以诗为数的数字设计实验

2022.09.23 VOL.68 特别报道 作者:刘延川、蒋乐源 页码page.19-23

正文

引言

中国古诗是高度凝练的艺术形式。从春秋时代的《诗经》开始,历经两千年的发展,唐代近体诗的格律定型,各种形式高度成熟,达到了诗歌的巅峰。与此同时,古体诗也并没有衰落,而是和近体诗共存。与严谨的近体诗相比,不那么严格遵循格律的古体诗,也自有其自由错落或天真古朴之美。不论哪一体古诗,优秀作品的形式和内容都密不可分。由于中国文字的特点和形式美,让中国古诗的用字、节奏和音韵,具有不依靠内容而存在的抽象之美。在“旅山煮海茶空间”项目中,我们设想诗词的抽象之美,可以用数字化设计转化为符合空间特质的视觉形式。

1 以诗为数

中国古诗的基本单位是汉字,汉字的基本单位是笔画,笔画的样式和构成决定了文字本身的形式美。我们不是直接使用某一首古诗或者这首诗所用的汉字及笔画,而是要提取隐藏在古诗和汉字背后的形式密码数据,才能转化为符合其他设计需要的形式。

以印刷所用的规范汉字来说,不同文字笔画数量不同,但所占的空间一样。因此我们可以把单位空间内,笔画数量的多少,理解为视觉的密度不同;不同单位之间的数量,则形成了疏密关系。在转化的过程中,如果不局限于每一个字本身所占据的空间,而把每一笔都看作相同的数据单位,则不同的字笔画数量的多寡则形成了节奏的变化。

每个汉字都有自己的读音,古汉语读音有“平上去入”四个声调,在诗中则分为平仄两类,形成音韵上的对比。在现代汉语中,很多字的读音已经和古代读音有了一些差异,但现代汉语依然有四个声调,仍然可以分为平仄两类。合理搭配的平仄关系,是音韵之美的重要因素。

文字的含义形成了诗的内容或者说意境之美;文字和文字排列方式形成了诗的视觉形式美;文字读音的平仄关系则构成了诗的音韵之美。

诗的内容之美和设计没有必然联系,但可以作为触发灵感之源和设计的起点;诗的视觉形式美可以转化而形成另一种形式美,便于我们提取是形式美的数据密码,因此最终转化形成的形式美并不是唯一的,而具有多种可能性;诗的音韵美强化了诗的意境美和视觉形式美,在形式美的转化过程中,我们也充分发挥了这个特性。

2 设计步骤

“旅山煮海”是一个为都市年轻人提供茶饮的公共空间。经过沟通和多种因素的权衡,我们把“以诗为数”的数字设计实验限定在室内装饰层面。为了印证形式转化的多种可能性,我们决定采用同样的数据,进行不同形式的转化。在已经确定了室内外空间格局的基础上,我们选择了三个位置:玻璃包间的侧墙,入口处的背景墙和接待台。结合局部功能,为这三处空间分别增加了以点、线、面为主题的装饰性元素。

茶文化的成熟,始于陆羽。作为设计的起点,从陆羽流传极少的诗作中选择最为完整且节奏明快的《六羡歌》是一个自然而然的选择。

中国古诗的数据化,不需复杂转译,只需要直接的提取。我们统计了每一个字的笔画数量以及对应的平仄声调,规定平声为正,仄声为负。经过比较,简体字的最大数值和最小数值之间的差值最大,这意味着可以创造的对比关系和层次可以更多,因此确定以简体字的笔画数为这一组设计的基础数据。

六羡歌

不羡黄金罍,不羡白玉杯,不羡朝入省,不羡暮入台。

千羡万羡西江水,曾向竟陵城下来。

六羡歌对应的数据(简体字),平声为正,仄声为负

4  -12  11  8  21,4  -12  5  -5  8, 4  -12  12  -2  -9,4  -12  -14  -2  5。

3  -12  3  -12  6  5  -4,12  -6 -11  10   9  -3   7。

1664422863400.jpg
设计过程分析图:点_玻璃包间侧墙

2.1 点——玻璃包间侧墙开洞设计

选取包间侧墙2200mm×2200mm作为开孔设计的方形区域。

根据尺度选取边长为40mm的正方形作为一个单位,以正方形从上往下、从右至左依次排列的方式获得下一步进行计算的开洞位置。

正方形的数量来自于陆羽的《六羡歌》中每句中每个字与前一个字的笔画数及平仄综合计算的差值。例如第一句中“不羡黄金罍“,根据计算逻辑笔画数应为”+4,-12,+11,+8,+21“,差值为”4,16,23,3,13“。差值作为前后两个正方形之间的单元数量。第一句第一个字是第一个方块,因此直接从第一个位置开始,忽略第一个数字”4“,后面的每句则严格执行这个规则。

