基于形狀文法的敦煌藻井紋樣創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

劉悅 胡潔 王伶羽 白睿

關(guān)鍵詞：敦煌藻井 圖案結(jié)構(gòu) 形狀文法 紋樣設(shè)計(jì) 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

引言

傳統(tǒng)文化藝術(shù)是設(shè)計(jì)靈感來(lái)源的重要途徑。敦煌藻井圖案是敦煌藝術(shù)寶庫(kù)中的精華，其紋樣豐富、色彩保存完好，且具有歷史沿革的系統(tǒng)性，具有極高的學(xué)術(shù)研究及使用價(jià)值。然而，關(guān)于敦煌紋樣的創(chuàng)新轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)研究和應(yīng)用卻寥寥無(wú)幾，迫切需要運(yùn)用更具創(chuàng)新的思維方法深入挖掘與研究。

圖案的構(gòu)形指的是圖案元素之間的排布關(guān)系[1]。敦煌藻井圖案的構(gòu)形在統(tǒng)一之中富于變化，圖案既具有穩(wěn)定的風(fēng)格又具備多樣性。傳統(tǒng)圖案經(jīng)形狀文法相關(guān)理論分析構(gòu)形后，根據(jù)其紋樣組織關(guān)系衍生的設(shè)計(jì)既繼承了原有藝術(shù)風(fēng)格的典型形態(tài)要素，又留有一定的創(chuàng)新空間。據(jù)此，本文引入形狀文法分析與重構(gòu)敦煌藻井圖案，挖掘可供再設(shè)計(jì)的元素并生成新的形狀，輔助設(shè)計(jì)師高效分析和汲取敦煌藻井圖案設(shè)計(jì)中的精髓，從而更好地發(fā)散設(shè)計(jì)思維。

一、形狀文法及其研究概述

（一）形狀文法的基本概念

形狀文法是一種基于規(guī)則、以形狀為基本要素、用語(yǔ)法結(jié)構(gòu)分析并產(chǎn)生新的形狀的設(shè)計(jì)推理方法[2]，由George Stiny于1972年提出。形狀文法是基于規(guī)則語(yǔ)法的系統(tǒng)，既可作為分析工具，將復(fù)雜形狀化繁為簡(jiǎn)，也可用于圖案圖形描述和生成設(shè)計(jì)[3，4]。它最初應(yīng)用于室內(nèi)建筑設(shè)計(jì)，后逐漸擴(kuò)展至圖案紋樣設(shè)計(jì)以及工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，現(xiàn)已成功應(yīng)用于眾多設(shè)計(jì)領(lǐng)域[1，5]。

形狀文法規(guī)則分為兩類：生成性規(guī)則和修改性規(guī)則[6]。生成性規(guī)則是從無(wú)到有的過程；而修改性規(guī)則包括拉伸、縮放、移動(dòng)、鏡像、錯(cuò)切、變形等方式[7]。根據(jù)Stiny的定義，形狀語(yǔ)法（SG）可表示為：

式中S為形狀的有限集合，SG為S經(jīng)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、鏡像等操作衍生的形狀集，L為標(biāo)記的有限集合，R為推理規(guī)則有限集合，I為初始形狀[8]。

（二）基于形狀文法的研究現(xiàn)狀

形狀文法以其語(yǔ)法規(guī)則庫(kù)、遞歸運(yùn)算機(jī)制和直觀的可視化，形式化地描述與解釋設(shè)計(jì)。目前的研究主要包括兩個(gè)方向：一是關(guān)于設(shè)計(jì)風(fēng)格的分析、描述與歸納；二是再現(xiàn)某種風(fēng)格或創(chuàng)造全新且具有原創(chuàng)性的風(fēng)格[9]。受到國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的廣泛應(yīng)用。王偉偉等[8]提出一種適用于傳統(tǒng)紋樣的演化設(shè)計(jì)方法，并通過設(shè)計(jì)案例驗(yàn)證了該方法的可行性；孫斐[10]運(yùn)用形狀文法，設(shè)計(jì)出具有辨識(shí)度的秦繡抽象幾何衍生圖案；羅茜在現(xiàn)代文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，引入漢代漆器云紋紋飾，并運(yùn)用形狀文法對(duì)提取的初始紋樣進(jìn)行推演設(shè)計(jì)[11]。另外，胡濤等[12]提出了一種基于形狀文法的蠟染圖案生成設(shè)計(jì)方法。Manuela Ruiz-Montiel等[13]使用了分層形狀文法，減少了形狀生成的計(jì)算成本。

