混沌理論與形態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐

董 軒

(浙江科技學(xué)院建筑工程學(xué)院,杭州310023)

混沌原意指混亂、沒(méi)有規(guī)律性的事物或現(xiàn)象,科學(xué)家將混沌定義為貌似隨機(jī)的事件背后卻存在著內(nèi)在的聯(lián)系,是蘊(yùn)含著有序運(yùn)動(dòng)的無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?；煦缈茖W(xué)就是研究混沌運(yùn)動(dòng)并致力于發(fā)現(xiàn)這些背后隱藏的模式和細(xì)微差別的一門(mén)新學(xué)科?；煦鐚W(xué)概念是1975年由中國(guó)學(xué)者李天巖和美國(guó)數(shù)學(xué)家約克在《美國(guó)數(shù)學(xué)月刊》上發(fā)表的題為《周期3蘊(yùn)含混沌》的著名論文中正式提出的[1]。

隨著對(duì)混沌理論的認(rèn)識(shí),混沌理論在藝術(shù)形態(tài)設(shè)計(jì)如建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)、圖形圖案設(shè)計(jì)、家具設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中的應(yīng)用也初露端倪?；煦鐚W(xué)研究的目的是對(duì)物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí),這對(duì)藝術(shù)學(xué)學(xué)科規(guī)律研究具有極大的促進(jìn)作用?；煦缋碚撛谒囆g(shù)形態(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)80年代,1980年曼德?tīng)柌贾Z特(Mandlbrot)用計(jì)算機(jī)繪出了第一張曼氏集的圖像,混沌圖像也因此成為極精致的藝術(shù)品,并一度風(fēng)靡世界。在國(guó)內(nèi),對(duì)混沌理論在設(shè)計(jì)中的研究更多集中于分形藝術(shù),研究領(lǐng)域多見(jiàn)于建筑學(xué)及平面圖案設(shè)計(jì)研究。相關(guān)方面的研究論文在建筑學(xué)方面如黃獻(xiàn)明的《復(fù)雜性科學(xué)與建筑的復(fù)雜性研究》[2]、冒亞龍的《一種理性的建筑設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)視角——應(yīng)用分形的建筑設(shè)計(jì)嘗試》[3],均從分形藝術(shù)角度論述了建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐的應(yīng)用;在圖形與圖案方面的代表論文如王小銘的《分形圖案的構(gòu)圖藝術(shù)及其計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)》[4],陳有卿的《分形藝術(shù)與服裝面料圖案設(shè)計(jì)》[5],李海林、柳炳祥等的《分形圖案及其在陶瓷中的應(yīng)用》,分別論述了分形藝術(shù)圖案的創(chuàng)作及其在服裝、陶瓷圖案設(shè)計(jì)上的應(yīng)用[6]。在國(guó)內(nèi),雖然涉及分形的論文和書(shū)籍不斷增加,但是混沌理論(包括分形)在形態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用方面仍然發(fā)展緩慢,混沌學(xué)相關(guān)理論有待于進(jìn)一步推廣和使用。目前關(guān)于形態(tài)設(shè)計(jì)思維方面的研究側(cè)重于從抽象形態(tài)構(gòu)成角度研究形態(tài)的變化,雖然也注重從自然界尋找設(shè)計(jì)思維靈感與造型規(guī)律,但缺少系統(tǒng)方法論指導(dǎo),缺乏將自然、科學(xué)與藝術(shù)形態(tài)相結(jié)合,并從中總結(jié)出自然、科學(xué)與藝術(shù)構(gòu)造的一般性規(guī)律,研究趨于零散且不夠深入。

在本文中,筆者將從混沌運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征方面闡述其在形態(tài)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用及其為形態(tài)設(shè)計(jì)提供的系統(tǒng)、科學(xué)的思維方法。

