解析、轉換、生成
——形狀語法的研究回溯與解讀

王江

范偉

趙伯倫

趙繼龍

一、引子：從普遍語法到形狀生成

1957 年，美國語言學家諾姆·喬姆斯基（Noam Chomsky）在其著作《句法結構》（Syntactic Structures）中提出了普遍語法（Universal Grammar）假說，他指出語言是具有創造性的，而語法則代表著語言的生成能力；普遍語法并非一種特定的語言范式，而是一系列用于界定人類語言的條件，它耦合了形成人類語言的物理機制及相應的心理機制。人類駕馭語言的關鍵方法不在于掌握了多少具體的句子，而在于是否掌握了有限的語言素材和語言結構規則。轉換是普遍語法的基本規則之一，而轉換生成語法（Transformational-Generative Grammar）也是普遍語法的基本組成部分[1]，它用于轉換句子的成分或順序，在保持語法結構正確的同時，以生成新的句子。因此，語言的生成能力源于轉換生成語法對有限規則的無限使用，也就是說轉換是實現生成的重要手段。

1972 年，喬治·斯蒂尼（George Stiny）和詹姆斯·吉普斯（James Gips）基于轉換生成語法，提出了一種關聯幾何形狀及其轉換規則的形狀生成方法，即形狀語法（Shape Grammar，也稱為形狀文法）[2]。他們使用一種定義形狀規則并將其迭代、推理的研究方法，對繪畫、雕塑等藝術作品進行了更為“理性”的解讀。由此得出了以下論斷，即藝術家或設計師在進行部分作品創作時，可側重于“規則”的研究，形狀規則一旦被確立，便能通過規則推理生成最終的作品。因此，形狀語法的解析與設計過程即通過制定相對簡單的規則來實現復雜多樣的設計結果的過程。在形狀語法提出后的50 年間，其基本原理和實現路徑不斷得到充實與拓展，并逐漸對計算性設計與分析領域產生了深遠影響。

二、源于自然語言的“形狀”和“語法”

1.設計語言：系統性的表述

在自然語言中，所謂的“文風”（Linguistic Features）是指語言的表述方式，一般要通過特定的語法對詞匯調用及句式組織的過程進行有效的約束。與之類似，設計語言也有其相應的“詞匯”（Vocabulary）和“語法”（Grammar），它們決定著圖形或造型的組合方式及空間關系?；诖?，與形狀語法有關的術語主要包括：①“設計語言”（Design Language），即設計作品的總體樣式或風格；②“語料”（Corpus），即詞匯，是指用于單一設計過程的一組數量有限但各不相同的形狀集合；③“語料庫”（Corpora），是指經科學取樣與加工的形狀語料集合，用于儲存那些在設計語言的實際使用過程中已經出現過的語料；④“空間關系”（Spatial Relation），即多個基本形狀在組合、排列、旋轉等操作下所形成的一種具有可識別性的狀態；⑤“語法”（Grammar），即形狀語法，以“初始形狀”（Initial Shape ）和“形狀規則”（Shape Rule）為基本內容，每一種形狀語法均代表著一種設計語言；⑥“初始形狀”，是指作為設計起點的形狀，它既可以是一個坐標點，也可以是一種源于現狀的復雜形狀或是一種最為簡單的基本形狀；⑦“形狀規則”，即實現空間關系變化的推理邏輯；⑧“標簽”（Label），用于標記形狀的位置、功能、尺寸等屬性，也決定并控制著形狀規則的具體推理過程，通常采用點、字母、數字、顏色等方式進行表達。

