今年 4 月份 Google 和 Adobe 聯合發布了思源宋體,繼思源黑體之后的又一款開源的泛 CJK 字體,這款高質量的字體對于各行各業的設計師來說無疑是一份饋贈,也是對開源意識的激勵。如果初略去審視這款字體,有兩個明顯的特征,一個是字體的框架結構區別于傳統的宋體,更接近黑體,如中宮大、重心低等特征;另一個特征就是字體輪廓的曲線特征,即貝塞爾曲線的繪制結構和策略。思源宋體的輪廓繪制使用了簡潔并求效率的方式,除了特殊的筆畫,基本采用單條曲線(即頭尾兩個節點)完成,就像是“丶”,有著較大走勢變化的形狀,也使用單條曲線繪制完成,這樣帶來的結果是,過度拉長其中一條曲線的控制點手柄,就像“要”字的長點的尾部,思源宋體就靠單條曲線完成大弧度,選擇此種曲線繪制策略應是綜合了對效率的考慮,如果只是從形態角度來考慮,這種繪制方式當然不會是最佳的選擇。
字體在實際場景中的使用,會有不少坑坑洼洼等著設計師去踩。如上圖所示的黑紅兩色的“要”字輪廓,都是使用思源宋體,只不過是在不同設計軟件環境中使用,黑色是在 Adobe Illustrator 中使用思源宋體,而紅色字是在 Rhino 中使用思源宋體(曲線輸入)。黑紅兩個字,大體上看相差不大,但是如果放大去比較長點的尾部的形態,會發現 Rhino 中的字形明顯發生了偏離,如果來對比兩者的曲線結構,也能發現兩者是不一樣的。
如果我們僅停于這,我們就會踩著這些坑坑洼洼跌跌撞撞地往前走。在這些軟件中使用字體可以碰到各種問題,這些問題通常不那么明顯,就像上圖的“要”字,需要放大才能發現一些差別,而且我們可以采用很多補救手段來繞過這些問題,比如重新繪制曲線,碰到產生形變、無法布爾運算等問題,重新繪制一下,或者干脆不在乎這些細微的差別。
上圖黑紅兩個“要”字的形態有偏差,是因為黑字是使用了單條的三次曲線繪制而成,而紅字是兩段的二次曲線來完成,原因就是 Adobe Illustrator 使用字體的輪廓的類型標準是 Postscript,而 Rhino 等一些三維軟件使用的標準是 TrueType,Postscript 的曲線部分使用的是三次貝塞爾曲線,而 TrueType 使用的是二次貝塞爾曲線。當從三次曲線轉化到二次曲線時,盡管如上圖所示可以用更多的曲線段來組成,但是形態上會有一些損失,而這些損失的大小與原先的三次曲線繪制策略有很大的關系,如同思源宋體的“要”字長點的繪制方式,即過度拉伸曲線的控制點手柄,在曲線階次從高到底轉化過程中就會發生很大的變化,因為軟件的算法不會完全傾向與“保持形態不變”而無休止的增加曲線段數。(所以目前如果要在 Rhino 等軟件中使用字體輪廓,保守安全的方法就是通過 Illustrator 等軟件來作數據導入。)
不只是字體,如果我們日常的工作會使用到一些 CAD 軟件來做設計,會碰到很多很多不知道為何發生的問題,這些問題通常可以使用一些迂回的途徑來繞過,但如果要想了解一下問題的原由,通常與一些數學概念相關。在實際工作中,我們并不需要去了解這些數學概念的詳細情況,但是我們需要去接近,需要具有一些數學的意識。
在使用一個 CAD 軟件的過程中,比如說 Rhino,我們去完成一個形態的建模,會使用到各種建線、建面以及很多的編輯工具,工具之多,可以讓我們得心應手,達到一個結果可以有很多路徑和手段。但是,一旦使用工具越多,那些“不知為何發生”的問題就越多,這些問題讓形態總是無法按照自己的想法來,比如形態發生莫名其妙的變化,從實體復制出來的線條無法達到所需要求,布爾運算怎么也實現不了,數據導入導出發生了形態變異……
通常情況,這些問題的最佳解決方法,不是去試一個又一個的可能方案,而是先打開像 Rhino 里的 Details,在 Object Description 中去審查這些形態的屬性。
