形態(tài)仿生設(shè)計方法在產(chǎn)品造型設(shè)計中的應(yīng)用*

金 薇 王衛(wèi)星

一、形態(tài)仿生設(shè)計概述

自然界中許多生物經(jīng)過長期的進化而優(yōu)化出了完美的自然生命形態(tài)，這些生命形態(tài)作為模仿對象幫助人類解決了在科學(xué)技術(shù)的研究中遇到了相應(yīng)的難題，并不斷創(chuàng)造出了新的設(shè)計理念和方法。例如:基于鳥類翅膀剖面設(shè)計的飛機翼型，基于蜂巢和龜背形狀及功能設(shè)計的仿生洗衣機等。［1-3］形態(tài)仿生將自然界的原始形態(tài)作為創(chuàng)意出發(fā)點，開展創(chuàng)造性的設(shè)計活動。形態(tài)仿生豐富了形態(tài)設(shè)計理論，為人們提供了自然元素的構(gòu)造理念，使人類的創(chuàng)造更加趨于自然。

形態(tài)仿生設(shè)計有很多優(yōu)勢，其最大的特點就是將自然界的自然形態(tài)元素應(yīng)用到人造產(chǎn)品中，使其具有自然形態(tài)屬性，雖然這種仿生不可能做到完完全全的復(fù)制，但是能夠吸收自然界形態(tài)優(yōu)勢，改善了產(chǎn)品與人的關(guān)系，縮短了人與機器的距離，成功的產(chǎn)品應(yīng)該能夠讓人感到親近，是機器與人、機器與自然相互融合的結(jié)晶。［4］

(1)形態(tài)仿生設(shè)計賦予產(chǎn)品形態(tài)以生命的象征

形態(tài)仿生理念與人樂于親近自然的本性是相契合的，從工業(yè)化發(fā)展至今，人類在產(chǎn)品設(shè)計方面走過了很長的路，也經(jīng)歷了多個階段，產(chǎn)品設(shè)計的觀點、觀念也在不斷變化，人們在追求更高的性能、更完善的功能的基礎(chǔ)上，開始重視產(chǎn)品的形態(tài)，加之城市化進程使人與自然的距離越來越遠，人們無法改變城市發(fā)展和現(xiàn)代社會發(fā)展的趨勢，于是便不斷尋求與自然契合的機會，形態(tài)仿生與人們的這種訴求相吻合，因此得到了消費者的青睞，成為產(chǎn)品設(shè)計的主流思想之一。［5］可見，形態(tài)仿生理念是人類向往自然的精神需求在設(shè)計領(lǐng)域的體現(xiàn)。

(2)形態(tài)仿生設(shè)計具有宜人性

隨著人類對機器功能和性能的要求，機器與自然、機器與人的對立性就會越來越強，這種對立必然導(dǎo)致人類對機器產(chǎn)生排斥心理，而要消除對機器的這種排斥，就需要從自然形態(tài)入手，將自然形態(tài)與機器形態(tài)相結(jié)合，仿生形態(tài)不僅是為了通過仿生獲得更好的性能表現(xiàn)，如今的產(chǎn)品設(shè)計，越來越注重仿生形態(tài)所帶來的心理效應(yīng)，好的仿生形態(tài)產(chǎn)品更容易讓消費者接受。［6］北歐芬蘭著名設(shè)計師——艾洛·阿尼奧阿尼奧說過“誰說椅子一定要像椅子?！惫凰O(shè)計的“任你擺布的小雞椅” (圖1)不像椅子，黑色的椅面和黃色的腳架，超大小雞一網(wǎng)打盡大人和小孩的心。阿尼奧在攝影棚拍攝他的寶貝雞時，索性在小雞脖子上套根繩子，搞笑演出自己親手拉扯小雞的鏡頭。

