J的艺术，R的艺术——飞机座椅设计

      今天在微博上看到日本航空（JAL）的视频广告（Youtube 和腾讯视频），这个广告叫做《The Art of J》（J 的艺术），共分三篇，分别是《Precision》、《Privacy》和《CONNECTIONS》（精度、隐私和连接）。广告视频拍摄得很美，比如《Precision》中厨师凭着高超的技艺使每一个手工做出的寿司重量都是 27 克，打出的广告语是“Precision is in our culture.”（精度在我们的文化中），五次获得世界上最准时航班的殊荣，用手工难于控制的寿司重量与航班的精准形成对应的阅读关系。接着的《Privacy》是来讲座椅空间和乘坐环境的私密性好，没有什么东西能来打扰你，一位折纸艺术家在他的商务舱内作出了一件复杂又漂亮的折纸作品。通过 JAL 的网站可以看到这是他们商务舱的座位，这一套的座位设计以直线型为主，在转角等地方使用了很多三角元素，看上去整个空间都是平整和有效率，不受打扰。

      但是在看《Privacy》这个视频时，全程都在受打扰，而打扰来自于旋转桌，这个带圆角的旋转桌设计与整体舱位设计看上去有点格格不入，大圆角与小圆角的直线折角设计，更怪异的是这个桌子的四个圆角还是不一样的大小，绕着顺时针方向一级级增大。

      有意思的是，《Privacy》这支广告中的道具摆设却很细致，看上图这个具有颜色渐变的纸片的排列，右上和右下两处角落的纸片似乎在印证 1 和 2 两处的圆角大小不同，虽然左下违背了这一规律，但是可以看出上图的四个圆角依次在增大，按照 JAL 的网站对这个旋转桌子的示意，可以判断这几处的圆角设计并不是因为旋转这个功能需要来确定的，或许通过圆角的大小在示意旋转的方向，如果是这样就太过于隐晦了。

      比圆角大小更“干扰”人的是圆角处理，设计师使用了简单的圆角工具，圆弧与两头直线的过渡方式只是 G1 切线连续，看右上角的大圆角处尤其明显，两段直线，中间一段 1/4 的圆弧形成的圆角。

      如今人们经过 Apple 产品的美学特征熏陶，尤其是 2013 年 iOS 7 发布时，将界面的圆角四边形图片也改成了曲率连续的圆角四边形后，不只是设计师，大众对这些细节的处理也敏感和直接了，或许以前只是觉得不太顺畅，现在就会立刻发觉。在平面上讨论圆角的形态，各种连续的表现，[ i D 公 社 ] 在 2009 年就经过一次讨论。

      G0 还是 G1 连续指的是两条曲线形成连接的数学关系（直线是曲线的一种），曲线具有曲率（按定义说就是曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率），大小即曲率半径的倒数，所以通常我们说一条曲线越平缓，越接近直线也就是它越“不曲”，就是曲率越小，曲率越大曲线就越弯曲。连续就是调查连接处的曲率关系。

      如上图所示（图形来自与 Alias 帮助页面），有 G0、G1、G2 和 G3 四种连续，G3 以上的连续可以按 G3 的描述向上理解，但是除了特殊需求，通常很少用到 G3 以上的连续。上图绿色的如梳子一样的线，表示着此处曲率的大小（越长曲率越大），称作曲率梳状线，曲率梳状线的外轮廓形成曲线也是连续的。G0（位置连续）指的是两条曲线相连接，但是两条曲线仅仅是相连接，在连接点位置的切线方向不一致，所以梳状线在此处形成了一个角度。G1（切线连续）指的是两条曲线不仅仅是相连接，在连接点位置的切线方向一致，但是曲率半径的大小不相等，所以梳状线在此处虽然共线但各有长短。G2（曲率连续）指的是两条曲线不仅仅是相连接，在连接点位置的切线方向一致，而且曲率半径的大小也相等，所以梳状线在此处不仅共线而且长短相同。G3（曲率连续）指的是两条曲线不仅仅是相连接，在连接点位置的切线方向一致，而且曲率半径的大小也相等，进一步在此处的曲率变化率也是相同，所以梳状线在此处不仅共线而且长短相同，而且梳状线的外轮廓线在连接点位置是切线连续的。更高阶的连续形式就是依次往下推进。

