基于仿生設(shè)計(jì)理念的休閑椅設(shè)計(jì)研究

青島理工大學(xué) 李興隆 朱曉宇

隨著人們的消費(fèi)觀趨于個(gè)性化、定制化和高端化，仿生設(shè)計(jì)可以讓產(chǎn)品更易于情感聯(lián)結(jié)，激發(fā)設(shè)計(jì)師想象力，豐富產(chǎn)品寓意，增強(qiáng)產(chǎn)品感染力[1]。仿生設(shè)計(jì)學(xué)作為一門新興的交叉性學(xué)科,不僅是仿生學(xué)與設(shè)計(jì)學(xué)之間的理論衍生，也是一種將自然屬性融于社會(huì)物質(zhì)中的實(shí)踐過程，是自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的結(jié)合，是一種有效解決產(chǎn)品個(gè)性化缺失問題的方法。

1 仿生設(shè)計(jì)概述

仿生設(shè)計(jì)學(xué)是由仿生學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)結(jié)合的一門新興邊緣學(xué)科，是對生物系統(tǒng)的原理進(jìn)行模仿、整理、分析、提煉，并構(gòu)思出具有類似于生物系統(tǒng)某些特征的一種思維方法[2]。它是以自然界的“形”“色”“音”“功能”“結(jié)構(gòu)”等為研究對象，是一種融合多學(xué)科、多領(lǐng)域、多層次的類比設(shè)計(jì)理論及方法。

2 仿生設(shè)計(jì)在休閑椅中的應(yīng)用案例分析

休閑椅是人們用來享受閑暇時(shí)光的椅子，作為一種非正式用椅，能夠給人帶來心理和生理上的雙重舒適感。自然形態(tài)千變?nèi)f化，且人具有主觀能動(dòng)性，所以設(shè)計(jì)師對同一仿生物觀察的角度及仿生應(yīng)用方式也各不相同。目前從仿生內(nèi)容的角度來對仿生設(shè)計(jì)應(yīng)用分類是最普遍的，可分為形態(tài)仿生、功能仿生、結(jié)構(gòu)仿生、色彩仿生、肌理仿生和意象仿生[3]。

2.1 形態(tài)仿生

形態(tài)仿生是將自然形態(tài)通過藝術(shù)化處理應(yīng)用于設(shè)計(jì)之中。根據(jù)模仿逼真程度的不同或流派，形態(tài)仿生設(shè)計(jì)可分為具象仿生和抽象仿生。具象仿生是直接將自然物的本來形態(tài)融于設(shè)計(jì)中，可以很明顯的識別出仿生原型，是一種較為低級的仿生手段；抽象仿生則是更高級的仿生手段，其不再局限于對仿生原型的“臨摹”，而是運(yùn)用抽象化思維將其形態(tài)特征使用點(diǎn)、線、面等基礎(chǔ)元素表達(dá)出來，在視覺上更加簡約，且給予使用者想象的空間。根據(jù)仿生完整程度還可以分為整體仿生和局部仿生兩類。以蝴蝶形態(tài)為原型的仿生案例，如圖1 所示。

圖1 蝴蝶形態(tài)仿生（具象、抽象、整體、局部）

2.2 結(jié)構(gòu)仿生

結(jié)構(gòu)仿生的應(yīng)用分為兩方面，一是通過研究自然物的內(nèi)部構(gòu)造和組織形式，用于支撐形體，體現(xiàn)出仿生原型獨(dú)特的承重方式，多應(yīng)用在休閑椅的支撐和調(diào)節(jié)部件；二是對結(jié)構(gòu)的美學(xué)特征進(jìn)行提取，一般將其應(yīng)用在休閑椅的非支撐部件上，凸顯裝飾效果。在實(shí)際應(yīng)用中綜合考慮這兩方面，創(chuàng)造出既有產(chǎn)品美感，又兼具實(shí)用安全性的產(chǎn)品，如圖2 所示。

