單目視覺城市建筑物參數(shù)化三維建模

無樣建筑工作室創(chuàng)始人/主持建筑師 馮路

參數(shù)，就是描述變量或變化之間關(guān)系的參照變量。簡單說，參數(shù)的用途在于設(shè)定和描述變化關(guān)系。一方面，它起限定作用，然而另一方面，它卻容納變化。

參數(shù)化，就是決定和定義參數(shù)的過程。因此在參數(shù)化的背后，有兩個(gè)最本源的問題：其一，什么參數(shù)?其二，誰來決定?第一個(gè)問題露在明處，第二個(gè)問題隱于其后。

參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，顯而易見，就是以何種參數(shù)來決定什么樣的關(guān)系。例如，如果尋求不同用戶和圖形文件之間的變量關(guān)系，那么參數(shù)化設(shè)定的就是工作模式與協(xié)同設(shè)計(jì)。這種參數(shù)化的設(shè)定基礎(chǔ)就對(duì)等于現(xiàn)實(shí)中不同工作組員的關(guān)系結(jié)構(gòu)。如果尋求圖形文件與生產(chǎn)加工乃至建造自動(dòng)化之間的變量關(guān)系，那么參數(shù)化設(shè)定的就是設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的一體化。而當(dāng)下最常見的參數(shù)化設(shè)計(jì)是為了尋求建筑形式生成與影響因素之間的變量關(guān)系，這種參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)際上也就是決定和生成建筑形式的過程。以此出發(fā)，不同的參數(shù)化模式會(huì)帶來完全不同的結(jié)果。

建筑學(xué)漫長歷史的一個(gè)重要層面，就是尋求建筑形式的過程。形式生成，常常來自兩部分因素的交織作用。一方面來自于內(nèi)部，來自設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)方法的使用和限制、歷史和理論規(guī)定的范型和戒律;另一方面來自外部，來自設(shè)計(jì)所面臨的任務(wù)和條件、用戶和業(yè)主的參與和干涉、技術(shù)與材料的限制和支持。以建筑形式生成為訴求的參數(shù)化設(shè)計(jì)，在這兩方面都具有巨大的潛力。這種潛力的能量來自于當(dāng)代參數(shù)化設(shè)計(jì)所帶來的工具和方法的變革。也正是這種潛力，使參數(shù)化設(shè)計(jì)可以超越簡單的形狀生產(chǎn)。形狀，就是單純作為視覺對(duì)象的、由幾何學(xué)定義的抽象外觀。它沒有材料質(zhì)感，也和身體體驗(yàn)無關(guān)。而形式，是特定內(nèi)容的外在映射，是不同影響力作用的結(jié)果。因此它的現(xiàn)實(shí)性不僅與材料構(gòu)成和身體實(shí)踐有關(guān)，還在于現(xiàn)實(shí)世界的社會(huì)關(guān)系和意義。