圖1

(3)形態(tài)仿生設(shè)計能夠提升產(chǎn)品的魅力

具有魅力的產(chǎn)品無一不帶有創(chuàng)新的屬性，形態(tài)設(shè)計對創(chuàng)新的重視程度更高，而創(chuàng)新的靈感并不是憑空產(chǎn)生的，靈感的產(chǎn)生依賴于設(shè)計師的所感所知，從現(xiàn)代產(chǎn)品中能夠獲得的靈感很少，而自然界則是靈感的來源，且是一個無窮無盡的靈感源泉，通過觀察自然界的生物和自然景觀，思考這些自然景觀和動植物的生長方式、自然形態(tài)特征，然后將能夠應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計的形態(tài)特征應(yīng)用于實踐，不僅擴展了設(shè)計師的設(shè)計思維，同時也使得產(chǎn)品擁有了自然屬性，極大的豐富了現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計方式，使得應(yīng)用仿生理念設(shè)計的產(chǎn)品魅力無限大，有時遠遠超出我們的想象，十多年前的法國設(shè)計師菲利普斯達克 (Philippe Stak)設(shè)計的檸檬榨汁機JuicySalif 便是一個很好的例子(圖2)。這款榨汁機的產(chǎn)品形態(tài)宛如一只小昆蟲，雖然無法將其形態(tài)與某一種昆蟲的形態(tài)完全對應(yīng)，但是卻不影響消費者從其聯(lián)想到昆蟲的自然思維，產(chǎn)品給人留下的印象自然深刻，產(chǎn)品一經(jīng)上市便得到了廣大消費者的親睞，雖然其功能簡單，但卻不影響人們從產(chǎn)品本身的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)美，從這一案例中不難發(fā)現(xiàn)仿生形態(tài)設(shè)計的魅力所在。

圖2

二、形態(tài)仿生設(shè)計的應(yīng)用形式

產(chǎn)品的形態(tài)仿生取材是很廣泛的，按照自然形態(tài)所屬種類可以分為動物類、植物類、昆蟲類、人物類等幾大種類，通過模仿這些自然形態(tài)的特征作為產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計的造型元素來進行設(shè)計。在產(chǎn)品設(shè)計之初，就應(yīng)該將這些仿生形態(tài)元素考慮進來，探討每一種仿生形態(tài)與所要設(shè)計的產(chǎn)品的契合度，通過不斷的搭配組合，探討最佳的搭配模式，完成早期的產(chǎn)品仿生創(chuàng)造構(gòu)想，后期的產(chǎn)品設(shè)計過程則是圍繞初期確立的仿生創(chuàng)造構(gòu)想，不斷完善產(chǎn)品的形態(tài)和功能。［7］［8］

三、構(gòu)建形態(tài)仿生設(shè)計方法的體系與流程

產(chǎn)品設(shè)計的一般程序為確定設(shè)計問題、收集資料和信息、列出可能的方案、檢驗可能的方案、分析與解決方案、施行方案這六大步驟。仿生形態(tài)設(shè)計則是在上述六大步驟的基礎(chǔ)上添加了仿生造型設(shè)計的一些理念，同時需要考慮到產(chǎn)品使用群體的生理和心理特征，把生物特征的認識、描繪、簡化等各個要素納入一個統(tǒng)一框架。依次為:確定仿生目標(biāo)、生物形態(tài)特征的認知、生物形態(tài)特征的簡化、生物形態(tài)特征的產(chǎn)品設(shè)計轉(zhuǎn)化、設(shè)計方案的有效性評價(圖3)。

圖3

(1)確定仿生目標(biāo)

首先針對所需要設(shè)計產(chǎn)品的功能、使用途徑以及使用人群等對產(chǎn)品有一個初步的認識，將這些因素作為選取仿生對象的參照。然后結(jié)合產(chǎn)品使用人群的生理和心理特征，收集其喜歡的生物，并將各種生物的特征與產(chǎn)品的特征進行分析、比較從中找出共同的屬性，在此基礎(chǔ)上對生物進行類比、聯(lián)想、推理找出合適的仿生目標(biāo)。

(2)生物形態(tài)特征的認知

生物形態(tài)特征的認知不僅通過感覺、知覺、認知、記憶、搜索、對比、形成、再認等一系列思維能力和主觀心理感受，從設(shè)計的角度來認識和把握生物形態(tài)特征;還要多角度地從認識過程的客觀性與主觀性等方面，以設(shè)計創(chuàng)新為目的，進行觀察與識別。［9］

生物形態(tài)特征的認知主要關(guān)注生物視覺化的外部形態(tài):當(dāng)我們聽到或看到我們熟悉的生物時就會聯(lián)想到相關(guān)的視覺形態(tài)，進行識別和記憶。因此，生物形態(tài)特征的認知方法首先需要通過仔細觀察、分析和積累來認知生物形態(tài)，把握生物的共性規(guī)律和個性特征，然后再根據(jù)產(chǎn)品概念進行有目的性的形態(tài)仿生產(chǎn)品設(shè)計。生物形態(tài)特征的常態(tài)性是經(jīng)常性的表現(xiàn)或常被感知的狀態(tài)，例如瓜果蔬菜、花鳥魚蟲等。但從創(chuàng)新的角度看，常態(tài)性的認知具有一定的局限性，所以形態(tài)仿生設(shè)計的生物認知除了關(guān)注生物形態(tài)特征的常態(tài)性外還需關(guān)注非常態(tài)性的生物形態(tài)與概念，例如小小的毛毛蟲從卵到蝶的成長過程。

