建筑地坪材料藝術(shù)設(shè)計(jì)研究

1、建筑地坪材料藝術(shù)設(shè)計(jì)研究 摘要：通過數(shù)字媒體技術(shù)在建筑裝飾地坪的藝術(shù)設(shè)計(jì)過程中的介入，一方面使設(shè)計(jì)師在地坪設(shè)計(jì)中，更好地表達(dá)概念以及進(jìn)展材料選擇、設(shè)計(jì)；另一方面也希望為材料消費(fèi)、施工方提供參數(shù)化的設(shè)計(jì)成果，進(jìn)步消費(fèi)工作效率。以環(huán)氧水磨石地坪材料的藝術(shù)設(shè)計(jì)為例，基于生成設(shè)計(jì)的理論和方法，結(jié)合材料特性，制定一定的規(guī)那么、算法和變量，分別嘗試手工和數(shù)字兩種設(shè)計(jì)方法。通過比對進(jìn)一步明確數(shù)字生成方法下新型建筑裝飾性地坪視覺設(shè)計(jì)改良和研究的目的。關(guān)鍵詞：生成設(shè)計(jì);數(shù)字設(shè)計(jì);環(huán)氧水磨石;藝術(shù)地坪生成設(shè)計(jì)方法最早起源于20世紀(jì)60年代的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);和計(jì)算機(jī)藝術(shù);puterArt，至今已經(jīng)在藝術(shù)創(chuàng)作、建筑、

2、視覺傳達(dá)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被廣泛使用，并且從輔助設(shè)計(jì)的工具開展成為一種新的設(shè)計(jì)方法和思維【1】。意大利米蘭理工大學(xué)建筑系教授、國際生成藝術(shù)會議創(chuàng)辦人及主席切萊斯蒂諾bull;索杜CelestinoSoddu對其的定義：就像自然界那樣，生成設(shè)計(jì)是一個形態(tài)建成的過程。通常由一套預(yù)設(shè)的規(guī)那么驅(qū)動，使用非線性系統(tǒng)的算法構(gòu)造，其目的是生成無限不循環(huán)而獨(dú)特的結(jié)果。;【2】因此，生成設(shè)計(jì)是指制定一套規(guī)那么或者算法，并通過一個計(jì)算機(jī)程序，最終輸出圖形、圖像、聲音、建筑模型、動畫、產(chǎn)品等成果。大多數(shù)生成設(shè)計(jì)都基于一個參數(shù)化模型展開，通常包含一套設(shè)計(jì)規(guī)那么、一個創(chuàng)造變量的手段和一種選擇所需結(jié)果的方法。隨著建筑行業(yè)的

3、開展，新的建筑功能、建筑美學(xué)、建造工藝、建筑智能化等對建筑材料和施工工藝提出了新的更高的要求。對國內(nèi)建筑師以及建筑材料消費(fèi)商來說，從早先直接選用或引進(jìn)國外產(chǎn)品，到近年大量需要自主研發(fā)具有自身文化特色的新型建筑材料已是必經(jīng)之路。再次轉(zhuǎn)型過程中，新的數(shù)字技術(shù)和設(shè)計(jì)方法的介入，將改變設(shè)計(jì)師、材料消費(fèi)商及最終用戶的原有關(guān)系。本文嘗試將這一方法和新型環(huán)氧水磨石材料的視覺設(shè)計(jì)相結(jié)合，探究在數(shù)字媒體時代新材料開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用的可能性。1研究背景與本文重點(diǎn)研究的環(huán)氧水磨石材料相類似的材料如新型馬賽克，在設(shè)計(jì)以及消費(fèi)過程中已開場將生成設(shè)計(jì)方法和3D打印技術(shù)相結(jié)合，初步實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助視覺設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)師、用戶參與定制和