現(xiàn)有研究運(yùn)用形狀文法保留了原有藝術(shù)風(fēng)格特征，具有延續(xù)設(shè)計(jì)風(fēng)格的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于構(gòu)形具有一定規(guī)律性的傳統(tǒng)圖案而言，鮮有涉及構(gòu)形規(guī)則的研究分析。為此，本研究提出在設(shè)計(jì)早期運(yùn)用形狀文法分析藻井圖案構(gòu)形規(guī)則，并根據(jù)構(gòu)形規(guī)則制定出的規(guī)則來(lái)衍生設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)師豐富敦煌藻井藝術(shù)表現(xiàn)形式提供了數(shù)據(jù)來(lái)源方式，為敦煌藻井圖案和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的創(chuàng)新融合拓寬了思路。

二、敦煌藻井圖案研究

藻井圖案結(jié)構(gòu)是指藻井形制和紋樣之間的空間組織關(guān)系。對(duì)收集的敦煌藻井圖案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到紋樣種類和數(shù)量以及空間分布特點(diǎn)，包括紋樣的大小、密度及方向性，總結(jié)得到其結(jié)構(gòu)類型和圖案的構(gòu)形規(guī)則，并以典型敦煌藻井圖案紋樣蓮花紋進(jìn)行形態(tài)分析。

（一）敦煌藻井圖案結(jié)構(gòu)類型

通過分析藻井圖案結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)不同紋樣間的組織形式之間存在相似性，總結(jié)其異同點(diǎn)，可歸結(jié)傳統(tǒng)藻井圖案為5種結(jié)構(gòu)類型，如圖1所示。

圖1中的顏色代表不同區(qū)域，對(duì)比分析可得敦煌藻井圖案構(gòu)形規(guī)則：從外層到內(nèi)層一般包括中心主題圖案、填充井心的適合紋樣、邊飾、垂幔等幾個(gè)層次，不同時(shí)期的紋樣繁簡(jiǎn)程度有所不同；相同顏色區(qū)域內(nèi)的紋樣類型基本相似；藻井井心的圖案通常為多層組合圖案，呈發(fā)散狀；圖中的線框和箭頭僅代表圖案的大概框架和整體動(dòng)向，不代表具體紋樣的線條或點(diǎn)；無(wú)箭頭區(qū)域紋樣呈均勻分布。

敦煌藻井圖案的結(jié)構(gòu)框架演變分為三個(gè)歷史階段，分別是北朝至隋初時(shí)期、隋朝末年至唐朝時(shí)期、唐朝至元朝時(shí)期[14]：

1.北朝至隋初時(shí)期：通過對(duì)北朝時(shí)期多個(gè)藻井框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行個(gè)例研究得出，北朝時(shí)期敦煌藻井圖案結(jié)構(gòu)主要是三重套斗式。

其特征是中心由三個(gè)逐漸縮小的方形邊框互為45°套疊而成，如圖1（a）所示。

2.隋末至唐朝時(shí)期：中心柱窟形制從隋朝開始減少，覆斗形洞窟逐漸變多，藻井圖案結(jié)構(gòu)開始慢慢變?yōu)橹行姆骄健Ｆ涮卣鳛榫囊粋€(gè)方框，井心外繪制多層邊飾，邊飾外繪制垂幔，如圖1（c）所示。

這一時(shí)期的藻井樣式最為豐富，除三重套斗式結(jié)構(gòu)與中心方井式結(jié)構(gòu)之外，還有其他幾種樣式，如圖1（e）的單一方井，中間繪大蓮花，井中常繪飛天，莫高窟第407窟的三兔蓮花紋藻井即這種結(jié)構(gòu)；圖1（b）的二重套斗式方井；以及圖1（d）所示的大蓮花藻井，中心方井占比較小，只繪一朵大蓮花，邊飾層次多。

3.唐朝至元朝時(shí)期：敦煌藻井圖案框架結(jié)構(gòu)發(fā)展日臻成熟，此時(shí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)跳脫了木結(jié)構(gòu)建筑藻井的影響，固定為中心方井式，從內(nèi)到外一般由井心、邊飾和垂幔組成。這種樣式在唐代成為固定樣式，此后藻井皆延續(xù)繼承這種框架結(jié)構(gòu)。

