（设计艺术学专业论文）形态与环境设计——冰花形态在建筑设计中的应用.pdf

沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 远古人类用树枝、土、石块构筑巢穴，躲避风雨和野兽的侵袭，开始了最原 始的环境创造活动。后来，人们又建造了宫殿、庙宇、陵墓、店铺、出现了广场 和街道等公共空间以及与之相适应的环境设计。到了近现代，环境功能日趋复杂， 技术精巧，环境空间形态日益多样，出现了一大批新的环境类型。 形态学是近年来创建的一门新型的基础理论学科。形态指事物在一定条件下 的表现方式，其中包括形状和情态。 “态” ， “意也” ，有心意之动必形状于外。本 文从设计形态学的角度出发，对于北方地区特有的气候条件下所形成的冰花图案 进行分析，重点研究冰花形态所形成的美感在建筑设计中的运用。为将其完美的 结合，笔者研究、分析冰花形态的特点，查阅了大量关于冰花形态的资料以及关 于一些形态与建筑结合的实例。从根源上通过对冰花形态的分析研究，将其形态 特点运用到建筑设计中，使人产生一定的心理感受。 人类社会的物质和文化环境，已经显示了人类生存环境中的设计无处不在。 设计在人类生存的场景中无论是作为一种创造性的活动，还是作为一种物质性的 形式来表现，都成为人类实际生活中的一种存在。在当代社会生活中，设计几乎 存在于所有的物质生活领域和人们的视觉领域。它作为一种赋予物质和文化以结 构和形式的创造活动，所涉及的内容是另人瞩目的。 关键词：形态学, 形态, 自然形态, 冰花形态, 旋转对称 沈阳理工大学硕士学位论文 abstract the ancient human branches, soil and stone building nests, from the rain and beasts, started the most primitive environment creation activities. later, people built palaces, temples and mausoleum, shops, and the square and streets public space and environment design. to modern, environmental functions are becoming more and more complex, technology exquisite, environmental space form, various types of a large number of new environment. morphology is founded in recent years, a new theory. which forms under certain conditions, ways, including shape and modality. the state, meaning, the mind will shape at outside. from this perspective, the morphology of the design for the unique climate condition in northern under the ice pattern analysis, focusing on the study of ice formation of beauty in the form of architectural design. for its perfect combination, the author studies, analyzes the characteristics of morphology, consult glacial ice on a lot of material and form of some form of the combination and architecture. ice from the roots through the analysis of morphological study of their morphological characteristics applied to the architectural design, gives rise to a certain degree of psychological feelings. human social material and cultural environment, have shown that the human survival environment design everywhere. in the design of human existence in the scene is becoming increasingly important, whether as a kind of creative activities, or as a