圖2 蜂巢結(jié)構(gòu)仿生

2.3 色彩仿生

自然的色彩作為自然物的外顯特征，是一種抽象的語言。休閑椅在色彩仿生中，經(jīng)常和其它的仿生手段綜合應(yīng)用，例如“色彩+形態(tài)”“色彩+結(jié)構(gòu)”“色彩+肌理”等。如圖3 所示，嘴唇的紅色色彩搭配其形態(tài)，體現(xiàn)出感性主義的大膽奔放；孔雀獨(dú)特的青綠色搭配上雀尾結(jié)構(gòu)，使人的視覺中心聚焦座椅上；奶牛的黑白色彩搭配上其獨(dú)特的肌理，在視覺和觸覺上滿足舒適溫和的體驗(yàn)。

圖3 色彩仿生應(yīng)用（紅唇、孔雀、奶牛）

2.4 肌理仿生

肌理仿生是對自然物特殊的表面紋路及質(zhì)感的仿生。肌理是對仿生原型細(xì)節(jié)的深入發(fā)掘，會(huì)使人的視覺和觸覺產(chǎn)生通感，進(jìn)行聯(lián)想，是仿生原型本質(zhì)的外化表現(xiàn)。在休閑椅仿生應(yīng)用中，也有兩種應(yīng)用方式，分別是平面肌理仿生和立體肌理仿生。平面肌理仿生是將仿生原型的肌理采用二維形式應(yīng)用在休閑椅上，立體肌理仿生是根據(jù)一個(gè)肌理元素，通過重復(fù)連續(xù)等規(guī)律化的組織形式應(yīng)用在休閑椅三維構(gòu)成中，如圖4 所示。

圖4 立體肌理仿生應(yīng)用（羽毛、花瓣、羊毛）

2.5 意象仿生

意象仿生是比較特殊的一類仿生方式，它不僅是對形態(tài)、色彩、質(zhì)感的綜合感受，更多是意識層面的聯(lián)想，與符號學(xué)有著天然的聯(lián)系。用戶以五感為輸入，以知覺者過去的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)和知識為基礎(chǔ)，將意象和產(chǎn)品屬性聯(lián)系起來。比如鳥巢是鳥類棲息地，是孕育呵護(hù)生命的“搖籃”，象征舒適安全，以它為仿生原型，和休閑椅本身的屬性相符，使人自然聯(lián)想到家的溫馨；枯葉使人聯(lián)想到物哀美學(xué)，使人的思想轉(zhuǎn)換到對自然的領(lǐng)悟中去。

通過以上五種仿生類別在休閑椅上的應(yīng)用分析，可以發(fā)現(xiàn)形態(tài)、結(jié)構(gòu)、色彩、肌理、意象不會(huì)單一的進(jìn)行仿生應(yīng)用，而是綜合運(yùn)用各要素才能體現(xiàn)出神韻。

3 基于仿生設(shè)計(jì)理念的休閑椅設(shè)計(jì)流程

仿生設(shè)計(jì)的一般流程是“產(chǎn)品需求—生物屬性—產(chǎn)品設(shè)計(jì)”的三段式流程。產(chǎn)品需求主要是為實(shí)現(xiàn)功能需求和審美需求，功能需求與休閑椅自身的屬性對應(yīng)，審美需求更多取決于用戶感受；“產(chǎn)品需求—生物屬性”階段指通過分析功能需求和用戶的審美需求，來從大自然中尋求合適的仿生原型；而“生物屬性—產(chǎn)品設(shè)計(jì)”的階段，是將仿生原型的特征屬性提取出來，再應(yīng)用于休閑椅設(shè)計(jì)當(dāng)中。

文章結(jié)合感性意象造型優(yōu)化方法指導(dǎo)完善設(shè)計(jì)流程。在產(chǎn)品感性意象造型優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中，主要由意象提取，即獲取用戶感性評價(jià)；映射構(gòu)建，即建立意象與設(shè)計(jì)特征的映射關(guān)系；造型創(chuàng)新，即根據(jù)最終特征映射完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，共三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)[4]。最終得到基于意象優(yōu)化的仿生設(shè)計(jì)流程圖，如圖5。

