設計傳承
——基于視覺動力學的軌道車輛外觀與涂裝設計研究①

榮 歆 向澤銳 支錦亦（西南交通大學 建筑與設計學院，四川 成都 610031）

視覺動力學（Visual dynamics, VD）由Arnheim R[1]提出，是把格式塔心理學中的科學理論應用到視覺藝術領域中的一種科學研究[2]。視覺動力學理論認為，一件包含尺寸、色彩等靜止尺度的視覺作品是由各個方向性的力所構成，這些力相互支持、相互抵消從而構成整體的平衡[3]。視覺動力學理論經(jīng)歷了三個發(fā)展階段[4]：第一階段引入了“力”的概念，通過分析式樣中的“力”來探討藝術形式與視知覺之間的關系；第二階段是研究視知覺的思維本質，闡明“動力”對于視覺思維的重要作用；第三階段側重對知覺動力在藝術中的表現(xiàn)做更多的探討。如今，視覺動力學已廣泛應用于建筑動態(tài)空間研究[5]，汽車前臉造型設計[6]，平面標志設計[7]等研究領域，同時也對藝術教育、美學、心理學等產(chǎn)生了較大的影響[2,3]。

目前，我國對軌道車輛的設計研究主要集中在車體造型、外觀涂裝以及車內(nèi)人機環(huán)境設計與評價等方面[8]。針對車輛外觀與涂裝設計研究，有的文章[9]從技術、人因、美學和文化四要素提出了一種系統(tǒng)的列車頭型設計方法；有的文章[10]研究了高速列車涂裝設計與民族文化和乘客心理的關系；有的文章[11]從符號性、秩序感、環(huán)境協(xié)調性和人性化設計等方面提出了鐵路貨車的涂裝設計思路；有的文章[12]研究指出，色彩可以表現(xiàn)地域文化，車體色彩選擇應注重地域特點，并應與自然、人文環(huán)境相協(xié)調。目前，已有研究還缺少對我國軌道車輛外觀的歷史文化脈絡及典型設計語言的研究。

本文從視覺動力學理論視角對我國鐵路機車車頭外觀的發(fā)展及典型設計語言進行分析和研究，探討能夠體現(xiàn)并傳承我國鐵路機車視覺文化基因的機車車頭外觀與涂裝設計方法。

一、鐵路機車車頭外觀概述

從1881年我國工人用礦場起重鍋爐和豎井架等舊材料試制成功第一臺蒸汽機車至今，我國鐵路機車先后經(jīng)歷了蒸汽機車、內(nèi)燃機車和電力機車3個時代[13]。在這近140年間，我國先后研制了“北京”“東風”“東方紅”“韶山”“ 長征”“ 巨龍?zhí)枴薄敖ㄔO”“和諧”等多個系列、多種型號的鐵路機車[14]。表1是基于調研整理獲得的我國內(nèi)燃機車車頭外觀樣本，表2是我國電力機車車頭外觀樣本。

表1 我國內(nèi)燃機車車頭外觀樣本

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表2 我國電力機車車頭外觀樣本

由大連機車車輛工廠于1958年研制成功的“巨龍”號鐵路內(nèi)燃機車（見表1）是我國自主研制的第一臺內(nèi)燃機車，其外觀設計借鑒了前蘇聯(lián)T33型柴油鐵路機車（見表1）。在該車的車頭上，我國鐵路機車第一次使用了“V”形符號。在之后的數(shù)十年間，“V”形符號一直存在于我國各種型號的機車車頭上（見表1和表2）。2018年5月11日，首列由我國內(nèi)蒙古臨河至伊朗德黑蘭的中歐貨運列車已于當日出發(fā)[15]，這趟列車所使用的東風5型機車車頭也有醒目的“V”形符號。因此可以得出，“V”形符號是我國鐵路機車外觀的典型視覺符號和設計語言。

視覺動力的產(chǎn)生有4種方式[16]：靜止的運動、傾斜的動態(tài)、變形中的張力、靜止圖式的頻閃運動效果。本文重點以我國鐵路機車的“V”形符號為研究對象，通過對典型機車樣本的分析，從靜止的運動、傾斜的動態(tài)和變形中的張力3個方面探討“V”形符號在我國鐵路機車外觀和涂裝設計中的文化及設計涵義，以及將該典型設計語言應用于我國鐵路機車車頭外觀與涂裝設計的方法。

二、鐵路機車外觀與涂裝分析

1.分析用樣本

經(jīng)對表1和表2中所有機車的車頭外觀進行分析和比較，最終選定了用于此次分析的15個典型樣本，詳見表3。

2.分析方法及流程

（1）樣本處理

樣本處理主要分為以下4步：

第一步：將15個典型樣本圖片導入到專業(yè)圖形處理軟件PhotoshopTM中；

第二步：通過變形，將15個典型樣本機車車頭調整到接近的觀察視角；

第三步：通過縮放，將15個典型樣本中的“V”形符號調整到同等大小；

第四步：復制調整后的圖片，并排放置，設置其不透明度到合適的數(shù)值。

（2）提取“V”形符號特征

第一步：基于樣本自身的外廓形態(tài)，在PhotoshopTM中將每個樣本中的“V”形符號用封閉線條勾勒出來；

第二步：為突出其視覺效果，用醒目的紅色填充所勾勒的“V”形線條區(qū)域；

第三步：去處或隱藏樣本圖片后，獲得分析用樣本的典型“V”形形態(tài)。

3.分析與對比圖

基于上述分析流程，從靜止的運動、傾斜的動態(tài)、變形中的張力三個方面，分別對15個典型樣本進行處理和分類，獲得了三類典型樣本的“V”形符號分析與對比圖（見圖1）。