2.運算原理：推理性的呈現

一套完整的形狀語法通常由四部分構成：一組有限的形狀集合、一組有限的標簽集合、一組有限的形狀規則集合及一個初始形狀[3]。常用的形狀規則呈現方式是A →B，其中，字母“A”和“B”表示兩種不同的形狀，符號“→”表示“轉換”。從圖1-1 可知，每一條形狀規則通常在其前面使用數字表示規則的序號。例如，規則1 是將帶有標簽“.”的正方形嵌入另一個帶有標簽“.”的正方形中，規則2是刪除正方形中的標簽“.”。從圖1-2 可知，當確定了形狀語法的初始形狀和形狀規則后，其推理（Derivation）運算的過程為：對帶有標簽“.”的初始形狀實施兩遍規則1，再實施一遍規則2，此時箭頭上方的序號代表該過程應用的規則序號；當生成的形狀沒有標簽“.”時，意味著規則推理過程的終止。為了獲得符合預期的結果，不僅相同的形狀規則可以在設計中多次穿插調用，而且不同的形狀規則也可以同時作用于一個推理過程，經過不斷迭代而產生新的形狀，因此形狀的推理過程在絕大多數情況中是相對復雜的。為了簡化推理過程，斯蒂尼認為可以使用“標簽”對將要進行轉換的形狀做出標記，并為過程中所有出現的形狀賦予不同的屬性或含義，從而將更多的信息集成至最終的設計結果中（圖1-3）。

圖1： 形狀語法的運算原理

3.規則層級：邏輯性的劃分

在語言學中，樹形結構圖常被用于分析句子的基本結構（圖2-1），而形狀語法的規則層級也可以使用相似的邏輯進行劃分和表達，即利用樹形結構圖枚舉出由規則推理而生成的所有過程性形狀。在由樹形結構圖表達的規則層級中，所有的結點形狀與其所含信息均具有一定的相關性，不僅可以集成于一體，而且相互之間能夠通過編碼建立起用于索引及映射的關系。這意味著樹形結構圖中的所有結點形狀通過關聯每一個子結點與一個父結點，建立起邏輯性的總分關系（圖2-2）。在規則推理的過程中，上一層級的形狀規則信息傳遞至下一層級，可確保生成結果具有一定的相似性和繼承性；而不同層級的結點在一定范圍內也可以進行關聯，便于進一步探討由不同結點組合所形成的空間關系并對其生成結果進行持續優化。在部分研究中，為了簡化形狀語法的樹形結構關系，通常會聚焦于單一子結點，而將其余子結點及其分支隱藏，以一種單鏈條的形式呈現規則推理過程。此外，在分析某些復雜設計作品時，通常會按照生成步驟對其所有形狀規則進行階段劃分，每一階段可包含多個層級的形狀規則，以此強化規則推理過程的邏輯性和概括性。

圖2： 語言學和形狀語法的樹形結構示意圖

三、形狀語法的實施策略

1.“分毫析厘”的解析式形狀語法

1976 年，斯蒂尼提出了解析式形狀語法（Analytical Shape Grammar）的概念，這是形狀語法首次被明確界定為一種分析工具。之后，特里·奈特（Terry Knight）進一步指出形狀語法是分析經典設計語言的最好方法之一，她認為一套好的解析式形狀語法，既要做到形狀規則簡潔易懂，又要清晰地描述出形狀規則的推理過程，從復雜性和隨機性的設計現象中揭示出簡單性與規律性的生成邏輯[4]。博揚·泰帕夫切維奇（Bojan Tepavcevic）等進一步指出形狀語法能夠以直觀可讀的方式呈現出形狀迭代的過程，并將所有生成的形狀賦以可操作性[5]?；诖?，形狀語法在早期應用時主要是以圖示化推理的方式分析復雜形狀的生成過程，一方面，通過以幾何形狀為基本單位的規則研究，探索既有設計語言的生成邏輯；另一方面，用于分析相似而不同的設計作品時，判斷它們是否使用了相同或相近的設計語言。

當利用形狀語法分析設計作品時，首先，應選擇一個或一組設計樣本作為語料庫，從中抽象提取出一系列具有代表性的形狀結果；然后，通過分析由形狀詞匯構成的空間關系及變化規律，確定大致的形狀規則，進而根據以上認識定義一個初始形狀，并嘗試進行推理運算。通常而言，經過合理的分析過程而定義的初始形狀和形狀規則，均能通過推理驗證其生成結果從屬于既有語料庫，還能生成與既有形狀詞匯具有相同空間關系和功能屬性的其他結果。解析式形狀語法在實施時主要涉及網格（Grid）、細分（Subdivision）、加法（Addition）三種策略。①網格分析用于推理具有一定比例或模數的形狀生成過程，一般應先基于設計樣本的幾何構成、尺寸比例等關系，劃分出矩形或方形的網格，之后在網格中勾勒出形狀輪廓，劃分出大致的空間關系，進而不斷增加設計細節。

