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形式语言：设计师与计算机无缝协同工作
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3D打印设计中最大的挑战是如何使人类设计师和计算机创造性地、无缝地协同工作。一个相关但是可能被忽略的问题是，为了更好地发挥3D打印机的生产能力，计算机需要知道如何更好地设计形状。
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人类用书面和口头语言从语法上分析、记录和思考现实，每种文化的语言都体现其价值和物理环境。熟练的演讲者会使用复杂的语法和丰富多彩的词汇。其他人说话时通常使用一串简单、松散的词汇，这些词语缺乏组织，语法上也不怎么通顺。
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设计软件不用语言，而是通过捕捉和追踪描述物体的数据分析和记录外部世界。这种以数字化形式描述物体的方式，专业术语称之为“几何描述”。
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未来的设计软件就如同孩子学习语言一样，在描述形状方面将会变得越来越流畅。孩子学习语言的成功表现为他说话流利，并对周围环境做出恰当的反应。同样，设计工具能否有效改进取决于我们能否创造出针对当前设计问题能够快速准确地改进几何表达方式的软件。
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一些人类语言有其他语言没有的表达情绪状态或特定情况的词汇，人类语言的复杂性和可供使用的词汇数量影响语言表达内容。同样，专业设计软件处理内部几何表示的方式决定了软件控制设计的好坏。
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当前，大多数设计软件只能使用简单的语言形式，运作起来类似传统的蓝图纸，语言简单、粗糙，登不了大雅之堂。例如，设计软件用两个词表达设计中材料的存在和不存在，即“有”和“没有”，毫无歧义。它没有办法描述物体的成长、变化或有条件的适应。如同一个讲外语的人或孩子学习他的第一个词一样，设计软件只是简单直白地表达设计形状或材料的细节。
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除非软件设计工具更有说服力，否则我们无法充分挖掘3D打印的潜力。计算机设计形状即有几种简单的方法也有非常复杂的方法。如果必须对设计范例从最简单到最流畅和适用性最强进行排名，排名如下。
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首先，最简单的几何表示是传统的纸质蓝图、表面网格模型或固体的几何形状。这些设计符号描述的是简单的固定形状，相当于语言中一些简单的描述性词语。
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其次，适用性较强的是那些能够处理参数设计的软件。这些软件使用户能够定义随参数调整的通用几何形状。例如，类似锤子的形状都可以用一个几何形状来描绘，只是几何形状中把手的长度和宽度不同而已。
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在这一点上，我们进入了未来的世界。以下几种设计语言具有高度实验性，大部分是在实验室和尖端设计实验中使用。在一种所谓的“编程式设计”的方法中，计算机把形状描述成一系列有特定顺序的步骤，有点儿像按照食谱而不是最终的外观描述蛋糕。
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再次，就是一个比较复杂的方法，被称为“生长式系统”。按字面意思，这种系统就是按照一套既定的规则从一颗种子“长成”形状。
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最后，最复杂流畅的未来设计形式是“即兴蓝图”。这些设计可以根据使用条件进行自身修改，就像一个雄辩家即兴在讲台上回应群众的情绪和问题。即兴计算机蓝图软件是动态的。
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后者是大自然的杰作。植物的DNA不直接决定植物的最终形状，它只是设定了一套规则用于环境出现特殊情况时控制植物生长。
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3D打印机问世之前，任何有关形状的复杂构想都只是幻想、理论数学和计算机图形学的素材。只有大自然才有能力把生成的蓝图变成复杂形状。随着3D打印技术的发展，这些新的设计概念将最终走出虚拟世界进入现实世界。
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食谱式设计
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用食谱表达未来设计软件的工作原理可能最恰当。蛋糕的食谱不会详细描述蛋糕的最终形状和成分，相反，食谱描述的是做蛋糕的一系列步骤，本质上是一个程序。
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一个简单的食谱也可以做成一个外形精美的蛋糕。将苹果片和葡萄干洒在千层饼上卷起来烘烤就可以做出苹果馅卷饼。食谱中的步骤顺序比口头描述苹果卷饼的形状、外观和材料成分要简单得多。然而，用食谱做出食物比食谱简单的建议要复杂很多。换句话说，整体要大于部分之和。
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苹果卷饼食谱相当于设计软件的“几何编程”或“功能表示”。几何编程需要新颖的思维方式、丰富的想象力和个性的设计师，生成的对象也比用传统设计工具设计出的对象复杂得多。
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几何编程软件可以很容易地描绘有些许差别的重复结构和半对称结构，但大部分雷同，也可以描绘由小的子结构组成的分层结构。
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鉴于此原因，在设计复杂的和由许多小部件组成的模型时，几何编程软件可以大大提高设计者的工作效率。例如，设计一套需要用手指点击上百万次才能完成的由极细网格组成的锁子甲，如果用传统的计算机辅助设计软件做，将是一项极其痛苦、耗费时间的工作。
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然而，如果你使用几何编程软件，这项任务将变得非常轻松。你只需要简单地写一个“食谱”：创建一个直径3毫米、厚度0.5毫米的环，然后水平交错复制1 000次，再垂直复制1 000次就可以生成一块布。按“回车”键，你的计算机辅助设计程序会按照“食谱”生产面料。
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如果布料的重量和密度需要逐渐变小，你可以简单地调整“食谱”。你可以告诉计算机，当复制每一行时，下一行的网格要比上一行小1%。在复制2 000行后，你还可以让每一个小网格连接处的尺寸慢慢增加0.5%。如果你愿意的话，你甚至可以改变塑料的混合程度。
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生长式设计
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