（艺术学专业论文）仿生设计的理论与实践研究.pdf

摘要 摘要 信息时代发展的今天，单调乏味的产品外观已经不能满足现代人的审美需求。这 使得设计界用新的思维形式来不断创新成为必然。面对产品的不断更新换代，仿生设 计以它独有的模仿魅力，越来越被人们接受和喜爱。因此，设计界的推陈出新迫切需 要将仿生学导入设计空间。可见，进行仿生设计的理论和应用研究具有重要的现实意 义。 仿生设计是仿生学与设计学互相交叉渗透而结合成的一门边缘学科，其研究范围 非常广泛，研究内容丰富多彩。仿生设计涉及到自然科学和社会科学的许多分支，它 是一种借助于大自然力量的优秀设计方法。 本文在对仿生设计相关理论介绍和分析的基础上，结合服装、家具、建筑和包装 等具体应用领域对仿生设计的应用进行了研究，结合一个具体实例，详细分析了仿生 设计的步骤和过程，期望能对当前我国设计专业的发展起到一定积极作用。 关键词：仿生设计自然模仿造型 a b s t r a c t a b s t r a c t t o d a yi ni n f o r m a t i o na g e ，t h e d u l lp r o d u c t sa p p e a r a n c ec a n ta l r e a d ym e e tm o d e m p e o p l e sa e s t h e t i cd e m a n di nt h ep a s t ，w h i c hm a k e si ti n e v i t a b l ei nd e s i g nc i r c l e st oi n n o v a t e c o n s t a n t l yt oc o m ew i t hn e wt h i n k i n gf o r m i nt h ef a c eo ft h ep r o d u c t s 嘶t hr a p i dc h a n g e ， b i o n i cd e s i g n sg l a m o u rw i t hi t su n i q u ei m i t a t i o n , i sb e i n g a c c e p t e da n dl i k e db yp e o p l e s o ， t h ew e e d i n go u tt h eo l da n db r i n g i n gf o r t ht h en e wo fd e s i g nc i r c l e sn e e d st oc h a n n e l b i o n i c si n t ot h ed e s i g ns p a c eu r g e n t l y s o ，t h er e s e a r c ho ft h e o r ya n dp r a c t i c eo fb i o n i c d e s i g ns c i e n c ei ss i g n i f i c a n t b i o n i cd e s i g ni sas y n t h e s i ss u b j e c tm a d eo fb i o n i c sa n dd e s i g n i t sr a n g eo fr e s e a r c hi s v e r ye x t e n s i v e ，谢t 1 1a b u n d a n tr e s e a r c hc o n t e n t s b i o n i c sd e s i g ni n v o l v e st h en a t u r a ls c i e n c e w i t ht h es o c i a ls c i e n c e sm a n yb r a n c h e s b i o n i c sd e s i g ni sa no u t s t a n d i n gd e s i g nm e t h o df o r a s kf o rh e l pf r o m t h eg r e a tu n i v e r s ep o w e r o nt h eb a s i so ft h e o r yi n t r o d u c ea n da n a l y s i s ，t h ea r t i c l es t u d i e st h ea p p l i c a t i o nf r o m d r e s s ，f u r n i t u r e ，p a c k i n ga n ds oo n , i no r d e rt op r o m o t ed e s i g ns p e c i a l i t yi nc h i n a t h ea r t i c l ei sc o n s i s t e do ff i v ec h a p t e r s ，i n c l u d i n gi n t r o d u c t i o na n dc o n c l u s i o n k e yw o r d s ：b i o n i cd e s i g n i m i t a t e s c u l p t i i 河北大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了丈中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了致谢。 