physical form, the design becomes a kind of human existence in actual life. in the contemporary social life, almost all of the design and peoples material life visual field. it as a given by structure and material and cultural creation of form, the content is involved in other peoples attention. key words：morphology, form, natural form, ice patterns, rotationally symmetric 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字） ： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 论文研究的目的意义和研究背景 本文从设计形态学的角度出发，通过对于北方地区特有的气候条件，也就是 在隆冬的季节，由于气候条件所形成的冰花图案进行分析，重点研究这种冰花形 态本身所具有的地域性特点及其自身所形成的美感在建筑设计中的运用。 1.2 本选题的国内外研究现状 对于形态学，形态学（morphology） ，原本是作为生物学的一个分支出现的， 它是探索生物体形的生成、发展过程及其相关机理的学问，也是进行形态分析与 分类的学问。由于这一形态学是以自然形态为研究对象，其观点及成果对人为形 态的观察与分析有着诸多的启发，所以，在设计领域自然引起设计者的高度重视 和兴趣，并不断尝试以形态学方法对人为形态进行分析。也就是以人为创造的形 态，如生活器具、建筑、环境、服装、广告和商业作品等的外在特征（形状、大 小、色彩和材质）为对象，寻求它们所蕴含其中的内在特性（如设计的意图、价 值、相互关系与人的嗜好等） ；基于人为形态的可视性方面与非可视性方面进行对 应性研究，由此弄清有关人为形态创意的机理。这种对人为形态进行形态学分析 研究的方法构成了设计形态学。通过对自然与几何形态的规则化与不规则化； 平面形态与立体形态基本视觉分析；具象形态与抽象形态的观察与分析；了解形 态与自然几何类型的关系。 “冰花”这种源于大自然的自然产物，是在东北地区的 特有条件下的产物。冰花的形状，涉及到水在大气中的结晶过程。大气中的水分 子在冷却到冰点以下时，就开始凝华，而形成水的晶体，即冰晶。冰晶和其他一 切晶体一样，其最基本的性质就是具有自己的规则的几何外形。冰晶属六方晶系， 六方晶系具有四个结晶轴，其中三个辅轴在一个平面上，互相以六十度角相交； 沈阳理工大学硕士学位论文 2 另一主轴与这三个辅轴组成的平面垂直。六方晶系的最典型形状是六棱柱体。但 是，当结晶过程中主轴方向晶体发育很慢，而辅轴方向发育较快时，晶体就呈现 出六边形片状。冰花形态属于旋转对称也称辐射对称，基本法则就是：以中心线， 中心点为轴线，轴心。向周边均匀的放射形等同分布，形成若干均等或对称的单 元。按其对称部分单元划分比例，旋转对称可分为三面对称、四面对称、五面对 称、六面对称等多面对称。另外还可以有扇面对称和圆面对称。旋转平衡是对称 或平衡中最为完美的形式。具有圆满、统一、紧凑、丰富的整体美感，基于形态 元素的不同可产生多样统一，对比和谐，单纯又活泼的视觉效果。由于这种形式 的张力均匀，具有很强的实用性，所以在生活中处处可见。 罗马建筑学家维特鲁威（前 1 世纪）评价建筑的三条基本标准：效用、坚固 和美观。他把实用的功利标准与审美标准结合起来，由此要求建筑师除了通晓建 筑、工程以外，还应该研究历史，了解天文学、土壤学、力学、医学和气象学， 应该要掌握几何学，熟悉哲学和抒情诗。他提出了建筑学的范畴体系，包括结构、 布局、和谐、计算、对称和装饰。其中，和谐、对称和装饰属于建筑美学的范畴。 维特鲁威把对称称作为建筑美学的主要概念，它包含各部分之间布局的和谐和数 的比例关系。他说，对称是建筑物本身各个构成要素之间在结构上的和谐，是作 为出发点的某一规定部分之整体与各部分之间的相互适应。像在人体中，由于胳 膊和手脚以及人体其他各部分之间的对称，使人体获得和谐。比例这一概念在维 特鲁威的美学中占有重要的地位。他认为建筑物达到对称效果是以人体比例为基 础的。古希腊的艺术家们相信，对称与均衡并不是人为的比例，而是自然界所固 有的。因此，他们在自己的作品中应用和显示了这种统摄自然的法则，也就体现 了事物的永恒结构和客观的美。他们在构成这种比例时，遵循静力学法则、精通 技术并熟悉建筑材料的性能，使他们把科学的追求与审美的追求结合在了一起。 1.3 研究方法 为将冰花形态能够与建筑完美的结合，笔者研究、分析冰花形态的特点，查 阅了大量关于冰花形态的资料以及关于一些形态与建筑结合的实例。采用借鉴类 比的研究方法与类型学的分析手段，从根源上通过对冰花形态的分析研究，将其 形态特点运用到建筑设计中，使人产生一定的心理感受。 