      在直角上形成的圆角如上图所示，仅仅以 G1 和 G2 为例子，直线的曲率为 0，它的曲率变化率也为 0，所以在与直线相连时，G3 及更高的连续没有意义。G1 就是使用 1/4 的圆弧来形成两条直线的连接的，圆弧的曲率在曲线的每一处都是相等的，所以与直线相连，就形成了从 0 到某一个曲率的跳动，在视觉效果上就是曲线的不连续感，在曲率发生变动的一段。而 G2 保证了曲率从 0 逐渐增大的过程，所以在视觉效果上它是连续光滑的。而从直线到曲线不同的过渡形态，也会带来不同的结果。

      上图来自这，显示了同一连续条件下，即 G2 曲率连续情况下，不同的过渡形态，可以从梳妆线的形状来对比，即曲率变化的加速度的不同。左图为先缓和再急剧在缓和，右图为先急剧再缓和（接近匀速）在急剧，中间的为介于两者之间，左图容易在中间形成曲率的最大值，而右图中端更接近圆形。

      在用 G2 连续的曲线来制作圆角时，一般需参照上图右的梳状线形态，因为我们需要用一条曲率连续变化的曲线来模拟曲率恒定的圆，G0 连续的圆角即 1/4 圆弧虽然在头尾处的曲率突变给人带来不顺畅的视觉体验，但是它的圆度是确定的，我们用 G2 连续的曲线来制作，除了需照顾到头尾过度的顺畅，还要照顾到它的中间段与圆足够接近，也就是要求保证它的圆度，让它的曲率看上去尽可能相同，那么在圆角上，我们识别到“曲”的地方就是中间段，所以它的曲率变化梳状线应该如右图所示。

      上图来自这，圆弧形成的圆角好处就是它的数字是确定的，也就是可以描述，可以口头传递，所以在设计和制作过程中，形态的传递很方便，比如说“R=5 mm”的圆角，即使我们在此处用 G2 的曲线来模拟，我们也会说 R 等于多少，自由曲线 NURBS 曲线是计算机来描述的，无法口头描述。所以在日常的工作中，我们通常会先确定这个 R 值，然后再来绘制过渡曲线，而我们绘制的 G2 曲线需要一个过渡的区间，这个区间往往需要比圆弧形成的圆角过渡更大，以便在中部达到跟圆弧圆角一样的数值，即我们确定的 R，如上图所示，左图为 G0 的圆弧圆角过渡，中间为变化区间不变，但是中间的 R 值就发生了变化，而右图则把两头的连接点位置向各自方向后退，以便曲线的中段达到所需的 R 值。

      G1 和 G2 连续的不同数学特性不只是在正视的情况下能够识别出来，在透视的情况下也能分辨而出，透视是在视平面上的投射，所以是从 0 跳到一个数字，还是从 0 逐渐过渡到一个数字，投射之后这种特征是维持的。

      但是最终作用于我们的是视觉效果，而不是数学关系，我们可以辨别处不同的顺畅程度，但是无法测出它的数学结构，而且我们看到的所有东西都是模拟世界的实体，数学只是对关系的一种归纳。就好像我们用放大镜去看产品的每条边线，它们都是连续的，只有我们通过辨别和归纳后，才能猜出设计师是否采用了 G2 曲线连续，所以，我们对曲线连续的分辨和执行，除了在软件中使用各种数学工具检测外，更重要的是退到宏观一层，就像去看待一个已经制造完的产品去观察。

      也就是说，并不是 G2 连续是万能的，或者时刻都必要的。

      就好像《Privacy》这个视频中，我们最容易判断它是 G1 连续的就是来自与右上角的大圆弧，原因不在于它的 R 值大，而是与直线边形成的对比关系，比如上图所示的左图，就很难分辨出它是 G1 连续还是 G2 连续。

      另外从制作的矢量图到输出成上图的点阵图，有一个栅格化的过程，栅格化就像是工业生产中的一种加工，它也有加工精度，加工会影响到最终曲线连续的视觉特征。比如在设计图纸上圆角过渡是 G1 切线连续，但是到了机床、抛光、打磨等等生产制程，圆角过渡可能变得更自然顺畅，尤其是如上图左这样的小圆角，如果是大圆角，像 JAL 商务舱旋转桌的左上角一样，就很难通过后续的加工过程来自我修正，因为它太大了必须在设计时就作出决定；在矢量图到点阵图的栅格化过程中也会如此，所以时刻关注宏观化后的效果也是同样重要的。