②細分分析用于推理具有固定邊界或外部輪廓的形狀生成過程，例如，將經抽象化的建筑外部輪廓設定為初始形狀，對其進行多次切割和進一步細分后獲得所有關于內部功能房間布局的可能性結果。③加法分析與細分分析相反，用于推理具有不規則的邊界或外部輪廓的形狀生成過程；在該策略的實施過程中，初始形狀應首先得到明確，它既可能是一個抽象的點，也可能是一處具體的空間；當初始形狀被識別后，即可調取相應的加法規則進行推理運算。

2.“探淵索珠”的生成式形狀語法

隨著計算機技術的發展，一些研究者基于不同的編程語言，實現了對形狀規則的自動推理，使其更多地作為一種生成設計方法實施。生成式形狀語法（Original Shape Grammar）在應用時類似于一種“探淵索珠”的過程。其主要步驟是：主觀選取一組空間關系和形狀詞匯，以此定義初始形狀與形狀規則；通過規則推理生成符合特定設計語言風格的設計結果。在探索由形狀詞匯構成的空間關系時，要么從分析既有設計方案的過程中提取，要么從零開始構建。對前者而言，需要在解析既有語料庫的基礎上，通過形狀規則的定義與推理，綜合使用網格、細分、加法三種策略，實現對原有設計作品的復現、拓展與更新，這意味著在解析某種設計語言時，既能以形狀語法為媒介進行直觀的“閱讀”，作為“分析之用”，也能通過定義替換、減法、組合等形狀規則實現“借題發揮”，獲得與既有語料庫“同根”的新結果；對后者而言，由于不涉及對既有設計方案進行分析，所以可通過自定義初始形狀并實施規則推理，獲得符合預期的生成結果?；诖?，與解析式形狀語法相比，生成式形狀語法屬于一種基于規則的專家系統（Rulebased Expert System），為“設計之用”提供了一種全新的可能性。

在計算機支持下，自動推理的運算效率得到了大幅度提高，能夠在較短時間內生成更多符合需求的結果。生成式形狀語法在實施時主要涉及過程性推理和自動化交互兩種策略。①過程性推理用于推理某種形狀語法的生成過程，該策略一般面向生成設計過程，通過計算機語言將形狀規則編碼為形狀語法解釋程序，用戶可輸入自定義的設計參數以實現特定形狀語法的自動化生成。②自動化交互用于大量且復雜的設計任務時，可提升語法解釋的效率，通常要結合AutoCAD、Rhino、Grasshopper等計算機輔助設計工具，從中置入特定的形狀語法插件，使之能大批量、自動化生成更多靈活性高的結果，還能與BIM、圖形用戶界面（GUI）等平臺進行實時交互，實現對設計全過程的集成與管理。

四、利用規則推理解決復雜設計問題的實現路徑

形狀語法被提出后，在藝術、工業、建筑等設計領域中得到了廣泛應用。20 世紀70 年代初至20 世紀80 年代末是形狀語法研究的起步階段，主要針對繪畫裝飾和經典建筑進行風格解析。20 世紀90 年代，一些研究者結合計算機技術相繼提出了利用形狀語法解決特定設計問題的系統框架，相關成果主要集中于工業設計領域。2001 年，何塞·M·平托·杜阿爾特（José M.Pinto Duarte）在研究阿爾瓦羅·西扎（Alvaro Siza）的馬拉蓋拉（Malagueira）社會住宅過程中提出了基于形狀語法的大規模定制住宅設計系統，這被視為形狀語法朝向數字化發展的轉折點。之后，形狀語法主要作為一種計算機輔助設計工具用于解決量大、復雜的設計問題。