排列的每一列正方形数量以及列与列之间左右的间距根据图面的分布情况调整,以达到进入下一步计算的正方形相对均匀地分布在整个区域内。

用上一步得到的正方形中心点进行下一步计算。由于上一步得到的点位置是以列的形式分布,所以从排列上相对比较规整,为了让上一步得到的点的位置有一定的自由度,在方形区域的右下角设置了一个吸引点。让计算中所有的点都被这个点吸引而向之移动,移动的距离根据其与吸引点的距离通过一个非对称的向上的抛物线图像(Graph Mapper)映射(Remap)到一定的阈值内。

将设计的方形区域划分为15×15个非等大的矩形,正好将得到的点置于不同的矩形范围内。

在点所在的矩形内作相切于四个边的椭圆(或圆)。

从这些椭圆(或圆)的中心点作一条直线连接椭圆的起点(即最右侧的点)。然后将这些直线根据对应的笔画数跟平仄以椭圆(或圆)的中心点为中心旋转相应的角度。笔画数被映射(Remap)到0-180°的区间,平仄则依然决定着旋转的方向,平声为顺时针方向,仄声为逆时针方向。

以旋转完的直线的中点为中心点作半径30mm的圆,于是就得到了所有的文字所在的位置。

2.2 线——前台背景墙设计

以山峰为设计意向。

选取背景墙大小2450mm(高),5000mm(宽)作为背景墙的设计范围

将《六羡歌》分为两部分,前四个分句为一个部分,后两个分句为一个部分。第一部分有20个字,第二部分有14个字。

将每个字的笔画数乘以同一个数字(根据在方形区域内的分布调整)转换成一系列点的Z坐标值。这些点也相应的被分成两部分(组),每组的点在各自的组内按照对应字的顺序被左右(竖向轴)等距地排列。为了保持每组起始与结束都是完整折线形式,在每组的起始与终了点都各自加入了Z坐标值为0的点。于是第一组就变成了22个点,第二组点的数量增加至16。

两组点被从右往左平均分布在方形的设计区域内的两个不同的跨度(4600,2700)内,然后用曲线分别连接各组的点,得到两条曲线(下面叫山峰曲线)。

将两条山峰曲线在方形区域内移动并旋转,创造一种层峦叠嶂的感觉,同时避免两条山峰曲线过于近以至于影响下一步计算。

在方形区域内每隔20mm(实际建造材料宽度)作一条竖向的曲线,来与得到的两条山峰曲线相交。并用这些相交点来干扰竖向的曲线,令其靠近交点一定范围内的控制点往外凸出。两条山峰曲线在凸出的距离上用向上的抛物线(Graph Mapper)来控制,靠近起点和终点的地方数值接近于零,中段凸出数值大。

最终得到山峰的形态。

211110_线_背景墙-1.jpg
设计过程分析图:线_背景墙
211110_线_背景墙-2.jpg

211110_线_背景墙-3.jpg

2.3 面——前台设计

以水为设计意向,选择马远“水图”的第七段“秋水回波”中波浪的画法作为基本的几何形。

前台设计选取5000mm(长),1100mm(高)的正面区域作为设计范围。

在前台背景墙设计中生成的两条山峰曲线中的第一条(前四个分句生成的曲线)同样被用在了此设计中。

曲线被旋转并缩放至合适的高度、左右撑满矩形区域。

用矩形区域的上边缘线、山峰曲线和下边缘线创建28×10分段的网格曲面。

将网格曲面的结构线改为斜向连接。

将网格曲面作平滑处理,使结构面大小相对均匀。

将网格曲面中的每个四边形网格面的边线提取出来,并根据其面积按比例向内平移(Offset)5-10mm。

使每个四边形的中心点根据其与原始山峰曲线的距离以反比的关系向内凹,距离越近内凹的值越大,相反则越小;并同时向每个四边形的四个角点中最高的点的方向随机移动一定的数值,创造一些自由度。