(3)生物形態(tài)特征的簡化

生物形態(tài)特征的簡化是一個提煉概括的過程，先理順生物的整體形態(tài)和局部形態(tài)之間的關(guān)系，然后進行主要特征的提取與簡化處理。運用規(guī)則化、條理與秩序、幾何化、刪減與補足、變形與夸張、組合與分離、等簡化的手法，對生物形態(tài)的提取做進一步的簡化處理，形成具有簡化性的樣式來獲取與產(chǎn)品造型相關(guān)的形態(tài)主要特征，對產(chǎn)品進行多次修改，使得產(chǎn)品的形態(tài)更加符合其設(shè)計要求，將最后修正的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中，實現(xiàn)生物形態(tài)與產(chǎn)品的結(jié)合。例如格雷格·林恩設(shè)計設(shè)計的蘭花咖啡·茶壺(圖4)，格雷格·林恩設(shè)計之初，很明顯將這產(chǎn)品分為三種容器，大的咖啡和茶壺、熱水壺，小的容器如奶罐、糖罐和檸檬汁瓶，采用組合與分離、變形與夸張的簡化手法進行設(shè)計，但每個獨立的容器邊緣又可和其他容器邊緣互相分享，最后組成一個完整的個體。壺的外形設(shè)計是如波浪般柔美，每個單品如一朵蘭花的花瓣，梅朵花瓣放在量身打造的托盤上，又可以將壺站立像是含羞的花苞，或是整個展開像是綻放的花朵。整組容器采用鈦金屬，非常之輕巧。

圖4

(4)生物形態(tài)特征的產(chǎn)品設(shè)計轉(zhuǎn)化

生物形態(tài)特征的產(chǎn)品設(shè)計轉(zhuǎn)化可以通過直接模擬法和間接模擬法來實施。直接模擬法可以利用借用、引用、移植或替代等產(chǎn)品構(gòu)成要素，直接再現(xiàn)生物的形態(tài)個性特征。從視覺上可以較為直觀地感知到所模擬的生物概念。這類形態(tài)仿生設(shè)計的產(chǎn)品形態(tài)活潑、可愛，多用于小家電和日用品的設(shè)計中(圖5)。

圖5

而間接模擬法則并不直接表現(xiàn)或引用生物形態(tài)的具象性、個性特征，而是針對產(chǎn)品的概念和設(shè)計目標(biāo)概念的需要對生物形態(tài)特征進行演變和轉(zhuǎn)換。通過組合、聯(lián)想、定點的方法進行形態(tài)的演變，或運用特異、逆向、夸張的方法實現(xiàn)概念的轉(zhuǎn)換，這類形態(tài)仿生造型設(shè)計的產(chǎn)品能夠更概論、更抽象地變形生物的形態(tài)特征或者自然屬性，賦予產(chǎn)品生命的活力并具有一定的思想性。(圖6)

圖6

這是一款獲得IF 大獎的設(shè)計作品“Continue”。從上圖中不難看出，Continue 不僅是一個插頭，同時還是一個插座。Continue 是插頭、插座的融合體，其融入了中國古代傳統(tǒng)文化中的陰陽互根互用、相互轉(zhuǎn)化、生生不息的思想，不僅在思想理念上要勝出一籌，使其具有除功能外更深層的意義，同時在功能上也非常符合日常生活的需求，當(dāng)生活中遇到插頭較少的情況時，使用這種插座兼插頭，可以實現(xiàn)更多電器的連通，同時這種設(shè)計方式使得電源線路更加清晰，最大程度的減少了電線的使用，減少了相互纏繞、復(fù)雜難辨的問題，無論是出行在外還是居家用電，Continue 都能夠同時滿足多人的用電需求，在滿足自己的同時，給別人以方便，這既是一種生活的態(tài)度，同時也是一種為人處世的理念，Continue 能夠獲得大獎不足為奇。

(5)設(shè)計方案的有效性評價

設(shè)計方案的評價有許多目標(biāo)因子，例如:外觀形態(tài)、人機界面、色彩搭配、材料質(zhì)感，使用方便性、加工工藝性、性能價格比等等。在評價時盡可能地減少主觀因素的影響，根據(jù)評價主體的不同需要選擇最具影響力的因素作為評價目標(biāo)，提煉出較為全面性、獨立性的評價目標(biāo)因子。盡管評價目標(biāo)因子不同，但理想的產(chǎn)品造型方案設(shè)計應(yīng)是綜合各方面的評價。

