成模型格式的转换。再将stl或obj格式文件导入进su建模软件当中，导入的模型可以在su软件中进行颜色，材质的填充，也可以加上植物，草坪等景观要素(如图5-5)，可以对已有公共设施的素材模型的组件进行替换。需要注意的是在模型互导操作前需要通过减面大师，zremesher等操作减低网格多边形面数，检查模型是否完全封闭，以防止su在运行过程中的卡顿以及模型互导失败等情况。

文章来源：《新美域》https://www.zzqklm.com/w/qk/29468.html