圖5 休閑椅的仿生設(shè)計(jì)流程圖

3.1 仿生原型的選取

仿生原型的選取是休閑椅仿生流程的第一步，合適的仿生原型有利于建立用戶與休閑椅之間的情感聯(lián)系，提高對休閑座椅的認(rèn)可度。用戶主要是依靠直接和間接經(jīng)驗(yàn)搭建了自己的知識體系，從而會(huì)對事物產(chǎn)生意象認(rèn)知。但由于接受信息的不對稱性，時(shí)常會(huì)發(fā)生設(shè)計(jì)師的概念模型和產(chǎn)品的心智模型之間存在差異[5]，仿生原型的選取主要有形態(tài)相似原則以及意象匹配原則。

3.1.1 形態(tài)相似原則

形態(tài)相似的核心是仿生原型和最終產(chǎn)品有一定形式上的邏輯關(guān)系，主要分為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相似、幾何造型相似、比例關(guān)系相似。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從整體性上來分析物體各部分之間的位置關(guān)系，把物體組成部分抽象為幾個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)之間的位置關(guān)系用線表示，從而形成拓?fù)潢P(guān)系；幾何造型則是分析實(shí)物的形態(tài)輪廓，將整體或者局部的形態(tài)簡化抽象為常見的幾何形狀進(jìn)行匹配，如圓形、方形、梯形等；比例關(guān)系考慮物體各部件之間的大小及尺度關(guān)系。從這三個(gè)維度綜合分析，可以得到形態(tài)契合度較高的仿生原型。

3.1.2 意象匹配原則

意象主要是由視知覺的抽象選擇建構(gòu)而成[6]。意象匹配是基于用戶已有的經(jīng)驗(yàn)來對仿生原型及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的匹配，是心理和精神層面的匹配方式，具有思維性和內(nèi)隱性。人們在有了一定的生活經(jīng)歷和藝術(shù)修養(yǎng)后，對事物的理解會(huì)有更深層次的文化理解，在腦中形成類似符號的意象。感性意象可以通過問卷、訪談、口語分析法、語義差異法、概念草圖和多維尺度分析等綜合方法獲取和表征[7]。通過訪談得出，休閑椅的意象為舒適的、慵懶的、放松的。

3.2 仿生原型的特征提取

羅仕鑒[8]等基于感性工學(xué)將仿生動(dòng)物特征的用戶偏好預(yù)測模型分為五個(gè)維度：整體感覺、能力和特質(zhì)、顏色和紋理、視觸覺、結(jié)構(gòu)特征。這五個(gè)維度恰好對應(yīng)仿生原型特征的五種屬性，即形態(tài)、功能、顏色、肌理、結(jié)構(gòu)五種顯性屬性，如表1 所示。再加上意象這一隱性屬性，構(gòu)成六個(gè)特征元素。

表1 仿生原型特征與用戶偏好的映射關(guān)系

形態(tài)特征的提取不是機(jī)械的描繪輪廓，而是具體問題具體分析。生物形態(tài)特征按形態(tài)特征自身的性質(zhì)可分為要素特征和關(guān)系特征[9]。整體仿生以關(guān)系特征為主，再考慮要素特征；局部仿生則是綜合考慮關(guān)系特征和要素特征，二者同等重要。由此可知，形態(tài)的提取不僅是對外形的簡化抽象，位置的邏輯關(guān)系也同樣屬于形態(tài)特征之一。要素特征的提取主要是根據(jù)其特征節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)線描繪；關(guān)系特征的提取則是根據(jù)互相之間的位置關(guān)系來簡化結(jié)構(gòu)。