第 2 章 形态设计对环境空间的影响 3 第 2 章 形态设计对环境空间的影响 目前，许多学科领域都有自己的形态学理论，诸如：数学形态学、社会形态 学、植物形态学等。在设计领域，形态学与造型论是相通的概念，这显然体现了 设计形态学概念中“形状” 、 “图形” 、 “造型”等外在视觉化的倾向。然而，设计 形态学既然是基于人为形态的可视性方面与非可视性方面的研究，那么将设计形 态学仅仅理解为外在形式上的研究显然是不够的，更何况，现代设计的发展无论 在内涵上还是外延上都发生了新的变化。对于设计的认识和研究已经不能停留在 外观层面，而是必然要深入到系统和关系层面去理解、分析和研究。因此，设计 形态学或造型论应该是比通常所理解的要更为复杂的方法学。 2.1 关于形态学 形态学（morphology） ，原本是作为生物学的一个分支出现的，它是探索生物 体形的生成、发展过程及其相关机理的学问，也是进行形态分析与分类的学问。 由于这一形态学是以自然形态为研究对象，其观点及成果对人为形态的观察与分 析有着诸多的启发，所以，在设计领域自然引起设计者的高度重视和兴趣，并不 断尝试以形态学方法对人为形态进行分析。也就是以人为创造的形态，如生活器 具、建筑、环境、服装、广告和商业作品等的外在特征（形状、大小、色彩和材 质）为对象，寻求它们所蕴含其中的内在特性（如设计的意图、价值、相互关系 与人的嗜好等） ；基于人为形态的可视性方面与非可视性方面进行对应性研究，由 此弄清有关人为形态创意的机理。这种对人为形态进行形态学分析研究的方法构 成了设计形态学。 1 中国传统思想中的 “道器观” 恰好可以解释设计形态学的实质。 易 系辞上 ： “形而上者谓之道，形而下者谓之器。 ”唐李鼎祚周易集解引唐崔憬言： “妙 沈阳理工大学硕士学位论文 4 理之用以扶其体，则是道也” ， “体为形之下，谓之为器也” 。认为形而上为用、为 道，形而下为形质，为体、为器，形而上不离形而下。唐孔颖达周易正义系 辞上提出，形而上为无体无形者，形而下为有质有形者。南宋朱熹认为： “理也 者，形而上之道也，生物之本也；气也者，形而下之器也，生物之具也” （ 答黄 道夫 ） 。清戴震提出另一解释： “形谓已成形质。形而上犹曰形以前，形而下犹曰 形以后” （ 孟子字义疏证天道 ） ，把未成形质的看作“形而上” ，而把已成形质 的看作“形而下” 。设计形态学不仅是研究有形质的、形而下的“器” ，也要探索 未成形质的、形而上的“道” 。中国传统思想里， “道”往往是通过物化的过程来 体现的，如抽象的、形而上的“道” ，即理念、文化和方法、作用等，要以形而下 的“器”即可视化的物化形式来体现和传达。 “道”的现实形态即为“器”是现实 “道”的途径； “道”是认知、研究和设计形态的方法，是内化性的，而“器”则 是形态本身，是外化性的。对设计形态学外化的理解，其实质就是“重器轻道” 。 同样， “重道轻器”实质上就是将其意义和方法孤立于形质之外的、对形态学内化 的理解， 这将会是无果而为。 研究形态的学问既要 “妙理之用以扶其体” ， 还要 “形 而上不离形而下” 。换言之，设计形态学是基于自然事物和人为事物，就其形态的 发生、发展、变化机理与规律及其认知、知觉和意义的研究；在方法上不仅是针 对可视形质方面，而且针对非形质方面的原理、关系、文化、意义和方法的研究， 并且，可视性方面与非可视性方面相辅相成，构成了设计形态学的整体。 2.2 自然与形态 自然孕育了人类，也给予了人类无限的启迪。在设计与艺术创作活动中，人 类总是自觉或不自觉地受到自然的影响。可以认为，自文明诞生之日起，自然界 中的形形色色就在激发着人们的创造力。如果说，早期人类的某些本能活动也够 得上是设计或者艺术创作行为的话，那么，那种行为便是源自于对自然现象的认 知和理解。这种认知和理解越深，受之于自然界的影响力就越大。但是，当人们 逐渐地知道所尊崇的自然中的各种形态规律实际上是自然力作用下的杰作时，探 索的热情便延续不断，代代相传，以至于在今天，即便是人类在某些领域已经发 展拥有可以超乎自然的能力，但是在设计和艺术创作中，自然情结还是挥之不去。 凡物皆有形， “造物” 、 “造型”的过程都离不开“形态”的范畴。人类在历史的不 第 2 章 形态设计对环境空间的影响 5 断延续中经历了抽象具体抽象的演变过程，因此，人类对形体的感受和认识 经过了漫长的历史过程。人们在生活经验中不断地总结“形态”的要领。如果我 们对自然界中的各种物质形态加以研究，不难发现在现实的自然世界中存在的形 态，具有自身的形态特点，可分为自然形态与人工形态两大类。 2.2.1 形态的定义 关于形态汉语中的“形态”一词，有以下几种解释： 、形状和神态， 历代名画记卷九中有“ （冯绍正）尤善鹰鹘鸡雉，尽其 形态”的词句。也指事物在一定条件下表现形式，如：语法形态。 、词的形式变化，指词的表示语法意义的形式变化，叫构形形态。指起够 词作用的形式变化，叫构词形态。除指内部形态，还兼指用虚词造成的构词形态， 叫分析形态。还有把词与词的结合关系认为是广义形态的。