4、選擇，系統(tǒng)自動生成配方，材料消費(fèi)方即可自動消費(fèi)，盡最大可能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)意【3】。然而相比之下，環(huán)氧水磨石材料的這一進(jìn)展那么存在更大的難度。根據(jù)美國國家水磨石與馬賽克協(xié)會TheNationalTerrazzoandMosaicAssociation，縮寫為NTMA的定義：環(huán)氧水磨石材料EpoxyTerrazzo，又稱環(huán)氧樹脂水磨石或人造石是近年開發(fā)的一種在環(huán)氧樹脂中摻入打磨成多邊形的玻璃、石料或其他材料的無縫裝飾性新型復(fù)合水磨石材料。水磨石，英文名terrazzo，起源于意大利語Terrace;或Terrazza;。傳統(tǒng)的水磨石地坪具有悠久的歷史，最早可以追溯到16世紀(jì)中期，因威尼斯的大理石馬賽

5、克施工工人利用廢邊角料鋪裝他們自己居住的露臺地面而出名。到19世紀(jì)20年代，美國裝飾藝術(shù)風(fēng)行，建筑師第一次發(fā)現(xiàn)了光滑平整的水磨石地面的宏大藝術(shù)潛力。伴隨著同時期研磨和挪動電力設(shè)備的創(chuàng)造，水磨石地面成為了裝飾藝術(shù)風(fēng)格的建筑和室內(nèi)地面的最正確表現(xiàn)媒介。開展至今，由于全球勞動力本錢上漲，費(fèi)工、費(fèi)時的傳統(tǒng)水磨石也正經(jīng)歷著新材料、新工藝的技術(shù)革新時期【4】。相比傳統(tǒng)的水磨石材料，環(huán)氧水磨石除繼承了易清理和平整光滑等特點(diǎn)外，還具有更好的耐磨耐壓特性、更長的使用壽命，另外色彩的選擇更豐富和搭配更自由，拼接工藝和施工更靈敏、方便，在裝飾性方面更勝一籌，施工時間更短。這一材料很好地滿足了現(xiàn)代城市建筑所特有的通透

6、、界面連續(xù)、風(fēng)格獨(dú)特等特性，并且相比大理石更環(huán)保，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于商業(yè)空間、候機(jī)大廳、會展中心、體育館、酒店、學(xué)校、咖啡館、辦公樓入口大廳等高人流量的場所圖1。它的產(chǎn)量和應(yīng)用程度也可以從側(cè)面反映一個國家工業(yè)技術(shù)的興旺程度【5】。在2022年北京奧運(yùn)會和2022年上海世博會等大型國際活動后，國內(nèi)環(huán)氧水磨石地坪開場在建筑領(lǐng)域被廣泛承受和使用。由于最初由國外引進(jìn)，大多使用國外設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的色彩和材料配方，消費(fèi)過程中通過人工反復(fù)試驗(yàn)來調(diào)配材料的比例、色彩、大小等，以到達(dá)所需視覺要求。因此，在環(huán)氧水磨石材料的開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，至少存在兩種需求：1這一材料的需求量隨著近年國內(nèi)大量公共建筑的興建急速上升，應(yīng)用領(lǐng)

7、域已不再局限在地坪，也開場向室內(nèi)外墻面、家具等領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，研發(fā)具有獨(dú)特視覺效果以及自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品成為國內(nèi)材料消費(fèi)商的迫切需求。2數(shù)字時代下，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛介入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、消費(fèi)、管理等各個環(huán)節(jié)。在材料設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)算法，一方面為建筑師、室內(nèi)設(shè)計(jì)師、最終用戶等在確定地坪視覺概念時提供可參與和互動的、所見即所得的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具；另一方面也希望為材料消費(fèi)商開發(fā)產(chǎn)品系列提供參數(shù)化的、操作簡單的工具，并使得消費(fèi)過程最大程度地?cái)?shù)字化，進(jìn)步消費(fèi)效率。生成設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用正好滿足了材料視覺設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)師、用戶、材料消費(fèi)商的各方需求。2研究方法與過程基于生成設(shè)計(jì)方法進(jìn)展環(huán)氧水磨石視覺設(shè)計(jì)，根本