作者签名： 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方格内打“4 ) 作者签名： 导师签名： 孝 、购- i 叱团 日期：幽年竺月卫日 日期：型4 年业月日 引言 己i 吉 ji 嗣 中国传统哲学中没有独立的美学，但在许多中国古代著作中，“自然美的特定美 学意义表达的很清楚。如，“凡物之生而美者，美本乎天者也，本乎天自有之美也 。 这种自然之美，是古人所遵从、向往的。生活在现代的我们，虽然同样欣赏这种自然 之美，但多数人已然无暇去寻找和享受其中的乐趣。在现代科学技术的严重包围下， 单调乏味的设计充斥着我们的生活，现代人们的审美需求已越来越不能得到满足。感 性消费成为时代发展的趋势。尤其是在设计领域，设计的革新思想和设计文化形式的 多样化已不断加强。设计师重新开始了对自然的追求。发现在自然力量支配下的生物 世界，充满神秘的多样性与复杂性，它们成为造型的楷模。自然可以为设计找到表现 方式，传达设计的内涵，提供设计的素材，并可打破特定的思维模式。人类从设计萌 芽进入文明时代的历程，正是在模仿和适应自然规律的基础上不断发展起来的。 在以仿生学和设计学为基础发展起来的仿生设计学，正是立足于自然而产生的一 门新的设计边缘学科。1 9 8 8 年在德国举行的首届国际仿生设计研讨会，称得上是仿生 设计全面兴起的标志，会议在设计界产生了深远的影响。当我们分析和回顾科学技术 发展的历程时就不难发现，仿生设计的发展已经给我们生活带来了巨大的变化。从仿 生设计的形态仿生、色彩仿生、结构仿生、质感仿生、功能仿生等方面的应用，都证 明了仿生设计与人类的进步息息相关。它是- f u 促进人类进步和发展的学科，它为设 计各门类提供了丰富多彩的形式和更为广阔自由的创作空间，带给人们以更多物质与 精神的双重享受。同时极大减少产品给环境带来的负面影响，达到人与自然及产品的 和谐。而且也在某种程度上提醒着人们对于自然的重视，强调仿生设计的灵感源于自 然，但设计要超越自然，不能简单模仿自然物的外形。设计师以自然形态为基本元素， 通过提炼、抽象、夸张等艺术手法的表现，把握自然物的内在活力与本质，传达其内 在结构蕴涵的生命力量，并且呼吁着生态设计的发展。 现在，仿生设计的观念在欧美一些国家的工业设计、环境设计和设计教育等方面 已成为新的设计时尚和潮流。欧美一些著名的设计院校已成功地将仿生学观念在工业 设计教学与研究中应用。我国的仿生设计研究也在如火如荼地进行。有人从仿生设计 的一般程序进行研究；有人从创造思维的角度来研究；有人从符号学的角度进行仿生 河北大学文学硕士学位论文 - - ；：；= i 毫璺曼曼曼! 皇曼曼曼量曼曼曼量鼍蔓曼量曼曼曼! 曼曼量曼吕曼曼皇量量鼍曼曼曼量曼曼曼量曼曼! 曼皇 形态的研究；当然仿生设计教育方面的研究，也是必不可少的。清华大学美术学院于 2 0 0 5 年4 月举办的仿生设计研讨会，显示出设计界对仿生设计的关注。但是，这些研 究还不足以成为一个比较系统的理论支持，目前还没有人对仿生设计进行学科性的总 结，对仿生设计的一些具体概念( 如，动态仿生) 也没有进行界定，对具体领域的仿 生设计应用规律也没有进行很好的总结。虽然有不少院校开设了仿生设计课程，但大 都没有较为系统的理论教材，就是实际作品的总结归纳也少有人做。 本文在分析和阐述了仿生设计的概念、特点的基础上，从当前仿生设计在服装设 计、家具设计、建筑设计和包装设计四个方面的应用出发，进行了总结和分析。最后 提出做好仿生设计应注意的一些关键问题。以期望能对当前我国设计专业的发展起到 一定积极作用。 2 第1 章仿生设计概述 1 1 仿生设计概念 第1 章仿生设计概述 人类初级阶段所使用的木棒和石斧，以及缝制兽皮的骨针。无疑不是对天然木石 的利用和对鱼刺的模仿。这种对自然中存在的物质及某种构成方式的直接模拟，也可 以说是仿生设计的起源和雏形，它们虽然比较粗糙和表面，但却是仿生设计在今天得 以发展的基础。相传在公元前三千多年，我们的祖先模仿鸟类在树上营巢，以防御猛 兽的伤害。四千多年前，他们“见飞蓬转而知为车”，通过飞蓬草发明了轮子。由于对 天空的向往、苍鹰的崇拜，根据秦汉时期史书记载，两千多年前，古人发明了风筝并 应用于军事联络。被尊为工匠始祖的鲁班，从一种能划破皮肤的带齿的草叶得到启示 发明了锯子。今天我们所常见的钢筋混凝土结构是1 8 6 5 年，法国的园艺师约瑟夫莫 尼埃通过研究植物根系与土的关系而发明的。