从实质上看，形态就 是词在语言结构中不同用法的标志，是词的功能的表征。 2 在国际科学界的许多领域中，均出现了与汉语“形态”概念相同的用词，并 赋予了特定的含义。艺术与设计学科形成的过程中，也同样纳入了“形态”一词。 而且更多地被赋予了形状和造型概念。形态指事物在一定的条件下的表现方式， 其中包括形状和情态。 “态” ， “意也” ，有心意之动必形状于外。当艺术与设计的 内涵和外延随着时代而发展，人们对“形态”概念的理解也越来越趋向复杂。如 果说，以往“形态”的概念限于理解为形状和神态的话，那么现在“形态”的概 念越来越趋向于语言学中的涵义功能的表征。艺术设计学中的“形态”的概 念不仅仅表示着形状和神态或者造型，而且表示着对象事物各视觉元素或物理结 构间的关系所表征的功能，以及所构成的系统呈现出的状态等。 3 如故宫午门， “凹”字形的平面和高垒的砖墙是它的外在形状，而高大城墙所 构成的围抱之势，给人以威严、宏伟的感觉，这就是它的内在寓意。它使人联想 到封建王朝的闭关自守和集权统治。中国的戏曲表演也很好地解决了形体动作的 内部与外部关系问题，用一句简单的话说，就叫作“动于中，则形于外” 。正如艺 术与视知觉 的作者阿恩海姆所说： “视觉形象永远不是对于感性材料的机械复制， 而是对现实的一种创造性把握。它把握到的形象是含有丰富的想象性、创造性、 敏锐性的美的形象。观看世界的活动被证明是外部客观事物的性质与观看者的本 沈阳理工大学硕士学位论文 6 性之间的相互作用。 ”这一点对于造型活动就尤为重要，因为我们所要表现的不仅 仅是事物表面的、显示的、真正的样相，而是从我们所看到的事物中提炼出来的 本质的样态。 2.2.2 自然形态与人工形态 自然形态是指大自然中一切可视可触的现象和形体， 往往体现了原始天成的美 感，如藤条、落叶、卵石、动物等。自然形态又分为“自然有机形态”与“自然 无机形态“， ”自然有机形态是指自然界中具有生命周期，具有生命体征的如鱼类， 它的生命体征就是适应自然界的结果； “自然有机形态”与“自然无机形态”正好 相反，没有生命周期，没有生命体征如石头、枯木 、雪花、冰花、河流等等。人 工形态,指人类有意识地从事视觉要素之间的组合或构成活动所产生的形态。它是 人类有意识、有目的的活动创造的结果。如建筑物、汽车、轮船、桌椅、服装及 雕塑等等。人工形态又包含具象形态。具象形态是依照客观物象的本来面貌构造 的写实，其形态与实际形态相近，反映物象的细节真实和典型性的本质真实。 4 人最初对于飞行的想法是模仿鸟类。达芬奇就设计了一种像人那么大小的扑 翼机，即拍动翅膀的飞机。要是有足够的动力，他的飞机也许已经飞上天了。不 过，早期的飞行家虽然拼命地拍动翅膀，可是飞机却总是离不开陆地。人最终放 弃了模仿鸟类，但是人又不甘心让鸟类独霸天空。认为人即使不能在天上飞，至 少也要在天上飘，于是他们用充满轻气体或热空气的气球成功地做到了这一点。 他们给这些比空气轻的飞行装置安上活动的机翼或“桨” ，但还是不能飞。后来硬 翼滑翔机给人们带来了成功的希望，人们给滑翔机安上螺旋桨，用发动机来推动 螺旋桨，这才达到了飞行的目的。 仿生等于仿自然。 其实在这背景下谈人类制造飞行器的问题我们都会感到有些 好笑，因为我们实际上根本不可能生产出真正意义上的自然型的飞行器。对于一 个头脑清醒的飞机设计师而言，设计的灵感之源泉应该是十分分明地源于上面所 提到的那些生物类范例。我们能够做的只是一种尝试。即潜意识地运用我们的智 慧去模仿和效法自然，在一定的程度上窥探自然的奥秘。我们倡导“仿生设计” 就是为实现设计形式的多样化去追溯大自然的“原始状态” ，并力图部分地为我们 的高新技术所利用。真正地理解中国先哲老子之于人类发展所倡导的“天人合一” 第 2 章 形态设计对环境空间的影响 7 的哲学精髓。 2.3 不同的形态对空间设计的影响 在造型艺术领域， “空间”更多被人们用来解释视觉形象同包容其外的空虚形 态的相互关系。空间与形态的关系是一对矛盾，一正一反。形态增大，空间减小； 反之形态减小，则空间增大。被体围合成空间则该空间为表现主体，空间开放则 形体为表现主体。不同空间基本形态能产生不同的方向感和空间效果。直面限定 的空间形状呈现出表情严肃的情形，曲面限定的空间形状呈现出表情生动的情形。 5 2.3.1 基本的空间形态 锥形空间：各斜面具有向顶端延伸并逐渐消失的特点，使空间具有上升感。 倒置时不稳定，具有危险感，运用得当，则轻盈活泼、赋予动感。 柱形空间：四周距离轴心均等，具有高度的向心性，给人一种团聚的感觉 球形空间：各部分都围绕着空间中心，有内聚的收敛性，令人产生强烈的 封闭感和空间压缩感。 三角形空间：有强烈的方向性、稳定性。围成空间的面越少，视觉的水平 转换越强烈，也就越容易产生突变感。从角端向对面看去有扩张感。反之，有急 剧的收缩感。 环形、弧形或螺旋形空间：有明显的流动指向性、期待感和不安全感。 方体空间：是一个六面体负形，其长、宽、高的不同比例关系影响着人的 心理。 2.3.2 环境艺术形态与空间构成 环境艺术是研究空间的艺术。