谈谈“音律柱” 数据可视化形式生成及加工的实现
随着计算机及其程序技术广泛应用于设计领域，生成设计与加工逐渐成为设计领域的研究热点之一。生成设计方法的快速高效及其设计成果的灵活丰富，使得生成设计成为发展潜力的设计方法。
一、背景介绍
在“音律柱”的设计过程中，包含了对数据的获取、生成、可视化及数控加工的关注，其主要研习的知识点有如下几点：
生成设计：计算机生成设计就是将原型问题转化为可被计算机识别的问题的方法。与传统设计方法相比，尽管生成设计需要高强度的程序代码探索，且无法在短期内快速形成预定义的直观结果，但是通过对数据流的底层控制，其设计成果往往更为丰富、合理。
数据可视化：数据可视化是对数据链的视觉塑形过程，其主旨在于通过直观图形化的手段，有效表达相关数据信息。 “音律柱”涉及音乐数据的可视化，由于音乐数据具有*的抽象特征，如何将抽象的音乐数据转化成具象的形象塑形是“音律柱”探索研究的重点之一。
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分形：分形或分形几何是一种以不规则形态为研究对象的图学方法。分形在不同尺度下均保持其精细结构和图形自相似性，其形象特征与递归程序算法相对应。 “音律柱”便是分形图形数据可视化的案例之一。
数控加工：数控加工结合特定加工材料及与之相关的数控设备，是程序生成结果的实现载体，也是对生成数据的验证过程。在“音律柱”案例探索中，主要涉及的数控设备是激光切割机，它是一种简单的二维数控设备，通过控制激光头的运行轨迹以实现对平面图形的切割加工。
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二、 “音律柱”形式生成探索
“音律柱”探索主要分为前期设计和后期数控加工两个部分。前期的设计主要包含数据对象的选择、处理和形态的生成。后期主要利用java 程序提取设计结果的可加工的数据，进而编写成可被数控设备识别的机器语言或程序文件。两者共同构成从设计到加工的“数字链”处理过程。
1. 音乐数据的导入与处理
音乐是一种富有感彩的动态艺术， 主要通过演奏、播放手段实现信息和情感的传递。将音乐“凝固”成为形体，并使之成为具备观赏价值的艺术品是本案例的成果需求。
一段音乐包含的数据量异常庞大，但是一段音乐给人们直观的感受主要包括响度、音色、频率、长度等。在对音乐数据进行分析的过程中，为了地还原人对音乐的感受，需要依照人耳对音调的感受，对特定频率的声波进行提取。通过分析这些提取的数据，就可以得到有关响度、频率等的一系列参数。
2. 形体生成的研究
能否用简单的参数表达音乐的复杂性是“音律柱”塑形探索的主要目标之一。经过多次尝试后发现，以科赫曲线（koch snowflake）为例的分形图形基本原理十分简单， 而迭代后的终图形却异常复杂并保有精确的细节。 这种简单形体导致复杂结果的过程，十分符合音乐可视化表达的需要。因此，分形图案便成为“音律柱”塑形探索的主要表达方法。在对终成果的预设中， 设计终目标为形态变化的柱体。其主观原因之一是柱子历来都是建筑物中重点的装饰对象，不论是古希腊的柱式还是中国古代宫殿中的盘龙金柱，其形态均具有特殊的含义；二是因为柱子是一个线性的构件，而音乐又是一种随着时间不断呈现的艺术品，两者具有一定的关联之处。
通过java 程序代码的编写，将提取的参数与分形图形相对应，通过更换前台音乐，程序就会塑造出一个个和音乐息息相关的形体。
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三、 “音律柱”的加工与实现
感性选定某个柱体形态后，可以进行数据导出与加工的过程。鉴于在形体生成的过程中采用的是切片叠垒的方法，故实际加工的时候也选择切片加工、叠垒拟合的方式。
1. 构件的数控加工
激光雕刻机因其高效精确， 利于还原形体的微小细节，成为“音律柱”加工的设备。其原理是通过输入图形操纵激光头实现对材料的切割加工。将“音律柱”的所有切片图形依次导出，排版到一块符合机器加工幅面的材料当中，就可以控制数控设备完成对“音律柱”构件的加工。
由于后期拼装有定位和正确叠垒顺序的需要，各切片图案须预留对位方孔并打印相应的切片编号。上述过程均通过java 编码自动实现。将完成排版后的文件输入到激光切割机中，数控设备便会按照图纸的信息进行准确的加工。
2. 构件拼装
整个终模型由底座、核心定位方柱和柱体切片三部分构成。构件的拼装就是将1200个切片重新叠垒的过程。由于亚克力的密度较大（1.2克/ 立方厘米），为了后期移动模型的方便，切片采用分段拼装的办法。将切片粘接成多组构件，其后利用定位方柱将它们组合拼合。