1.繪畫裝飾藝術：幾何美學的解讀與重構

雖然形狀語法源于藝術，但相較于其他領域，與藝術的關聯研究并不豐富，僅局限于分析由簡單線條或幾何形狀構成的裝飾繪畫作品。最早的形狀語法應用案例始于1977 年，斯蒂尼在研究中國冰裂紋窗花時，定義了一種對幾何平面形狀進行細分的形狀規則，即以凸多邊形作為初始形狀，在其左右兩邊之間設置一條連接線，將原有形狀劃分為兩個新凸多邊形。這一規則適用于利用任意三角形、凸四邊形或凸五邊形生成具有冰裂紋形狀特征的圖案設計（圖3-1）[6]。1980 年，奈特分析了赫波懷特式（Hepplewhite）盾形椅背，并在此基礎上提出了一種由直線轉變為曲線的形狀規則（圖3-2）[4]。1986 年，瓊·基爾希（Joan L. Kirsch）分析了美國畫家理查德·迪本科恩（Richard Diebenkorn）的抽象油畫作品，他以矩形為初始形狀對其進行不斷細分，將所劃分的區域定義了不同的標簽，并且分別設定了與標簽相對應的形狀規則（圖3-3）[7]。同年，奈特通過將“I”形線條轉換為“S”形線條的方式，重構了傳統希臘式裝飾紋理（Greek Meander）（圖3-4）[8]。1989 年，奈 特研究了風格派藝術家喬治·萬通格魯（Georges Vantongerloo）的繪畫作品，利用形狀語法將不同時期的作品關聯在一起，摸清了其20 年間畫風的轉變（圖3-5）[9]。1995 年，約翰·羅洛（John Rollo）針對弗蘭克·勞埃德·賴特（Frank Lloyd Wright）建筑作品中窗戶的形式展開分析，推理出具有規律性的設計風格（圖3-6）[10]。以上研究說明形狀語法在藝術設計領域中多用于對二維幾何形狀進行美學重構，很少涉及形狀的功能屬性。

圖3： 繪畫裝飾藝術領域應用案例的形狀規則和設計分析

2.工業產品設計：用戶需求的響應與匹配

藝術設計領域中關于形狀與功能聯系不足的問題在工業設計領域中得到了回應。喬納森·卡根（Jonathan Cagan）指出，形狀語法既可以利用已有的構配件對產品進行重構，也可以創造出具有不同風格的新產品[11]。因此，形狀語法在工業設計領域中更多的是服務于功能而非形式。1994年，肯尼思·布朗（Kenneth Brown）通過形狀語法開發了一種“車床語法”，在車床上實現了生產各種具有特定功能屬性和形狀特征的構配件（圖4-1）[12]。1998 年，馬尼什·阿加瓦爾（Manish Agarwal）基于咖啡機的工作原理和結構形式開發了一種“咖啡機語法”，在功能和形式兩個層面提出了包括過濾器、儲水槽和基座三個子規則系統（圖4-2）[13]。2010 年，盧兆麟總結了運用形狀語法進行產品造型設計的具體步驟，并以別克汽車前臉造型設計為例進行了說明（圖4-3）[14]。2011 年，杜阿爾特以索乃特椅子（Thonet Chair）為例，提出了一種基于形狀語法的大規模定制家具系統，支持用戶創建滿足其需求的座椅樣式（圖4-4）[15]。綜上可知，形狀語法作為一種能夠對空間關系進行精確建模、推理生成和遍歷搜索的工具，能夠較好地解決大量性工業產品生產中經常存在的設計效率低下等問題，不僅可以協助設計師獲取若干備用方案，而且能夠輔助用戶獲得滿足其需求的最佳配置結果。