环境艺术的形态要素是以存在的状态来衡量的， 它包含了环境的实体形态要素和空间要素，其形态的特征都是具体的、可感的， 其审美特性十分明显。各种环境的实体形态和空间形态的关系问题构成了环境艺 术本身的研究对象。环境艺术的形态的构成因素极其复杂多样。一个环境的存在 是由许多不同类的要素集合而成的。如直接作用于知觉感官的各种物质形态如山、 河、树木、建筑等，以及围绕实体形态并通过虚实相间的作用所形成的空间形态。 沈阳理工大学硕士学位论文 8 在环境约定中，形态的关联属性是体现环境形态构成的基本关系，它成为能够涵 盖并有效地在一个环境的基本面层上把握和评析环境形态构成。作为形态的关联 属性主要揭示了形态与空间之间的相互关系。它包含了两个方面的含义：其一， 强调了物体的围合、限定以及空间的“包裹”性以及“分界”性的特征，解析了 环境形态在纵向或横向上通过差异性处理，适宜的表达环境形态的作用和影响以 及形成形态与环境的关联。其二，环境形态构成对自然形态的拆解，表述了对重 力、风力等自然力存在的抵制、无视与超越，表现为下小上大、上重下轻的倒金 字塔形，或重心偏移的异形等，其具体形式常表现出形态立面在纵向或横向上的 匀质特征；表现出对“包裹”着的界面形式的破除，如立面上的开口、挖洞，垂 直出挑与切割等；表现对开敞与封闭形式基本约定的拆解，如形态的多层复合性 或多义性以及绝对封闭或绝对开敞的形式的运用等。 环境艺术的空间建构形态是由各种实体、空间要素结合而成的。它是指环境 中诸要素的结构方式和表现形态，即环境的存在方式和外部表现形态。它是以一 定表现结构组成的具有相应功能的系统。其中环境形态要素是构成环境形式的基 本单元，众多的要素以各异的关系组成了千姿百态的形式。环境也正式通过形态 要素以一定关系结合而构成可为人所感知、认识的形式信息，它清楚的表达了环 境的物质实体构成及其内部蕴含的含义。环境艺术的建构形态总是形象的、具体 的，总是人们的感官可以直接感受到的。他们通过色、声、形等物质材料所构成 的外在形式表现出来。并直接作用于人们的感官，从而发现环境的特征和规律。 此外环境艺术建构形式本身具有相对独立的意义和审美特性，构成环境外形的物 质材料的自然属性（色、形、声）以及他们的组合关系（整齐、对称、均衡、重 复、节奏、比例、多样统一等） 。在环境中，我们直接建造的是有形的实体，并通 过有形的实体限定出无形的空间。在无形的空间中，空间要素所体现的形状、尺 度、色彩、肌理和声音等构成了环境艺术构成要素属性。在环境艺术的建构形态 中首先要强调其形式的可识别性，它要求空间建构形态具有某种固定的、有限的、 精确的秩序和规律，要求环境各个要素各具特征、组合关系明确，构成连续完整 的景观。空间建构形态应具有时代感，能够反映出当代物质文明水平，应与环境 的实用功能、物质技术条件、自然环境状况相符合。还应该体现出民族精神、地 方特色、个性特点等要求。 6 第 2 章 形态设计对环境空间的影响 9 如，美国著名建筑师查尔斯摩尔设计的奥尔良市“意大利广场”就是在设 计中大胆抽取各种古典的要素符号，并以象征性的手法将其在现出来。整个广场 以巴洛克式的圆形平面为构图，以逐渐扩散的同心圆及黑白相间的地面铺装向四 周延伸出去，直至三面入口的街道上。罗马的古典柱式经过改头换面以全新的面 貌呈现，如科林斯柱式用的是不锈钢柱头，多立克柱式上流泉涓涓，圆券上嵌着 微笑的摩尔头像，水正不断地从他嘴里吐出在这里不仅充满了欢乐浓郁的现 代商业气息，而且具有对乡土强烈的依恋之情。在这里形态设计像文字语言一样， 即扎根于往昔的经验，又与飞速发展着的社会相联系，新的功能、新的材料、新 的技术召唤着新的思想。利用形态变形与分裂引人注意，在形态严谨的结构关系 中插入随机兴奋点，给人以惊奇的视觉刺激进而促进深思的作用，从而延长了欣 赏和观察的时间，加深了对形态秩序与风格要素所具信息的记忆以及人对形态关 系的印象与体验。槇文彦设计的“螺旋”大厦，通过造成多种空间事件来提高建 筑艺术的感染力，从而使它变成为戏剧化环境艺术融合到空间中去。多处采用变 体的形式圆锥体、锥体、球体、立方体等，达到一定的特异，成为空间上符 合螺旋变化的一定对比的联系物，从而将深刻的哲学内涵引入环境。 7 沈阳理工大学硕士学位论文 10 第 3 章 冰花形态的特点及其艺术价值 美具有两大类型，即自然美和艺术美。所谓自然美，是来自人类对于自然事 物的审美经验，而不是自然物本身就具有美的性质。如其形状、颜色、质感、体 征等等，只是构成美的元素而已。而作为客观存在的自然物所具有的形式上的特 征，例如对称、均衡、有序、纯净或色彩斑斓等，在某种意义上，被人们认为这 就是“美” 。其实决定形式特征的是他的构成形式而并非是构成元素，所谓形式即 元素间的构成关系和逻辑关系。现实中，人们往往把美看作是物的一种属性，所 以常从事物本身去寻找美感的条件。比如说简单的线形，柏拉图以为最美的线形 是圆和直线，画家霍加斯（ogarth）以为是波动的曲线，而德国美学家斐西洛 （fechner） 根据自己的实验， 认为美的线形是一般画家所说的 “黄金分割”（golden section）即宽与长成 1 与 1.628 之比的长方形。 