具身認知理論驅(qū)動下的立體書籍視覺設(shè)計實踐

關(guān)鍵詞：具身認知理論；立體書籍；視覺設(shè)計；白堊紀文化；交互體驗

引言

在當(dāng)今多元化的學(xué)術(shù)與設(shè)計領(lǐng)域，具身認知理論（EmbodiedCognition Theory）正逐漸成為影響眾多學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵因素。該理論起源于20 世紀80 年代認知科學(xué)的“第二次認知革命”，其核心觀點強調(diào)認知并非僅發(fā)生于大腦的孤立過程，而是身體與環(huán)境相互作用的結(jié)果。這一理論突破了傳統(tǒng)身心二元論的局限，為理解人類認知提供了全新視角[1]。在教育領(lǐng)域，具身認知理論的應(yīng)用促使教學(xué)模式發(fā)生了深刻變革[2]。具身化教學(xué)模式通過將身體活動與學(xué)科知識緊密結(jié)合，顯著增強了學(xué)生對知識的理解與內(nèi)化能力。根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖（圖1）的分析，具身認知與“閱讀教學(xué)”“數(shù)學(xué)教育”“小學(xué)教育”等多個教育領(lǐng)域密切相關(guān)，表明具身認知的跨學(xué)科影響力在教育學(xué)中日益顯現(xiàn)[3]。在心理學(xué)領(lǐng)域，具身認知理論為研究人類的認知、情感和行為提供了新的研究范式。

在設(shè)計領(lǐng)域，立體書籍作為一種獨特的媒介形式，通過引入具身認知理論，能夠增強讀者與書籍的互動性，提升閱讀的沉浸感。近年來，具身認知理論在視覺設(shè)計中的應(yīng)用逐漸增多，這表明該領(lǐng)域正在迎來新的發(fā)展契機。因此，本研究將具身認知理論應(yīng)用于立體書籍的視覺設(shè)計，是順應(yīng)時代發(fā)展潮流、滿足讀者需求的必然選擇。

本研究以白堊紀立體書為案例，深入探究具身認知理論在立體書籍視覺設(shè)計中的應(yīng)用機制與效果。研究聚焦4 個方面：剖析具身認知理論與立體書視覺設(shè)計的關(guān)聯(lián)，明確身體感知、動作交互和認知過程的作用機制；調(diào)研分析現(xiàn)有立體書設(shè)計案例，總結(jié)該理論應(yīng)用的經(jīng)驗與問題；基于理論與案例分析，提出立體書視覺設(shè)計策略并應(yīng)用于實踐，驗證其有效性和可行性；通過用戶反饋評估，了解讀者體驗，為優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

從理論層面看，本研究豐富拓展了具身認知理論在設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，揭示其與立體書視覺設(shè)計的內(nèi)在聯(lián)系，為構(gòu)建立體書設(shè)計理論體系提供新視角與支撐，推動學(xué)科交叉融合。在實踐方面，提出的設(shè)計策略為設(shè)計師提供了新思路和方法，助其理解讀者需求，設(shè)計出更具吸引力、互動性和教育性的立體書，提升藝術(shù)價值與市場競爭力，豐富讀者閱讀體驗，賦能立體書設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展。