伴隨著各種工業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)入建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，新形狀的生產(chǎn)變得非常容易。這些新軟件更新了設(shè)計(jì)的工具手段和形式生成背后的邏輯。從另一個(gè)方面說，也更新了參數(shù)化設(shè)計(jì)的法則和模式。從早前的尺規(guī)作圖，到后來的AUTOCAD或各類相似軟件，這種圖形學(xué)建立在歐幾里德幾何學(xué)和笛卡爾坐標(biāo)系基礎(chǔ)之上，以垂直和平行為主的圖形系統(tǒng)不僅決定了形式的產(chǎn)出，也逐漸培養(yǎng)了設(shè)計(jì)思維的習(xí)慣模式。當(dāng)然，建筑形式的垂直性并非僅由設(shè)計(jì)工具決定，它來自于重力、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、審美等各種因素的綜合。這也并非是說之前建筑設(shè)計(jì)中缺乏曲線。無論古典時(shí)期還是現(xiàn)代主義之后，曲線的運(yùn)用可以在很多建筑案例中找到。但是不得不承認(rèn)的是，直線和直角占據(jù)著主要的地位。在古典和現(xiàn)代主義時(shí)期，參數(shù)都已經(jīng)存在于建筑設(shè)計(jì)中。比例和模數(shù)的使用，就是早期的設(shè)計(jì)參數(shù)。比例，控制的是建筑物或者建筑元素不同組成部分之間的變量關(guān)系。一方面，比例的控制帶來視覺的愉悅、審美的滿足、或特定的象征意義，另一方面，它也帶來對(duì)材料使用的控制方法和建造的參照系統(tǒng)。模數(shù)，把建筑物從整體到局部統(tǒng)一到一個(gè)保持高度一致性的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)里。這種高度一致性不僅有利于從設(shè)計(jì)到建造各環(huán)節(jié)的配合，有時(shí)候，也因?yàn)榫_的數(shù)學(xué)控制而帶來形式上的美感。如果說比例設(shè)定的起源與信仰和象征有關(guān)，模數(shù)化的設(shè)定由機(jī)械和系統(tǒng)論決定，那么當(dāng)代參數(shù)化設(shè)計(jì)的背后是計(jì)算機(jī)技術(shù)、拓?fù)鋵W(xué)、微分幾何、仿生學(xué)和其他模擬環(huán)境運(yùn)算技術(shù)等等。參數(shù)化設(shè)計(jì)和曲面并沒有直接必然的邏輯關(guān)系。但是當(dāng)代參數(shù)化設(shè)計(jì)常常創(chuàng)造出以曲線和曲面為主導(dǎo)的形狀。這是因?yàn)榍€和曲面的數(shù)學(xué)屬性和幾何特征更好地符合了變量的需求，從而使其成為直線和立方體的替代品。曲線不但能夠保持一種連續(xù)性，與此同時(shí)，還具有內(nèi)在的異質(zhì)性，或變量。一方面曲線上的每個(gè)點(diǎn)都維持著曲線的連續(xù)伸展，另一方面每個(gè)點(diǎn)又都可以有各不相同的曲率半徑和中心圓點(diǎn)。正是這種屬性，及其應(yīng)用，使得曲面很容易適應(yīng)參數(shù)設(shè)定引起的持續(xù)變形，既反映出外部影響力的作用，又保持原有的屬性。變化的曲面還可以生成一種漸變的族群關(guān)系，族群中的每個(gè)單體之間相互類似，卻又有所變化。因此，曲面形狀可以很好地展現(xiàn)局部變化對(duì)整體的影響。這些特性使得曲面形狀成為參數(shù)化設(shè)計(jì)中的主要媒介。它有利于觀察因?yàn)閰?shù)設(shè)置的變化對(duì)形狀生成的影響，以及多重參數(shù)之間的相互影響關(guān)系。

當(dāng)代的參數(shù)化設(shè)計(jì)常常帶來讓人目眩神迷和匪夷所思的新形狀。這一方面是因?yàn)槲覀兞?xí)慣于制造直線和平面主導(dǎo)的規(guī)則形狀，并且習(xí)慣于這種規(guī)則形狀所帶來的清晰性。規(guī)則化的形狀使得我們很容易地、很清晰地認(rèn)知和把握對(duì)象。它所呈現(xiàn)的清晰性意味著高效有秩的世界。而變化的曲線展現(xiàn)出不確定性和模糊性的視覺特征，使世界顯得難以捉摸。另一方面，還在于形狀生產(chǎn)中的復(fù)雜性和自治性。計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，可以把復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系呈現(xiàn)為復(fù)雜的幾何形狀。這種復(fù)雜性超出了人們通常的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，就像自然界各種不可見的復(fù)雜構(gòu)成和微觀組織一樣。與此同時(shí)，參數(shù)化設(shè)計(jì)規(guī)定的是變量關(guān)系，而不是結(jié)果。形狀的產(chǎn)生是程序設(shè)置的自治產(chǎn)物，結(jié)果是不可預(yù)期之物。仿生學(xué)或其他模擬系統(tǒng)的重要發(fā)展就在于不僅僅模仿生物或其他物體和現(xiàn)象的組織結(jié)構(gòu)和外在形式，還模擬它們的生成和成長法則。依靠這些模擬系統(tǒng)和程序，當(dāng)代參數(shù)化設(shè)計(jì)可以創(chuàng)造出超出日常經(jīng)驗(yàn)的形狀和生成方式。建筑師和觀眾們都很容易滿足于當(dāng)代參數(shù)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造新形狀的能力，它符合當(dāng)下消費(fèi)主義社會(huì)對(duì)“新”和“震驚”圖像的追求。很多參數(shù)化設(shè)計(jì)止步于此，但它們的結(jié)果往往只能帶來一種新的形式主義或裝飾主義，成為從令人新奇到厭倦的快速消費(fèi)品。