8 3.1 冰花的特点 冰花的形状，涉及到水在大气中的结晶过程。大气中的水分子在冷却到冰点 以下时，就开始凝华，而形成水的晶体，即冰晶。冰晶和其他一切晶体一样，其 最基本的性质就是具有自己的规则的几何外形。冰晶属六方晶系，六方晶系具有 四个结晶轴，其中三个辅轴在一个平面上，互相以六十度角相交；另一主轴与这 三个辅轴组成的平面垂直。六方晶系的最典型形状是六棱柱体。但是，当结晶过 程中主轴方向晶体发育很慢，而辅轴方向发育较快时，晶体就呈现出六边形片状。 3.2 冰花形态分析及其艺术价值 3.2.1 关于几何学 两千多年前，人们已经脱离原始思维，开始理性地对未知世界进行探索和分 析。对于遥远的空间，我们现代人与古代人一样，都要通过观察和逻辑推理来更 第 3 章 冰花形态的特点及其艺术价值 11 加深入地认识宇宙的本质和结构。如今的人类，认知的触角已经到达茫茫银河系 以外，探索的内容也已经涉及宇宙的起源和未来。如此辉煌的成就，无不源自于 古人打开的一个个科学之窗。我们之所以能在寻求世界运行秩序过程中屡有成就， 是因为我们不断从先人那里继承了多种方法和工具。几何学就是这样一种让人被 受启迪的工具和方法。它不仅为我们提供了精确的数学推理，同时也教导我们在 自然界中去建立美学观念。古代几何学是以欧几里得的几何原本为标志产生 的。几何不仅可以用于描述事物，而且还可以揭示事物的本质。从简单的描述石 块和沙地开始，希腊人抽取出点、直线和平面的概念，逐步发展出几何学。 几何 原本是古代智慧和思想的复活以及实验方法的开创，人们从探索自然是什么， 延伸到研究自然界的来龙去脉及其规则。科学的进程是由希腊几何学家确立的， 因为他们把数学作为他们研究的工具。自那以后数学就成了科学的核心，而几何 学又是数学的核心。在几何学的范畴里，形的研究是重要的内容。古代民族都具 有形的简单的概念，并往往以图画或是图形来表示。而且图形也是数学研究的对 象，这是由于工作的制作和测量的要求所促成的。简单的说，数学不仅是研究现 实世界中数量关系的科学，也是研究形与空间形式的科学。 9 3.2.1 几何学之美 （1）形的类型 形、形象、形态在词典里的解释几乎是同义的；在英语里除了 form 之外，还 有 shape、figure 等表达词语。作为设计用词，前者所指为具体形态（形象与状 态） ，后者所指则倾向于抽象的图形。形态通常分为两大类，即概念形态与现实形 态。在设计基础教学中，常将空间所规定的形态归结为概念形态。概念形态一般 由两个要素构成：一是质的方面，有点、线、面、体之分；二是量的方面，有大 小之别。概念形态是不可直接感知的抽象形态，无法直接成为造型的素材。而如 果将它表现为可以感知的形态时，即以图形的形式出现时，就被称之为纯粹的形 态。纯粹形态是概念形态的直观化，是造型设计的基本要素。 现实形态是实际存在的形态，也可以分为两类：一是自然形态，如山水树木、 花鸟鱼虫等；二是人为形态，如产品、建筑等。自然形态可以分为有机形态和无 沈阳理工大学硕士学位论文 12 机形态。所谓有机就是有机体的意思，生命的有机体在大自然中由于自身的平衡 力及各种自然法则，必然产生平滑曲线，体现出生命形态的感觉。人为形态，是 由于人通过各种技术手段创造的形态，当然包括设计的形态。有的与设计相关的 人为形态与自然形态一样，包括以下方面；模仿样式的形态手枪形的打火 机、汽车形的电话机；象征符号的形态齿轮表示工业、镰刀代表农业； 装饰形态各种自然物；模仿功能的形态玩具等等，此种形态只是愿形 态的转用，而与原型产品功能无关。 从以上的分类中还可以派生出另外一个形态的概念抽象形态。所谓抽象， 原指抽取并掌握事物及其表象的最基础、最本质的组成部分或性质的一种理性活 动。抽象的形态有两个类型：一是现实形态抽象后的再现形态，这类形态往往是 单纯的几何形态；二是概念形态的直观化，即纯粹形态。不论是哪一种形态都是 最基本的、最本质的形态，也是人为形态赖以生成的中介，是设计中不可缺少的 形态语言。 10 （2）形态元素 自然中的奇妙现象给人以数的启示，而这些复杂的对数的描述一旦转化成形 的表达就变的显而易见了。从几何学角度看，如果要对世上的有形物作一个笼统 的描述的话，那么它就是由点、线、面等基本元素构成。但是，这些形的元素仅 仅是脱离了事物内涵的抽象性的相对量的定义，对于无限的自然空间来讲是没有 任何意义的。 “点”是怎样构成的？其本质又是什么？几何学认为： “点是没有部 分的东西” 。点是最基本的元素，是任何事物的开端。当要在一张纸上画出一条线、 一个圆或是一个图形时，总是要从一个点开始。那么在一个空间里，如要画出一 个点，这是不可能的，但是我们可以想象，赋予其“点”的概念当我们仰望 茫茫夜空，月亮便是夜空中的一个亮点，星星则是更小的点。由此可见，点是一 个相对的概念，是由人类主观决定的。 “线” ，几何学认为线是由点产生的，两点 相连产生直线，点的移动轨迹产生线，无数的点的排列构成一条线。两条线相交 永远只会形成一个交点，曲线迂回相交可以产生若干个交点。线具有方向性，而 这个方向性要基于点的概念。