现代战争中的迷彩服，是“英布战争 中，布尔人通过对色彩环境的研究而发明的。动物中最为我们所讨厌的苍蝇，也通过 人类的研究和利用，根据其身体功能被设计成了照相机、导航仪、气体分析机和“超 级间谍 。难怪有人说“人类的设计，在模仿自然、利用自然、重塑和改造自然。同时， 人类的设计又在模仿自己、利用自己重塑和改造自己。 现代仿生学的确立则是以1 9 0 6 年秋，在美国俄亥俄州召开的第一次仿生学讨论 会，作为仿生学的正式诞生之日。事隔百年仿生学对数学、生物学、电子学、物理学、 控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色 彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科的发展都起到了举足轻重的作用。特别是仿 生学与设计学结合所产生的仿生设计更是对人们今天生活的改变有着深远的影响。它 不仅模仿生物的卓越功能并巧妙和精确地应用到各种设计上，还要通过对自然界所发 生的各种现象进行探索，设计出更为人性化的产品和服务。 仿生设计是一种人类对自然生命外在形态和内在功能创造性的模仿和应用的过 程，是模拟生物系统的某些原理，通过模拟的形式，整理、分析、提炼，并构思设计 出，具有类似于生物系统某些特征的一种新的艺术设计思维方法。它以自然物为创意 原点，通过研究自然界生物系统的合理功能、形态、色彩及结构特征等，并有选择的 加以分析综合，进一步应用于各种设计的活动。仿生设计己经成为设计学科与自然学 河# x 学文# 日学口m z 科的纽带和桥梁，是现代设计发展的一个方向。所以有人称：“仿生设计学作为人类杜 会生产活动与自然界的锲台点，使人类社会与自然达到了高度的统一，正逐渐成为设 计发展过程中新的亮点。” l2 仿生设计特点 仿生设计是仿生学与设计学的结合，它具有某些设计学和仿生学的特点，但又有 别于这两门学科。具体说来，仿生设计具有如下特点。 1 2 1 模仿再创作 “模仿说”，是一种影响最大的艺术起源观。自古希腊始，人类的艺术起源观迄今 已有“八丈说”，即“模仿”、“蝣戏”、“表现”、“劳动”、“生命意志”、“性欲升华”、 “巫术符号”、“综合说”。在八太说中，模仿说产生最早，并且曾经占据主导地位 达千年之久。所谓“模仿说”，就是把现实生活世界看作文艺的蓝本。赫拉克利特说“艺 术模仿自然德谟克利特也曾经说过“人由于模仿鸟类的歌唱而学会了歌唱”；亚里 士多德是古希腊“模仿说”的代表，他的观点包含着朴素的唯物主义。亚氏认为人从 孩提时代起就有模仿的本能。人和禽兽的分别之一，就在于最善于模仿，他们最初的 知识就是从模仿得来的。 艺术仿生，与艺术起源观中的“模仿说”，既有相似之处，又有比较明显的区别。 例如：上图是一颗髓术的种子，从生物的角度来看它就像千千万万颗种子，是用来生 根、发芽、开花和结果的。如果我们从艺术的角度去观察，以其为创作蓝本便会自然 的产生联想，其形态好似人体臀部的雕塑，而且还具有夸张与归纳的形式总结。于是 它便成为对生物最直接的模仿和再创作的要素。自然界的形象不是一种静态的图像， 艺术家要在一个漫长的时间和广阔的领域中不断发现，从自然中得到滋养从而产生艺 术的联想。在创作过程中，去重新组织和改造不规则事物的形象，而形成新的不等式。 一 一 第1 章仿生设计概逮 1 2 2 科技意识和审美象征的相互支持 仿生设计学是现代设计学的一个分支、一个补充。艺术仿生，是在模仿的基础上 把仿生学与艺术学联系起来研究，这就好似用一根扁担，一头挑起艺术，一头挑起仿 生。把艺术中的美学原理与设计中的形式法则，运用到仿生学中。既以一定的设计原 理为基础，又咀一定的仿生学理论和研究成果为依据，因此具有很严谨的科学性。同 时它也是在尊重客观审美规律的基础上对先进科学技术的应用，是科技意识与审美象 征的综合产物。 如r 日本设计师梅田正则( i v 均s a n o d u m e d a ) 设计的玫瑰沙发( 下图) ，在考虑人 体工程学强调人体坐卧舒适的基础上运用对比的手法( 形式的对比、材料的对比) 设 计而得。美轮美奂，引发了新一轮花型仿生家具的设计热潮。 1 2 3 增加商品趣味性 仿生设计学为设计服务，为消费者服务，同时优秀的仿生设计所带来的趣味性亦可 刺激消费、引导消费、创造消费。这种情趣的增加成为目前人们选购商品的一个主要参 数，好玩和有趣演变为人们的重要的消费成困之一。 例如，上图是意大利某超市的商业招贴。在设计上把我们司空见惯的蔬菜通过组 台r 设计成可爱的动物形象。设计师在联想的过程中，对自然物的直接模仿产生了意 想不到的效果使此广告在树立企业形象的同时增加了商品的趣味性，吸引消费者 驻足从而达到广告目的。 5 拇| t 学女学硬学位论i 1 2 4 无限可逆性 以仿生设计为理论依据的仿生设计作品，根多都可以在自然界中找到设计的原型。 并且在设计、投产、销售过程中所遇到的各种问题又可以促进仿生设计的研究与发展。 