8、前提是要對其材料特性進(jìn)展研究，才能對設(shè)計(jì)要素進(jìn)一步分析和提取特征，進(jìn)而制定生成規(guī)那么。如圖2所示，環(huán)氧水磨石材料的施工過程包括：首先將混凝土基面無塵打磨，保證其平整性；隨后在混凝土基體上一層底涂材料使其上下層鞏固結(jié)合，依次覆蓋3個選擇性層：3mm的水性環(huán)氧自流平防潮層、1mm的柔性環(huán)氧防裂膜，以及用來平衡柔性環(huán)氧膜延伸性的玻璃纖維網(wǎng)；然后開場定點(diǎn)找平鑲嵌銅條，接著鋪涂環(huán)氧水磨石并找平進(jìn)展粗磨、細(xì)磨以及精磨；最后涂刷高亮度環(huán)氧透明面漆。系統(tǒng)整體地坪厚度為440mm。其中決定材料最終視覺效果的即為最上層的環(huán)氧水磨石材料，而其從外觀來看就是一系列不同材質(zhì)和色彩的多邊形碎片平鋪在具有特定色彩的環(huán)氧樹脂

9、中。其中環(huán)氧樹脂被稱為基料，而鑲嵌其中的碎片被稱為骨料，類似于印象派繪畫作品中，色彩和光影是經(jīng)由不同顏料的疊加和混合后產(chǎn)生的視覺效果。如圖3所示，環(huán)氧水磨石材料的最終視覺效果斷定于以下六大要素。1基料色彩：基料即為有機(jī)化合物的環(huán)氧樹脂材料。固化后具有良好的物理、化學(xué)性能，附著力強(qiáng)，施工簡易，理論上可以調(diào)配出任意需要的色彩，是決定材料根本色彩走向的主要載體。2骨料材質(zhì)：選擇范圍廣。除了常用石材，還可根據(jù)肌理及質(zhì)感的需要選擇其他特殊材料作為骨料，如陶瓷顆粒、金屬顆粒、透明玻璃、鏡面玻璃、天然貝殼，或最新的熒光材料、發(fā)光二極管等。3骨料色彩：骨料材質(zhì)的選擇決定了色彩及其肌理和質(zhì)感。4骨料形狀：為了使

10、骨料可以更穩(wěn)固地黏附于基料中，骨料大多被分割成大小各異的多邊形，然后按照一定比例平鋪于樹脂基料之中，總體呈現(xiàn)為分散的小顆粒狀。5骨料大?。耗壳肮橇项w粒通常被打磨成為大、中、小三個尺寸的多邊形色塊，以常用的挑選器作為測量單位，分別為13mm、36mm、69mm。6骨料配比：材料配比通常指單位面積的地坪材料中基料和骨料的配比、不同骨料的配比，以及同種骨料不同大小的配比。材料消費(fèi)商在消費(fèi)時，往往按歷史數(shù)值將符合比例的骨料數(shù)量和基料放入機(jī)器中進(jìn)展調(diào)和制作。如圖3中所示，其材料配比為：環(huán)氧樹脂10%、黑色石料30%、白色石料60%?；谏鲜鲆曈X設(shè)計(jì)要素分析研究，可以看到這六大要素共同作用，最終形成了材料

11、的視覺特征。本研究主要從色彩入手，嘗試將這六大要素進(jìn)展數(shù)字化和參數(shù)化后作為根底變量，并尋找這些因素之間的關(guān)系，從而定義一套生成規(guī)那么。對色彩的認(rèn)知和審美，研究者已經(jīng)探究出一些規(guī)律，如綠色代表和平、希望、成長，黑色代表凝重、死亡、黑暗、沉默，白色代表純潔、高尚，藍(lán)色代表海洋、天空、冷靜等。瑞士藝術(shù)家、理論家約翰內(nèi)斯bull;伊頓JohannesItten在?色彩的藝術(shù)?一書中提出了色彩構(gòu)成根本理論，即色彩的組合構(gòu)成表現(xiàn)不僅受到色相、明度、純度的影響，也同時受到色彩面積大小、形狀、紋理的影響。日本色彩研究所的色彩分析那么結(jié)合心理學(xué)、人文學(xué)，并以孟塞爾色彩體系等為根底，搜集了130種色彩數(shù)據(jù)及RGB