只有先确立点的位置才有线的方向性。 “面” ，是线 的移动轨迹，两条线可以界定一个面，无论是相互垂直的两条线，还是相互平行 的两条线抑或是任意角度的两条线，都可以界定一个平面。同样，既然两个点可 第 3 章 冰花形态的特点及其艺术价值 13 以界定一条线，那么三个点便可以界定一个面。所谓平面即有长和宽两个维度的 两维平面。如果再绘出一个相垂直的线条，便能界定一个三维体或是三维空间。 一个球或是其他复杂的物体，都需要用“面”的概念来表达。 “体” ，是面移动的 轨迹。两个面可以界定一个体，无论面的相对位置如何，都可以界定一个具有长 宽高的三维体。点线面体是一个相对存在的概念。点可以理解为缩小的线、面或 体。如：太阳的体积要大于地球，但相对于天空这个“面”或“空间”来说，他 只是相对的一个点，而点的放大即为面，点的连续排列即为线。忽略纵深度的体 也可以视为面。 （3）形的比例 几何学的发展不仅归纳出形的基本元素， 而且在形的数理关系中发现了韵律的 存在，并且逐步成为人们在艺术与设计活动中创造和谐的思维方法及工具手段， 而这些和谐关系的产生，完全出于形的比例。人们对于比例的认知源自于自然事 物，优美的天然造化，激发了人们探索的热情，随着几何工具的应用，发现了比 例的构成规律和随之产生的审美意义。像黄金分割、黄金矩形、黄金分割点、黄 金分割点的三角形构成法和根号矩形，这些都具有一定的比例美感。比如说黄金 矩形的短边与长边之比为 11.180 339 887应用时通常取 1.618。如(图 3.1) 是正方形构成黄金分割矩形的作图方法。 (图 3.2)是运用黄金矩形分割构成的螺旋 曲线，与鹦鹉螺横断面的螺旋曲线有着惊人的吻合。 （图 3.3） 。 图 3.1 图 3.2 图 3.3 （4）自然中的几何学自然中的对数螺线 如果我们仔细观察蜘蛛和他们所织的网，就会发现其中的规律：那些铺排的很 均匀，每对相邻的辐所交成的角都是相等的；虽然各蜘蛛网的辐的数目各有不同， 沈阳理工大学硕士学位论文 14 但是其规律适用于各种蜘蛛网。据研究，蜘蛛织网的方式极为特别：它把网分成 若干份，同一类蜘蛛所分的数量是相同的，而且它们所安置的辐极为精确，好象 是使用了作图工具一般。在同一个扇形里，所有的弦也就是那构成螺旋形的一圈 一圈的横弧，几乎是互相平行的；同一扇形中的弦和辐相交所形成的锐角和钝角 正好分别相等，同为它们的弦是互相平行的。这种特性即是数学家们所称的“对 数螺线” 。对数螺线即为一种无穷尽的螺线，它原本只存在于科学理论的概念中， 而蜘蛛却很精确的做到了。在自然界中，这种螺线的例子普遍存在，具有广泛的 巧合。许多动物的建筑物都会采用这类结构。 作为软体动物的贝壳，其精美和多样是人类建筑作品所无法比拟的。尽管软体 动物的形态多种多样，但它们的设计却有着惊人的统一。软体动物依据与生长和 形态有关的一些基本原理建造贝壳。其中最重要的是随着贝壳的生长，它的 形状保持不变。如果将贝壳从盘旋状态展开，它就会是一个中空锥体，锥体在小 端或顶端封闭，而在大端或壳口端敞开。贝壳仅在壳口边缘生长。这个边缘上的 每个点，通过几个连续的早期生长阶段，都能回溯到壳顶，即贝壳最早的形成部 分。随着壳的生长，壳口在不断扩张。不过，整个锥体形状却保持不变。 11 3.2.3 冰花形态分析及其艺术价值 大气中的水汽在结晶过程中，往往是晶体在主晶轴方向生长速度慢，而三个 辅轴方向则快得多，冰晶多为六边片状。当大气中的水汽十分丰富的时候，周围 的水分子不断地向最初形成的晶片上结合，其中，冰片的六个顶角首当其冲，这 样，顶角上会出现一些突出物和枝杈。这些枝叉增长到一定程度，又会分叉。次 级分又与母枝均保持六十度的角度 这样， 就形成了一朵六角星形的冰花。（图 3.4） 冰花形态的特点：从平面上看共有三条主轴线组成，每个边之间的夹角是六 十度，并且边与边之间形成一个坚固的三角形。冰花形态是由直线与折线组合而 成的，体现了一种韵律的美感。冰花属于旋转对称图形，无论是内部或是外部， 都呈现一种六边形。六边形具有稳定性，将图中的圆心向各角点相连，就会形成 对角关系。这是最平衡而稳定的关系。冰花形态不但具有稳定性的美，而且具有 动感美。 （图 3.53.6）无论是外部还是内部所呈现的六边形都与六边形的蜂巢相 似。蜂巢之所以会给人以不可思议的美妙之感，是因为那排列工整的六边几何形 第 3 章 冰花形态的特点及其艺术价值 15 状。那么为什么蜂巢会呈这种形状呢？通常人们会感叹自然的鬼斧神工。然而， 经过人们仔细研究，发现了蜂巢变成六边形组合有其必然的原因。蜂巢原本是原 柱形，由于蜜蜂在巢内的旋转运动，所产生的压力致使原柱形之间的空隙被均匀 地填满形成六边形。这也无疑体现了使用最少的材料形成最宽敞的空间的方法。 设想，蜂巢是呈三角形、八角形等则必然会出现缝隙，而面积则会最小。所以， 所有这些几何形状中，六角形所体现的效率是最高的。正因为蜂巢的这些特征， 给了人们诸多启示。六角形所排列而成的结构被称为蜂窝结构。这种结构因为形 与形之间的结合关系最好，所以非常坚固，而且，延展性非常好。