仿生学的研究对象是无限的，仿生设计学的研究对象亦是无限的：同理，仿生设计的 原型也是无限的是一种通过设计追求自然资源与设计资源的无限循环与利用。 麦田里的怪圈( 上个世纪加年代初，在英国的汉普郡和威斯特一带屡屡发现怪圈， 而且大多是在麦田所以，正式将怪圈命名“麦田圈”。由于对其成因众说纷纭，没 有任何权威科学的解释。人们又将其称为“麦田里的怪圈”) ，至今这个还未能解开的 谜团总是带给人们无限的逼思。虽然从科学的角度对其形成还只是猜测，但这种以大 地为画布的气势早已经成为世界各地的天文爱好者和艺术家们所津津乐道的话题。这 种自然的图画在各种各样的图案书或是设计素材中已是常见。并以其特有的形式和规 则成为设计师学习的对象。由此可见，人类对自然的学习，对自然的仿生，是一个永 远也不会结束的话题。 2 5 学科知识的交叉综合性 设计是针对不同地点、环境、人群、年龄、职业等多元化需求而进行的差异设计， 熟悉和运用仿生设计同样也需要我们掌握大量知识，来满足人们的不同需求。 重视仿生学的学者认为，思维的重心在科学思维而非艺术思维上，考虑问题一般 不是先从审美角度切入。他们根据生物器官的某些优异本领，有目的地击研究他们的 结构和机能，然后利用数学的或物理、化学、计算机的语言进行生物原型的描绘，进 一步作技术上的模拟，搞出人工装置和其它仿生成品。然后再由设计师从仿生设计的 角度加以美化和丰富，所以这门学科是一个综合性的学科。 要深入研究和了解仿生设计学，必须在设计学的基础上，既要了解生物科学、社 会科学的基础知识又要对当前仿生学的研究成果有清晰的认识。它是产生于几个学 6 霹l 苹* t 橇述 科交叉点上的一种新型交叉学科。 i3 仿生设计的符号来源 古罗马哲学家圣舆古斯汀认为，符号就是用某一事物来代替另一种事物。美国 学者m 李普曼在其著作当代美学一书中将符号定义为“一切基于约定俗成，能 够替代某些其它事物并能够被理解的东西”。符号是传递信息的媒介。 杜夹海纳在美学与哲学中强调符号具有双重内在性，“形式内在于感性，意义 又内在于形式”。仿生设计中的符号来源于自然，正是由于这种统一才使符号具有表现 性，使符号在表达内容与形式的过程中实现和显示自己。 1 3 1 自然系统 自然界中可以仿生的自然物态范围极大，大到天地山水、城市乡村等自然景观， 小到构成物质的分子、离子形态。既可以具象到真假难辨，也可以抽象到面目全非。 艾伦- 鲍尔斯说：“自然得到模仿，即人们通过与自然真实的接触，理解并再 现了自然规则。”这种理解和再现是把人类社会与自然生态联系到了一起，用自然生物 的形态及生存技能通过人为的手段以人造的方式表达出来，来满足人们的需求。设计 的源泉来自自然，设计的结果又投射于自然，它是在转化中找到一个平衡点。 1 3 2 植物系统 对各种植物形态的仿生早己成为各类设计运用晟为普遍的手法。它们有的是直接的 模仿，有的是在自然形态的基础上进行抽象化、形式化，借助于设计思维及多种构成形 式赋予自然形态以新的内涵。 蕊 囵 当我们看到摄影师所拍摄的这块植物化石图像( 上左图) 的时候，我们感叹大自然 的艺术造诣。在我们的艺术创作过程中，某些色彩效果通过特定技法的处理同样也产生 了艺术的享受。所不同的只是设计者一位是自然，一位是学生( 上右圈，色彩构成练习) 。 7 河# i 学预士 位论z 1 3 3 动物系统 动物形态鲜活生动，其身体的外貌、动态、皮毛、骨骼、色彩也是设计师们所 广泛使用的设计灵感之一。并且模拟动植物形象的这类仿生手法，也并不是近现代社 会的现象。早在公元前4 5 0 多年，波斯帝国的帕赛玻里斯王宫内的柱子上，人类就采 用过仿生的装饰手法。柱子的底部是复钟形体四周亥着花瓣。柱头上，除了刻有花 瓣的复钟、仰钵，几对竖着的涡卷，还有一对背对背跪着的雄牛造型。此外，在不少 古建筑屋顶的斜脊上亦可看见一些如“兽吻”那样的构件。像“鲤鱼含梁”类的传 说，也反映出古代劳动人民的一种仿生构思。 西班牙建筑大师圣地亚哥卡拉塔瓦设计的法国里昂萨托拉达火车站( 下右图) ， 就是根据比目鱼的骨骼形态( 下左图) 建造的。他把艺术强烈的创造力与幕后工程师 的理性完美地结合起来，在运用仿生的基础上将工程师、艺术家和建筑师成功地集合 于一身。才设计出如此让人震惊的仿生杰作。 1 3 4 微牛物系统 随着科技手段的日新月异，人们发现自然美的魅力不仅在于人类可以用肉眼观察 到的美妙乐章而且人类肉眼观察不完全的微观世界也妙不可言。如，细胞世界的活 动( d n a 的对称螺旋) 就具有非常优美的形态。 下图是一张具有微小骨骼硅藻的显微镜放大国，当我们惊叹其美妙形式结构的时 候，自然的魅力再一次让我们折服。这些生动形象所展示的自然界的生命力已被现代 艺术设计所广泛应用。 圈 第1 章仿生设计概述 1 4 仿生设计的意义 当代生态学启示我们：地球作为一个巨大的生物体，其生命力表现为其自身生命 的交替和延续能力。即，可持续发展能力。而这种发展又是不同物种之间的相互作用 和支持。