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系統識別號 U0002-2101201009181200
中文論文名稱 數位基本設計教程之研擬與實驗
英文論文名稱 Development and Experiment for the Curriculum of Fundamental Digital Design
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系博士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 98
學期 1
出版年 99
研究生中文姓名 倪順成
研究生英文姓名 Shun-Chen Ni
學號 893310036
學位類別 博士
語文別 中文
口試日期 2010-01-17
論文頁數 266頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
委員-吳光庭
委員-黃瑞茂
委員-施宣光
委員-張基義
中文關鍵字 基本設計  電腦輔助設計  教程設計  數位設計 
英文關鍵字 Fundamental Design  Computer-aided Design  Design Curriculum  Digital Design 
學科別分類
中文摘要 「基本設計」這個名詞在包浩斯的教學體制設計中相當程度被凸顯其重要性,其主要意義是包浩斯教學及創作精神的基礎教學,其中無論是造形概念、設計的基本元素定義、平面與立體創作內容,對於近代設計教育的影響都是相當大。目前許多大學設計、美術等相關科系大一的基礎設計課程,仍是有「基本設計」的課程作為教學的第一道關卡。再則,利用電腦作設計及表現法已經成為許多設計創作必要的工具與過程。在現今的環境中,無論是套裝軟體與硬體設備皆日漸達到成熟及普及的階段,因此在電腦相關技術的教育課程中的,教學的內容應該朝向更積極的態度去設定,因此如能研擬「利用數位工具思考基本設計」的教程,讓學生在未來運用電腦專業學習的前期,先從基本的數位化「基本設計」練習開始,成為日後在專業數位設計過程中的創作基本能力,將是本研究與實驗之出發點,並希望能延伸出更多元及更有效率的數位基本設計教材。
本論文研究的方向與定位在「基本設計」(Fundamental Design)這個主要議題,探索以數位工具操作「數位基本設計」教程的設計與教學過程的紀錄,進而在操作過程中評估課程的問題,其有別於數位製造(Digital Fabrication)與數位構築(Digital Tectonics),主要的定位在於數位設計的基礎學習,企圖能在分析與改進的實驗中,提出一系列的電腦輔助基本設計教程之方向。
本論文的架構包括三大主要程序:
1. 文獻回顧及基本設計、電腦輔助設計、教學相關案例研究-蒐集「基本設計」教育的發展及現今操作課題的資料,並回顧數位工具的演變,進而探討數位教學運用的案例與數位基本設計的特質。
2. 電腦輔助基本設計教程內容撰寫與設定-整理與分析目前數位工具在基礎課程執行的可能性,提出對於一學期「數位基本設計」相關操作課題運用於Lecture課的課程計畫。
3. 操作紀錄評估與後續檢討-對於擬定課程執行過程紀錄及對學生作品分析,並透過與學生互動訪談問卷,檢討課程的問題與可行性評估。
在操作程序執行告一段落時,期望能在電腦輔助基本設計教程中勾勒出一個清楚的教學內容,作為相關設計科系在數位教學及後續研究的參考。本研究對於數位化工具的運用概念,其最終目的並非取代手工製作與繪圖,而是將電腦的優點充分發揮,執行手工所不易製作的圖案與形構---這將是本論文撰寫的重要精神。
英文摘要 The term of “Fundamental Design” manifests itself in the program of Bauhaus that it represents the essential idea of Bauhaus and the spirit. It has made a great impact on modern education of design in form concepts, definitions of basic elements in design, two-dimensional and three-dimensional creations. Most colleges of design or art still have “Fundamental Design” as a prescribed subject for the first-year training. Further, computer technologies have been an indispensable tool and process in design and representation. Software packages and computer hardware have reached maturity and popularized day by day. There is a tendency to take a more constructive attitude to organize computer-related courses. The basic idea of this research is to study the curriculum planning of Fundamental Design with digital technologies, which is wished to provide professional digital design training from fundamental digital learning in the courses, and further, to establish creative capability in digital design processes. It is also expected to develop digital teaching materials of fundamental design with diversity and efficiency.
This research is set up for an exploration of curriculum planning of Fundamental Digital Design with computer tools, and documenting the teaching process to discuss affecting issues. Unlike digital fabrication and digital tectonic, it is focused on a fundamental learning of digital design with analyses and experiments, trying to propose a series of courses of fundamental digital design.
The skeleton of the dissertation includes three parts:
1. Literature review, researches of fundamental design, digital design and case studies of teaching program: To collect data related to the educational development of fundamental design till today; to review the evolution of digital tools; to discuss cases of digital teaching application and specialty of digital fundamental design.
2. Program of computer-aided fundamental design. To organize and analyze the possibilities of applying digital tools in basic courses; to propose a syllabus of lectures on issues of fundamental digital design in a semester.
3. Execution documenting, evaluation and follow-up discussion. To record the process of teaching and executing, and analyze students’ works. To discuss advantage and disadvantage of the courses and evaluate the possibilities by interview and questionnaire.
A clear content of curriculum of fundamental digital design is expected when this experimental procedure has come to a temporary end. It is to be reference materials for digital teaching and following studies. It is a matter of concern that the ultimate of digital tool application is not to replace hand working and drawing. It is about to take advantage of computer to carry out patterns and fabrication which cannot be easily made by hand.
論文目次 第1章 緒論 ...................................................................................................................................................1
1-1 導言................................................................................................................................................1
1-2 背景................................................................................................................................................2
1-2-1 背景一:包浩斯的影響................................................................................................2
1-2-2 背景二:數位設計與數位建築...........................................................................3
1-3 研究動機.......................................................................................................................................3
1-4 研究目的.......................................................................................................................................4
1-4-1提出「數位基本設計」教程的研究,作為其他相關科系教學研究之參考.....................4
1-4-2規劃數位基本設計教學課程實驗並修正與調整,冀望研擬出更佳的教程 ………........4
1-5 研究流程與操作方法..................................................................................................................5
1-5-1 整體研究工作流程......................................................................................................5
1-5-2 各章節內容架構與說明..............................................................................................7
1-5-3研究操作方法…………………………………………………………………................8