表3 用于分析的15個典型樣本

圖1 典型樣本的“V”形符號分析與對比

4.討論

（1）靜止的運動與“V”形符號的聯(lián)系

在知覺層面，人們對視覺動力的感知，需要認知經(jīng)驗及聯(lián)想等心理情感因素作為基礎。人類第一次感知到“V”形符號，可以在自然界中找到原形。例如，鳥類在飛行中翅膀與軀體組成十分明顯的“V”形符號（見圖2a）；候鳥在南遷的過程中組成V字隊形（見圖2b）。這一系列自然形態(tài)表明，“V”形符號自身蘊含指向性，能體現(xiàn)動感，可以向觀者傳遞出前進、動態(tài)的視覺感受。第二次世界大戰(zhàn)中，丘吉爾（Winston Leonard Spencer Churchill）使用“V”形手勢（見圖2c）激勵英國人民互相努力、克服困難，因此“V”形符號還隱藏著勝利的含義。將“V”形符號運用在機車車頭造型設計中，可以豐富機車車頭前部的形式感、增加左右對稱的均衡美感，使本身體積龐大且沉重穩(wěn)定的機車外形呈現(xiàn)出對稱、動態(tài)的視覺美感。圖1a為采用“V”形涂裝來營造靜止中的運動的典型案例。

圖2 自然界中的“V”形符號

（2）變形中的張力與“V”形符號的聯(lián)系

在機車車頭外觀中，不同的“V”形符號涂裝都是由最初的“V”形符號經(jīng)過基本形狀變形而來。為了追求不同效果的視覺張力，產(chǎn)生了多種變化的形態(tài)式樣。如圖1，從各種系列機車車頭的外觀對比中可以發(fā)現(xiàn)，“V”形符號的變形十分豐富：東方紅1型車輛運用大面積色彩涂裝展現(xiàn)整體造型，穩(wěn)重而又不顯呆板；東方紅4型車輛使用了較窄的亮條裝飾色帶，在增加速度感的同時，又能打破整車色彩的單一，在統(tǒng)一中營造出細部變化的效果。從圖1中也可得出，在使用“V”形涂裝后，所有機車外觀的視覺動力更加顯著，“V”形涂裝增強了機車外觀橫向及傾斜方向的拉力，從而使其產(chǎn)生了動感。盡管在這些變形形態(tài)中，不同的變形會使得“V”形符號所體現(xiàn)出的視覺力有強有弱。

基于格式塔心理學中的簡化原則[6]，當觀者面對“V”形符號的變形形態(tài)時，通過視知覺的聯(lián)想與想象，將變形后的形狀逐步向正常的“V”形符號靠攏，正是這種在視覺上猶如“看”到了其形變過程，進而使觀者感受到了車輛的視覺動力。圖1b為借助變形“V”形涂裝賦予車輛更加豐富的視覺張力效果的典型案例。

（3）傾斜的動態(tài)與“V”形符號的聯(lián)系

傾斜會產(chǎn)生不穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生具有傾向性的張力。例如比薩斜塔、阿聯(lián)酋的首都之門、西班牙的歐洲門等能使觀者感覺到強烈的移動傾向，進而產(chǎn)生受力的感受[16]。平衡感是人類一直努力追求的感覺，面對任何事物人類都會習慣性地運用矯正平衡的潛意識[2]。正是這種潛意識的作用，我們在面對傾斜的事物時，不自覺的要求這種偏離回到穩(wěn)定的空間，從而感受到了具有傾向性的張力。在機車車頭的側圍外觀中，通過將“V”形符號向后進行傾斜處理，使原本平衡的線形色帶出現(xiàn)了在水平維度和垂直維度上的偏離，這種偏離的發(fā)生有助于增強車輛兩側外觀的美感和動感。圖1c是利用傾斜 “V”形涂裝來營造動感的典型案例。

5.設計啟示

根據(jù)上述分析，可以得出“V”形符號在機車車頭外觀上的應用主要有三種典型的方式：

第一，通過“V”形符號自身蘊含的指向性來增加列車的視覺動力，塑造靜止中的動感。

第二，通過對“V”形符號的基本形態(tài)進行變形處理，使觀者感受到多向拉力，增加機車車頭正面造型的細節(jié)變化和動感。

第三，通過對“V”形符號側圍形態(tài)的傾斜變形，使側圍產(chǎn)生不穩(wěn)定感，打破視覺上的平衡，從而激發(fā)帶有傾向性的張力。

在實際的機車外觀與涂裝設計中，這三種典型的處理方式往往需要綜合運用，一個設計方案可能同時融入兩種甚至三種處理方式。因此，會形成多種形態(tài)組合式樣，從而呈現(xiàn)出多種不同的視覺動力效果。

