形態(tài)仿生在現(xiàn)代LED燈具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究

林界平

摘要：形態(tài)仿生設(shè)計(jì)是從自然出發(fā)，以自然界的動(dòng)植物形態(tài)作為模仿對象，運(yùn)用創(chuàng)造性思維設(shè)計(jì)出備受人們青睞和喜愛的LED燈具。本論文主要重點(diǎn)從形態(tài)仿生設(shè)計(jì)的方法，運(yùn)用形態(tài)仿生設(shè)計(jì)方法進(jìn)行LED燈具項(xiàng)目開發(fā)的案例、形態(tài)仿生設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢等幾大內(nèi)容進(jìn)行深入研究分析，從而進(jìn)一步論證形態(tài)仿生在LED燈具設(shè)計(jì)應(yīng)用中的重要性。

關(guān)鍵詞：形態(tài)仿生 設(shè)計(jì)方法 LED燈具

引言

如何設(shè)計(jì)出符合人們情感需求的燈具，燈具設(shè)計(jì)師該采用何種設(shè)計(jì)手法去表達(dá)情感訴求，這是每位燈具設(shè)計(jì)師都會(huì)碰到的問題，以往僅僅滿足基本照明功能，在造型上單一缺乏變化的燈具已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人們的審美，現(xiàn)在人們購買LED燈具，除了滿足照明功能外，在精神層面上也提出更高的要求，要求燈具設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)候要賦予燈具情感元素，這種情感元素就來源于自然界；在工業(yè)設(shè)計(jì)界被廣泛應(yīng)用的是仿生設(shè)計(jì)，仿生設(shè)計(jì)簡單來說，就是人們運(yùn)用其觀察、思維和設(shè)計(jì)的能力，通過對自然界的動(dòng)植物的模仿，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)造出各類具有動(dòng)植物元素特征的工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品；主要包括在動(dòng)植物形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)、肌理、色彩等幾面運(yùn)用這些元素特征去進(jìn)行燈具設(shè)計(jì)；而形態(tài)仿生設(shè)計(jì)手法在現(xiàn)代LED燈具設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛，能夠更好地結(jié)合LED燈具產(chǎn)品特點(diǎn)，創(chuàng)造出形態(tài)豐富多樣，造型生動(dòng)、富有生機(jī)活力且有趣味性的LED燈具產(chǎn)品。

一、形態(tài)仿生在現(xiàn)代LED燈具設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)手法

（一）對自然界動(dòng)植物形態(tài)特征的研究

自然界的動(dòng)植物，有著不同的多樣化形態(tài)特征，這些形態(tài)特征的形成是跟動(dòng)植物長期所生活的環(huán)境、生活的氣候、生活的習(xí)性等因素相影響的，我們在進(jìn)行形態(tài)仿生設(shè)計(jì)之前，一定要深入細(xì)微地去觀察動(dòng)植物的形態(tài)特征，包括外部形態(tài)特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，這樣才能全面了解這些形態(tài)特征的形成規(guī)律，分析這些形態(tài)特征的特點(diǎn)，提取可模仿的形態(tài)元素合理的應(yīng)用到燈具設(shè)計(jì)中去。

通過前期對自然界動(dòng)植物的形態(tài)特征進(jìn)行觀察分析后，接下來就是要對這些形態(tài)特征進(jìn)行提取，這是形態(tài)仿生設(shè)計(jì)至關(guān)重要的步驟。如何提取有模仿價(jià)值的形態(tài)特征元素，這是我們要重點(diǎn)研究的內(nèi)容，一般對動(dòng)植物的形態(tài)特征進(jìn)行提取時(shí)，首先要了解動(dòng)植物形態(tài)特征屬性，不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征傳遞不同的語義，在進(jìn)行形態(tài)結(jié)構(gòu)特征提取時(shí)，要篩選出能與燈具產(chǎn)品關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)特征相匹配的動(dòng)植物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合其燈具功能、材料、結(jié)構(gòu)、加工工藝、光源等相關(guān)因素考慮這些形態(tài)結(jié)構(gòu)特征是否能合理應(yīng)用在燈具上，最后提取出識別度高的具有獨(dú)特形態(tài)特征的結(jié)構(gòu)。