第2章 文獻回顧與基本設計教學內容整彙...............................................................................................9
2-1 相關文獻回顧...............................................................................................................................10
2-1-1 數位設計教程...........................................................................................................10
2-1-2 教程設計.......................................................................................................................12
2-2 基本設計課程設定之意義..........................................................................................................13
2-2-1 包浩斯之基本設計教學..................................................................................................13
2-2-2 基本設計教學的意義與重要性.................................................................................15
2-3 基本設計教學課題......................................................................................................................16
2-3-1 基本設計的各向度練習..............................................................................................16
(1) 單純化...................................................................................................................16
(2) 平面構成...............................................................................................................17
(3) 立體構成.............................................................................................................18
(4) 材料的研究........................................................................................................21
2-3-2 基本設計造形視覺美學的原則...............................................................................21
(1) 均衡 ……………..........................................................................................................22
(2) 比例…………………....................................................................................................22
(3) 律動………………........................................................................................................23

(4) 強調………………........................................................................................................23
(5) 調和………………........................................................................................................23
2-4 現今基本設計教育實例............................................................................................................24
2-4-1 二維向度的基本操作................................................................................................24
(1) 抽象情感繪圖轉化...........................................................................................25
(2) 觀察、詮釋與轉化自然現象.............................................................................25
(3) 環境或物件觀察拼貼.......................................................................................26
2-4-2 三維的立體構成.........................................................................................................26
(1) 2D轉3D...............................................................................................................26
(2) 立方體的構成....................................................................................................27
(3) 物件操作與再生................................................................................................28
2-5 小結..............................................................................................................................................29

第3章 數位設計發展與運用.........................................................................................................................30
3-1 數位設計之演進概述..................................................................................................................31
3-1-1 前期電腦運算設計之應用......................................................................................31
3-1-2 1990年代中期以後.......................................................................................................34
3-2 數位設計相關的重要理論與哲學.............................................................................................36
3-2-1 吉爾.德勒茲…………….....................................................................................................37
3-2-2 曼紐.狄蘭達..................................................................................................................38
3-2-3 彼德.艾森曼.....................................................................................................................39
3-2-4 葛雷格.林.................................................................................................................................40
3-3 數位工具與技術.........................................................................................................................41
3-3-1 軟體..............................................................................................................................42
(1) AutoCAD/AutoLISP............................................................................................42
(2) 3ds Max.................................................................................................................43
(3) Sketchup................................................................................................................44
(4) Generative Component.........................................................................................45
(5) CATIA..................................................................................................................46
(6) Rhinoceros/RhinoScript........................................................................................47
(7) Grasshopper..........................................................................................................48
3-3-2 硬體與設備.................................................................................................................50
(1) 電腦數值控制銑床CNC切割系統.................................................................50
1. 銑刀鑽頭式切割機................................................................................50
2. 工業級二氧化碳雷射切割/雕刻機......................................................51
3. 水刀、火焰切割...............................................................................................52

(2) 3D Printer..............................................................................................................52
(3) 自動建構系統………………………….....................................................................53
3-4 數位設計教育.............................................................................................................................54
3-4-1 美國麻省理工學院多媒體實驗室..................................................................................54
3-4-2 美國卡內基美崙大學建築系………………………...........................................................55
3-4-3 美國哥倫比亞大學建築系無紙工作室............................................................................56
3-4-4 英國建築聯盟...........................................................................................................57
3-4-5 瑞士聯邦理工學院建築系........................................................................................................59
3-5 數位建築師與數位概念技術作品...........................................................................................61
3-5-1 數位建築師.................................................................................................................61
(1) 前期.....................................................................................................................61
1. 法蘭克.蓋瑞.....................................................................................................61
2. 彼德.艾森曼..........................................................................................62
3. 葛蕾格.林..................................................................................................63
4. UN Studio........................................................................................................64
5. 伊東豐雄.................................................................................................65
(2) 中期.....................................................................................................................66
1. dECOi........................................................................................................66
2. FOA...........................................................................................................67
3. NOX...........................................................................................................68
(3) 新生代.................................................................................................................68
1. CAP ....................... .......................................................................69
2. MRGD ......................................................................................................69
3. Studio Mode..............................................................................................70
3-5-2 數位概念技術與作品................................................................................................70
(1) 超表面.................................................................................................................70
1. De-formation..............................................................................................71
2. In-formatiom..............................................................................................73
A. 數位時代的前導.......................................................................73
B.智慧表面.............................. .....................................................................74
(2) 數位製造.......................................................................................................................75
1. 剖切................................................................................................................75
2. 崁飾..........................................................................................................76
3. 折疊.......................................................................................................77
4. 輪廓.......................................................................................................78
5. 凝固................................................................................................................79

3-6 小結..............................................................................................................................................79

第4章 數位基本設計的各向度特質整彙..................................................................................................80
4-1 二維圖像.......................................................................................................................................81
4-1-1 數位色彩學...................................................................................................................82
4-1-2 影像圖層之運用...........................................................................................................83
4-2 二維向量圖幾何概念..................................................................................................................84
4-2-1 點在數位設計中之意義..............................................................................................86
(1)點座標描繪與輸入..........................................................................................86
(2)「點」在數位設計中的特質.............................................................................86
(3)點作為構成線與面的關係.............................................................................87
(4)在數位空間對於點的構成操作.....................................................................88
4-2-2 線在數位構成中之意義..............................................................................................88
(1)線段的輸入與方向性......................................................................................88
(2)「線」在數位設計的特質.............................................................................89
(3)數位設計無法取代手繪的部分......................................................................91
4-2-3 面在數位設計中之意義............................................................................................92
(1)面的構成方式與方向性...............................................................................92
(2)面在數位設計上的特質...............................................................................93
4-3 三維的數位構成.........................................................................................................................94
4-3-1 三維物件數位構成中的意義...................................................................................94
(1)Polygon與Solid..............................................................................................94
(2)曲面角…….......................................................................................................94
(3)三維實體在數位構成中的特性與型構方式..............................................96
1.基本幾何量體的建構機制......................................................................96
2.進階的三維構成:幾種常見的方法.....................................................96
3.三維變形:扭轉、彎曲、錐狀化...............................................................98
4.沿曲線流動及沿曲面流動......................................................................100
5.平順化的調整......................................................................................102
6.「洞」的可編輯性...................................................................................102
4-3-2 二維與三維構成間的轉換操作:2.5D概念.........................................................103
(1)推擠......................................................................................................................103
(2)纏繞....................................................................................................................104
(3)二維視角投影.....................................................................................................105
(4)折疊..............................................................................................................106
(5)拆解...............................................................................................................107