Object Description 窗口中信息并不復雜,比如曲線的屬性,最主要就是階次是多少,控制點是有理還是非有理的,節點是非均勻還是均勻的,其實就是來自于 NURBS 的基本概念,非均勻有理 B 樣條,非均勻涵蓋了均勻(即均勻是非均勻的一種特殊形態),有理涵蓋了非有理(即非有理是有理的一種特殊形態)。而在我們使用多種工具來塑造形態,或者經過導入導出的過程,如果不加注意,曲線或曲面就有可能在階次、均勻與否和有理與否上發生變化,就給編輯可能帶來一些不可描述的問題。比如有理曲線的控制點可以有不同的權重,拉動一個控制點和拉動鄰近的控制點對曲線帶來的形態變化就不一樣,而不像非有理曲線那樣每個控制點的權重一樣,而控制點怎么去影響曲線就和節點是否均勻有關了,有時碰到曲線變成了非均勻,可能帶來編輯結果的不可預知或者復雜性。
但是,對設計師還是專業的建模師,并不需要去了解背后真正的數學內容,需要培養的是理性的意識,盡管這種理性的意識也是來自于經驗的積累,但是它必須要觸及一些概念,具備“知其所以然”的意識。比如當一條曲線無法完成我們任務時,我們可能會用到“重建曲線”工具,但我們需要知道是去重建什么,而不是試一下看看是否有效果。
像 Alias 在幫助文檔中整理了“Alias Golden Rules”(Alias 黃金法則),通過對這些法則的認識和操練,就能培養其理性和數學的意識。
我們可以從一條曲線、一個模型的數學幾何結構——諸如控制點的排布——看出設計及其質量,這種結構及其質量也會在最終的產品上表現而出。
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上圖左來自這,圖右來自這。
傳統的樣條曲線的繪制以及放樣,無論是用于實際尺寸的模板制作,還是縮小的圖紙繪制,都是模擬的、類比的、平移式的,一條直線或一條曲線的繪制都是沿著尺子或者木條的邊緣畫出的,而到了計算機輔助設計的時代,比例不再成為圖紙繪制的約束,從小屏幕上的圖紙到最終物品的尺寸,從實際物品的尺寸回到小尺寸的圖紙,這種放大和縮小接近無損的。
在計算機上,一條直線可以描述成從一個起點指向終點的數學關系,而在現實生活中,這種抽象也在進行之中。對比一下手工業時代對“筆直”的制作,以及現在對“筆直”的生產,當我們將一條直線越做越直,直線度越來越高,精度越來越高,它就愈加抽象化,因為這個直線度已經不足以引起品味了。
我們身邊的所有東西的精度都在提高,不只是手邊的產品,比如手機,包括更大尺寸的,比如建筑,像 Apple Park 中很多細節就以產品設計的精度來設計和制作(這種追求在傳統的視角來看是反建筑學的),這種精度上的發展會一直不停的發展,我們無法預想今后會是怎樣。手工藝時代留下飽含溫情的觸覺,無法平移到現代科技生產的物品之中,現代科技制品有自己的觸覺。
而不變的是設計之中的理性,理性的很大一個內容就是數學,Colin Rowe 在《理想別墅的數學》一文開頭引用了 Christopher Wren 的話:“美有兩種起因:天然性和習慣性。自然美來自構成統一性的幾何,即均衡與比例。習慣美來自使用,因為熟悉會使人生發對事物原本沒有的愛。后者出錯的機會較大。真正的標準應該是自然或幾何美。”(城市筆記人的翻譯)但是如果去詳細地比較,會發現成為規則的理性也都會成為習慣,唯有不變的是對規則的追求,沒有一成不變的模數,也沒有一成不變的比例,黃金分割也只不過是一種習慣,即使承認 1×1×1 的立方體是美的,我們也無法無端地將一個物品就設計成這個比例。
如果說最基本的一條線一個形態都由數學來決定,那么由這些線這些形態組成產品必然包含著數學。