對動(dòng)植物形態(tài)特征元素的提取，最常用的設(shè)計(jì)手法就是簡化。簡化就是要把動(dòng)植物的形態(tài)特征通過提煉、概括、抽取的手法突出動(dòng)植物的形態(tài)最本質(zhì)特征，也就是抽離出構(gòu)成動(dòng)植物形態(tài)特征的結(jié)構(gòu)，包括整體特征和局部特征，主要特征和次要特征兩部分，通過減少動(dòng)植物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征數(shù)量，改變動(dòng)植物的結(jié)構(gòu)，然后通過對其形態(tài)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行條理化、幾何化與秩序化處理，使LED燈具形態(tài)結(jié)構(gòu)更加簡化。

bX-F的這款LED臺燈是作者原創(chuàng)的設(shè)計(jì)作品，模仿的對象是仙鶴，鶴性情高雅，形態(tài)美麗，素以喙、頸、腿“三長”著稱，直立時(shí)可達(dá)一米多高，看起來仙風(fēng)道骨，是吉祥長壽的象征。

該設(shè)計(jì)簡化了鶴的整體形態(tài)，重點(diǎn)突出了白鶴站立時(shí)的神態(tài)，減少了白鶴的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征數(shù)量，形態(tài)特征經(jīng)過幾何化的處理，使其看起來更簡潔優(yōu)美；臺燈主體材料采用黑白PVC，鶴喙底部面板內(nèi)置LED貼片光源，鶴頭部、鶴頸部、鶴軀干、鶴腿部之間裝有可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)照明的需要調(diào)節(jié)鶴燈高度，使照明范圍達(dá)到最佳的效果（如圖1）。

（二）形態(tài)仿生設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)手法

在進(jìn)行燈具形態(tài)仿生設(shè)計(jì)時(shí)，整體形態(tài)特征概括法是首選的設(shè)計(jì)手法，整體形態(tài)特征概括法能使形態(tài)整體特征優(yōu)先于形態(tài)局部特征被人們知覺。對自然界動(dòng)植物整體形態(tài)特征的概括要進(jìn)行全面深入的觀察，包括了解動(dòng)植物的生活環(huán)境、生活習(xí)性等方面內(nèi)容，然后進(jìn)行梳理分析、歸納、提煉出最本質(zhì)，具有高識別度的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)。

在進(jìn)行燈具形態(tài)仿生設(shè)計(jì)時(shí)，除了上面所說到的采用整體形態(tài)特征概括法外，局部形態(tài)特征提煉法也是常用的設(shè)計(jì)手法，我們對觀察動(dòng)植物的形態(tài)視角不同，提取形態(tài)的切入點(diǎn)也會(huì)不同，應(yīng)用在燈具產(chǎn)品中的視覺效果、形態(tài)功能特征等也會(huì)不同；通過對動(dòng)植物局部形態(tài)特征進(jìn)行重點(diǎn)提煉概括，更能突出動(dòng)植物形態(tài)結(jié)構(gòu)明顯的特征。

自然界動(dòng)植物形態(tài)特征隱喻設(shè)計(jì)手法相對于前面提到的整體和局部形態(tài)特征概括法來說，表現(xiàn)的方式比較含蓄，是設(shè)計(jì)師在對形態(tài)特征進(jìn)行高度的提取概括后，借鑒仿生動(dòng)植物形態(tài)特征寓意的同時(shí)，結(jié)合LED燈具的照明功能，融入了設(shè)計(jì)師主觀的理解與感受，創(chuàng)作出一個(gè)抽象的形態(tài)，賦予燈具隱喻的寓意，使人們在看到該燈具形態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的聯(lián)想和感受。

二、LED燈具形態(tài)仿生創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例分析

（一）第一階段：設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目的定位

為了驗(yàn)證以上所提到的關(guān)于形態(tài)仿生設(shè)計(jì)在LED燈具設(shè)計(jì)中的可行性應(yīng)用，下面以筆者原創(chuàng)的LED燈具設(shè)計(jì)案例來進(jìn)行分析闡述。

首先是要對所研究的設(shè)計(jì)項(xiàng)目要有清晰的定位，該設(shè)計(jì)項(xiàng)目的開發(fā)是專為“2017年廣東（中山）第二屆文化創(chuàng)意設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽”大賽而開展設(shè)計(jì)的，大賽是以“文化改變生活，創(chuàng)意引領(lǐng)時(shí)尚”為主題，所以接下來整個(gè)項(xiàng)目的選題和定位要圍繞“文化”這一關(guān)鍵詞去進(jìn)行研究；

“文化”是一個(gè)比較大的概念，如何縮小“文化”研究的方向，切入到一個(gè)特定的小范圍去進(jìn)行研究，這就需要設(shè)計(jì)師前期去進(jìn)行大量資料的收集、整理、分析和比較，得出研究的關(guān)鍵詞。

筆者通過調(diào)查和自己的生活體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，廣東靠海，海羊遼闊，海產(chǎn)豐富，廣東人平常比較喜歡吃海鮮，在飲食文化這一領(lǐng)域比較有研究，特別更鐘情于清蒸海鮮，其中就有蒜蓉粉絲蒸扇貝這一道出名菜式，所以筆者把研究對象鎖定在扇貝這一海產(chǎn)雙殼類軟體動(dòng)物上。