圖4： 工業產品設計領域應用案例的形狀規則和設計分析

3.系列建筑設計：空間關系的復現與創造

形狀語法在建筑設計領域的應用研究主要涉及建筑風格的“經典解析”和“全新設計”兩方面。在具體應用中，首先要將建筑的平面布局、空間形態、結構構造等抽象為二維或三維的幾何形狀，再將研究對象中出現的比例、尺度、功能等關系提煉為形狀規則，進而將建筑風格轉換為一種便于清晰描述的設計語言。1978 年，斯蒂尼和威廉·米切爾（William J. Mitchell）針對帕拉第奧系列別墅之一的馬孔坦塔別墅（Villa Malcontenta）進行解析研究，是形狀語法在建筑設計領域的開山之作，他們提出了72 條規則并按照8 個階段進行推理：①劃分網格；②確定外墻；③確定房間布局；④調整內墻；⑤調整門廊和外墻；⑥確定裝飾柱位置；⑦確定門窗位置；⑧推理終止[16]（圖5-1）。1981 年，奈特、弗朗西斯·唐寧（Frances Downing）、馬爾里?！じトR明（Ulrich Flemming）分別對日本傳統茶室[17]（圖5-2）、美國布法羅（Buffalo）住宅[18]（圖5-3）、意大利朱利亞尼·弗里杰里奧（Casa Giuliani Frigerio）公寓[19]（圖5-4）進行了設計解析，它們不同于帕拉第奧式別墅中針對矩形建筑輪廓的細分分析，而是利用加法分析，推理生成了具有一定隨機性的建筑輪廓。1994年，塔姆辛·赫伯特（Tamsin Herbert）在研究非洲傳統恩德貝勒（Ndebele）住宅時制定了一套模擬大規模增量住宅設計的形狀規則，將研究對象由建筑單體擴展至建筑群體，為后續的非正規住區、城市設計等研究方向奠定了基礎[20]。1996 年，邱上嘉（Shang-Chia Chiou）基于臺灣建筑風水理論和傳統合院的空間組織關系，研究了正房、庭院、廂房、倒座的生成過程，該研究是形狀語法引入中國后的早期成果之一（圖5-5）[21]。2001 年，李以康（Andrew I-kang Li）對《營造法式》中所描述的中國宋代傳統建筑語言進行分析，分別制定了開間、進深、柱子等平面布局規則及梁、柱、舉折等剖面變化規則，進而將規則推理結果與現存其他朝代的傳統建筑做法進行了比較，探索了中國傳統建筑的演化過程（圖5-6）[22]。

圖5： 建筑設計領域應用案例的形狀規則和設計分析

五、形狀語法的案例解讀與設計應用

形狀語法在建筑設計領域的應用研究中，已經形成了系列化的“經典解析”類案例成果，例如關于弗蘭克·勞埃德·賴特草原系列住宅的“形式解構、風格復盤”研究；而“全新設計”類的應用成果尚不豐富，一些研究者針對不同的設計問題“從零開始”嘗試著開展自動化設計生成實驗，例如關于山東建筑大學的鄉村批量住宅設計研究。

1.草原系列住宅的案例解讀

形狀語法在被當作一種設計分析工具使用時，可通過針對形狀的抽象化和規則化分析，解讀特定建筑風格的生成邏輯。由于形狀語法更擅于描述建筑的“生形”原理，而不能完全復現建筑作品的所有細節，所以通過分析、解讀所建立的某種建筑風格的形狀語法可能無法完全符合歷史現實，甚至與建筑師的初始構思和設計過程鮮有聯系?；诖?，奈特認為形狀語法能夠為研究者提供一種審視經典建筑作品的新視角，幫助他們著重關注作品中潛在的構思邏輯與創造性策略[23]。

賴特在1900 年前后設計的草原系列住宅，因為“和而不同”被普遍認為是“難以破譯”的。雖然不乏相關的研究成果，但是它們更多地從空間組織方式上聚焦于草原住宅的有機性與藝術性，未能有效地破譯賴特的設計語言。直到1981 年，漢克·康寧（Hank Koning）和朱莉·伊森博格（Julie Eizenberg）選取了11 棟草原系列住宅作為語料庫（圖6-1），按照解析式形狀語法的研究邏輯并利用樹形結構圖分析了語料的空間關系及變化規律，確定了以壁爐位置的坐標點作為初始形狀、由99條形狀規則構成、按照22 個“加法”推理階段實施的形狀語法[24]。從規則實施的階段性而言，前5 個階段主要用于推理住宅體塊組合關系，涉及18 條規則；后17個階段主要用于推理住宅細節，涉及81條規則。

以羅比住宅（Robie House）（圖6-2）為例，圖6-3 以樹形結構圖列舉了草原系列住宅的體塊生成過程，在階段⑤所生成的89 種階段性結果中，羅比住宅的體塊方案與初始形狀及形狀規則（圖6-4）的關聯性是明晰的。以下具體分析了前5 個階段的規則推理過程：首先通過規則1 定位壁爐位置，這里使用了標簽“△”表示壁爐所面對的方向，因其僅出現了一次，說明羅比住宅采用的是單向壁爐；在階段②～③中，主要通過規則7 使以壁爐為中心的體塊逐漸明確，這里使用了標簽“▲”和“ ”表示其所在一側增加體塊的優先級，在同樣條件下，前者要高于后者；在階段④～⑤中，主要完善了住宅主體空間并為所有體塊分配房間功能。這里需要補充說明的是，所有形狀規則中的字母也均作為標簽使用，而且形狀中的不同灰度代表著不同的功能分區。