參數(shù)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造新形狀和更新設(shè)計(jì)方法的潛能是否可以給建筑形式的生成帶來更多的價(jià)值，取決于參數(shù)的設(shè)置是否可以結(jié)合每個(gè)設(shè)計(jì)過程所直接面對(duì)的、現(xiàn)實(shí)的外部影響因素。例如，計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境的能力，使諸如風(fēng)、陽光等環(huán)境因素可以被設(shè)置成參數(shù)，進(jìn)入建筑形式的生成過程，這種參數(shù)化設(shè)計(jì)帶來了建筑設(shè)計(jì)與環(huán)境條件的直接互動(dòng)，對(duì)于建筑節(jié)能有明顯的輔助價(jià)值。又例如，結(jié)構(gòu)受力計(jì)算的新參數(shù)系統(tǒng)，可以生成新的結(jié)構(gòu)體系因而拓展新建筑形式的可能性。因?yàn)樽匀豢茖W(xué)研究和分析方法的可量化，很多自然環(huán)境因素與參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換相對(duì)有效。然而，當(dāng)面對(duì)不可定量的社會(huì)因素時(shí)，參數(shù)化設(shè)計(jì)很容易遇到困難。用可定量的科學(xué)方法將人類行為和社會(huì)關(guān)系轉(zhuǎn)化為相應(yīng)參數(shù)，可能帶來極大的危險(xiǎn)。這種危險(xiǎn)不僅僅在于無效的結(jié)果，甚至可能帶來難以想象的災(zāi)難。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)統(tǒng)計(jì)，我們或許可以通過大范圍的問卷調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析得到對(duì)象行為和關(guān)系在通常意義上或高概率的選項(xiàng)，然而這種結(jié)果的價(jià)值可以輕易地被時(shí)有出現(xiàn)的不同個(gè)案所瓦解。即便是固定對(duì)象的固定活動(dòng)模式，也會(huì)因?yàn)閷?duì)象情緒的變化和偶爾出現(xiàn)的意圖而得到反常的結(jié)果。情緒，是人類和人工智能、思考和計(jì)算之間的分界線，也是人和人之間差異、乃至人類自由選擇的源頭。

一旦試圖把人類行為和社會(huì)關(guān)系納入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)的考量之內(nèi)，參數(shù)由誰決定，就凸顯成為至關(guān)重要的問題。建筑師自現(xiàn)代主義運(yùn)動(dòng)培養(yǎng)出來的英雄主義和上帝姿態(tài)，使我們常常很輕易地把建筑設(shè)計(jì)當(dāng)成創(chuàng)造理想新世界的途徑。建筑師在戰(zhàn)后重建和城市更新中所展現(xiàn)出來的社會(huì)責(zé)任感和巨大作用讓我們相信建筑對(duì)于城市、乃至日常社會(huì)生活的神圣作用，而忘記了“建筑師在設(shè)計(jì)過程中的預(yù)設(shè)”和“建筑在現(xiàn)實(shí)狀況下的使用”此二者之間巨大的不對(duì)等性。建筑師提前假設(shè)的固定秩序和法則，往往被現(xiàn)實(shí)使用中的偶然性和不確定性很輕易地瓦解掉。 在當(dāng)代參數(shù)化設(shè)計(jì)中，建筑師掌控參數(shù)的設(shè)定和程序的編制，在一個(gè)自治的形式生成世界中成為主宰。把自然環(huán)境因素轉(zhuǎn)換成參數(shù)系統(tǒng)，只是創(chuàng)造一個(gè)虛擬自然，也只是重新塑造和維護(hù)一個(gè)以人類為中心的世界。而試圖把社會(huì)環(huán)境因素轉(zhuǎn)換到參數(shù)系統(tǒng)，則很可能建立了一個(gè)與現(xiàn)實(shí)社會(huì)平行的虛擬世界，其中包含著自治的權(quán)力機(jī)制和秩序。對(duì)于廣大用戶而言，他們被置入一個(gè)預(yù)設(shè)的世界，只能按照程序法則行事，有時(shí)候貌似選擇眾多，而其實(shí)并無自由。這種情境已經(jīng)可以清楚地從像QQ和開心網(wǎng)這樣的虛擬社交模擬網(wǎng)絡(luò)中察覺。在參數(shù)化設(shè)計(jì)的背面，存在著一個(gè)被參數(shù)化的世界。