通過對扇貝繼續(xù)深入了解，發(fā)現(xiàn)扇貝不僅肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)豐富，且外形優(yōu)美，上下兩個(gè)殼大小幾乎相等且呈扇形狀，有著顏色鮮艷呈輻射狀花紋的扇貝備受人們喜愛；通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市場上并沒有太多以扇貝作為仿生對象而設(shè)計(jì)的創(chuàng)新LED燈具，所以在這一研究領(lǐng)域，在燈具市場上是個(gè)創(chuàng)新，所以把這一研項(xiàng)目開發(fā)好具有很大的商業(yè)價(jià)值、文化價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

（二）第二階段：設(shè)計(jì)仿生對象的選取

在把設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目定位明確之后，接下來就是要發(fā)散思維、收集有關(guān)扇貝相關(guān)聯(lián)的資料，并進(jìn)行整理分析，明確初步的設(shè)計(jì)方向。

扇貝的品種很多，世界上出產(chǎn)的扇貝種類有60余種，不同的扇貝種類具有不同的形態(tài)特征，殼面的輻射肋圖案也各不相同，常見養(yǎng)殖的種類有櫛孔扇貝、海灣扇貝和蝦夷扇貝三種。最后項(xiàng)目選定了雙殼表面具有優(yōu)美蝶鉸線的櫛孔扇貝作為燈具形態(tài)仿生對象。

櫛孔扇貝上下殼比較大，一般殼長和殼高分別是74cm和77mm左右，兩殼大小及兩側(cè)均略對稱，兩殼上面生長紋細(xì)密，有粗細(xì)不等的放射肋，紋理排列有序，圖形優(yōu)美，雙殼表面多呈淺灰白色。

扇貝由于貝殼具有豐富優(yōu)美的肋紋，常被制作成各式各樣的貝雕工藝品，另外扇貝里面藏有珍珠，珍珠光澤迷人，是寶貴財(cái)富的象征，所以扇貝在中國的傳統(tǒng)文化里含有財(cái)富的寓義，深受人們喜歡；所以在海邊工作或去海邊旅行的人們，都喜歡經(jīng)常收集扇貝工藝品送給親人和朋友作為紀(jì)念品。扇貝由于具有美好的形態(tài)和寓義，用形態(tài)仿生的設(shè)計(jì)手法應(yīng)用在現(xiàn)代LED燈具領(lǐng)域，將能創(chuàng)造出適應(yīng)現(xiàn)代生活方式和符合人們審美需求的LED燈具創(chuàng)新產(chǎn)品，具有文化和商業(yè)雙重投資價(jià)值。

（三）第三階段：仿生對象的提煉

該項(xiàng)目采用整體形態(tài)和具象仿生設(shè)計(jì)手法，結(jié)合LED燈具的照明功能，對扇貝的形態(tài)進(jìn)行提煉簡化，選取了扇貝雙殼作為燈罩的仿生參考對象，保留扇貝雙殼的外形輪廓，加以藝術(shù)加工，使雙殼的外輪廓線弧度更加流暢優(yōu)美，提取簡化殼面的輻射肋并加以重新排列，使輻射肋的間距合適，排列有序，呈由密到疏逐步放射的秩序美圖形。燈罩在材料上選擇半透明的白色亞光亞克力材料，這種材料比較輕盈且透光性比較好；在雙殼燈罩下面與燈具底座的連接處，左右各設(shè)計(jì)了可自由調(diào)節(jié)開合角度的連接結(jié)構(gòu)，方便人們根據(jù)照明的需要調(diào)節(jié)臺燈照明角度，這與模仿扇貝雙殼能夠自由開合的特性相契合，增加了臺燈與人的互動(dòng)，使燈具的趣味性更加生動(dòng)。在光源選擇上采用了最新的具有體積小、節(jié)能、壽命長、高亮度、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)的圓頭E14型號的LED燈泡，當(dāng)扇貝雙殼燈罩打開時(shí)，燈座中間露出發(fā)光的圓形燈泡，猶如扇貝內(nèi)含的珍珠閃閃發(fā)光，仿生對象與燈具形態(tài)的產(chǎn)品語義相吻合，使人心理產(chǎn)生豐富的聯(lián)想，引起情感的共鳴；運(yùn)用LED光源，除了節(jié)約能源之外，能使燈具給人們帶來一種不一樣的感受，營造一個(gè)溫馨、親和的居家環(huán)境（如圖2）。