1.展開………….............................................................................................107
2.壓平.........................................................................................................108
4-3-3 二維及三維共有的數位設計方法...................................................................................109
(1)基本變形:移動、轉動、縮放...................................................................109
(2)複製與陣列.....................................................................................................109
1.磚貼..........................................................................................................110
2.蜂巢........................................................................................................111
(3)布林運算.........................................................................................................112
4-4 動態的構成與邏輯性設計........................................................................................................112
4-4-1 動態的造型思維........ ....................................................................................................113
(1)抽象動態的擬態形體....................................................................................113
(2)漸變........................................................................................................................114
1.評估造型...................................................................................................115
2.構築的前置操作......................................................................................115
4-4-2 邏輯性設計.................................................................................................................116
(1)參數式的設計模式........................................................................................116
(2)數學式與方程式............................................................................................117
1.黃金比例的幾何設計學....................................................................................118
2.碎型..........................................................................................................118
3.Voronoi Diagram..........................................................................................119
4.各類方程式的三維幾何圖形.................................................................120
(3)亂數與變數-不定因子..................................................................................122
4-5 小結..............................................................................................................................................124

第5章 數位基本設計教程擬定與十四個操作主題........................................................................125
5-1 課程實驗平台條件設定..............................................................................................................126
5-1-1 基礎知識課程...............................................................................................................126
5-1-2 受測學生條件與成員狀況說明.................................................................................127
5-1-3 實驗前相關細節安排與整備.....................................................................................128
5-2 課程定位與架構...........................................................................................................................128
5-2-1 主題定位.......................................................................................................................128
5-2-2 操作主題設計的邏輯與架構.....................................................................................129
(1) 操作主題四大類說明..................................................................................................129
(2) 操作主題設計的邏輯..................................................................................................130
(3) 操作主題架構...............................................................................................................130
5-3 十四堂課程之操作主題..............................................................................................................132

5-3-1 直稜體構成(編號W01)...........................................................................133
5-3-2 平面切割與3D Extrude,圖像三維化(編號W02)..............................135
5-3-3 Cubes& More Cubes 正立方體的構成(編號W03)....................................139
5-3-4 自由曲面控制點的型構與分解(W04)................................................................142
5-3-5 自由曲面之空間與構築之探索(W05)................................................................145
5-3-6 Lattice & Body Transform(W06).............................................................................148
5-3-7 不定性型中型(W07).............................................................................................151
5-3-8 Connected Holes(W08) .............................................................................................154
5-3-9 Parametric Graphic of Line(W09)............................................................................158
5-3-10 Random變數與漸變圖案Surface in Domain(W10) ...........................................163
5-3-11 Formula & Equation Graphics(W11).....................................................................167
5-3-12 Construct Surface Space(W12) ..................................................................................170
5-3-13 Morphological Surface by Parametric(W13) .........................................................173
5-3-14 Polygon Smooth Form Design(W14) ......................................................................176
5-4 小結..............................................................................................................................................178

第6章 實驗作品內容分析探討...................................................................................................................179
6-1 上課過程紀錄...............................................................................................................................180
6-1-1 操作過程.......................................................................................................................180
6-1-2 上課操作繳交作業情形..............................................................................................180
6-2 學生作品內容分析探討與操作觀察.........................................................................................183
6-2-1 直稜體構成(編號W01)..............................................................................183
6-2-2 平面切割與3D Extrude,圖像三維化(編號W02)..............................186
6-2-3 Cubes&More Cubes 正立方體的構成(編號W03)...................................190
6-2-4 自由曲面控制點的型構與分解(W04).................................................................193
6-2-5 自由曲面之空間與構築之探索(W05).................................................................196
6-2-6 Lattice & Body Transform(W06)............................................................................199
6-2-7 不定性型中型(W07)...............................................................................................202
6-2-8 Connected Holes(W08) ...............................................................................................205
6-2-9 Parametric Graphic of Line(W09)............................................................................208
6-2-10 Random變數與漸變圖案Surface in Domain(W10)..............................................214
6-2-11 Formula & Equation Graphics(W11)........................................................................219
6-2-12 Construct Surface Space(W12) ..................................................................................221
6-2-13 Morphological Surface by Parametric(W13) .........................................................225
6-2-14 Polygon Smooth Form Design(W14) ......................................................................227
6-3 意見回饋整彙....................................................................................................230

6-3-1 問卷意見探討............................................................................................................230
6-3-2 訪談-時間 2009 年12 月18 日..............................................................................235
6-4 整體課程策略建議、十四個操作主題的改進與延伸構想………………………………………237
6-4-1 課程定位架構與教程設計策略之研擬………………………………………………237
(1) 課程定位主架構修正……………………………………………………………………238
(2) 教程設計策略之研擬……………………………………………………………………238
6-4-2 十四個操作主題的改進、延伸與整體教程細部架構探討 …………………………..242
(1) 十四個操作主題個別檢討與修正………………………………………………………242
(2) 新增加操作主題的初擬…………………………………………………………………252
(3) 配合主架構的新操作主題細部架構……………………………..…………….………..255