圖6： 草原系列住宅的形狀規則與案例解讀

在后17 個階段中，隨著規則推理的持續進行，建筑形體的復雜性也隨之增加。例如，規則19、規則24 分別用于階段⑥增加輔助空間、階段⑦增加門廊；規則35～38 綜合用于階段⑨增加地下室；規則42～46、規則49～50、規則61～62、規則63 和規則65 分別用于階段⑩增加露臺、階段?完善一層外部空間細節、階段?增加二層臥室、階段?擴大二層臥室、階段?增加臥室細節；而其余規則則分別用于階段⑧細化一層內部空間、階段?生成雨棚、階段?刪除一層標簽、階段?增加起居室層高、階段?刪除臥室標簽、階段?增加屋面脊線、階段?增加陽臺、階段?刪除剩余標簽、階段?增加屋面細節，具體內容不再贅述。

由于在前期定義語法時，簡化了住宅的部分細節，因此通過規則推理僅能生成住宅的各層體塊及整體組合關系。為了驗證以上生成結果與實際功能空間的對應關系，圖6-5 通過圖示推理與添加細節，以軸測圖方式對羅比住宅的設計生成過程進行了復現。該過程不僅驗證了草原系列住宅形狀語法的合理性與可行性，說明通過初始形狀和形狀規則推理能夠比較準確地描述羅比住宅的設計生成過程，而且也證明了形狀語法是一種能夠有效描述建筑設計語言的應用工具。

2.鄉村批量住宅的設計應用

由于形狀語法的規則推理邏輯可以通過圖示化表達，這為設計師帶來了三方面的益處：一是利用它的“可讀性”，在一些復雜設計任務中更好地控制和表達形狀規則的推理過程；二是利用它的“過程性”，在分析或定義規則進而生成新設計的過程中，可直觀地對某些設計推理步驟進行檢查、修改或移除；三是利用它的“可變性”，通過調整形狀規則以控制設計推理過程，生成具有差異性的設計結果，響應多元化的設計需求。我國鄉村住宅是一種體小、量大的建筑類型，隨著國家鄉村振興戰略的推行，其高質量建設被視為5 億鄉村人口的福祉。與自發自建農宅營造的鮮活語境不同的是，在一些統規統建的鄉村批量住宅項目中，設計“失語”和同質化成為一種普遍性現象。為了應對以上問題，山東建筑大學JY502 工作室以形狀語法作為方法論，近年來開展了針對鄉村批量住宅定制設計的方法研究[25]，形成了包括項目、論文、專利等在內的一系列成果。以下內容簡述了鄉村批量住宅的設計應用邏輯。

遵循解析式形狀語法和生成式形狀語法的實施過程，首先，選取北方傳統農宅作為語料庫進行解析，挖掘形態布局的空間關系和形狀詞匯；其次，參照圖5-5 中所示的臺灣傳統住宅 “加法”解析策略，定義了前5 個階段共32 條形狀語法規則，主要用于生成與當地農宅風格具有相近性的初步方案；之后，為了生成更多式樣的方案，根據住宅平面的房間功能進行劃分，結合村民的實際需求，又定義了關于第6階段的60 條規則，主要涉及“替換”規則，使每一方案均能具備個性化特征；最后，制定了3 個階段的若干條“組合”規則，用于探討聚居組團的生成邏輯。圖7-1以樹形結構圖列舉了鄉村住宅由微觀“房間”到中觀“組團”的生成設計過程，每一結點均由住宅的二維平面和三維形體共同組成。通過樹形圖建立起的具有階段性特征的“父生子”圖示化推理邏輯，能夠幫助設計師明確每一階段的操作目的和生成結果，直觀地感受到父結點圖形和子結點圖形在規則作用后所產生的差異性，幫助設計師在解決實際問題的過程中建立設計推理的邏輯性。