（二）典型敦煌藻井圖案紋樣形態(tài)分析——以蓮花紋為例

藻井中心的主題圖案是視覺的中心，主要是蓮花紋、團(tuán)花紋；井心空白處輔以云氣紋、飛天、祥禽瑞獸、火焰紋等紋樣填充；邊飾層數(shù)不定。紋樣元素的豐富使用，以及紋樣間構(gòu)成形式的和諧秩序感，使得藻井圖案豐富多彩又極富韻律美；主次紋樣之間疏密有致，相互襯托；紋樣布局既富有條理又有節(jié)奏感。

敦煌藻井圖案具有明顯的方圓格式，圖案的形式感和規(guī)律性強(qiáng)。奠定圖案基調(diào)的主題紋樣位于藻井井心，蓮花紋及其演變紋樣居多，其形態(tài)組織類型見表1。蓮花紋常在藻井中作為中心和邊飾紋樣，作為主題圖案的蓮花一般為中心放射狀結(jié)構(gòu)，形態(tài)類型分為：多瓣大蓮花紋、平瓣蓮花紋、纏枝蓮花紋、桃型瓣蓮花紋、卷瓣蓮花紋。

（1）多瓣大蓮花紋裝飾藻井井心，藻井井心通常以一朵大蓮花為主要紋飾，蓮花樣式有圓輪式、十瓣式、十二瓣式、十六瓣式等多種；（2）平瓣蓮花花瓣平展，有八瓣或多瓣；（3）纏枝蓮花紋的纏枝為波狀連續(xù)，一波一簇花，花簇由多種葉紋組合而成；（4）桃型瓣蓮花蓮瓣兩側(cè)向內(nèi)包合，呈多裂生長(zhǎng)，瓣內(nèi)繪有葉形裝飾，分為六瓣和八瓣；（5）卷瓣蓮花紋在五代運(yùn)用最多，常與團(tuán)龍、翔鳳等動(dòng)物紋組合出現(xiàn)[15，16]。

三、基于形狀文法的敦煌藻井圖案衍生設(shè)計(jì)

按照形狀文法的制定流程對(duì)敦煌藻井圖案進(jìn)行形態(tài)觀察分析，過程分為5步：（1）確定藻井圖案組成的基本形狀，即篩選提取單元素，尤其是核心元素；（2）確定空間關(guān)系，可理解為確定藻井圖案的結(jié)構(gòu)形態(tài)特征；（3）確定單元素之間的組織規(guī)則和排列規(guī)律；（4）確定特定圖案的形狀語(yǔ)言；（5）設(shè)計(jì)與應(yīng)用?？偟母爬椋葘⑿螤钗姆ㄗ鳛閳D案構(gòu)形分析工具確定形狀語(yǔ)言，后將其作為指導(dǎo)規(guī)則以衍生設(shè)計(jì)。運(yùn)用形狀文法分析敦煌藻井圖案構(gòu)形并進(jìn)行設(shè)計(jì)推演的過程如下。

（一）確定形狀規(guī)則

將基本形狀語(yǔ)法規(guī)則所定義的形狀集合稱為語(yǔ)言，其中的每一個(gè)形狀都是通過應(yīng)用形狀規(guī)則從初始形狀衍生擴(kuò)展而來(lái)[7]，文法規(guī)則見表2。不同于再設(shè)計(jì)中提取同種紋樣共同特征的方法，為確保后續(xù)生成圖案形態(tài)的多樣性，需要添加更加豐富的紋樣形式。因此，需要制定新的形狀文法規(guī)則，將提取出的基本紋樣進(jìn)一步應(yīng)用到衍生性規(guī)則當(dāng)中，以擴(kuò)充紋樣單元庫(kù)（S）的單元數(shù)量。

