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隨著計算機及其程序技術廣泛應用于設計領域，生成設計與加工逐漸成為設計領域的研究熱點之一。生成設計方法的快速高效及其設計成果的靈活豐富，使得生成設計成為極具發展潛力的設計方法。

一、背景介紹

在“音律柱”的設計過程中，包含了對數據的獲取、生成、可視化及數控加工的關注，其主要研習的知識點有如下幾點：

生成設計：計算機生成設計就是將原型問題轉化為可被計算機識別的問題的方法。與傳統設計方法相比，盡管生成設計需要高強度的程序代碼探索，且無法在短期內快速形成預定義的直觀結果，但是通過對數據流的底層控制，其設計成果往往更為豐富、合理。

數據可視化：數據可視化是對數據鏈的視覺塑形過程，其主旨在于通過直觀圖形化的手段，有效表達相關數據信息。 “音律柱”涉及音樂數據的可視化，由于音樂數據具有獨特的抽象特征，如何將抽象的音樂數據轉化成具象的形象塑形是“音律柱”探索研究的重點之一。

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分形：分形或分形幾何是一種以不規則形態為研究對象的圖學方法。分形在不同尺度下均保持其精細結構和圖形自相似性，其形象特征與遞歸程序算法相對應。 “音律柱”便是分形圖形數據可視化的案例之一。

數控加工：數控加工結合特定加工材料及與之相關的數控設備，是程序生成結果的實現載體，也是對生成數據的驗證過程。在“音律柱”案例探索中，主要涉及的數控設備是激光切割機，它是一種簡單的二維數控設備，通過控制激光頭的運行軌跡以實現對平面圖形的切割加工。

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二、 “音律柱”形式生成探索

“音律柱”探索主要分為前期設計和后期數控加工兩個部分。前期的設計主要包含數據對象的選擇、處理和形態的生成。后期主要利用Java 程序提取設計結果的可加工的數據，進而編寫成可被數控設備識別的機器語言或程序文件。兩者共同構成從設計到加工的“數字鏈”處理過程。

1. 音樂數據的導入與處理

音樂是一種富有感情色彩的動態藝術，主要通過演奏、播放手段實現信息和情感的傳遞。將音樂“凝固”成為形體，并使之成為具備觀賞價值的藝術品是本案例的成果需求。

一段音樂包含的數據量異常龐大，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、長度等。在對音樂數據進行分析的過程中，為了最大程度地還原人對音樂的感受，需要依照人耳對音調的感受，對特定頻率的聲波進行提取。通過分析這些提取的數據，就可以得到有關響度、頻率等的一系列參數。

2. 形體生成的研究

能否用簡單的參數表達音樂的復雜性是“音律柱”塑形探索的主要目標之一。經過多次嘗試后發現，以科赫曲線（Koch snowflake）為例的分形圖形基本原理十分簡單，而迭代后的最終圖形卻異常復雜并保有精確的細節。這種簡單形體導致復雜結果的過程，十分符合音樂可視化表達的需要。因此，分形圖案便成為“音律柱”塑形探索的主要表達方法。在對最終成果的預設中，設計最終目標為形態變化的柱體。其主觀原因之一是柱子歷來都是建筑物中重點的裝飾對象，不論是古希臘的柱式還是中國古代宮殿中的盤龍金柱，其形態均具有特殊的含義；二是因為柱子是一個線性的構件，而音樂又是一種隨著時間不斷呈現的藝術品，兩者具有一定的關聯之處。

通過Java 程序代碼的編寫，將提取的參數與分形圖形相對應，通過更換前臺音樂，程序就會塑造出一個個和音樂息息相關的形體。

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三、 “音律柱”的加工與實現

感性選定某個柱體形態后，可以進行數據導出與加工的過程。鑒于在形體生成的過程中采用的是切片疊壘的方法，故實際加工的時候也選擇切片加工、疊壘擬合的方式。

1. 構件的數控加工

激光雕刻機因其高效精確，利于還原形體的微小細節，成為“音律柱”加工的首選設備。其原理是通過輸入圖形操縱激光頭實現對材料的切割加工。將“音律柱”的所有切片圖形依次導出，排版到一塊符合機器加工幅面的材料當中，就可以控制數控設備完成對“音律柱”構件的加工。

由于后期拼裝有定位和正確疊壘順序的需要，各切片圖案須預留對位方孔并打印相應的切片編號。上述過程均通過Java 編碼自動實現。將完成排版后的文件輸入到激光切割機中，數控設備便會按照圖紙的信息進行準確的加工。

2. 構件拼裝

整個最終模型由底座、核心定位方柱和柱體切片三部分構成。構件的拼裝就是將1200個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，其表面的復雜肌理得到了極好地展示，整體形象也與計算機程序中的模擬完全一致。最終，完成的模型高達1.9米，總質量超過50千克。構件的加工耗時4天（平均每天10小時），后期拼裝耗時約3 天。

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結語

本次實踐，是一次集數據采集、生成設計、數控加工于一體的跨學科的探索過程。其目的在于了解生成設計和數控加工的概念，掌握建筑生成設計基本工作原理。為進一步學習生成設計的應用奠定一定基礎。

在前期的設計過程中，所有的工作基本都在程序的界面下進行，而前后期的對接過程中，也都是通過計算機程序導出所需要的數據，直接進行數控加工。前期數據的分析提取是一個客觀的過程。而后期規則的制定、最終形體的選擇則是一個主觀的過程，取決于設計師的個人審美情趣。在這次探索中，最大限度地實現了從設計到加工的數字化，設計師關注的重點也從最終形態的控制轉移到對工作過程的控制，是一次成功的生成設計與數控加工實踐。

通過本次探索過程，不僅僅得到一個最終結果，更希望在探索的過程中，構建一個完整的從生成設計到數控加工的方法。為生成設計提供新的思路，同時也為新的藝術形式探索提供方法的參考。

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