第七章結論、研究貢獻與後續研究建議………………………………………………………………………257
7-1結論…………………………………………………………………………………………………257
7-2研究貢獻……………………………………………………………………………………………259
7-3後續研究建議………………………………………………………………………………………260

參考文獻……………………………………………………………………………………………………262




















圖目錄
圖1- 1 左:包浩斯基礎課程作品 右:2006年大學建築系大一基本設計課作品 2
圖1- 2 非數位之構成作品在材質、組構方面與數位方式截然不同 4
圖1- 3 現今多數建築系之狀況 5
圖2-1 第2章架構圖…………………………………….………………..…………………………......9
圖2- 2於數位設計課程的先期理論模型架構圖 11
圖2- 3 數位設計教育演化圖 11
圖2- 4 ADDIE 教學設計模式 12
圖2- 5 包浩斯的課程架構圖,基礎課程約6 個月 13
圖2- 6 Moholy-Nagy認為初學藝術或設計者必須瞭解各種學科的基礎原則分佈比例 14
圖2- 7 Moholy-Nagy在the New Vision中基本創作課程的學生作品 14
圖2- 8 保羅.克利對於自然界形體的教學 右:約翰尼司.伊騰的分析繪畫 14
圖2- 9 執行已久基本設計操作流程系統 15
圖2- 10 基本設計的講評學生製作作品情形 15
圖2- 11 左:造形控制得宜的設計 右:造形失控的設計 16
圖2- 12 有關基礎設計、構成的操作著作甚多 16
圖2- 13 單純化的範例,將人體、水壺、吸墨器轉為符號 16
圖2- 14 左:平面構成對於視覺感覺的相對表現 右:康丁斯基的「第八號構成」 17
圖2- 15 層面組織的構成作品 18
圖2- 16 堆砌重複組織 19
圖2- 17 外框卡接形構的構成作品,同一種類形的物件其紋理與卡接方式有所不同 19
圖2- 18 左:以徒手製作塑形 右:灌模形態的製作物件 20
圖2- 19 多面體構成的基本與複雜形的面元素分解及衍生面上變化作品 20
圖2- 20 以面構成空間塑造的操作作品 21
圖2- 21 材料研究在基本設計的訓練中極為重要 21
圖2- 22 均衡中對稱與不規則均衡兩類 22
圖2- 23 達文西對於黃金比例的人體圖與鸚鵡螺的黃金比例案例 22
圖2- 24 律動象徵的物件與圖案 23
圖2- 25 造形突然變化或顏色漸層都是強調的手法 23
圖2- 26 色彩調和的配置與圖面分析的調和比例 24
圖2- 27 左:對於「張力」的抽象構圖分析 右:保羅克利對於肌肉的組織分析圖 24
圖2- 28 圖畫轉化抽象構圖 25
圖2- 29由左至右,原有物件轉化抽象繪出呈現 25
圖2- 30 將自己的生活空間以簡化圖像表現出特質 26
圖2- 31 左:都市觀察與拼貼 右:水槍的分析與拼貼作品 26
圖2- 32 2D轉3D 的作品 27
圖2- 33 2D轉3D的-限制於垂直水平向度 27
圖2- 34 分解的20個Cube 28
圖2- 35 個別拆開單元Cube 28
圖2- 36 組裝後的Cube構成 28
圖2- 37放大後之物件作品 左:立可帶 右:鋼筆 29
圖3-1 第3章架構圖…………….………………………………………..…………………………...30
圖3- 2 Georg作品 左:Schotter 右:Mikadospielhaufen 32
圖3- 3 MIT發展的Sketchpad 33
圖3- 4 Gerhard Schmitt的塑形語法對於參數設定後圖形的變化: 34
圖3- 5 左:formZ的Unfold功能 右:Rhino的Flow Along Surface功能 皆可直接產生該軟體賦予的數位形態特質 36
圖3- 6 左Rhino Script:繪製BoxPattern 右:Epicycloid的參數繪圖 36
圖3- 7 左:辛辛那提阿諾夫設計藝術中心的彎曲疊置圖像 右:Mobius Strip 40
圖3- 8 左:DOS版的AutoCAD 右:AutoLISP輸入介面 43
圖3- 9 利用AutoLISP之參數設定繪製碎型(Fractal)衍生圖案 43
圖3- 10 3ds Max的指令多在動畫、人物製作的參數設定 44
圖3- 11 3ds Max的內建參數設定下的變形 44
圖3- 12 Sketchup的Push/Pull操作 45
圖3- 13 Sketchup外掛Ruby Console。左:貝茲曲線 右:Windowizer將面的邊緣轉換成「體」 45
圖3- 14 左:Generative Components在Microstation上的介面,右:Arup用參術設計的概念模型 46
圖3- 15 CATIA延伸發展建築設計的Digital Project平台,從建模與管理與製造一並處理 47
圖3- 16 左:Rhinoscript形構後利用CNC組成作品 右:在Rhinoscript參數下的不同紋理 48
圖3- 17 Grasshopper以圖示的組合方式 49
圖3- 18 Grasshopper介面與細部設定的方式 49
圖3- 19 左:Grasshopper的參數設計-Box Array,右:運用在建築設計數位紋理的案例 49
圖3- 20 左:鑽頭式切割機 右:2D、2.5D與3D的切割分野 50
圖3- 21 鑽頭式切割機在設計繪圖轉檔介面切割情形 51
圖3- 22 KUKA Robot Automation公司所生產KR150 L110機器手臂 51
圖3- 23 左:大型雷射切割機 右:3D雷射切割機 51
圖3- 24 左:懸臂式加砂水刀平面切割系統 右:火焰切割多用在大型工廠的鋼板切割 52
圖3- 25 右:小型3D Printer價格成本持續降低 右:3D Printer製作物件 52
圖3- 26 KUKA公司生產之KR150 L110工業機械手臂加黏著劑堆疊與運作半徑之型態 53
圖3- 27 ETH將KR150 L110裝置在貨櫃車中增加其機動性 53
圖3- 28 貝聿銘事務所設計Wiesner大樓之立面 54
圖3- 29 卡內基美崙大學建築系大一學生探索表面材料作品 56
圖3- 30 Surface Installation 2008年的展覽,展現Digital Fabrication的成果 56
圖3- 31 Smoller Door利用CATIA軟體模擬光線感與DND鑽孔圖樣 57
圖3- 32 家具參數式設計 57
圖3- 33 「Emergence」的初步生物概念及模擬 59
圖3- 34 左:2005年的機械手臂製造木材質構件 右:AA作品展覽「honeycomb」 59
圖3- 35 2003年Kehlbach的都市設計運算配置圖 60
圖3- 36 CNC切割作品與工廠操作過程 60
圖3- 37 左:Processing 程式運算圖 右:三度空間Box排列的參數設計 60
圖3- 38 Bruce Lindsey整理Gehry的工作流程,已成數位建築範型 62
圖3- 39 左:阿爾諾夫中心概念圖 中:虛擬住宅 右:千禧年教堂分析圖 63