通過應(yīng)用形狀文法的基本空間元素和觀察來(lái)設(shè)計(jì)制作圖案，執(zhí)行過程需注意以下幾點(diǎn)[17] ：（1）不同的初始形狀、形狀規(guī)則及執(zhí)行形狀規(guī)則的順序雖然相同，但所產(chǎn)生的形狀不同；（2）相同的初始形狀、形狀規(guī)則不同，執(zhí)行形狀語(yǔ)法后產(chǎn)生的形狀也不相同；（3）相同的初始形狀和形狀規(guī)則，執(zhí)行形狀規(guī)則的順序不同，則執(zhí)行形狀文法后產(chǎn)生的形狀也不相同。如圖2，把單元素水平鏡像得到新元素，由于兩個(gè)新元素之間的位移大小不同，構(gòu)成的四個(gè)新的單元素亦有所不同。

（二）基于形狀文法的藻井寶相花紋構(gòu)成分析

寶相花是唐代敦煌藻井中的典型紋樣，又稱為寶仙花，是對(duì)團(tuán)窼花卉圖案的一種稱呼。其紋樣花瓣層次多，花蕾相間，形態(tài)圓潤(rùn)華美，以繁麗動(dòng)人，流行廣泛。寶相花不是寫實(shí)性花卉，其原型是蓮花，結(jié)合其他紋樣元素，可通過添加、刪減或替換紋樣元素來(lái)豐富其樣式[18]。形狀文法作為一種圖形分析工具，能夠有效地適于這類規(guī)律圖案的解析和再設(shè)計(jì)。本研究以井心圖案為寶相花的莫高窟第335窟藻井（見圖3）為例，使用形狀文法對(duì)藻井圖案中的寶相花進(jìn)行分析，確定其形狀語(yǔ)言。

1.分析寶相花紋的結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征。經(jīng)研究，圖3整體結(jié)構(gòu)屬于大蓮花式藻井類型，主題紋樣為寶相花，四角用與主題紋樣相同的紋樣填充，且方井內(nèi)空白處用祥云紋填充，使整個(gè)畫面達(dá)到飽滿豐富，符合唐朝時(shí)期追求秩序和整齊的風(fēng)格。截取該藻井的井心分析，如圖4所示：主題紋樣寶相花可分為三個(gè)層次，花瓣從里到外為對(duì)勾瓣、側(cè)卷瓣、云曲瓣，這些花瓣被稱為組成紋樣的基本單元，即圖案基元[19-21]。

2.確定單元素（因研究重點(diǎn)為圖案構(gòu)形，所以用簡(jiǎn)化圖形示意單元素）。運(yùn)用形狀文法相關(guān)理論解構(gòu)寶相花紋，提取得到6種紋樣元素，是能提取的最小設(shè)計(jì)特征，即最小的、完整的形狀單元，見圖5。

3.確定單元素之間的組織規(guī)則和排列規(guī)律。整體來(lái)看，敦煌圖案中蘊(yùn)含著對(duì)稱與統(tǒng)一的規(guī)律，方和圓是敦煌圖案中常見的格式。經(jīng)局部觀察分析，寶相花紋這類圓形構(gòu)圖的圖案具備以下特性：（1）形狀均由基本元素組成；（2）可通過歐幾里德變換得到，呈現(xiàn)出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹刃蚋?；?）多層蓮花瓣構(gòu)成同心圓樣式，增強(qiáng)向心凝聚力，是整個(gè)藻井圖案的視覺中心。

（三）執(zhí)行形狀文法

以藻井寶相花紋樣構(gòu)成規(guī)則為例，分析藻井圖案結(jié)構(gòu)，歸納得到包括空間關(guān)系和空間規(guī)則在內(nèi)的形狀語(yǔ)言（R1），即紋樣基元間的空間約束關(guān)系；提取紋樣的顯性特征，提取輪廓得到紋樣基元，即形狀文法中的初始形狀I(lǐng)1。I1在衍生的形狀規(guī)則（R2）的指導(dǎo)下生成新的紋樣基元（記為I2）；將新紋樣元素與原始的紋樣元素匯入紋樣數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)寶相花紋形態(tài)構(gòu)成規(guī)則重組設(shè)計(jì)紋樣。圖案構(gòu)圖規(guī)則、紋樣語(yǔ)義和紋樣基元組成具有語(yǔ)義的紋樣基本單元庫(kù)；總結(jié)制定圖案結(jié)構(gòu)和紋樣分布規(guī)律的形狀文法規(guī)則，通過形狀文法衍生規(guī)則生成具有敦煌藻井圖案特點(diǎn)的圖案。