12、值，繪制了配色形象坐標(biāo)，以冷暖、軟硬等形象詞匯對色彩進(jìn)展定義，為色彩的實(shí)際運(yùn)用提供指導(dǎo)工具【6】。同時，不同材質(zhì)具有不同的視覺形象【7】。因此在水磨石材料的設(shè)計(jì)中，骨料的材質(zhì)、大小以及配比或稱分布密度都將影響水磨石材料的最終視覺效果。圖4將環(huán)氧水磨石中骨料的常用材質(zhì)映射在配色形象坐標(biāo)系統(tǒng)中，作為本研究中產(chǎn)品設(shè)計(jì)時配色、選擇骨料的理論根底。但是對色彩的認(rèn)知和審美又受到年齡、文化、地域等客觀條件的制約，因此開發(fā)設(shè)計(jì)具有文化特征的材料在全球化、網(wǎng)絡(luò)化的時代仍然有市場需求和必要性。筆者在受委托設(shè)計(jì)的具有中國傳統(tǒng)文化特征的環(huán)氧水磨石地坪材料系列產(chǎn)品中，進(jìn)展了初步嘗試，并同時試驗(yàn)了手動色彩及圖形匹配和基于

13、生成設(shè)計(jì)方法的色彩和圖形匹配。2.2.1方法一：手動色彩、圖形匹配這次設(shè)計(jì)的環(huán)氧水磨石產(chǎn)品系列分別以節(jié)氣、民族、瓷器、墨色、地貌、建筑、城市、詠物、京劇、昆曲;等為主題，每一系列包括約10個子產(chǎn)品，設(shè)計(jì)過程如圖5所示。1明確基料色彩：設(shè)計(jì)開場時首先明確這一主題的根本視覺特性，并為每一子產(chǎn)品尋找適宜的主要參考圖片，手動提取圖片中某一顏色的RGB值作為基料色彩的根本色相。2選擇骨料材質(zhì)：參考圖4中的材質(zhì)形象映射圖，選擇可以表現(xiàn)主題形象特征的骨料材質(zhì)，骨料的種類限定不超過3種。3確定骨料密度分布：骨料密度根本分為細(xì)密、中密、粗疏等密度圖樣。設(shè)計(jì)時根據(jù)主題形象特征，選擇適宜密度的圖案。手動分配不同骨料

14、的分布，模擬不同骨料的色彩、肌理等。圖6是所設(shè)計(jì)的京劇;和昆曲;兩個主題產(chǎn)品的最終效果圖。在設(shè)計(jì)過程中充分考慮了這兩大劇種的特色，并將其轉(zhuǎn)化為色彩、材質(zhì)、密度等要素。京劇系列;磨石材料以中國影響最大的戲曲劇種之一京劇為主題，材料設(shè)計(jì)以京劇中較為著名、識別度較廣的人物角色的視覺形象為參考，從中提取其主色彩以及色彩構(gòu)成；骨料以顆粒較大、不同顏色的石材為主；骨料密度為中密，以整體突出京劇厚重、濃郁的視覺特點(diǎn)。昆曲系列;設(shè)計(jì)時那么基于中國最為古老的曲種之一的昆曲，其最大特點(diǎn)是抒情、動作細(xì)膩，歌唱與舞蹈的身段結(jié)合得巧妙而和諧。昆曲系列;磨石材料以昆曲中廣為流傳的曲目來命名，同時基料的色彩大多比擬柔和；骨