圖3- 40 Peter Eisenman 在概念分析階段的程序比重極高 63
圖3- 41 Greg Lynn的設計工作流程 64
圖3- 42 左:1995年奧斯陸展為一般材質僅在形式上做動能曲線展示 右:BlobWall在數位製造的運作已經相當成熟,材料也相當特殊 64
圖3- 43 右:大立精品初期提案(桶狀陣列與摩爾紋) 右:完工照片 65
圖3- 44 伊東豐雄台中歌劇院的Approximated與Smoothed透過Rhino軟體構成 66
圖3- 45 Cecil Balmond與伊東豐雄在Serpentine Gallery Pavilion的切割分析 66
圖3- 46 左:dECOi的Paramorph 2閣樓 右:Miran Galerie案 67
圖3- 47 FOA Yokohama Terminal 67
圖3- 48 左: NOX在Son-O-House的概念紙模 右:D-Tower 型態與色系 68
圖3- 49 左:上海新天地Reebok旗艦店設計 右: 2006年MoMA現代藝術館 69
圖3- 50 左:hair system’s algorithm 右:hair site setup置入建築物內 69
圖3- 51 左:Studio Mode的珊瑚蟲板面模擬 右:分枝的亂數圖像 70
圖3- 52 左:畢爾包美術館 右:巴塞隆納之魚 71
圖3- 53 左:迪士尼音樂廳 右:雷與瑪利亞史塔特科技中心 71
圖3- 54 左:NOX的Maison Folie案 右:遠藤秀平Springtecture B 72
圖3- 55 左:控制點控制模型調整三維模型 右:觸控式型塑方式 72
圖3- 56 左:愛爾諾(Aronoff)藝術設計中心 右:Convention Center 73
圖3- 57 Jean Nouvel阿拉伯文化中心的立面與「光圈」 73
圖3- 58 宙斯之盾的三維設計概念圖與展示前工作人員調整情景 74
圖3- 59 水字幕Bit Fall的上端裝置與落下形成字幕的場景 75
圖3- 60 左:Mafoombey 右:AA作品[c]space 75
圖3- 61 左:Huyghe+Le Corbusier Puppet Theater 右:Gantenbein Vinery 76
圖3- 62 左:2008 Brennan Buck 的Technicolor Bloom-鐵片的堆疊 76
圖3- 63 左:AEDS的Nubik折版與 77
圖3- 64 左:Chris Bosse的Digital Origami 77
圖3- 65 左:各種材料的製成輪廓 右:Erwin Hauer的作品 78
圖3- 66 Joe MacDonald2006年的作品「The Bone Wall」 78
圖3- 67 Florencia Pita mod作品「Alice」 79
圖4-1 第4章架構圖……………………………………………………..…….……………………...80
圖4- 2 Photpshop軟體的檢色器與色相/飽和度調整器 82
圖4- 3 隨意調整不同色相的點陣影像圖 82
圖4- 4 圖層概念與控制視窗 83
圖4- 5 立體化之圖層透視圖與排列互換狀況 83
圖4- 6 以利用二維物件疊圖概念分析三維物件 84
圖4- 7 左:透過三維各向分析與圖層整構成之案例 84
圖4- 8 左:CAD繪製之圓與橢圓,精準快速 右:手繪橢圓,精準度仍不及電腦 84
圖4- 9 「點」在座標空間中定義「位置」 85
圖4- 10 「點」構成直線與曲線 85
圖4- 11 「點」可構成線並進而「線」構成面,亦可定義「體」與其位置 85
圖4- 12 座標輸入點的方式 86
圖4- 13 左:實質圖像的點 右:數位向度中的點 86
圖4- 14 透過與鎖點,在數位繪圖中將更有效率與精確度 87
圖4- 15 一般繪圖軟體皆有鎖點模式供繪圖者操作 87
圖4- 16 由線段或面反推為定義點 87
圖4- 17 面上的點經由定義後產生(如Divide) 88
圖4- 18 左:y= (x²+x)/10上的點 右:任意點選圖形中所構成的線段 88
圖4- 19 線段之方向性與起始點 88
圖4- 20 八種基本幾何原型 89
圖4- 21 以Rhino為例:基本繪圖工具 89
圖4- 22 特殊圖形的繪製 90
圖4- 23 Pline的基本形式 90
圖4- 24 摺線曲線切換 90
圖4- 25 左:內插點式曲線 右:控制點式曲線 91
圖4- 26 控制點調整造型可使繪製曲線更符合設計者之需求 91
圖4- 27 康丁斯基的線段構成 左:線段與面的關係 右:曲線的力量分析圖 92
圖4- 28 面的基本型態 92
圖4- 29 二維面的數位構成 93
圖4- 30 左:面的法線方向(所有繪圖軟體皆可反轉) 右:正面才可貼圖 93
圖4- 31 面的增加「量」,以生成的型態作為面的調整 93
圖4- 32 Polygon的概念,類似紙箱建立實體與曲面面 94
圖4- 33 Polygon與Solid不同的物件構成 94
圖4- 34 左:較低階的平順度 右:透過Nurbs的概念使物件更平順 95
圖4- 35 FormZ中的長度角與深度角 95
圖4- 36 Rhino階數的定義。左:一階,中:二階,右:三階 95
圖4- 37 數位設計幾何量體與手製三維物件構成的概念完全不一樣 96
圖4- 38 基本幾何量體 96
圖4- 39 進階三維構成流程 97
圖4- 40 Sweep與Revolve的構成方式 97
圖4- 41 Loft與Skin概念的構成方式 97
圖4- 42 利用數位設計精準漸變的方式與手工製作對照 98
圖4- 43 多物件組合的變形 98
圖4- 44 扭轉的幾何意義:隨著旋轉軸的位置改變物體在該座標的角度 99
圖4- 45扭轉的應用:不限定在單一量體物件 99
圖4- 46 基本的彎曲模式 99
圖4- 47 貝茲彎曲的彎曲線以貝茲曲線為彎曲軸 99
圖4- 48 貝茲彎曲下的各類型三維物件彎曲方法 100
圖4- 49 錐狀化Taper的變形模式 100
圖4- 50 沿曲線流動的基本方式與不同應用 101
圖4- 51 在三度空間的沿曲線流動,繞行方向宛如纏線 101
圖4- 52 沿曲面流動的基本原則與示範渲染形式 101
圖4- 53 Polygon的轉化概念 102
圖4- 54 MAYA的Polygon繪製與Rhino外掛T-splines的Smooth效果 102
圖4- 55 位於面上洞的複製、補合、變形 102
圖4- 56 最基本的Extrude方式 103
圖4- 57 不同向度的推擠、錐狀、面狀 103
圖4- 58 多點向度的三度空間纏繞圖形 104
圖4- 59 左:利用FormZ的運算直接繪圖,右:利用三維變形扭轉與Flow繪出 104
圖4- 60 在三維空間工作之物件透過視角設定匯出二維圖 105
圖4- 61 各種三維軟體的多視角輔助檢驗各向度的狀態 105
圖4- 62 十六世紀畫家Albrecht Durer利用投影方式繪製透視圖 106
圖4- 63 透過攝影機(觀看位置與角度)的設定,可呈現透視效果 106
圖4- 64 由左至右,同一攝影機下,視角由30度依序為60度、90度、120度 106
圖4- 65 Folding一旦摺線與改變線的位置,面的面積將有所調整 106