（四）第四階段：燈具三維形態(tài)的推敲

燈具設(shè)計(jì)手繪效果圖出來之后，需要在三維建模軟件Rhinoceros上去推敲形態(tài)，在三維渲染軟件KeyShot上去模擬燈具照明效果。在這一建模的過程中，重點(diǎn)要刻畫左右兩個(gè)扇貝形燈罩，扇貝燈罩是整款臺燈最大的亮點(diǎn)，形態(tài)的刻畫是否優(yōu)美直接影響到燈具的最終形態(tài)效果，這就要求設(shè)計(jì)師要根據(jù)形態(tài)美的設(shè)計(jì)法則，采用合適的設(shè)計(jì)手法，不斷地進(jìn)行推敲和修改，設(shè)計(jì)出形態(tài)優(yōu)美，比例尺寸大小準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、符合散熱和人機(jī)工程學(xué)原理的燈具。

該燈具的整體形態(tài)主要采用對稱與均衡的形態(tài)美法則，左右兩邊的燈罩，形態(tài)大小相同，燈罩打開和閉合時(shí)呈現(xiàn)出對稱的形態(tài)美感。燈罩上面凹凸的輻射肋也是呈左右兩邊對稱的形態(tài)，輻射肋由密到疏的漸變發(fā)散給穩(wěn)定對稱的燈具整體形態(tài)帶來動(dòng)感的活力，起到了形態(tài)視覺的均衡效果。

在燈具的擺放方式上，有立擺和側(cè)擺兩種方式可供人們選擇，人們可以根據(jù)自己不同的照明空間環(huán)境，不同的心情去選擇臺燈不同的擺放方式，使燈具與人、燈具與環(huán)境之間形成一種互動(dòng)，增加趣味性（如圖3）。

（五）第五階段：燈具實(shí)物打樣加工

燈具三維效果模擬出來之后，就要繪制燈具詳細(xì)的打樣CAD尺寸圖，包括燈具整體CAD尺寸圖，燈具局部零部件CAD尺寸圖、燈具配件拆裝分解步驟圖、燈具材料采購清單等詳細(xì)的安排，這期間涉及到燈具所采用的材料和結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴煌牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)決定了不同的加工工藝，同樣的形態(tài)，采用不同的材料，開燈后的光效也不盡相同；扇貝臺燈整個(gè)造型模仿扇貝的開合狀態(tài)，所以臺燈取名為“開合之光”，扇貝的形態(tài)是比較復(fù)雜的異形，在古鎮(zhèn)燈具配件城是購買不到已經(jīng)做好的扇貝異形亞克力燈罩配件的，所以全新的燈罩造型要找廠家打樣出成品來，這就涉及到開模這一加工環(huán)節(jié)，扇貝燈罩涉及到開模工藝，可以利用注塑機(jī)用亞克力材料按照做好的模具注塑出扇貝形燈罩出來，這過程需要設(shè)計(jì)師與模具工程師不斷地溝通解決燈具打樣開模相關(guān)技術(shù)難題及商榷開模具體尺寸。為了方便人們在工作的時(shí)候能夠根據(jù)照明的需要調(diào)節(jié)光源的開合角度，燈罩與燈座之間設(shè)計(jì)有可調(diào)節(jié)開合角度的連接件，這在設(shè)計(jì)模具的時(shí)候也要全面進(jìn)行考慮。

最后整款臺燈由半透明白色亞克力燈罩，帶液晶顯示時(shí)間的LED屏幕的不銹鋼燈座，連接E14燈頭的LED球形光源三大部件組成，適合批量生產(chǎn)。

（六）第六階段：燈具社會(huì)價(jià)值判斷

該形態(tài)仿生設(shè)計(jì)燈具的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先在原創(chuàng)性上，該臺燈通過模仿扇貝這一海產(chǎn)雙殼類軟體動(dòng)物作為形態(tài)參考對象，并運(yùn)用設(shè)計(jì)創(chuàng)造性思維進(jìn)行提煉簡化設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)今流行的LED光源技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新性應(yīng)用，比較符合LED燈具市場的發(fā)展趨勢；其次在審美性上，該LED燈具采用整體形態(tài)和具象仿生的設(shè)計(jì)手法，并將具有對稱形態(tài)構(gòu)成美感的扇貝作為燈罩模仿簡化元素，使該臺燈現(xiàn)代簡約，造型新穎，弧線流暢優(yōu)美；再次在功能上，該燈具既有舒適的照明功能，也有自由調(diào)節(jié)燈罩開合角度的結(jié)構(gòu)功能、同時(shí)還設(shè)置有時(shí)間顯示功能、有象征“財(cái)富”的產(chǎn)品語義，是一款功能性與趣味性同時(shí)兼?zhèn)涞默F(xiàn)代節(jié)能燈具。