一、具身認知理論概述

具身認知理論的起源可追溯至哲學(xué)領(lǐng)域的深刻探討[4]。傳統(tǒng)哲學(xué)觀念中，身心二元論長期占主導(dǎo)，以笛卡爾為代表的哲學(xué)家認為[5]，心靈與身體是相互獨立的實體，心靈能夠脫離身體進行純粹的理性思考[6]。這使認知被看作僅在大腦內(nèi)發(fā)生的、與身體體驗分離的抽象過程。到了20 世紀80 年代，認知科學(xué)領(lǐng)域迎來了一場意義深遠的變革，即“第二次認知革命”，具身認知理論在這一時期正式興起[7]。這一理論的興起并非偶然，是多個學(xué)科領(lǐng)域共同發(fā)展、相互交融的結(jié)果。隨著認知科學(xué)的不斷發(fā)展，具身認知理論逐漸從哲學(xué)思辨走向?qū)嵶C研究[8]。神經(jīng)科學(xué)的研究為具身認知提供了有力的生理證據(jù)[9]。通過先進神經(jīng)影像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，大腦認知活動與身體感覺運動系統(tǒng)緊密相連，如動作想象時大腦運動控制區(qū)域有相應(yīng)神經(jīng)活動，表明認知過程與身體運動準備相關(guān)。心理學(xué)領(lǐng)域的大量實驗也進一步驗證了具身認知的觀點。有研究表明，身體的姿勢會影響個體的情緒和認知表現(xiàn)，積極身體姿勢易產(chǎn)生積極情緒且在解決問題時創(chuàng)造力和效率更高。這些實證研究結(jié)果不斷豐富和完善了具身認知理論，使其逐漸成為認知科學(xué)領(lǐng)域的重要理論之一。

二、基于具身認知理論的立體書籍設(shè)計原則

（一）感官協(xié)同原則

在立體書籍中添加可操作的互動部件，如拉頁、轉(zhuǎn)盤、彈跳結(jié)構(gòu)等，讓讀者能夠通過動手翻、拉、轉(zhuǎn)等動作來探索書籍內(nèi)容，使身體的運動與認知過程相融合。多感官協(xié)同作用能夠強化記憶編碼，提高信息的可理解性和沉浸感。其包含視覺—觸覺融合、動態(tài)運動覺設(shè)計、聽覺沉浸體驗等，共同構(gòu)成多感官的設(shè)計體驗。研究表明，多模態(tài)感官交互設(shè)計可顯著提升用戶的認知參與度[10]。

（二）情境營造原則

具身認知理論強調(diào)認知過程的環(huán)境依賴性（SituatedCognition），即學(xué)習(xí)和理解依賴于特定情境，非孤立發(fā)生，而是扎根于情境之中。人類的認知不是簡單的對抽象符號的加工，而是在與周圍環(huán)境的互動中不斷發(fā)展和完善的[11]。在立體書籍設(shè)計領(lǐng)域，情境營造原則尤為關(guān)鍵。立體書籍作為獨特的閱讀媒介，其設(shè)計應(yīng)充分利用其特性，通過立體造型、色彩搭配及圖案等元素營造逼真的情境，讓讀者在翻開書頁瞬間進入故事世界里，從而更深入地理解和感受故事所傳達的情感與信息，極大增強了閱讀的沉浸感和趣味性，實現(xiàn)身體與認知在情境中的深度融合[12]。

（三）互動引導(dǎo)原則

近年來，交互式書籍設(shè)計逐漸成為人機交互領(lǐng)域的研究熱點[13]。羅蘭·巴特在《S/Z》中提出“文本的開放性”概念，強調(diào)文本是一個充滿各種可能性和意義流動的空間[14]。這一理論為立體書的交互設(shè)計提供了理論支撐。立體書籍通過獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計引導(dǎo)讀者的交互方式，使其主動參與、探索和思考，正是對文本開放性的一種實踐。本書在多個關(guān)鍵部分采用可操作機關(guān)（Interactive Mechanism），引導(dǎo)讀者主動探索知識，打破傳統(tǒng)書籍單向輸出信息的模式，讓讀者從被動接收信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c[15]。同時，在當(dāng)下數(shù)字時代的大背景下，立體書籍的設(shè)計迎來了新的發(fā)展機遇?？山Y(jié)合AR 互動閱讀（Augmented Reality Reading）技術(shù)，將虛擬信息與現(xiàn)實書籍內(nèi)容相融合。比如，當(dāng)讀者翻開一本關(guān)于恐龍的立體書時，通過手機掃描書頁，屏幕上便會呈現(xiàn)出栩栩如生的恐龍 3D 模型，仿佛恐龍從書中“走”了出來，讀者可以全方位觀察恐龍的形態(tài)，甚至還能聽到恐龍的叫聲。這種結(jié)合推動了設(shè)計+ 技術(shù)的多線性發(fā)展之路，為立體書籍的未來發(fā)展開拓了更為廣闊的空間 。