執(zhí)行形狀文法展開推演設(shè)計(jì)的過程如下：（1）從紋樣單元庫(kù)中選取具有特定語(yǔ)義的紋樣基元，以1個(gè)反向“C”字型的紋樣元素作為初始形狀；（2）通過水平鏡像規(guī)則（B1）變?yōu)樾男渭y樣，水平移動(dòng)（A1）得到3個(gè)心形紋樣排列的圖案；（3）經(jīng)垂直鏡像和旋轉(zhuǎn)得到“十”字型圖案，再加上其他幾種紋樣元素。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形態(tài)規(guī)則進(jìn)行的衍生設(shè)計(jì)過程如圖6所示。

由該方法流程推演設(shè)計(jì)出的圖案內(nèi)層輪廓大致為方形，而外層輪廓大致呈圓形，具備大蓮花式圖案“圓中有方，方中有圓”的典型特征；中心呈發(fā)散狀；且花瓣的數(shù)量符合敦煌藻井中的常規(guī)數(shù)量的特征。該方法推演規(guī)則生成了一定程度上保留敦煌藻井藝術(shù)風(fēng)格延續(xù)性的圖案。重組的圖案具有明顯的敦煌藻井圖案特征，視覺上具備敦煌藝術(shù)風(fēng)格特征，識(shí)別性強(qiáng)；內(nèi)涵上具有富貴吉祥之意。其圓形構(gòu)圖作為一種正圓形適合紋樣，能適應(yīng)多種裝飾區(qū)域。紋樣色彩的處理上，選取土黃色為主色，藍(lán)綠色和紅橙色為輔助顏色，色彩溫和清新。衍生的設(shè)計(jì)作品在風(fēng)格上具有延續(xù)性，如圖9所示。

此外，經(jīng)過形狀文法的復(fù)制、移動(dòng)、鏡像等一系列形狀基本演化規(guī)則后，將圖5中的單元素自由組合變換得到新的紋樣，見圖7、圖8。例如圖7，一個(gè)元素經(jīng)水平鏡像后，形成“兩葉相對(duì)”的新形狀（即圖2中的單元素1），若干個(gè)新形狀通過陣列形成簡(jiǎn)單的重復(fù)圖案。設(shè)計(jì)師后續(xù)可將形狀輸出矢量文件，利用Adobe Illustrator等矢量軟件對(duì)紋樣進(jìn)行編輯和附色，最終應(yīng)用于現(xiàn)代文化創(chuàng)意產(chǎn)品、紡織品和工藝品等的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，如圖10所示。

結(jié)語(yǔ)

敦煌藻井作為敦煌莫高窟非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中的精髓，是中華民族數(shù)千年歷史和文化內(nèi)涵的積淀和反映，是民族設(shè)計(jì)崛起并屹立于世界民族之林的不竭動(dòng)力和創(chuàng)作源泉。身處人工智能時(shí)代，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法解析敦煌藻井的藝術(shù)形態(tài)，具有深刻的意義。本文的重點(diǎn)在于引入形狀文法，對(duì)敦煌藻井圖案構(gòu)成規(guī)則進(jìn)行解析和程式化，為敦煌藻井紋樣創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供一個(gè)可行性較高的設(shè)計(jì)方法，研究的具體貢獻(xiàn)如下：

（1）深入研究敦煌藻井圖案中的傳統(tǒng)紋樣和構(gòu)圖形式，在保留傳統(tǒng)藻井紋樣藝術(shù)特色的同時(shí)融入創(chuàng)新元素，且易形成穩(wěn)定、統(tǒng)一的風(fēng)格；

（2）運(yùn)用形狀文法形式化的設(shè)計(jì)規(guī)則優(yōu)勢(shì)，便于設(shè)計(jì)師創(chuàng)新設(shè)計(jì)研發(fā)，也有利于后續(xù)研究開發(fā)計(jì)算機(jī)支持系統(tǒng)；研究從本民族傳統(tǒng)藝術(shù)風(fēng)格入手，以敦煌藻井紋樣為例，無(wú)論在外形上還是其蘊(yùn)含的文化意義上均有重要價(jià)值。今后，將對(duì)藻井圖案結(jié)構(gòu)及衍生方式，運(yùn)用更智能的方式高效解析與設(shè)計(jì)，并構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型。