四、金龜子裝訂機造型設(shè)計

(1)確定仿生目標(biāo)

該設(shè)計是裝訂機產(chǎn)品的形態(tài)仿生設(shè)計開發(fā)項目。市場定位為:以國外青少年為主題，外形小巧，功能齊全。通過對傳統(tǒng)裝訂機功能的延續(xù)，同時考慮到青少年使用裝訂機的環(huán)境和攜帶要求，從自然界中尋找仿生目標(biāo)，最終將目標(biāo)鎖定在“金龜子”這種小動物身上，獲得了巨大的成功。

(2)金龜子形態(tài)特征的認知

通過仔細觀察、分析和積累對金龜子進行認知，歸納出金龜子的共性規(guī)律和個性特征。如表1。

表1

(2)金龜子形態(tài)特征的簡化

首先提煉出金龜子體殼與頭部之間的關(guān)系，然后采用條理與秩序、幾何化、變形與夸張、組合與分離手法對金龜子形態(tài)進行提取，然后做進一步的簡化處理，并形成金龜子簡化樣式來獲取與裝訂機造型相關(guān)的形態(tài)主要特征，再次進行簡化，來完成仿生形態(tài)特征與產(chǎn)品功能的結(jié)合(圖7)。

圖7

(3)金龜子形態(tài)特征的產(chǎn)品設(shè)計轉(zhuǎn)化

首先是對金龜子形態(tài)的簡化過程，這也是仿生形態(tài)造型的提取過程，通過提取，獲得了可以借鑒的金龜子形態(tài)特征，然后結(jié)合造型設(shè)計的多種語言，完成對裝訂機的圖紙設(shè)計，并確定方案、CAID 建模、尺寸分析、配色方案、制作模型等設(shè)計流程(圖8)。

圖8

(5)金龜子裝訂機的有效性評價

根據(jù)金龜子裝訂機的設(shè)計方案，提煉出較為全面性、獨立性的評價目標(biāo)因子，對該設(shè)計方案進行有效性的評價，評價結(jié)果如表2:

表2

五、總結(jié)

如今，仿生形態(tài)設(shè)計理念已經(jīng)成為產(chǎn)品造型設(shè)計的重要組成部分，設(shè)計師越來越重視對仿生設(shè)計理念的應(yīng)用，仿生形態(tài)設(shè)計的理念和設(shè)計方法得到了普及推廣，而且賦予了產(chǎn)品生命的象征。但是形態(tài)仿生設(shè)計不是簡單的模仿和機械的照搬，而是對自然物的再創(chuàng)造過程，需要正確處理形態(tài)仿生學(xué)與設(shè)計的關(guān)系，將仿生設(shè)計看做是一種設(shè)計的新手段、新方法，同時也要將仿生設(shè)計看成是一種對自然的追求，一種思想境界的提升。因此我們需要在產(chǎn)品造型設(shè)計中引入形態(tài)仿生設(shè)計方法，創(chuàng)造出符合現(xiàn)代生活需求的產(chǎn)品，促進產(chǎn)品設(shè)計的進一步發(fā)展與完善。

［1]Autumn K.，Liang Y. A.，Hsieh S. T.，etc. . Adhesive force of a single gecko foot-hair ［J］. Nature，2000，405 (8):681-684.

［2]Dacke M.，Nilsson D.，Scholtz C. H.，etc.. Insect orientation to polarized moonlight ［J］. Nature，2003，42 (4):33-35.

［3]Zbikowski R. . On aerodynamic modeling of an insect - like flapping wing in hover for micro air vehicles ［J］. Philosophical Transactions of the Royal Society，2002，360:273-290.

［4]左鐵峰. 仿生學(xué)在工業(yè)設(shè)計中的運用［J］. 藝術(shù)與設(shè)計，2005.

［5]于帆，陳娠. 仿生造型設(shè)計［M］. 武漢:華中科技大學(xué)出版社，2005.

［6]楊飛. 工業(yè)設(shè)計認知心理研究［D］. 武漢理工大學(xué)，2003.

［7]寧紹強，穆榮兵. 關(guān)于產(chǎn)品造型的視覺情感形態(tài)［J］. 桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1997.

［8]蔡克中，張志華. 工業(yè)設(shè)計仿生學(xué)的應(yīng)用研究［J］. 裝飾，2004.

［9]王重鳴. 心理學(xué)研究方法［M］. 北京:人民教育出版社2000:2.