受这种生态意识影响，现代设计更加注重人与自然的和谐发展。 仿生设计即通过对丰富多样的自然生物的模拟与再创造，带来丰富的设计成果， 为市场和消费者提供了更多的选择。仿生设计促进了现代各种设计观念的更新与发展， 使现代设计在注重功能主导的思路下，演变为推崇功能主导形式的理性化设计观。而 仿生设计却运用形态主导设计，使作品更具有视觉的冲击力和美感特征，同时还表现 丰富的文化性、趣味性、独创性等，以更鲜明的人性化特征博取众家之长。使现在的 设计潮流由“形式服从功能演变为形式服从情感”。 仿生设计还以先进的科学技术为依托，借助其它学科的研究成果和先进经验，以 自然生物设计为媒介更好的把技术与艺术相结合。 总之，仿生设计以其特有的设计观念和设计方法，不断地去探索人与自然的和谐 发展，坚持以自身的好奇来探索和学习自然，并借鉴自然中的各种可利用因素，用符 合生态学的观念重新回归于自然。并在艺术设计过程中发现、运用，技术与自然不断 的联系、交流、对话，从中得到滋养促进艺术设计不断创新。 9 第2 章仿生设计内容和方法 2 1 仿生设计的内容 艾伦鲍尔斯在自然设计中为我们指出“走进自然研究是接近了源头，但生 搬硬套不会创作出优秀的装饰作品；面对有生命的植物，设计师必须仔细选择，充分 的分析，考虑平衡设计中其它许多问题，然后让个人的品味发挥作用，并在作品中加 入人情味。如果这样做，那么尽管他直接接触自然，他的作品绝不会和前人的作品雷 同他有自己的发明创造了。” 所以仿生设计针对自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等， 要有选择地在设计过程中应用这些特征原理进行设计。这既是仿生设计的延续和发展 也是仿生设计研究成果在人类生存方式中的反映。我们基于对所模拟的生物系统在设 计中的不同应用，对仿生设计作如下分类：形态仿生、色彩仿生、结构仿生、质感仿 生、功能仿生等。在模仿太自然的过程中，通过概括、提炼和艺术夸张等手法，再运 用变色、变形等手法，将自然彤态上升为高于自然形态的艺术境界，从而达到美的享 受。 2 1 1 形态仿生 客观上生物形态反映的是自然生存的状态与过程。形态仿生是对生物体的整体形 态或某一部分特征进行模仿、变形、抽象等，借以达到造型的目的。比如，反应老北 京民俗的虎头帽、虎头鞋就是一种典型的形态仿生。它是长辈为弦子“百岁”( 9 9 天) 祝愿儿童长得虎头虎脑，生龙活虎而制作的。俗称“姥姥的帽子舅母的鞋”。表达了亲 人们对美好生活的向往和对孩子健康成长的殷切希望。 警匿 ! 涔、镬醚塑黝谶， 黼暨避 形惫仿生的重点为恰当选择仿生的对应物、形态的抽象化以及形态的合理生成 第2 $ 仿生设计自# # 方# 2 1 2 色彩仿生 模仿自然景物的色彩，把它应用到仿生设计中，我们称为色彩仿生。色彩仿生应 用十分广泛，设计师通过对色彩关系的把握，针对其对人们产生的生理和心理影响来 达到设计目的。古希腊时期对色彩的研究有“色彩是物质的最初表现形式”的表述。 对于自然中的色彩借鉴，通过长期反复应用形成特有的表情和象征，使其在图案设计、 服装设计、产品设计等领域均有广泛的使用。 例如，鸟类的色彩，雄性更倾向于用特别突出的颜色来展示自己以吸引雌性的注 意力而雌乌却更倾向于用能够将自己伪装、隐藏起来的颜色。一些有毒的生物，如， 芫菁所带有的鲜明黄、黑色，具有非常强的警示作用。这种超强的识别性己被广泛应 用到各类交通标志的设计中。 2 1 3 结构仿生 4 ， 将生物体和自然界物质存在的内部结构原理应用到设计中，我们称为结构仿生。 研究最多的是植物的茎、叶以及动物肌肉、骨骼的结构，加以利用为人类提供了优良 设计的典范。其应用广泛，尤其是在建筑环境设计以及产品设计中表现突出。例如： 蜜蜂的六角蜂巢结构已经被应用到各式建筑、飞机的机翼，甚至于我们日常生活的家 具中。结构仿生常用的方法有以下两种： ( 1 ) 模仿自然界形体：花卉、水果、贝壳、生物骨架、群山等，都可以作为空间 结构形体设计的模仿对象。如，下图是模仿自然中树木的枝丫而设计的座椅和借鉴花 朵的花瓣结构而作的钟表。 目北大学立学碰学位论立 ( 2 ) 模仿微观世界分子和原子结构形体：雪花、花粉、晶体结构等。例如，在千 禧年之际英国政府建于泰晤士河畔的千年穹顶( m i l l e n n i u md o m e ) ，所使用的索膜结 构就是一种典型的结构仿生。设计师在考虐到结构的跨度和承载能力的同时还强调了 造型的茭感，是兼具美学与力学双重功能的优秀仿生设计。 麟曩 2 1 4 质感( 肌理) 仿生 肌理，是生物表面质地的肌肤与纹理，是多种视觉表象与触感的综台体现。质感， 源于拉丁文t e x t u r e ，即纹理或肌理。质感仿生是模拟生物表面肌理的一种自然属性， 传达造型材科的表面组织结构、形态和纹理等审美体验和视觉效果。在寻求自然肌理 的过程中，将其质感在平面上进行形象写实，并着重研究产生视错和某种独特效果的 方法，通过再创造达到“真实”的模拟。