三、設計案例

1.元素提取與形態(tài)推演

從建筑、平面、產(chǎn)品等物質文化載體提取“V”形符號，并用以上歸納的方法進行形態(tài)推演。

首先，在塑造靜止的運動方面，借用“V”形符號自身蘊含的指向性，與機車駕駛室造型融合，同時調整長寬的比例，運用對比的形式美法則，突出“V”形符號，在視覺上降低機車的重心，展現(xiàn)機車靜止時的動感。

其次，在塑造變形中的張力方面，通過施加垂直方向的力，在力的作用下，“V”形符號的垂直空間被壓縮到一定程度，造型趨向扁平，凸顯機車上部的穩(wěn)重感，這從另一方面也彰顯“V”形符號在垂直方向的彈力與張力；在水平方向，施加傾斜向后的拉力，傾斜的拉力使得“V”形符號整體前低后高，形成前傾的效果，提升整體造型的速度感，而且向后的拉力使“V”形符號的造型出現(xiàn)漸變，從車頭最寬逐漸變換到最細，引導觀者的視覺中心從車頭一直延伸到車體，體現(xiàn)縱深感和延續(xù)性。

最后，在塑造傾斜的動態(tài)方面，將“V”形符號水平向后拉伸一定的角度，造成向后傾斜的動勢，突出整體前進的速度感，并且貫穿的水平色帶與傾斜的“V”形符號連接，通過形態(tài)對比，增強“V”形符號的傾斜性與動勢。

圖3為此次設計案例中“V”形的靈感來源以及造型推演。

圖3 “V”形的靈感來源以及形態(tài)推演

2.概念方案設計

在外觀造型中體現(xiàn)“V”形形態(tài)。通過“V”形符號向下收攏的趨勢，引導觀者將機車的重心在視覺感受上有一定程度的降低，傳達穩(wěn)重的視覺感受。并且在“V”形符號自身指向性的影響下，機車的前進感和動感十分強烈。在車頭部分，采用形體穿插的手法，使其更有層次，營造節(jié)奏感和韻律感。在照明方式上，借鑒汽車設計的手法，采用細長的LED燈組。車身側圍采用有轉折關系的平面，頂部倒角較小，展現(xiàn)機車車頭的機械美感。

在外觀涂裝中體現(xiàn)“V”形形態(tài)。面對非正常比例的“V”形符號時，觀者在式樣中感受到多種方向的力的作用，增加機車車頭造型的動感；在水平拉力的作用下，“V”形符號的寬度由大到小均勻變化，觀者的視覺中心隨著色帶的變化向后方延伸，體現(xiàn)機車的速度感。同時，小面積的色彩涂裝為厚重的機車加入變化和動態(tài)元素，起到畫龍點睛的作用。

圖4 概念設計草圖

圖5 設計效果圖

基于上述設計理念，通過繪制大量草圖來推敲“V”形的變形形態(tài)與機車車頭形態(tài)的結合，詳見圖4。

3.三維造型輔助設計

以上述設計草圖為基礎，在三維軟件AliasTM中進行建模，在渲染軟件VredTM中進行渲染，經(jīng)過后期處理獲得了設計方案的三維效果圖（圖5）。目前，在GSB05-1426-2001國標漆膜顏色標準色卡①GSB05-1426-2001國標漆膜顏色標準色卡。所規(guī)定的83種顏色中，機車車頭涂裝所使用的顏色不到15種，且以鐵紅色、藍色、銀色三色為主[17]。該設計方案以表1中東風4B型、韶山4型、韶山7B型、和諧電3D型機車車頭為原型，整體車身顏色采用鐵紅色，側圍搭配傾斜的淡黃色帶裝飾；車頭主體采用銀灰色搭配大面積的黑色玻璃，并點綴“V”形變形紅色圖案，整體形式繼承了傳統(tǒng)機車的“V”形設計基礎。

結 語

從設計傳承角度研究軌道車輛外觀與涂裝設計具有較為重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以我國鐵路機車為研究案例，運用視覺動力學理論，研究了“V”形符號在展現(xiàn)鐵路機車車頭視覺動力時所運用的三種方式，分析了不同“V”形形態(tài)對鐵路機車外觀的影響，提出可以從采用“V”形涂裝（造型）、借助變形“V”形涂裝（造型）、利用傾斜 “V”形涂裝（造型），共三種方式來營造軌道車輛外觀的視覺動力效果，為軌道車輛外觀與涂裝設計開啟了新思路?；谒岢龅倪@三種典型視覺動力營造方式，設計了一款概念機車車頭，并將“V”形形態(tài)運用到了該方案的外觀造型與涂裝設計中，形成了一種全新的“V”形機車設計語言，為今后開發(fā)能夠傳承我國機車歷史文化及典型設計語言的鐵路機車車頭提供了有價值的參考。