3.3 設(shè)計(jì)產(chǎn)品化

設(shè)計(jì)產(chǎn)品化即將所提取出來的仿生原型特征與休閑椅的各部分進(jìn)行耦合。耦合仿生有兩個(gè)層級：功能耦合仿生與審美耦合仿生。對于休閑椅來說，它的主要功能就是靠、坐及休閑，按基本組成構(gòu)件來分，椅背的功能是靠，座面是承重，扶手和椅腿是支撐；休閑椅設(shè)計(jì)的美學(xué)主要表現(xiàn)在比例、尺度、平衡、對比四個(gè)方面[10]，比例是指休閑椅整體與局部的比例關(guān)系，尺度是要符合人機(jī)工程學(xué)的各關(guān)鍵尺寸，平衡是視覺上的平衡，有對稱和非對稱兩種；對比有形態(tài)對比、色彩對比、材料對比等。

4 以熊貓為仿生原型的休閑椅設(shè)計(jì)實(shí)踐

以熊貓為例，運(yùn)用上述方法來驗(yàn)證這一仿生思路。將熊貓與三款不同類型的休閑椅（無腿式、無扶手式、有腿有扶手式）做比較，如表2 所示。從形態(tài)方面分析，熊貓與休閑椅在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上都是星形結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的相似性；提取出熊貓和休閑椅的外輪廓作為幾何造型的對比，可以發(fā)現(xiàn)三種休閑椅整體成上下結(jié)構(gòu)，并且都是由曲線構(gòu)成，幾何相似度高；以熊貓坐姿圖片為參考，以腰部為分界線，熊貓和休閑椅的上下比例都接近1：1。通過用戶訪談得到對熊貓和休閑椅的形容詞性描述，語義相近。最終得出熊貓和休閑椅的契合度極高，故使用它為仿生原型。

表2 熊貓與三種休閑椅的形態(tài)與意象對比

仿生原型特征提取，如表3 所示。根據(jù)仿生原型和用戶偏好模型的映射關(guān)系可知，將從熊貓的形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)、色彩、肌理和結(jié)構(gòu)五方面提取生物特征來為休閑椅的最終設(shè)計(jì)提供特征元素。

表3 熊貓的特征提取

將提取出來的特征元素與休閑椅進(jìn)行耦合仿生。首先是功能耦合，即把熊貓和休閑椅的功能部件根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能來做相應(yīng)的類比，如表4 所示；之后是審美耦合，將熊貓的部件比例代入到休閑椅中，尺度方面遵守人機(jī)工程學(xué)的坐高，熊貓和休閑椅都為對稱結(jié)構(gòu)，所以采用左右對稱形式，最后是在形態(tài)、色彩、材料方面的對比，將形態(tài)抽象化融于設(shè)計(jì)中，使最終產(chǎn)品簡約現(xiàn)代，色彩即采用熊貓的黑白對比，突出主要特征，材料采用軟質(zhì)毛絨和硬質(zhì)塑料對比，使整體更加協(xié)調(diào)，滿足安全性以及舒適性，如表5 所示。根據(jù)耦合分析，得到最終的產(chǎn)品效果圖，如圖6 所示。

表4 功能耦合

表5 審美耦合

圖6 熊貓休閑椅

5 結(jié)語

仿生設(shè)計(jì)是人們回歸自然的一種方式，體現(xiàn)了藝術(shù)與科學(xué)相結(jié)合的設(shè)計(jì)觀，也體現(xiàn)了辯證、唯物的共生美學(xué)觀。文章針對休閑椅的仿生應(yīng)用方式做了案例分析，并通過將仿生設(shè)計(jì)流程和意象造型方法結(jié)合起來，提出了針對休閑椅的仿生方法及原則。對于休閑椅來說，仿生只是其中一種設(shè)計(jì)方式，卻可以在靈感缺失的時(shí)候提供源源不絕的設(shè)計(jì)思路，為人們做獨(dú)創(chuàng)的休閑椅品牌設(shè)計(jì)提供靈感。