由于仿生设计的再造功能，把大自然形形色 色的质地开发出来，体现了人的创造审美特点。 例如：服装中的仿真皮革，还有服装磨砂面料是模拟麂皮的质感，而制作皮鞋的 面料，常常模拟为蛇皮，鱼皮等质感。这主要是借助人的视觉一但接触到目标物体的 表面，会产生不同心理反应的原理来进行设计的。其仿真的程度越高，越是深受消费 者的喜爱。 攀i + t _ - 目t 葫r 2 15 功能仿生 功能仿生是根据生物系统某些优异的特点来捕捉设计灵感的，通过技术上的模拟 使其具有更优越的性能，来满足人对功利与实用的双重需求。 如，根据蛙眼原理，科学家利用电子技术制成了雷达系统能准确快速识别目标 1 2 第2 章仿设￥f 内容a 方* 根据小蜻蜒翅膀前缘上方部有块深色角质加厚区以确保飞行安全，人们在飞机两翼加 上了平衡重锤。下图是一款太阳能折叠式便携炊具，它能够让你在野外或没有电能的地 方用干净的能源来制作食物可折叠便携而且环保。 。i 厦 2 1 6 综合仿生 从形态、色彩、质地、结构等多个方面进行仿生，同时还从大自然的生存哲理以 及和谐共生等理念出发进行的仿生设计被称为综合仿生。 比如，海豚、企鹅等动物的低阻身材，被广泛应用在汽车外形设计上，这在汽车 的空气动力学设计上和太的减少了行驶过程中带来的阻力。车身结构就像哺乳动物的 骨骼支撑着体内的其他部分。马的骨骼与其总体重之比达到完美的1 0 ，其平衡的 秘密就在于马骨髂的结构和密度。在车体设计上很多品牌都借助了综合仿生来加强其 安全性、美观性和实用性。 2 2 仿生设计的方法 2 2 1 具象仿生和抽象仿生法法综合运用 具象仿生设计指的是在外观形态上接近被仿自然对象，这类形态仿生比较注重趣 味性能为生活增添乐趣，通过特征鲜明的视觉元素来表达产品形态。由于其直接模 仿自然原物，使得仿生形态的象征意义能够直观、简单的表达清楚具有很强的亲和 力，可以明显通过视觉特征辨认出被仿原物。如下左图 抽象仿生比较重视形态含蓄地意象表达。产品呈现抽象形态，通过产品外观可能 看不出所仿对象物把丰富的想象空间留给了消费者。抽象仿生是从整体意象上把握 产品的形态特征，最后能通过所提炼加工的形态把自然物的整体意象体现在设计中。 抽象仿生力求通过简单、有机的造型元素来塑造形象，使得其象征内容具有延伸意义。 例如( 上右图) 孔雀椅的靠背提取孔雀开屏时所产生的“心理”形态，形态抽象为新 的元素，设计出让人耳目一新的家具产品。 具象仿生与抽象仿生没有绝对的界限某些条件下可以互相转化。仿生思维过程 中主观因素越少，所仿对象的视觉特征保留越多时，就越具象。反之，主观因素较多， 所仿对象视觉特征保留越少时，就越抽象。 2 2 2 视觉特征法和整体意象法综合运用 视觉特征法是把从生物原型中提取的各种视觉特征元素的组合，应用于产品形态 设计中，它对应的产品形态是具有趣味性的具象形态。这种方法需要严谨的数学统计 学方法，与发散性思维方法正好相反，这就使仿生设计既具有艺术性又不失条理性和 严谨性。 所谓意象综合就是将前面收集到的形象，经过提炼形成意象，再整合、创造形 成一个多义的、具有模糊意味的整体意象。最终形成的视觉符号，既具有表象图解概 念性，又具表象隐含思维性，满足人们的抽象性审美心理。 视觉特征法的运用主要表现为产品外部特征的直观艺术性，或者适用于产品形态 局部特征的设计；整体意象法比较注重产品体现出的整体性意象内涵，对如何把握情 感因素的完整性表达很看重。二者往往相互交叉可以综合运用。 2 2 3 隐喻法的运用 形态的仿生设计是建立在“彼事物”与“此事物”联系的基础上的，这与隐喻的 镕2 $ * * g $ 藏 本质是致的。所阻，在仿生设计中恰当运用隐喻是很重要的，特别是表达功能的形 态仿生离不开隐喻手法的运用。通过晦喻的形式表现自然情感，将这种亲近自然的人 文思想带进产品形态设计中来，是具有时代意义的设计观念。通过臆喻所设计的产品， 具有很强的故事性，它的形态特征可以“述说”产品的功能性特征，也可毗诠释产品 的审美价值、品质等内容。总之，隐喻的运用可以实现更有精神内涵的仿生产品。 2 2 4 仿生设计创造法 仿生设计创造法可以分为两种：第一种方法是对生物体机制和奥秘进行研究和探 讨，然后仿照其生物特性，提出思路，再仿生创造设计新产品。因为经过大自然千百 万年的精雕细刻，生物体结构与功能的优异之处数不胜数，也越来越为人们所认识。 因此，我们可以利用该方法去探索生物界的奥秘，向这个巨大的博物馆去搜寻几乎是 无所不有的设计蓝图，然后仿生创新产品；第二种方法是先提出设计思路，然后根据 创造目标，在大自然中寻找和发现解决问题的对应物，再仿生创造设计新产品。大自 然中最杰出的“设计师”是生物。为了生存，生物在漫长的进化过程中，本能地选择 生态因素最适宜的地方生长、生活，使自己的躯体适应环境“创造”了科学的形体结 构。在功能上形成非常复杂和高度自动化的器官系统：在外形上形成一个色彩丰富、 造型优美的形状。