15、料以彩色玻璃為主，輔以貝殼；骨料密度為中密，從而在材質(zhì)和色彩上區(qū)別于京劇系列;，形成淡雅、輕盈、通透之感。2.2.2方法二：數(shù)字生成的色彩匹配在上述研究和理論的根底上，筆者進(jìn)一步嘗試開發(fā)設(shè)計(jì)師和材料開發(fā)者可以實(shí)時互動的參數(shù)化水磨石材料的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，其根本功能和流程如圖7所示。首先輸入任意參考圖像，由計(jì)算機(jī)遍歷圖片的每個像素，自動提取圖片中色彩，并統(tǒng)計(jì)數(shù)值；取所有顏色的加權(quán)平均值為基料的顏色；然后根據(jù)不同顏色的比值，并結(jié)合多邊形的大小，分配不同顏色多邊形的數(shù)量來模擬不同骨料的組成；最后輸出不同色彩的配比數(shù)值表和效果圖。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件界面如圖8所示，使用者可以輸入任何參考圖片，軟件自

16、動像素化，并根據(jù)默認(rèn)值生成最終效果圖；使用者還可以稍后通過拖動多邊形數(shù)量PolygonAmount和色彩閥值Threshold兩個滑動條，實(shí)時調(diào)節(jié)骨料整體密度和骨料所含色彩代表不同材質(zhì)的下限這兩個變量，直至到達(dá)滿意的視覺效果。3研究結(jié)論比擬圖6和圖8的最終效果圖，可以看到手動設(shè)計(jì)的效果更生動、逼真，數(shù)字方法生成的效果那么顯僵硬、不自然。這其中涉及到數(shù)字生成規(guī)那么設(shè)定的多樣性和不確定性，主要表達(dá)在：1色彩提取和匹配：在上述應(yīng)用程序中，基料色彩的RGB值取自參考圖片所有色彩的加權(quán)平均，但權(quán)重的不同分配方法、基料色彩的不同取值方法如確定數(shù)值最高的顏色為基料色彩，或者手動選擇基料色彩等都將影響產(chǎn)品的最

17、終視覺效果。2骨料幾何形狀生成和分布：由于實(shí)際環(huán)氧水磨石材料中的骨料是隨機(jī)、離散分布的不規(guī)那么多邊形，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，平面多邊形情況復(fù)雜，可以分為簡單多邊形與非簡單多邊形。簡單多邊形是指邊之間除頂點(diǎn)外不相交，形成可明確分辨內(nèi)外的封閉區(qū)域；而非簡單多邊形那么不然。簡單多邊形又可分為凸多邊形和任意多邊形，而如何找到適宜算法生成均勻分布且不相交的多邊形是最大的難點(diǎn)。3骨料材質(zhì)模擬：上述應(yīng)用程序中沒有模擬骨料材質(zhì)和肌理的算法，取而代之的是以不同的顏色映射不同材質(zhì)，因此整體效果的寫實(shí)程度不高，并且后期還需通過人工選擇相應(yīng)材料。綜上所述，筆者手工方法設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品已由委托研發(fā)的消費(fèi)商實(shí)際消費(fèi)出局部樣品，在測試中深受建筑師、室內(nèi)設(shè)計(jì)師及業(yè)主的喜歡。而基于數(shù)字生成設(shè)計(jì)方法所開發(fā)的應(yīng)用程序，也已經(jīng)在設(shè)計(jì)過程中使用，獲得了較好的反應(yīng)。雖然其結(jié)果尚不能直接應(yīng)用到實(shí)際消費(fèi)中，但普遍認(rèn)為這一方法具有宏大的開展?jié)摿Γ阂环矫婵梢栽谇捌谠O(shè)計(jì)階段為建筑或室內(nèi)設(shè)計(jì)師快速、直觀、實(shí)時地設(shè)計(jì)與選擇符合其設(shè)計(jì)理念的材料，提供實(shí)時互動的設(shè)計(jì)工具；另一