為了簡化規則的表達，圖7-2 列舉了初始形狀和13 條形狀規則用于描述設計推理的前6 個階段：階段①是結合模塊化理念，將視為模塊單元的房間定義為初始形狀；階段②是通過對初始形狀應用規則1 以增加正房的開間數量，通過規則的實施次數可確定開間的數量；階段③是通過應用規則2 或規則3 以確定二層屋面類型，前者可生成二層高的坡屋面形式，后者可生成二層露臺的形式；階段④是通過應用規則4～7 以適應宅基地的有限范圍；階段⑤確定了輔房和院落布局，例如規則8將代表輔房的二維矩形替換為三維輔房形態，規則9 將表示庭院的二維矩形在其一側增加院墻；階段⑥結合村民個性需求，定義了正房平面布局的調整規則，例如，規則10 是對正房二層南側的一個開間進行“減法”處理，形成陽臺的樣式，規則11 在正房南側增加了凸陽臺，規則12 將正房南側界面調整為陽光房，規則13 是在正房一層南側增加陽光房。為了驗證以上形狀規則對住宅設計的作用結果，圖7-3 將前6 個階段的某一設計生成結果進行“復原”，用以驗證形狀語法從解析到生成過程的合理性。

圖7： 鄉村批量住宅的設計應用

六、結論

早期的形狀語法研究強調在保證可視化的前提下對簡單形狀以手動方式進行規則推理，是一種側重“形式化”分析的工具，尤其適用于形式驅動的分析與設計過程。因為形狀語法的推理過程更易于被藝術家或設計師所理解，所以其應用范圍涉及很多領域。近年來，隨著與計算機科學與技術等學科的交叉融合，形狀語法在自身理論不斷發展與完善的基礎上，也在不斷拓展其應用路徑。其一，形狀語法用于解決復雜設計問題時，結合設計語義的能力和效率得到大幅提升，不僅能實施復雜多樣的形狀規則，而且能將用戶需求轉譯，與形狀規則進行匹配；其研究實施對象逐漸由簡入繁，特別是在1980 年代部分歐美建筑院校，例如卡內基梅隆大學、麻省理工學院、加州大學洛杉磯分校、里斯本大學等，陸續在本科或研究生階段開設形狀語法課程，越來越多的成果涉及更為復雜的教育建筑、建筑遺產、大規模住宅、非正規住區及城市設計研究。其二，描述語法（Descriptive Grammar）、并行語法（Parallel Grammar）、排序語法（Sortal Grammar）、集合語法（Set Grammar）、圖形語法（Graph Grammar）等形狀語法的研究分支相繼產生，它們對科學解析設計作品和理性推理生成設計意義深遠[26]，例如，圖形語法的對偶圖原理已廣泛用于建筑設計作品分析[27]；形狀語法與其他數字模型的集成研究也成為研究熱點，例如耦合元胞自動機（Cellular Automata）、遺 傳 算 法（Genetic Algorithms）、L 系統（L-systems）、多智能體（Multi-Agent）等建立生成設計系統，通過開發基于多個子系統的復合模型來實現更為靈活的設計探索，進而解決更為復雜的設計需求；維沙爾·辛格（Vishal Singh）等還構建了集成形狀語法和多種生成模型的設計框架，能夠在不同的設計階段采用多種生成設計方法以輔助設計決策[28]。其三，更多的研究者致力開發基于形狀語法的計算機應用程序，主要包括形狀語法解釋器和計算機輔助設計程序，前者通常內置一種特定的形狀語法，通過用戶操控語法解釋器演示形狀自動推理與生成設計的過程，例如托馬斯·格拉斯（Thomas Grasl）等開發的GRAPE程序[29]以及魯迪·斯托夫斯（Rudi Stouffs）開發的SortalGI 程序[30]；后者面向實際的設計應用，包括大規模定制住宅設計系統[31][32]和三維城市建模，例如帕斯卡爾·穆勒（Pascal Müller）基于形狀語法開發的三維城市建模程序CityEngine，用于城市設計尺度的大規?？焖俳33]。

然而，形狀語法在應用時也存在一定的局限性：其一，形狀語法的計算性、邏輯性較強，這在一定程度上會“抑制”設計師的跳躍性思維，所以形狀語法在普適性應用方面仍存在爭議；其二，基于形狀語法的設計推理過程時刻伴隨著經驗主義和慣性思維，使用者在很多情況下無法遍歷所有的設計問題，而且難以簡化形狀規則的推理過程；其三，形狀語法的運算邏輯在工作流程上與通用計算機輔助設計工具仍存在不易兼容、集成的問題，若要朝向更加數字化、智能化的方向發展，仍然任重道遠。