当我们提出发明创造的思路后，就可以在大自然中寻找和发现解决 问题的对应物，从屡见不鲜的小生物上，叩开一扇扇创造之门。 2 2 5 仿生设计结构重组法 首先，在表象层次上以艺术化的眼光解构仿生。如果把仿生的对象抽象成各种形 式的符号，则此层次上的仿生表现，是通过移植、拼贴、嫁接某些符号形式，来获得 符号所含有的意义：其次，在基于客体的物理结构之上的主观认识的结构层次上以科 学的洞察力解构仿生：最后，摆脱既往的符号形式与结构，以全新的形式结构再诠释、 15 河北太文学蛹学位论文 发展那需要承接的意义，则是仿生设计的虽高境界。 如，下图的条码设计。把人们司空见惯的条形码，通过与建筑、食品、器物、运 动的重组结合，设计出生动、活泼的新图形。 扪喇 r ，a t ” j 戥弧弼腑7 藿 第3 章仿生设计应用 3 1 服装设计仿生 第3 章仿生设计应用 在现代时装设计中，仿生设计受到了服装大师们的热烈推崇。美国时装设计师詹 姆萨里尤斯以海洋动物为主题设计的系列服装，表现了一种新奇的艺术思维形式和 浪漫晴怀。圣洛朗以和平鸽为主题的礼服设计，体现了设计师对美好、幸福生活的 无限憧憬。国际时装大师迪奥推出的“圆屋顶式样、“埃菲尔铁塔式外观 以及皮尔咔 丹从中国古塔的飞檐中吸取灵感，设计出耸肩飞袖的造型，这些都是对自然造型特征 的模仿与借鉴。 3 1 1 服装造型的仿生设计 早在我国东汉末年，名医华佗在其创编的“五禽戏 中就开始模仿动物造型设计 人体运动动作，至近代的“大雁气功 更是把仿生学运用得惟妙惟肖。仿生设计应用 于人体运动，服装设计则是从这些健身仿生中得到一些有益的启迪。 自然界中各种形式的自然元素，地形地貌、山水植被、飞禽走兽、色彩、声音等 等，都是服装造型仿生设计借鉴的对象。在这各种各样、形态各异、构成繁复、五彩 缤纷的自然世界，设计师借助灵感的迸发设计出：喇叭裤、孔雀裙、燕尾服、蝙蝠衫、 荷叶领、灯笼袖等服装样式。 另外通过对自然造型特征进行联想，而创新的抽象仿生及意象仿生设计。如，表 现女性曲线美的“s 形；表现紧身、消瘦的细长直线形；表现修长、平直的“h 形； 还有“a 形；“o 形；“y ”形等等造型样式。风格简洁、生动活泼且各自都富有其 特定的内涵和情感因素。若将其稍作设计变化，则可体现更加变化多样、形式各异、 内涵丰富，奇妙有趣的服装，给人以无穷的遐想和美的享受。 3 1 2 服装色彩的仿生借鉴 天工开物记载：“霄汉之间，云霞异色，阎浮之内，花叶殊形。天重象而圣人 则之。以五彩彰施于五色”云霞、五彩、五色，大自然美丽的色彩是服装色彩借 鉴的最直接来源。成熟的桃子、橘子等水果，灵动的孔雀、猎豹等动物，大自然中的 天、海、湖、山、晚霞、原野等自然色彩，被设计师们灵活地运用于服装色彩的搭配 1 7 河北学i 日学* z 中。于是便有了桃红、桔红、桔黄、杏黄、柠檬黄、土黄、湖蓝、天蓝、茄紫、藕荷、 豆绿、石绿、蛋青、咖啡色、橄榄绿、玫瑰红等各种色彩或色调：这正是由于人们对 于大自然美的热爱和情感的交融，使自然界中的色彩对设计师产生了一股极强的诱惑 力。多年来国际、国内流行色的发布，都是在自然界中提取的色彩。如，沙滩色、晚 霞色、原野色等。还有不少是以动植物、矿石的名字命名的。如，水果色、枯草色、 蟹青色、赤金色等。( 下图左) 31 3 服装纹样的仿生惜鉴 以纹样为模仿对象的例子更加数不胜数，宇宙问的万物都有其特有的图案形式， 飞禽走兽的纹理，t l t ) l l 河流的走势，日月星辰的变换“这一切无不展示着美的形态 和广阔的纹样世界。把这些元素有意识的运用到服装设计中来，就会使作品富于新意 带给我们空灵奇妙的韵味。被誉为“中国时装设计的拓荒者”的张荤达在2 0 0 7 中国国 际时装周发布的“西藏风”设计中，大量借助了西藏少数民族的各种纹样( 上图右) 在市场与优雅之间创造了完美平衡，给人以强烈的视觉冲击效果，带来的灵魂震撼就 更无法用言语来描绘了。 3 1 4 服装材料的仿生 服装材料是服装设计的重要组成因素。其仿生设计可分为两个方面：一种是面料 的仿生。目前市场上仿生面料已达到鱼目混珠、阻假乱真的地步将自然材质中的鸟 兽羽毛、植物叶子等运用在服装设计中，用人造纤维仿制自然纤维织物。如，仿真丝、 仿全毛、仿裘皮、桃皮绒等等。第二种是肌理的仿生设计。太干世界中蕴含着不同的 肌理质感，所有这些都具有一定的美感，其表现的内涵与外延也极为宽广，运用于服 第3 苹仿生设计应用 装的面料设计中具有非常突出的艺术效果。如，仿蛇皮肌理制作的皮优材料既可与 真裘皮相媲美，同时还可以保护动物免受伤害，非常具有现代感。还有采用特殊的印 染方法( 如，化学印染、电子提花、压花、发泡印花) 和编织手挂都可以表现各种各 样不同的自然界美的肌理效果，使服装面料的仿生设计得到进一步的发展。 縻 3 1 5 服装功能的仿生 在人体服装环境的系统工程中，服装能够起到保护人体适应环境的重要 作用，对调节人体与接触环境温度平衡发挥巨大功效。