這種被參數(shù)化的世界，我們或許并不完全陌生。無數(shù)人類被用作生物能源和程序載體，他們的身體如同芯片中的電子元件一般被安插在巨大機(jī)器的陣列裝置中。意識(shí)與身體相脫離。他們的意識(shí)存活在由電腦編造和控制的Matrix世界中。電影《黑客帝國(The Matrix)》展現(xiàn)了一個(gè)被參數(shù)化的自治世界。在這個(gè)世界里，每個(gè)人貌似擁有自己的真實(shí)生活，而實(shí)際上，都不過是電腦控制的巨大數(shù)字矩陣中的一個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)而已。這個(gè)虛擬世界的法則，在電影中不斷被強(qiáng)調(diào)的邏輯和因果，在本質(zhì)上，就是參數(shù)的設(shè)定，以及相應(yīng)的程序生成和運(yùn)轉(zhuǎn)。所有那些貌似偶然，又或必然的選擇，其實(shí)都是類似上帝般存在的“設(shè)計(jì)師”早已預(yù)定的安排。除了人類情感，一切都是預(yù)定程序。除了人類情感，也一切都在程序掌握之中。

這部電影充分反映了自人工智能和數(shù)字化空間出現(xiàn)后，人類內(nèi)心深處對(duì)于虛擬世界的擔(dān)憂和恐懼。早前的工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造的人工世界與自然世界雖然存在對(duì)抗，但是二者界限分明，非此既彼。更重要的是，這種二元對(duì)抗并沒有從根源上危及到人的主體性以及人類的中心地位。人類可以選擇安坐在自己創(chuàng)造的人工世界里，也可以回到自然中。這可以從電影《阿凡達(dá)(Avatar)》中清楚地看到。而數(shù)字化空間的生產(chǎn)不再糾纏于人工與自然的二元結(jié)構(gòu)，而是把焦點(diǎn)引向虛擬與真實(shí)的混淆和區(qū)分。當(dāng)人工智能替代人類成為世界主宰并制定游戲法則時(shí)，人類就必然也必須奮起反抗。為了自由，就必須謀求人類自身的解放。獲得自由同時(shí)也就意味著不再需要尋找電腦設(shè)定的邏輯和因果，而重新?lián)碛凶灾鬟x擇的可能。

電影《盜夢空間(Inception)》展現(xiàn)了另一種被參數(shù)化的世界。這一次，決定參數(shù)的并非外部因素，而是人自身的意識(shí)和潛意識(shí)。真實(shí)與虛擬的爭斗不再是人類與外力之間的非此即彼，而是人自身不同意識(shí)層面的彼此難分。如果說，對(duì)于個(gè)人體驗(yàn)而言，現(xiàn)實(shí)與夢境都不過是知覺與意識(shí)的映射，那么是回到現(xiàn)實(shí)，還是沉浸在夢境的深層乃至陷入潛意識(shí)的邊緣?二者的區(qū)別，也許依然在于個(gè)體的充分自由。即使沉浸在完美的夢境里，即便成為夢幻世界的絕對(duì)主人，你依然可能只是某個(gè)意識(shí)設(shè)定的奴隸，別人的，或者你自己的?，F(xiàn)實(shí)生命的迷人之處，也許就在于情緒所帶來的不可預(yù)設(shè)和不可捉摸，在于意識(shí)的完全自由。而現(xiàn)實(shí)世界的迷人之處，也許就在于自由意識(shí)與外部環(huán)境之間不可預(yù)知、不可復(fù)制、充滿張力的擁抱。

人類世界的問題，最終都必然要回歸到人本身。建筑學(xué)，同樣如此。

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