圖4- 66 左:Johnson Trading Gallery的作品,以摺面作為概念。 107
圖4- 67 利用FormZ的Unfold將圓球及多邊量體展開的構成 107
圖4- 68 Rhino的Unroll與FormZ Unfold的功能一樣 108
圖4- 69 傳統構成教學對於以紙片切割成二維圖形並組成三維物件 108
圖4- 70 Smash(壓平)的效果 108
圖4- 71 手工放大物件的構成,如果要「放大」必須重新製作與設計構成系統 109
圖4- 72 二維圖形之單軸與雙軸縮放 109
圖4- 73 數位三維物件的單軸放大與三軸放大,不需考慮構成方式與材質 109
圖4- 74 汽車廠生產線,每個產品仍有誤差,但數位設計中的複製不回有任何誤差 110
圖4- 75 磚貼的複製在前後左右都必須剛好可以接合 111
圖4- 76 3D Tiling的構成概念 111
圖4- 77 左:渡邊邦夫之六角形構造概念圖,右:以三角形複製的形式 111
圖4- 78 聯集與差集的量體操作 112
圖4- 79 構成動態的調整與最後呈現 114
圖4- 80 曲線、曲面、不規則自由曲面在形體上較接近動態的「樣式」 114
圖4- 81 市面上有關影像處理的Morphing軟體:左-Morph Man,右-Pixopedia 114
圖4- 82 模擬植物生長的Mophing過程,常用在運算邏輯中的型態演變探討 115
圖4- 83 FoemZ的Morphing的基本操作 115
圖4- 84 利用兩邊不同形狀的Morphing與切割分解的造型 115
圖4- 85 Yokohama International Port Terminal結構系統亦有Morphing的意義 116
圖4- 86 邏輯性設計流程圖 116
圖4- 87 以球體半徑為參數,透過參數變化做不同的尺度 117
圖4- 88 多重參數設定,可改變多項定義的形式 117
圖4- 89 不同參數的值與其演算的層次不同 117
圖4- 90 Greg Lynn 在Yokomaha Port Terminal的參數漸變概念圖 117
圖4- 91 既有的黃金比例關係與自然界的鸚鵡螺比例分析圖 118
圖4- 92 利用Grasshopper設定「面」的比例關係,透過參數改變的構成 118
圖4- 93 Fractal利用Geasshopper繪製的管狀三維構成 119
圖4- 94 Grasshopper輔助Fractal構成二維圖形 119
圖4- 95 左:Voronoi的基本意義 右:Convex與非Convex 120
圖4- 96 透過Grasshopper繪製Voronoi圖並調整參數之圖像構成 120
圖4- 97 Voronoi三維形構與二維圖形 120
圖4- 98 三維軟體的直接繪圓球,僅需在空間中指定圓心並輸入半徑 121
圖4- 99 左:球體的方程式與參數改變的幾何變化 右:Mobius Strips的幾何方程式 121
圖4- 100 左:蒙德里安《海堤與海.構成十號》右:Michael Noll以亂數仿蒙德里安作品 123
圖4- 101 Series與Range在Grasshopper的數列定義 123
圖4- 102 亂數作為其構成的條件 左:以鴿子飛行的軌跡所得的點 123
圖4- 103 水立方對於造型的設計亦是透過隨機的切割與連接所形成氣泡的架構 124
圖4- 104 以參數加上亂數之設定切割方形的案例 124
圖5-1 第5章架構圖……………………………………………………..…….…………………….125
圖5- 2 左:Santiago Calatrava設計的The Turning Torso大樓 右:數位三維操作的扭轉變形 126
圖5- 3 學生條件狀況圖 127
圖5- 4 課程於電腦教室操作情形 128
圖5- 5本研究之數位基本設計對於設計相關領域之定位 129
圖5- 6 操作課題的基本邏輯 130
圖5- 7 軟體的使用程序 130
圖5- 8 每堂上課的時間分配圖 132
圖5- 9 基本物件修編-移動、轉動、縮放 133
圖5- 10 科斯塔羅基礎設計直稜體構成的作品 133
圖5- 11 Winton guest house案的量體配置造型操作圖 134
圖5- 12 透過物件嵌接在建築量體設計的延伸應用 134
圖5- 13 主要、次要、附屬三物件的關係 134
圖5- 14直稜體構成操作步驟 135
圖5- 15 左:匯入圖與切割平面 右:Pull/Push的方向 136
圖5- 16Autodesk Revit 與ArchiCAD的介紹 136
圖5- 17 淡江建築系學生2D轉3D物件之作品 136
圖5- 18 左:蒙德里安的Composition A; 中:馬勒維奇的Dynamischer Suprematismus; 右:畢卡索作品”鏡子中的女人” 137
圖5- 19 平面切割與3D Extrude步驟 138
圖5- 20 第一步驟-Z軸的Extrude 138
圖5- 21 第二步驟-各向度的延伸 138
圖5- 22 布林差集與聯集 139
圖5- 23 等高線切割距離與方向 139
圖5- 24 不同切法的不同形構元素 139
圖5- 25 大一〔CUBES&MORE CUBES〕正立方體的構成主題之模型與上課情形 140
圖5- 26 Cubes&More Cubes 正立方體的構成的步驟 141
圖5- 27 六個Cube的關係與距離 141
圖5- 28 突出物接合卡榫的尺寸與樣式 141
圖5- 29 左:以等高線切割出框架 右:不合理的卡榫 141
圖5- 30左:控制點調整形體 右:Unfold的拆解物件 142
圖5- 31 左:巴塞隆納之魚 中:北京奧運體育場與鳥巢的圖像 143
圖5- 32自由曲面控制點的形構與分解步驟 144
圖5- 33 左:匯入自然物件為底圖 右:改變量體階數 144
圖5- 34 以一種自然形體作原型與造型抽象化 144
圖5- 35 從基本的面構成到構築曲面的骨架製作 145
圖5- 36 NOX的作品 左:Maison Folie 右:Son-O-House 145
圖5- 37 伊東豐雄台中歌劇院的曲面結構分割 146
圖5- 38金屬曲面以及紙板形構的曲面 146
圖5- 39 自由曲面之空間與構築之探索的操作步驟 147
圖5- 40 以樹葉為例的曲面製作程序 147
圖5- 41 左:由面至增加厚度之操作程序 右:最後完成框架 147
圖5- 42 各種扭轉與彎曲所形成的柱狀變形 148
圖5- 43 彎管機與機械轉壓角鐵操作 149
圖5- 44 手工製作變形的作品,強調材質與構成的關係 149
圖5- 45 傾斜變形與Norman Forster 作品City Hall in London 149
圖5- 46 16個柱狀物與置入100x100x100範圍之Box關係圖 150
圖5- 47 Lattice & Body Transform 的操作步驟 150
圖5- 48 Flow Along Surface基本操作圖示 151
圖5- 49 左:Flow Along Surface之三維設計 右:Art Museum ,Graz 152