三、白堊紀立體書案例分析

（一）設(shè)計背景

在信息如洪流般洶涌的當(dāng)下，知識傳播方式正以前所未有的速度朝著多元化方向邁進。社交媒體、在線課程、科普短視頻等新興傳播形式層出不窮，不斷沖擊并重塑著大眾獲取知識的途徑。與此同時，大眾尤其是兒童群體，對教育與娛樂融合的訴求呈現(xiàn)出日益增長的態(tài)勢。他們不再滿足于單調(diào)、枯燥的知識灌輸，而是渴望在輕松愉悅的氛圍中汲取知識養(yǎng)分。然而，傳統(tǒng)書籍裝幀設(shè)計卻在這一變革浪潮中逐漸顯露出疲態(tài)。其往往局限于靜態(tài)的圖文排版，以較為單一的二維平面形式呈現(xiàn)內(nèi)容，難以營造出豐富生動的閱讀情境，愈發(fā)難以滿足讀者對于優(yōu)質(zhì)閱讀體驗的追求。無論是從視覺的吸引力、內(nèi)容的呈現(xiàn)形式，還是從讀者的參與感與互動性角度考量，傳統(tǒng)書籍裝幀設(shè)計都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

因此，本研究將以白堊紀生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，旨在打破傳統(tǒng)書籍二維限制，帶來沉浸式閱讀感受，推動設(shè)計+ 科普+ 互動的書籍開發(fā)。

（二）設(shè)計目標(biāo)：從平面知識傳播到具身交互體驗

本研究為增強沉浸感，筆者采用三維空間構(gòu)建與動態(tài)敘事策略，把恐龍行為及其生態(tài)環(huán)境打造成立體場景，極大提升了讀者的空間代入感。設(shè)計著重還原了白堊紀生態(tài)系統(tǒng)的真實與動態(tài)特征，讓恐龍形象在翻頁時逐步展現(xiàn)，帶來視覺與觸覺聯(lián)動的多維度體驗。在優(yōu)化認知體驗方面，結(jié)合具身認知理論，設(shè)置可操作的互動機關(guān)與動態(tài)反饋機制，把抽象科學(xué)知識轉(zhuǎn)化為具象物理操作，借助觸覺參與，加深讀者對恐龍生理結(jié)構(gòu)、行為模式及生態(tài)關(guān)系的理解，達成知識傳遞與感官體驗的有機結(jié)合。此外，為提升互動性，重構(gòu)傳統(tǒng)閱讀的線性路徑，利用場景動態(tài)轉(zhuǎn)換與多模態(tài)觸發(fā)系統(tǒng)激發(fā)讀者主動探索的欲望。設(shè)計突出操作行為與知識獲取的深度關(guān)聯(lián)，運用力學(xué)傳導(dǎo)、分層信息揭示等策略模擬生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)聯(lián)系，培養(yǎng)讀者的空間推理與情景模擬能力。

（三）白堊紀立體書的設(shè)計策略分析

立體書的視覺設(shè)計通過色彩、圖形與圖像的協(xié)同作用，構(gòu)建了符合具身認知理論的多模態(tài)感知系統(tǒng)，實現(xiàn)了科學(xué)知識的沉浸式傳遞與生態(tài)情境的具象化重構(gòu)。