随后将这些点按照一定的顺序连接成闭合的折线并成面。

将共面的面合并成同一个面,以去除多余的结构线。

然后将面在点与点接触的地方拆开,成一条条多边形组合面(Polysurface)。

将这些条状的多边形组合面转化成网格曲面,增加一层细分并平滑。

在条与条之间用类似的网格结构连接起来。

由于上述步骤使四个边缘部分缺失,需要在边缘位置增加额外的网格面以得到完整的形态。

在网格面的基础上增加两层细分并平滑,得到了最终的设计。

211110_面_前台-1.jpg
设计过程分析图:面_前台
211110_面_前台-2.jpg

211110_面_前台-3.jpg

3 总结

在实践中,数字化设计的方法已经非常成熟,在不同阶段,面对不同的设计目标,都能发挥出巨大的作用。因此最前沿的研究大都转向了数字建造。

如果聚焦在设计过程,对于大部分项目而言,从概念到最终形式的设计过程是数字化设计最能发挥其作用的阶段。在这个阶段,大致有两类设计方法:一类操作在概念设计阶段使用复杂建模工具完成建筑空间和造型,再通过理性的优化设计,把结构逻辑、材料逻辑、建造方法和造价控制等因素综合考虑在内,最终确定可建造的形式。这是一种方法自上而下的方法。另一类则强调生成的逻辑,在设计之初选择合适的参数,设定或选定生成的算法,通过编程,输入参数,输出最终的结果。采用这种方法,需要在最初就明确需要解决的关键问题,然后设置相关参数,最理想的结果有可能超出设计师一开始的预期,得到令人激动的形式。这是自下而上的方法。

两种方式各有特色。第一种方式以结果为导向,形象取决于设计人的审美趣味,较为感性。对于推崇理性的设计师来说,没有具体而又确信不疑的设计起点,仅凭感觉塑形,观念上难以接受,实践中无力操作。在不同的想法出现,进行尝试的时候,每个想法之间往往没什么关系,思维跳跃,如果设计条件较为宽松,则形式的可能性也会很多,如何选择就成为另一个难题。

第二种方式更为理性和科学。核心的问题在于输入的数据从何而来?输出的结果如何确定?如果数据跟功能、效能密切相关,能直接影响使用方式,或改善物理环境,这类数据可以称之为刚性数据。使用这些数据,显然更容易在输入和输出过程中达成共识。但设计面对的并不只有这一类问题,还有其他不太刚性,也没有唯一正确答案的其他问题,比如形式美。实践中遇到的问题,往往是生成结果的形式不符合包括业主在内的设计决策相关人员的个人趣味。如果此时追求效率,往往采用手动调整的方式,那么设计过程不够连贯;如果以设计过程的科学性和理性为原则,放弃主观的美学判断,又似乎让设计的价值有所缺失。比较可行的方式是重新调整输入的参数,以期达到较为理想的结果。在刚性数据不足的情况下,根据每一次输出的结果,以设计人的视角,选择使用和设计目标相关,但和最终形式并不直接相关的柔性数据,将让设计过程变得更为包容,可能性更多。

在“旅山煮海”项目中,我们希望以第二种方式为基础,对上述提及的数字设计的两个关键问题在实践中进行尝试。对于和茶文化相关的空间而言,陆羽和他的诗都具有唯一性,因此解决了形式操作的起点问题。在实践操作中,我们发现,单一逻辑的线性发展并不符合形式美的生成逻辑,即便其形式看起来繁复,但也缺乏复杂逻辑而形成的丰富性。因此我们在不同的阶段,加入人的主观因素,重新设定规则。以前台和背景墙来说,既有单独存在的必要,也有合在一起,形成“山海”意向,而呼应空间名称的作用。以目前的操作实践来看,通过一个算法或者一个连贯的程序把这些所有问题全都解决,或许并不是全无可能,但即便这么做了,也很可能会变成事后的炫技,而不是设计过程的真实反映。

这种工作方法,既符合不停修改的传统设计过程,也符合不停迭代的数字生成过程。目的是让设计的过程,有尽可能多的理性因素,让设计的过程可以得到充分的讨论和沟通,最终得到一个理想的结果。

作者介绍

刘延川
北京言川建筑设计咨询有限公司主持建筑师

蒋乐源
扎哈·哈迪德建筑事务所建筑设计师

为您推荐

TOP