圖5- 50 左:AA學生作品 重複物件於曲面上 中:Building The Gherkin ,London 右:Selfridges, Birmingham 152
圖5- 51 :Building The Gherkin ,London外觀模擬基本量體與施工實況照片 153
圖5- 52 不定性型中型操作步驟 153
圖5- 53 操作步驟所形構之物件A、B1、B2、C1、C2 154
圖5- 54 左:利用Rhino控制三度空間的面 右:Connected Holes與 154
圖5- 55 Connected Holes的概念Erwin Hauer作品 155
圖5- 56 左、中:利用Mobius Strip的Connected Holes 右:Connected Holes概念的實際構成屋頂 155
圖5- 57 基本範例,紙片上的構思與想像 156
圖5- 58 Connected Holes課題的操作步驟 157
圖5- 59 多向度單元與重複陣列 157
圖5- 60 Connected Holes組合與變形立體物件 157
圖5- 61 透過本次練習對於未來製作三維物件的表面設計形構之概念 158
圖5- 62 Grasshopper介面操作 159
圖5- 63 Shortest、Longest、Cross Reference之意義圖示 159
圖5- 64 練習d.參數與divide圓繪製交錯圓的外圍線的示範 159
圖5- 65 UN Studio立面施工圖,北側與西側立面的參數式設計圖案 160
圖5- 66 Christian Raun Jepsen 與 Mathias Kræmmergaard Kristensen利用Grasshopper的橋樑設計 160
圖5- 67 年輕設計師透過Grasshopper參加Workshop之作品 160
圖5- 68 利用Grasshopper繪製的圖樣,隨參數之不同密度與圖形有所改變 161
圖5- 69 傳統手繪方式,並無特殊參數可調整 161
圖5- 70 兩組基本點數群的情況,左:兩組呈現90度,右:建立線段 162
圖5- 71 Parametric Graphic of Line操作步驟 162
圖5- 72 Grasshopper參考程式 162
圖5- 73 製作步驟中A、B、C之圖形意義 162
圖5- 74 參數構圖各種最後呈現方式與角度 163
圖5- 75 Cecil Balmond的變數設計過程基礎理論圖像 164
圖5- 76 ETH “XCube”設計課題中的框架參數變化 164
圖5- 77 操作的範圍與大致效果 165
圖5- 79 操作示範圖 166
圖5- 80 透視、TOP、LEFT各種角度配合直線曲線形成各種可能性之判讀 166
圖5- 81 30張在BOX中的曲面變化,左:透視 右:平面 167
圖5- 82Grasshopper的方程式介面 167
圖5- 83 Grasshopper的VB介面 168
圖5- 84 Grasshopper的方程式繪圖練習 168
圖5- 85 練習中的Fibonacci形成曲面 168
圖5- 86 Cecil Balmond 在Selfridges柱子設計邏輯 168
圖5- 87 x*sin(5*x)與x*cos(5*x)的形體變化狀況 170
圖5- 88 基本形體與曲面造型的空間架構 170
圖5- 89 數位構圖與空間感的氛圍概況 171
圖5- 90 柯比意1931年蘇維埃廣場競圖的透視圖 171
圖5- 91 各種底面所形成的主構件 172
圖5- 93 以LOFT製作的自由曲面加Divide的柱位 172
圖5- 94 Render出的空間情境 173
圖5- 95 Grasshopper的Morph指令與原型設定 173
圖5- 96 Morphological Surface的建築設計運用 左:蜂巢式外觀 中:Hoberman Associates於美國鹽湖城的Olympic arch 右:24H Architecture的鹿特丹Ichthus學院 174
圖5- 97 單元原型與外型的關係 174
圖5- 98 蜂巢或各種單元原型與整體的效果設計 174
圖5- 100 Morphological Surface by Parametric示範完成圖像 175
圖5- 101 T-Splines的操作基本原則 176
圖5- 102 T-Splines的建築設計運用 176
圖5- 103 左:T-Splines仿做伊東豐雄台中歌劇院原型右:工業設計在物件創作的應用 177
圖5- 104 製作變形過程與效果 177
圖5- 106 Polygon Smooth Form Design製作方式示範圖 178
圖6-1 第6章架構圖……………………………………………………..…….…………………….179
圖6- 2 上課操作與學生互相指導概況 180
圖6- 3 本實驗課程主要網站聯絡訊息BLOG與繳交作業FTP平台 181
圖6- 4 每週次完課立即交完作品百分比統計圖 182
圖6- 6印象最深及最有興趣統計表 230
圖6- 7 操作最難或最挫折統計表 230
圖6- 8 詢問對於電腦作設計的觀念影響度統計表 231
圖6- 9 課程形式調查表 232
圖6- 10 上課方式問題調查表 232
圖6- 15 利用數位構圖與實際製作的混和方式 240
圖6- 17 賦予實體物質概念的操作模式(右比左合理) 242
圖6- 19 Eugene Grasset的幾何元素八種原型 243
圖6- 20 左:米勒作品「拾穗」 右:康丁斯基「構成第八號」 244
圖6- 21 以拾穗為例圖像置於CAD的底層,分析其線條與結構 244
圖6- 22 不同圖層開關可以有不同組合與平面構成 244
圖6- 24 以透明及視覺點設定觀察虛空間 245
圖6- 26 Contour操作後再增加厚度之作法 246
圖6- 28 不同幾何造型的變形與範圍增加更多形式探索的可能性 247
圖6- 30 多個最後呈現的物件,觀察與比較參數變化的過程與效果 248
圖6- 32 以參數設定基本元素與置入面 248
圖6- 33 增加厚度與實體效果 249
圖6- 35 以Grasshopper繪製的L-System圖 250
圖6- 37 Random Façade的基本樣式 251
圖6- 40 Polygon與Smooth間的Morph形體 252
圖6- 42 自由女神像的四個面向與頂視圖 253
圖6- 43 Marcel Duchamp 的Chocolate Grinder No.2之等角透視圖、立面圖、頂視圖 253
圖6- 44Gerrit T .Rietveld的Schröder House各向度之圖 253
圖6- 45 左:立體圖中設置虛擬透明圖版;右:於透明圖版描繪與物件2D圖 254
圖6- 46 圖層概念之三維分析圖與疊圖 254
圖6- 47 左:Zbrush軟體介面 右:Windows7多觸點式的操作 255
圖6- 48 Grasshopper中Cull的判斷機制,當參數小於5畫六邊形,當參數大於5畫圓形 255
圖7- 1全盤性的教學計畫構想圖 257
圖7- 2 數位基本設計課程之後應強調整合性的設計 258
圖7- 3本研究在數位基本設計課程設計的參考範疇 259



