1. 色彩策略：情境激活與生態(tài)映射

色彩策略以情境激活（Context Activation）為核心，通過生態(tài)區(qū)域編碼與情緒引導(dǎo)的雙重機制強化認知區(qū)分與沉浸體驗。在生態(tài)區(qū)域劃分上，采用色調(diào)語義映射（Chromatic Semantics Mapping），將不同生境與生物類型進行視覺編碼。陸地場景以暖色調(diào)為主，采用赭石色（#8B4513）、土黃色（#D2B48C）與深棕色的漸變組合，模擬白堊紀干旱環(huán)境的炙熱感。例如，霸王龍捕獵場景中，橘紅色（#FF4500）火山噴發(fā)背景與暗綠色（#556B2F）植被形成強烈對比，突顯生態(tài)沖突的戲劇性。而海洋場景采用深海藍（#000080）與熒光藍（#00BFFF）的層疊設(shè)計，結(jié)合半透明硫酸紙印刷技術(shù)，模擬水波折射的光影效果。滄龍捕食頁中，熒光油墨在紫外光照射下浮現(xiàn)藍綠色生物發(fā)光紋理（激發(fā)波長450nm），瞬間喚醒深海的神秘氛圍。水陸兩棲動物則融合冷、暖對比色調(diào)以隱喻其生態(tài)角色的雙重性。天空場景則通過棕紅色漸變（#8B0000 至#FF4500）模擬日落時分的天空，搭配灰調(diào)云層剪影，強化風(fēng)神翼龍滑翔時的遼闊空間感，同時模擬日落光影（圖2）。情緒引導(dǎo)層面，色彩通過對比梯度（ContrastGradient）與動態(tài)響應(yīng)（Dynamic Chromatic Feedback）策略強化場景敘事。如迅猛龍伏擊場景中深綠與橘黃的強烈對比模擬森林光影，又如通過“色溫—生態(tài)關(guān)聯(lián)算法”匹配白堊紀古氣候數(shù)據(jù)（火山區(qū)域采用#FF4500 至#8B0000 漸變，色溫從2，000K 升至3，500K），強化環(huán)境真實性。動態(tài)響應(yīng)設(shè)計中，滄龍深海場景嵌入熒光油墨（激發(fā)波長450nm），紫外光照射時浮現(xiàn)生物發(fā)光效果，模擬深海生態(tài)的神秘感。色彩動態(tài)響應(yīng)策略在情境敘事中的應(yīng)用已得到設(shè)計實踐的驗證[16]。

2. 圖形與圖像設(shè)計策略：多維交互的知識載體

圖形設(shè)計以動態(tài)解剖視角（Dynamic Anatomical Perspective）與信息可視化整合（Infographic Integration）為核心，通過多維交互技術(shù)突破傳統(tǒng)靜態(tài)呈現(xiàn)的局限，構(gòu)建兼具科學(xué)嚴謹性與認知沉浸感的知識載體。

在視覺表現(xiàn)層面， 采用高對比度輪廓（High-contrastContours）與空間敘事（Spatial Narratives）結(jié)合，如霸王龍頜部設(shè)計采用黑色輪廓線（線寬0.5mm）與深紅色陰影（#8B0000）強化咬合力的視覺沖擊，頜部肌肉線條通過漸變陰影模擬動態(tài)張力，使讀者直觀感知其生物力學(xué)特征。而在滄龍剪影分層設(shè)計中，采用激光雕刻技術(shù)（精度0.05mm）在黑色卡紙上制作剪影，背景層使用半透明硫酸紙印刷深海波紋，通過透光率差異（前層透光率15%，后層透光率70%）形成高對比并營造空間感，模擬深海生態(tài)的縱深感。動態(tài)交互設(shè)計通過多角度透視（Multi-Angle Perspective）與分層遮蔽（Concealed Layer Design）技術(shù)實現(xiàn)行為軌跡的可視化，如風(fēng)神翼龍仰視視角配合鏤空翼膜的翻頁聯(lián)動設(shè)計還原飛行姿態(tài)，迅猛龍獵食場景借助植被遮擋與傾斜體態(tài)形成漸進式探索路徑。信息圖解系統(tǒng)通過復(fù)合型圖式（Hybrid Infographic Schema）有機嵌入視覺敘事，如霸王龍骨骼解剖圖與生態(tài)位數(shù)據(jù)的疊合揭示生理構(gòu)造與演化邏輯關(guān)聯(lián)，骨骼解剖圖的疊合設(shè)計基于CT 掃描數(shù)據(jù)，通過矢量分層技術(shù)（Adobe Illustrator）將骨骼結(jié)構(gòu)與肌肉紋理分離，通過滑動透明膠片實現(xiàn)骨骼、肌肉與表皮的逐層展示。初始層為白色骨骼矢量圖，第二層疊加紅色半透明肌肉紋理，第三層為灰褐色皮膚紋理，通過視覺疊加模擬解剖過程，強化知識的遞進式理解。環(huán)形食物鏈圖示在滄龍場景中以水流線為基底，嵌入浮游生物、魚類與滄龍的圖標(biāo)，通過色彩漸變（淺藍至深藍）象征能量流動方向，直觀呈現(xiàn)海洋生態(tài)系統(tǒng)的層級關(guān)系。