1 混沌理論在形態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)用的意義

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),自然界特定物種的構(gòu)造存在著和諧統(tǒng)一的自相似性質(zhì)。例如廣闊的山巒是由一座座形態(tài)相似的山脈連綿組成,構(gòu)成奇特而雄偉的景觀;天空中大小不同的云團(tuán)具有相似的本質(zhì)特征。同樣,在種類(lèi)繁多的植物品類(lèi)中也存在著這種自相似的特征,例如花生的外殼與花生仁、橘子的外形與橘瓣皆是呈現(xiàn)和諧飽滿的橢圓曲面體造型;森林中的同一種類(lèi)的樹(shù)木呈現(xiàn)的是大小不同的近似外觀,而一棵樹(shù)上的每一片葉子更是具有形態(tài)基本相同的性質(zhì)。從自然的混沌運(yùn)動(dòng)中人類(lèi)發(fā)現(xiàn),自然物象形式美的首要法則是和諧統(tǒng)一,即人的美感是由有序和無(wú)序的和諧引發(fā)的,自然界的一朵花、一叢草、一片荷葉、一棵樹(shù)、一片森林、逶迤山巒等,所有這些自然界生物客觀現(xiàn)象的形態(tài)構(gòu)造皆符合混沌理論自相似性質(zhì)的描述,所有這些物體的形狀都是凝成物理形式的動(dòng)力過(guò)程,是有序與無(wú)序的特定組合。因此混沌學(xué)的研究揭示出:復(fù)雜系統(tǒng)可能產(chǎn)生自簡(jiǎn)單而有序的行為。對(duì)一個(gè)致力于研究美的形態(tài)的人來(lái)說(shuō),他要知道美學(xué)一般必須以科學(xué)原理為根基,而只有熟悉這些原理,工作才能完全成功?？茖W(xué)是為一切形式的藝術(shù)詩(shī)歌服務(wù)的,而且看得正確的話,科學(xué)本身就富有詩(shī)意[7]39。混沌學(xué)恰恰就是揭示自然界詩(shī)意的一門(mén)科學(xué)。

無(wú)獨(dú)有偶,美國(guó)教育家約翰?杜威認(rèn)為,好的思維方式能使思維變得更有成效,他主張的這種好的思維方式叫作“反省思維”。反省思維不只是包含連續(xù)的觀念,而且包含著它的結(jié)果——一種連續(xù)的次第,前者決定后者,后者是前者的正當(dāng)結(jié)果,受前者的制約,或者說(shuō)后者參照前者。反省思維各連續(xù)的部分相因而生,相輔相成;它們之間來(lái)往有序而非混雜共存。從某一事物到另一事物的每一個(gè)步驟,用術(shù)語(yǔ)來(lái)表示,便是思想的一個(gè)‘詞',每一個(gè)詞都為下一個(gè)詞留下可資利用的成分。事件的連續(xù)流動(dòng)構(gòu)成為思想的一系列鏈條。任何反省思維都有一些確定的成分,它們聯(lián)結(jié)在一起,向著一個(gè)共同的目標(biāo)持續(xù)不斷地運(yùn)動(dòng)[8]12。約翰?杜威的這種反省的思維方式與混沌理論揭示的自然界看似復(fù)雜實(shí)則簡(jiǎn)單的組合理論本質(zhì)上如出一轍?；煦缋碚撘蚱浣沂玖俗匀换煦缧螒B(tài)的構(gòu)成規(guī)律而對(duì)來(lái)源于自然生活的形態(tài)設(shè)計(jì)思維具有普遍的指導(dǎo)意義。

作為世界上最負(fù)盛名的建筑大師,蓋里的建筑擅于從自然界尋找規(guī)律并應(yīng)用其設(shè)計(jì)。例如,蓋里以魚(yú)形為基本單元型進(jìn)行大小漸變構(gòu)成的家具,以魚(yú)骨一樣有序的排列組合設(shè)計(jì)的木質(zhì)房屋框架等,都體現(xiàn)了自然混沌形態(tài)的構(gòu)成規(guī)律。又如,1989年建成的舍納貝住宅,是蓋里將建筑作為變化的空間藝術(shù)形態(tài)探索的思想成熟的體現(xiàn)。它在混凝土上覆蓋銅和鍍鉛銅板,采用一系列方形近似體塊,變化大小、長(zhǎng)短,將方形體塊切割鏤空成錯(cuò)落、不對(duì)稱(chēng)的形式,長(zhǎng)方形的門(mén)窗穿插其中,使得室內(nèi)外空間穿插滲透。這座住宅表面上看雜亂無(wú)章,實(shí)際上存在著內(nèi)在的邏輯關(guān)系。蓋里的建筑體現(xiàn)了混沌理論在建筑空間藝術(shù)形態(tài)中的創(chuàng)造性運(yùn)用。

