单目视觉城市建筑物参数化三维建模

无样建筑工作室创始人/主持建筑师 冯路

参数，就是描述变量或变化之间关系的参照变量。简单说，参数的用途在于设定和描述变化关系。一方面，它起限定作用，然而另一方面，它却容纳变化。

参数化，就是决定和定义参数的过程。因此在参数化的背后，有两个最本源的问题：其一，什么参数?其二，谁来决定?第一个问题露在明处，第二个问题隐于其后。

参数化设计的关键，显而易见，就是以何种参数来决定什么样的关系。例如，如果寻求不同用户和图形文件之间的变量关系，那么参数化设定的就是工作模式与协同设计。这种参数化的设定基础就对等于现实中不同工作组员的关系结构。如果寻求图形文件与生产加工乃至建造自动化之间的变量关系，那么参数化设定的就是设计与生产的一体化。而当下最常见的参数化设计是为了寻求建筑形式生成与影响因素之间的变量关系，这种参数化设计，实际上也就是决定和生成建筑形式的过程。以此出发，不同的参数化模式会带来完全不同的结果。

建筑学漫长历史的一个重要层面，就是寻求建筑形式的过程。形式生成，常常来自两部分因素的交织作用。一方面来自于内部，来自设计工具和设计方法的使用和限制、历史和理论规定的范型和戒律;另一方面来自外部，来自设计所面临的任务和条件、用户和业主的参与和干涉、技术与材料的限制和支持。以建筑形式生成为诉求的参数化设计，在这两方面都具有巨大的潜力。这种潜力的能量来自于当代参数化设计所带来的工具和方法的变革。也正是这种潜力，使参数化设计可以超越简单的形状生产。形状，就是单纯作为视觉对象的、由几何学定义的抽象外观。它没有材料质感，也和身体体验无关。而形式，是特定内容的外在映射，是不同影响力作用的结果。因此它的现实性不仅与材料构成和身体实践有关，还在于现实世界的社会关系和意义。

伴随着各种工业设计软件进入建筑设计领域，新形状的生产变得非常容易。这些新软件更新了设计的工具手段和形式生成背后的逻辑。从另一个方面说，也更新了参数化设计的法则和模式。从早前的尺规作图，到后来的AUTOCAD或各类相似软件，这种图形学建立在欧几里德几何学和笛卡尔坐标系基础之上，以垂直和平行为主的图形系统不仅决定了形式的产出，也逐渐培养了设计思维的习惯模式。当然，建筑形式的垂直性并非仅由设计工具决定，它来自于重力、技术、经济、审美等各种因素的综合。这也并非是说之前建筑设计中缺乏曲线。无论古典时期还是现代主义之后，曲线的运用可以在很多建筑案例中找到。但是不得不承认的是，直线和直角占据着主要的地位。在古典和现代主义时期，参数都已经存在于建筑设计中。比例和模数的使用，就是早期的设计参数。比例，控制的是建筑物或者建筑元素不同组成部分之间的变量关系。一方面，比例的控制带来视觉的愉悦、审美的满足、或特定的象征意义，另一方面，它也带来对材料使用的控制方法和建造的参照系统。模数，把建筑物从整体到局部统一到一个保持高度一致性的标准系统里。这种高度一致性不仅有利于从设计到建造各环节的配合，有时候，也因为精确的数学控制而带来形式上的美感。如果说比例设定的起源与信仰和象征有关，模数化的设定由机械和系统论决定，那么当代参数化设计的背后是计算机技术、拓扑学、微分几何、仿生学和其他模拟环境运算技术等等。参数化设计和曲面并没有直接必然的逻辑关系。但是当代参数化设计常常创造出以曲线和曲面为主导的形状。这是因为曲线和曲面的数学属性和几何特征更好地符合了变量的需求，从而使其成为直线和立方体的替代品。曲线不但能够保持一种连续性，与此同时，还具有内在的异质性，或变量。一方面曲线上的每个点都维持着曲线的连续伸展，另一方面每个点又都可以有各不相同的曲率半径和中心圆点。正是这种属性，及其应用，使得曲面很容易适应参数设定引起的持续变形，既反映出外部影响力的作用，又保持原有的属性。变化的曲面还可以生成一种渐变的族群关系，族群中的每个单体之间相互类似，却又有所变化。因此，曲面形状可以很好地展现局部变化对整体的影响。这些特性使得曲面形状成为参数化设计中的主要媒介。它有利于观察因为参数设置的变化对形状生成的影响，以及多重参数之间的相互影响关系。

当代的参数化设计常常带来让人目眩神迷和匪夷所思的新形状。这一方面是因为我们习惯于制造直线和平面主导的规则形状，并且习惯于这种规则形状所带来的清晰性。规则化的形状使得我们很容易地、很清晰地认知和把握对象。它所呈现的清晰性意味着高效有秩的世界。而变化的曲线展现出不确定性和模糊性的视觉特征，使世界显得难以捉摸。另一方面，还在于形状生产中的复杂性和自治性。计算机技术的运用，可以把复杂的数学关系呈现为复杂的几何形状。这种复杂性超出了人们通常的认知经验，就像自然界各种不可见的复杂构成和微观组织一样。与此同时，参数化设计规定的是变量关系，而不是结果。形状的产生是程序设置的自治产物，结果是不可预期之物。仿生学或其他模拟系统的重要发展就在于不仅仅模仿生物或其他物体和现象的组织结构和外在形式，还模拟它们的生成和成长法则。依靠这些模拟系统和程序，当代参数化设计可以创造出超出日常经验的形状和生成方式。建筑师和观众们都很容易满足于当代参数化设计创造新形状的能力，它符合当下消费主义社会对“新”和“震惊”图像的追求。很多参数化设计止步于此，但它们的结果往往只能带来一种新的形式主义或装饰主义，成为从令人新奇到厌倦的快速消费品。