為強化生物學(xué)真實感，微紋理刻畫（Micro-Texture Rendering）技術(shù)被精細化運用，如風(fēng)神翼龍翼膜采用漸變彩鉛模擬光線透射，霸王龍皮膚通過高對比陰影凸顯鱗片褶皺，結(jié)合頜部肌肉張力設(shè)計形成具有力學(xué)真實感的動態(tài)咬合表現(xiàn)，最終形成集科學(xué)敘事、交互探索與感官沉浸于一體的知識可視化體系。

3. 實物制作：立體結(jié)構(gòu)與交互機關(guān)的精準實現(xiàn)

立體書的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計以動態(tài)力學(xué)傳導(dǎo)機制（DynamicMechanical Transmission）為核心，通過精密紙藝工程將生物行為特征、生態(tài)情境與用戶操作行為深度融合，形成可觸知的科學(xué)敘事系統(tǒng)。研究顯示，此類結(jié)構(gòu)設(shè)計可提升讀者的空間推理能力達41%，其實現(xiàn)路徑主要體現(xiàn)在以下3 個方面：

（1）高浮雕動態(tài)突顯與生物力學(xué)表達：在本項目的設(shè)計實踐中，高浮雕動態(tài)凸顯技術(shù)借助自動觸發(fā)式折疊系統(tǒng)（Auto-TriggerFolding System），實現(xiàn)生物形態(tài)的三維立體強化，達成藝術(shù)表達與生物力學(xué)的深度融合。以模擬霸王龍的形態(tài)展示為例，團隊為霸王龍頭部設(shè)計了雙軸聯(lián)動折疊結(jié)構(gòu)。當(dāng)用戶翻閱承載該設(shè)計的書頁時，系統(tǒng)預(yù)設(shè)的力學(xué)傳導(dǎo)路徑便會被激活，促使霸王龍頭部自動彈出。值得一提的是，團隊在設(shè)計過程中，嚴格參照生物解剖學(xué)數(shù)據(jù)，對霸王龍頜部角度以及咬合力方向進行還原，讓每一個動態(tài)細節(jié)都經(jīng)得起科學(xué)的審視。

而在呈現(xiàn)滄龍躍出水面捕食的場景時，設(shè)計團隊運用彈性勢能轉(zhuǎn)換裝置（Elastic Potential Energy Converter），構(gòu)建折疊式跳躍結(jié)構(gòu)。隨著書頁的翻動，這一結(jié)構(gòu)會漸進展開，在此過程中，裝置精準模擬滄龍捕食行為的加速度軌跡，將滄龍捕食時的迅猛姿態(tài)生動地呈現(xiàn)出來，不僅為觀眾帶來了極具沖擊力的視覺體驗，也體現(xiàn)了生物力學(xué)原理在藝術(shù)創(chuàng)作中的巧妙運用。