因此,將混沌理論研究成果運(yùn)用于形態(tài)設(shè)計(jì)之中,人們通過(guò)對(duì)自然混沌形態(tài)內(nèi)在構(gòu)型規(guī)律的探索,可以認(rèn)識(shí)自然形態(tài)的發(fā)展規(guī)律,進(jìn)而將自然形態(tài)內(nèi)在構(gòu)型規(guī)律應(yīng)用于抽象形態(tài)的構(gòu)成中,變化創(chuàng)造更多新的運(yùn)動(dòng)形態(tài),最終為形態(tài)設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)、科學(xué)的設(shè)計(jì)方法和思路。

2 混沌理論在形態(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

混沌理論在形態(tài)設(shè)計(jì)中的研究應(yīng)用思路以混沌學(xué)理論為研究依據(jù),通過(guò)對(duì)自然形態(tài)(植物形態(tài)、動(dòng)物形態(tài)、宇宙形態(tài)等)中的混沌運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究,將其構(gòu)型規(guī)律應(yīng)用于抽象形態(tài)構(gòu)成;將具有形式美法則的抽象形態(tài)規(guī)律應(yīng)用于人文形態(tài)設(shè)計(jì),進(jìn)而研究出系統(tǒng)、科學(xué)的形態(tài)設(shè)計(jì)思維的方法論體系。理論研究上以混沌理論內(nèi)涵為研究依據(jù),以自然形態(tài)構(gòu)型規(guī)律研究為出發(fā)點(diǎn),以從自然形態(tài)—混沌理論—抽象形態(tài)構(gòu)成—形態(tài)造型—形態(tài)設(shè)計(jì)體系為邏輯思路;實(shí)踐研究上以建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、展示設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)、服裝首飾設(shè)計(jì)等實(shí)踐操作為案例,探討形成系統(tǒng)科學(xué)的形態(tài)造型與設(shè)計(jì)思維方法論體系,最終實(shí)現(xiàn)形態(tài)設(shè)計(jì)思維方法的突破與設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

混沌學(xué)中的分形理論對(duì)形態(tài)復(fù)雜而又種類(lèi)各異的自然形態(tài)與人工形態(tài)的構(gòu)成,提出了由自相似模式產(chǎn)生的分形之美,使人們看到在極度復(fù)雜的現(xiàn)象背后存在著簡(jiǎn)潔有序的規(guī)則[9]。因此在用混沌學(xué)中的分形理論對(duì)建筑形態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析時(shí)就具有了簡(jiǎn)單易懂的指導(dǎo)理論?；蛘呖梢赃@樣理解,科學(xué)比語(yǔ)言優(yōu)越的地方就是它培養(yǎng)了判斷力[7]41,混沌學(xué)就是這樣一門(mén)學(xué)科。在建筑領(lǐng)域里,從城市建筑到建筑裝飾的若干層次中,都廣泛存在著分形現(xiàn)象,無(wú)論在傳統(tǒng)還是現(xiàn)代城市與建筑中都表現(xiàn)得尤為突出。如西班牙建筑師圣地亞哥?卡拉特拉瓦設(shè)計(jì)的作品通常簡(jiǎn)潔高雅、形似雕塑,材料主要用鋼鐵和混凝土,設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)之間相互層次復(fù)雜。2004年卡拉特拉瓦受聘設(shè)計(jì)的美國(guó)世貿(mào)中心的交通轉(zhuǎn)換中心,用鋼和玻璃打造的飛翼般的穹頂,造型很像翅膀?？ɡ乩叩脑O(shè)計(jì)靈感來(lái)自于一副繪有兒童放飛鳥(niǎo)類(lèi)的畫(huà)作,他認(rèn)為這意味著新的生命、新的飛翔和新的希望。曲線的構(gòu)成形式,結(jié)構(gòu)邏輯層次豐富,運(yùn)動(dòng)貫穿了整個(gè)結(jié)構(gòu)形態(tài)。其建筑整體造型簡(jiǎn)潔、有序而統(tǒng)一?？ɡ乩叩脑O(shè)計(jì)就是取自自然的造型形態(tài),將此造型形態(tài)進(jìn)行變化、有秩序的組合,混沌理論中的自相似性原理貫穿于整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中。