这种蜂窝原理 被应用于质轻而高强度的材料构造上，如应用于飞机羽翼和船舶内饰，以及人造 卫星机壁上的轻型材料。蜂窝内外面巢房正好一半相互错开，相互组成六角形边 的交叉点，是内侧六角形的中心。这样可以提高强度，防止巢房的破裂。根据蜂 巢形成原理，如果将图中圆心相连就会形成正三角关系，这是最平衡而稳定的关 系。 12 图 3.4 图 3.5 图 3.6 “冰花”形态本身所具有的力与场，何为“力”与“场”？所谓的“力”是 借助物理学中力的概念，表述限定空间中因形态量、方向性、聚散、虚实、黑白 或色彩等强度知觉所产生的视觉 “张力” 或动态所形成 “扩张” 或 “移动” 的 “势” 。 从这个意义上说，这里所说的力实际上只具有“视觉的”或“心理的”性质。由 于力是强度表现，所以在限定空间中，不同形态或不同组合格局的动态会因不同 的强度而对空间的量提出要求。就是说，视觉力的流动所需求的一定空间量称为 “场” 。冰花“形态体现着对称与均衡。对称样式也是一种均衡的样式，指图形或 物体对某个点、直线或平面而言，在大小、形状和排列上具有一一对应的关系。 对称的基本样式是以中心轴线为依托，向对应的两个方向作同形同量的运动。有 沈阳理工大学硕士学位论文 16 如物象与镜中或水中的映像一样。因而称作轴对称图形。 （图 3.7） 冰花形态“力“与“场”的示意图 图 3.7 冰花演变： 图 3.8 对称与和谐美： 对称之所以美，是因为对称的操作可以变无序为有序，正如某种无序的元素， 经过对称，就出现了一种秩序感，而且是一种平稳的秩序。”冰花“形态，所呈 现的是一种对称的美感。无论是上下对比、左右对比都具有一种对称性。 旋转对称： 旋转对称也称辐射对称，基本法则就是：以中心线，中心点为轴线，轴心。 向周边均匀的放射形等同分布，形成若干均等或对称的单元。按其对称部分单元 划分比例，旋转对称可分为三面对称、四面对称、五面对称、六面对称等多面对 称。另外还可以有扇面对称和圆面对称。旋转平衡是对称或平衡中最为完美的形 式。具有圆满、统一、紧凑、丰富的整体美感，基于形态元素的不同可产生多样 第 3 章 冰花形态的特点及其艺术价值 17 统一，对比和谐，单纯又活泼的视觉效果。由于这种形式的张力均匀，具有很强 的实用性，所以在生活中处处可见。 13自然界中的很多形态都是呈旋转对称样式， 如：雪花、冰花等；植物中的蘑菇、菊花；动物中的海星孔雀开屏等。 （图 3.8） 沈阳理工大学硕士学位论文 18 第 4 章 形态与建筑设计的相互关系 4.1 形态与建筑的相互关系 建筑属于人工形态并非自然形态，不是自然存在的而是人工构建的。在早期， 人类往往是通过天然形成的场所来居住，比如说山洞、树洞等等，但这些并不是 真正意义上的建筑形态。到了后期人们才开始逐渐使用工具，利用材料搭建房屋， 使其具有同样的使用功能，建筑才真正的产生。人类对自然形态的感悟是不同的， 设计师通过对自然形态中有机因素的提取、归纳、转化，从而创造出的抽象形态 但是这些创造出来的抽象形态也不会相同，均有自己的特异性，是不可把握的。 14 一般来说，建筑形态是人类生存栖息、进行社会活动的场所。就其功能而言，有 自然属性也有社会属性，既是生态性也是技术性，既是区域性也是国际性，既是 个性也是共性。建筑形态常常与它的材料、技术、结构联系在一起，材料和结构 是塑造建筑形态的物质因素，材料反映现在技术的程度。随着科学技术的发展， 又带来了新的材料和新的技术，这些重大的变革，直接影响着建筑形态的变化和 空间结构形式的改变。 15 如格罗皮乌斯首先利用分解法设计出德绍的包豪斯校舍，它的整个体积被分 成了三个鲜明的部分：宿舍、教学楼和实习车间，这三个功能不同的建筑物采用 了无透视法的连接方式，没有一个点能看到建筑全景。要想看到全景，就得绕着 它行走，由此产生出运动和时间。 密斯凡德罗是风格派理论的杰出倡导者。他在 1929 年巴塞罗那博览会德 国馆的设计中便采用了这种方法，它由许多磨光大理石板、玻璃板和水面所组成， 水平和竖向的壁板打破了封闭的静止气氛，穿过建筑空间把人引向深远的室外景 色。 第 4 章 形态与建筑设计的相互关系 19 美国建筑大师弗兰克赖特晚年设计建造的流水别墅，实现了建筑形态和自 然形态的完美结合，并且缩短了一个人完成对世界进行精神上的理解的距离。这 座住宅从一座瀑布上面悬挑出来，看上去就像从岩石之中长出来的一样，层层叠 落的挑台可以让人驻足小憩或欣赏周围的美景。没有额外的装饰，而是让建筑材 料本身来说话。整个别墅大量采用当地开采的原始岩石作为主要的墙面装饰材料， 将外面的环境引入住宅，同时又把住宅内部延伸到室外，用粗糙的石墙和石板来 完成室内装饰，以便整个空间看起来像一座山洞的内部一样。形态不仅仅是外在 的也是内在的，不仅仅是结构的也是系统的。它包含着有形也包含着无形；它包 含着人工也包含着自然。它是一种旋律，它既是最浅表的感悟也是最深刻的印象。 16 90 年代盖里的标志性建筑古根汉姆博物馆（19921997） 。该作位于西班牙 毕尔巴鄂市的勒维恩河滨，建筑面积 2.4 万平方米，内部是钢架，外部覆有钛合 金板，银色的金属表面可以随着水与天气的变化而变化，对周围