模型拼合后，切片叠合出的终形体得以展现，其表面的复杂肌理得到了*地展示，整体形象也与计算机程序中的模拟*一致。终，完成的模型高达1.9米，总质量超过50千克。构件的加工耗时4天（平均每天10小时），后期拼装耗时约3 天。
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结语
本次实践，是一次集数据采集、生成设计、数控加工于一体的跨学科的探索过程。其目的在于了解生成设计和数控加工的概念，掌握建筑生成设计基本工作原理。为进一步学习生成设计的应用奠定一定基础。
在前期的设计过程中，所有的工作基本都在程序的界面下进行，而前后期的对接过程中， 也都是通过计算机程序导出所需要的数据，直接进行数控加工。前期数据的分析提取是一个客观的过程。 而后期规则的制定、终形体的选择则是一个主观的过程，取决于设计师的个人审美。在这次探索中， 大限度地实现了从设计到加工的数字化，设计师关注的重点也从终形态的控制转移到对工作过程的控制，是一次成功的生成设计与数控加工实践。
通过本次探索过程，不仅仅得到一个终结果，更希望在探索的过程中，构建一个完整的从生成设计到数控加工的方法。为生成设计提供新的思路，同时也为新的艺术形式探索提供方法的参考。
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在“音律柱”的设计过程中，包含了对数据的获取、生成、可视化及数控加工的关注，其主要研习的知识点有如下几点：
生成设计：计算机生成设计就是将原型问题转化为可被计算机识别的问题的方法。与传统设计方法相比，尽管生成设计需要高强度的程序代码探索，且无法在短期内快速形成预定义的直观结果，但是通过对数据流的底层控制，其设计成果往往更为丰富、合理。
数据可视化：数据可视化是对数据链的视觉塑形过程，其主旨在于通过直观图形化的手段，有效表达相关数据信息。 “音律柱”涉及音乐数据的可视化，由于音乐数据具有*的抽象特征，如何将抽象的音乐数据转化成具象的形象塑形是“音律柱”探索研究的重点之一。
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二、 “音律柱”形式生成探索
“音律柱”探索主要分为前期设计和后期数控加工两个部分。前期的设计主要包含数据对象的选择、处理和形态的生成。后期主要利用java 程序提取设计结果的可加工的数据，进而编写成可被数控设备识别的机器语言或程序文件。两者共同构成从设计到加工的“数字链”处理过程。
1. 音乐数据的导入与处理
音乐是一种富有感彩的动态艺术， 主要通过演奏、播放手段实现信息和情感的传递。将音乐“凝固”成为形体，并使之成为具备观赏价值的艺术品是本案例的成果需求。
一段音乐包含的数据量异常庞大，但是一段音乐给人们直观的感受主要包括响度、音色、频率、长度等。在对音乐数据进行分析的过程中，为了地还原人对音乐的感受，需要依照人耳对音调的感受，对特定频率的声波进行提取。通过分析这些提取的数据，就可以得到有关响度、频率等的一系列参数。
2. 形体生成的研究
能否用简单的参数表达音乐的复杂性是“音律柱”塑形探索的主要目标之一。经过多次尝试后发现，以科赫曲线（koch snowflake）为例的分形图形基本原理十分简单， 而迭代后的终图形却异常复杂并保有精确的细节。 这种简单形体导致复杂结果的过程，十分符合音乐可视化表达的需要。因此，分形图案便成为“音律柱”塑形探索的主要表达方法。在对终成果的预设中， 设计终目标为形态变化的柱体。其主观原因之一是柱子历来都是建筑物中重点的装饰对象，不论是古希腊的柱式还是中国古代宫殿中的盘龙金柱，其形态均具有特殊的含义；二是因为柱子是一个线性的构件，而音乐又是一种随着时间不断呈现的艺术品，两者具有一定的关联之处。
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三、 “音律柱”的加工与实现
感性选定某个柱体形态后，可以进行数据导出与加工的过程。鉴于在形体生成的过程中采用的是切片叠垒的方法，故实际加工的时候也选择切片加工、叠垒拟合的方式。
1. 构件的数控加工
激光雕刻机因其高效精确， 利于还原形体的微小细节，成为“音律柱”加工的设备。其原理是通过输入图形操纵激光头实现对材料的切割加工。将“音律柱”的所有切片图形依次导出，排版到一块符合机器加工幅面的材料当中，就可以控制数控设备完成对“音律柱”构件的加工。
由于后期拼装有定位和正确叠垒顺序的需要，各切片图案须预留对位方孔并打印相应的切片编号。上述过程均通过java 编码自动实现。将完成排版后的文件输入到激光切割机中，数控设备便会按照图纸的信息进行准确的加工。
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