表 目 錄
表1- 1 數位與非數位的基本設計操作之比較表 4
表1- 2 各章節內容架構與說明 7
表2- 1 Kandisky 在《繪畫課程理論與價值》提出對於平面繪圖的看法 17
表3- 1 MIT Media Lab現有的研究團隊之方向 55
表3- 2 AA Project Review 2003~04與數位相關議題之分佈表 58
表4- 1 點陣圖與向量圖之比較表 81
表4- 2布林運算四種編輯元素間的構成方式 112
表4- 3 靜態與動態比較表 113
表4- 4 FormZ軟體內建部分數學參數運算式的繪圖 122
表5- 1上學期「基礎知識課程」教學構想架構 127
表5- 2 課題練習的四大類說明 129
表5- 3 十四個操作主題設定邏輯與架構 131
表5- 4 課題中七個標題與其意義 132
表6- 1 各操作主題名稱與編號 181
表6- 2 每週次完課立即交完作品統計表 182
表6- 3 14個操作操作主題學生意見整理表 233
表6- 4 整體課程的學生意見整理表 234
表6- 5 對照表5-1之基礎知識架構更精確的課程內容 241
表6- 6 十四個調整後的操作主題,並無照主架構邏輯排定 256
表6- 7 根據主架構邏輯排定的十四個操作主題 256



參考文獻 參考文獻

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