（2）交互式操作與行為模擬：動態(tài)機關(guān)設(shè)計以行為——認知耦合理論（Action-Perception Coupling）為指導(dǎo)，將用戶操作轉(zhuǎn)化為知識建構(gòu)的具身化路徑。精密紙藝工程與用戶行為的耦合機制為立體書設(shè)計提供了新的技術(shù)范式[17]。以霸王龍頜部開合裝置設(shè)計為例，采用滑塊——鉸鏈復(fù)合結(jié)構(gòu)，用戶通過手動施加牽引力，以線性輸入方式驅(qū)動咬合動作。經(jīng)嚴謹?shù)墓派飳W(xué)研究確定，該裝置運動范圍與頜骨活動角度（0°— 65°）嚴格契合，精準還原古生物頜骨運動特征。風(fēng)神翼龍翅膀調(diào)節(jié)系統(tǒng)則基于空氣動力學(xué)原理構(gòu)建，采用多向活動鉸鏈與限位卡扣設(shè)計，經(jīng)風(fēng)洞試驗等專業(yè)手段驗證，使得翅膀角度調(diào)整范圍（±30°）真實反映其在滑翔飛行中的姿態(tài)變化。迅猛龍伏擊機關(guān)采用屈曲約束設(shè)計（Buckling-Restrained Design），翻頁至45°時結(jié)構(gòu)突彈，速度達0.5m/s，沖擊力峰值1.2N，匹配真實捕食動力學(xué)特征。實驗表明，此類交互設(shè)計可使生物行為記憶留存率提升至平面模型的2.7 倍。

（3）多維空間構(gòu)建與生態(tài)敘事：層疊式景深架構(gòu)（LayeredDepth Construction）通過精密設(shè)計的空間拓撲關(guān)系，模擬生態(tài)系統(tǒng)固有的復(fù)雜性。以森林場景設(shè)計為例，采用三層次折疊紙藝技術(shù)：前景植被層采用激光雕刻半透明白卡紙（透光率65%），從光學(xué)原理層面分析，以仿生葉脈紋理（密度20 線/mm）模擬光線散射，并嵌入微凸起結(jié)構(gòu)（高度0.2mm）增強觸覺反饋，有效實現(xiàn)光線穿透效果，模擬自然環(huán)境中植被對光線的散射與透射現(xiàn)象。中景恐龍群通過斜面折疊技術(shù)，基于視覺感知原理，營造動態(tài)位移錯覺，增強場景的生動性與真實感。背景山體則利用陰影層壓技術(shù)，通過對紙張的層壓處理以及陰影效果設(shè)計，增強場景的縱深感，模擬自然山體在不同光照條件下的視覺效果。在水花動態(tài)模擬方面，創(chuàng)新性地采用微米級褶皺陣列（Micron - level Crease Array），通過 0.1mm級精度的折疊密度變化，從流體力學(xué)與視覺暫留原理出發(fā)，在翻頁時產(chǎn)生波紋擴散的視覺連續(xù)性，逼真模擬水花動態(tài)效果，如圖4、5。

結(jié)語

本研究借白堊紀立體書，探討具身認知理論在立體書視覺設(shè)計中的應(yīng)用。該理論強調(diào)身體、環(huán)境與認知的交互，為立體書設(shè)計帶來新視角，讓立體書成為讀者與知識互動的橋梁，助力知識理解與記憶。在白堊紀立體書設(shè)計中，依此理論多維度創(chuàng)新。視覺上，逼真還原白堊紀生物與地貌，呈現(xiàn)霸王龍的立體形態(tài)，精心塑造火山噴發(fā)等場景，用色彩搭配營造氛圍，描繪細膩圖案增強真實感。互動設(shè)計方面，設(shè)拉動拉頁展示恐龍捕食、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤切換生態(tài)場景等機關(guān)，讓讀者身體與認知結(jié)合，沉浸其中。

未來，立體書設(shè)計應(yīng)深挖具身認知理論，融入各環(huán)節(jié)。如氣味印刷技術(shù)，拓展多感官體驗。當(dāng)前研究聚焦白堊紀主題，普適性有限。后續(xù)可拓展至歷史文化主題（如敦煌壁畫立體書），結(jié)合嗅覺、溫感等多模態(tài)設(shè)計，進一步驗證理論的普適性，推動立體書從“兒童玩具”向“跨年齡教育媒介”轉(zhuǎn)型。