参数化设计创造新形状和更新设计方法的潜能是否可以给建筑形式的生成带来更多的价值，取决于参数的设置是否可以结合每个设计过程所直接面对的、现实的外部影响因素。例如，计算机模拟环境的能力，使诸如风、阳光等环境因素可以被设置成参数，进入建筑形式的生成过程，这种参数化设计带来了建筑设计与环境条件的直接互动，对于建筑节能有明显的辅助价值。又例如，结构受力计算的新参数系统，可以生成新的结构体系因而拓展新建筑形式的可能性。因为自然科学研究和分析方法的可量化，很多自然环境因素与参数之间的转换相对有效。然而，当面对不可定量的社会因素时，参数化设计很容易遇到困难。用可定量的科学方法将人类行为和社会关系转化为相应参数，可能带来极大的危险。这种危险不仅仅在于无效的结果，甚至可能带来难以想象的灾难。通过严谨的科学统计，我们或许可以通过大范围的问卷调查和统计分析得到对象行为和关系在通常意义上或高概率的选项，然而这种结果的价值可以轻易地被时有出现的不同个案所瓦解。即便是固定对象的固定活动模式，也会因为对象情绪的变化和偶尔出现的意图而得到反常的结果。情绪，是人类和人工智能、思考和计算之间的分界线，也是人和人之间差异、乃至人类自由选择的源头。

一旦试图把人类行为和社会关系纳入参数化设计的考量之内，参数由谁决定，就凸显成为至关重要的问题。建筑师自现代主义运动培养出来的英雄主义和上帝姿态，使我们常常很轻易地把建筑设计当成创造理想新世界的途径。建筑师在战后重建和城市更新中所展现出来的社会责任感和巨大作用让我们相信建筑对于城市、乃至日常社会生活的神圣作用，而忘记了“建筑师在设计过程中的预设”和“建筑在现实状况下的使用”此二者之间巨大的不对等性。建筑师提前假设的固定秩序和法则，往往被现实使用中的偶然性和不确定性很轻易地瓦解掉。 在当代参数化设计中，建筑师掌控参数的设定和程序的编制，在一个自治的形式生成世界中成为主宰。把自然环境因素转换成参数系统，只是创造一个虚拟自然，也只是重新塑造和维护一个以人类为中心的世界。而试图把社会环境因素转换到参数系统，则很可能建立了一个与现实社会平行的虚拟世界，其中包含着自治的权力机制和秩序。对于广大用户而言，他们被置入一个预设的世界，只能按照程序法则行事，有时候貌似选择众多，而其实并无自由。这种情境已经可以清楚地从像QQ和开心网这样的虚拟社交模拟网络中察觉。在参数化设计的背面，存在着一个被参数化的世界。

这种被参数化的世界，我们或许并不完全陌生。无数人类被用作生物能源和程序载体，他们的身体如同芯片中的电子元件一般被安插在巨大机器的阵列装置中。意识与身体相脱离。他们的意识存活在由电脑编造和控制的Matrix世界中。电影《黑客帝国(The Matrix)》展现了一个被参数化的自治世界。在这个世界里，每个人貌似拥有自己的真实生活，而实际上，都不过是电脑控制的巨大数字矩阵中的一个预设点而已。这个虚拟世界的法则，在电影中不断被强调的逻辑和因果，在本质上，就是参数的设定，以及相应的程序生成和运转。所有那些貌似偶然，又或必然的选择，其实都是类似上帝般存在的“设计师”早已预定的安排。除了人类情感，一切都是预定程序。除了人类情感，也一切都在程序掌握之中。

这部电影充分反映了自人工智能和数字化空间出现后，人类内心深处对于虚拟世界的担忧和恐惧。早前的工业化生产创造的人工世界与自然世界虽然存在对抗，但是二者界限分明，非此既彼。更重要的是，这种二元对抗并没有从根源上危及到人的主体性以及人类的中心地位。人类可以选择安坐在自己创造的人工世界里，也可以回到自然中。这可以从电影《阿凡达(Avatar)》中清楚地看到。而数字化空间的生产不再纠缠于人工与自然的二元结构，而是把焦点引向虚拟与真实的混淆和区分。当人工智能替代人类成为世界主宰并制定游戏法则时，人类就必然也必须奋起反抗。为了自由，就必须谋求人类自身的解放。获得自由同时也就意味着不再需要寻找电脑设定的逻辑和因果，而重新拥有自主选择的可能。

电影《盗梦空间(Inception)》展现了另一种被参数化的世界。这一次，决定参数的并非外部因素，而是人自身的意识和潜意识。真实与虚拟的争斗不再是人类与外力之间的非此即彼，而是人自身不同意识层面的彼此难分。如果说，对于个人体验而言，现实与梦境都不过是知觉与意识的映射，那么是回到现实，还是沉浸在梦境的深层乃至陷入潜意识的边缘?二者的区别，也许依然在于个体的充分自由。即使沉浸在完美的梦境里，即便成为梦幻世界的绝对主人，你依然可能只是某个意识设定的奴隶，别人的，或者你自己的。现实生命的迷人之处，也许就在于情绪所带来的不可预设和不可捉摸，在于意识的完全自由。而现实世界的迷人之处，也许就在于自由意识与外部环境之间不可预知、不可复制、充满张力的拥抱。

人类世界的问题，最终都必然要回归到人本身。建筑学，同样如此。

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