混沌理論揭示了自然混沌運(yùn)動(dòng)在深層次上的有序性、自相似性、普適性等基本特征,它可以告訴設(shè)計(jì)師大自然中的混沌事物都是人類(lèi)學(xué)習(xí)的榜樣。偉大的英國(guó)建筑設(shè)計(jì)師扎哈?哈迪德(2004年普利茲克建筑獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)?,其設(shè)計(jì)看似復(fù)雜,但卻是以源自生態(tài)自然的靈感,將取自于混沌自然的形態(tài)重新打散,在形態(tài)上加以新的變化,以自相似形態(tài)進(jìn)行再構(gòu)成,以新的方法詮釋塑造了全新的景觀。哈迪德設(shè)計(jì)的阿爾卑斯因斯布魯克北部山脈沿途索道的4個(gè)車(chē)站,在每個(gè)車(chē)站的入口處,由計(jì)算機(jī)生成的半透明頂棚設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出流動(dòng)性,看起來(lái)似乎漂浮在混凝土底座上,如同一片云彩、一堆積雪或是一塊冰雕。在她的家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)上也能看到這種自相似性質(zhì)的構(gòu)成形式,哈迪德設(shè)計(jì)了如波濤起伏般的沙發(fā)、桌子和椅子,她的Z-景觀系列靈感源于自然界中的冰川景觀和受侵蝕的山坡。用軟墊泡沫做成的白色和藍(lán)色的沙發(fā),分別被稱(chēng)為“冰川”和“冰漬”;而由雕木制作的一對(duì)白色椅子,則被叫作“鐘乳石”和“石筍”。

芬蘭建筑師沙里寧為緩解由于城市過(guò)分集中所產(chǎn)生的弊病,提出了有機(jī)疏散論。他用研究生物和人體的認(rèn)識(shí)來(lái)研究城市。以樹(shù)木生長(zhǎng)為例,大樹(shù)枝從樹(shù)干上生長(zhǎng)出來(lái)時(shí)本能地預(yù)留空間,以便較小的分枝和細(xì)枝將來(lái)能夠生長(zhǎng),他的結(jié)論是把無(wú)秩序的集中變?yōu)橛兄刃虻姆稚ⅰＩ忱飳幍姆椒ǚ匣煦缋碚摰钠者m性特征。沙里寧1946年設(shè)計(jì)出一件傳世之作——“子宮椅”,椅子整體造型、靠背、椅墊、腳凳是自相似性的完美組合,被稱(chēng)為真正的與自然和諧的有機(jī)設(shè)計(jì)。

自然界動(dòng)物、植物等物質(zhì)形態(tài)是自相似形的組合,它具有一定的秩序性,物質(zhì)形態(tài)的形與形之間具有內(nèi)在的邏輯關(guān)系。因此,透徹理解宇宙自然混沌的本質(zhì)特征(有序性、自相似性、普適性等),可以更有效地觀察自然,發(fā)現(xiàn)自然的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和美的運(yùn)動(dòng)形態(tài),對(duì)形態(tài)設(shè)計(jì)具有開(kāi)拓思維的積極意義。

3 結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)要走設(shè)計(jì)創(chuàng)新之路,要用“中國(guó)創(chuàng)造”替代“中國(guó)制造”。而要設(shè)計(jì)創(chuàng)新就需要科學(xué)系統(tǒng)的形態(tài)設(shè)計(jì)思維方法論指導(dǎo)?；煦缋碚撛谛螒B(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究,在目前中國(guó)產(chǎn)業(yè)亟須實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新中具有相當(dāng)?shù)募逼刃院捅匾??；煦缋碚撛诮ㄖO(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等學(xué)科中的應(yīng)用會(huì)極大地促進(jìn)這些行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展,真正使中國(guó)走上創(chuàng)新發(fā)展之路。

學(xué)習(xí)就是要學(xué)會(huì)思維,杜威認(rèn)為教育在理智方面的任務(wù)是形成清醒的、細(xì)心的、透徹的思維習(xí)慣[8]71?；煦鐚W(xué)作為設(shè)計(jì)的方法論,它是設(shè)計(jì)師觀察整個(gè)世界的一個(gè)基本觀點(diǎn),它對(duì)認(rèn)識(shí)世界思維起到解放的作用,因此也將對(duì)設(shè)計(jì)師和未來(lái)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性思維起到極大的促進(jìn)作用。

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