当人体由于运动而产生的热量 或因玮境温度较高而引起人体出汗时，人体与服装问的微气候将出现高温高湿环境， 此时就需要服装能够迅速将湿气及热量传递出去，使微气候温度下降，从而使人体皮 肤的触觉处于舒适状态。自然界中的动植物均暴露于外界，对于一年四季季节、温度、 湿度的变化有着极强的适应性。因此人类仿造植物表面皮层的组织结构特征。制成 服装材料将会提高对环境的适应性。如，最早的仿生服装面料是模仿天然纤维和人的 皮肤的接触感而制造的人造纤维，具有温暖的触感和美丽的光泽。此后又模仿出生物 纤维所具有的吸湿性、透气性及延展性良好的人造纤维东洋纺。实际上是牛奶蛋 白质与丙烯晴共聚纤维。这表明了人类仿造生物纤维表面细微形志与内部构造所取得 的巨大成功。 还有防护功能的仿生设计。如，在丛林中作战的陆军所着军服，其服装表面图案 一般印染成与周围丛林相仿的色彩使敌方难以察觉具有极强的隐蔽性，同时，还 必须避免受到蚊虫叮咬。而游泳装，潜水服则借鉴鲨鱼、海豚等海洋生物，模仿其自 然肌肤的滑爽，增强其对于水的适应性，尽可能减少吸收性来减少摩擦，增大浮力， 同时要求面料具有良好的弹性及对于人体各部位、结构问的设计量的互补，以获得无 承重感、无束缚感的最佳舒适状态。这些同样都是功能仿生设计符台人体工程学适应 性原理的典范。亦是人性化设计的一种渲泻。 # 丈 z 学砚 位m 文 日本著名时装大师三宅一生就是个十足的面料色q 造家。他认为：“衣服穿在外面， 必须用心去体会”他使得服装忠于面料原有属性，同时注意开发面料的可造性及用 多种不同质感属性的面料进行组织构成。由此才真正意义上展现服饰作为“人的第二 皮肤”的深层意义，诉求“回到穿衣的最原始目的”以突出人体美感，并提出了“限 制束缚”的论调，大胆突破传统塑造新的服饰形象。因此三宅一生的时装的渊源是富 有东方文明的“自然主义”哲学观和西方“立体主义”、“表现主义”风格，人的内在 美和外在人体美的完美结合的创造( 下图) 。 的装饰虽占有极为重要的地位，人工制品( 如， 自然界的生物外形被直接用作配饰造型的设计， 、鸭舌帽。以及下图中所示的飞龙背包，均巧妙 紧密相联的，是在与大自然的不断融合中生存和 总之，自然界千姿百态、错综复杂、精巧奇妙的造型、色彩、肌理效果等自然特 征或形态成已为现代服饰设计的主流思潮之一，服饰设计的各要素均能从中寻找到适 合自己的灵感，以此创造出的服饰品更具亲和力。同时它亦适应了“回归自然”、“岽 尚和谐”的理念及发展潮流。大自然之美永远值得我们设计师去探素和发现。 苹3 仿口* 应月 3 2 家具仿生设计 家具作为一种人类早期的创造物它的功能总是和结构、形态紧密联系在一起的， 其功能几乎都可以通过其结构和形态外在地表现出来。 一般仿生设计都分为形态仿生、色彩仿生、结构仿生、纹理仿生和功能仿生。但 对于家具来说，很难找到单纯的功能仿生家具。但可吐相信，随着仿生技术的发展， 家具仿生发明会源源不断地被应用到人类的生活中来。我们可以假想在未来的某天， 人类是不是需要，可以在太空在大海直接使用的家具。这就需要设计师利用自然界的 生物的功能特征，为人类开发具各全新用途的家具。在不远的将来，随着家具的功能 越来越多样化之后，功能仿生家具的设计就会被单独列出了吧。 3 2 1 家具形态仿生 家具形态仿生，顾名思义，就是模仿生物体的形态来设计家具，具体就是指通过 家具的外形轮廓线、主要部件的位置、各个部件之间的相互关系等形态元素来模仿生 物体的对应形态元素。由于其比较逼真的再现事物的形态，因此具有很好的情趣性、 自然性、亲和性，从而使得家具和生物原型之间建立起外观形态上的联系，从家具的 形态可以联想到生物原型的形态及其内在的神韵等，人们普遍乐于接受。这是家具设 计最常用的仿生方法之一。如，下图的花瓣椅，就是模仿盛开韵百合花的形态设计而 成。 3 z 2 家具色彩仿生 家具色彩仿生就是根据生物原型的外表色彩特征来进行家具表面装饰的手法。需 要注意的是，这种手法往往不是单独使用的，而是和其他仿生设计手法一起使用的。 如果单独使用的话为了保证设计信息的如实传达就不能再对色彩要素进行过多地 提炼和重构，而要比较忠实地模仿生物原型。如，很多咀花为造型的家具，同样使用 2 1 了花朵的颜色来进行表面的装饰。下图左) 。 应浅冈 滋螺 3 2 3 家具结构仿生 在经过亿万年的进化之后，生物各自发展出一套能够极好地适应环境的身体结构。 即便是为了达到同样目的，不同生物的身体结构也大异其趣。残酷的自然选择决定了 无效的艇决方案必定会被无情地淘汰，所以这些不同的结构虽然所表现的形式和所用 的原理不尽相同，但都能够有效的解决问题。家具结构仿生就是通过研究生物体的身 体结构，将其原理和形式对应地用于家具设计中。甚至包括某些根据生物身上的某种 数理法则形成的，合乎“以最少材料”构成“最太合理空间”的设计思路，以此为人 类提供了优良设计的典范。如，参照蜘蛛网结构而设计的座椅( 上图右) 。确保了力学 与人体工程学在家具设计中的直接应用。 但是，我们在进行结构仿生设计时一定要注意台理地参考生物体结构系统，不 要像瞎子摸象，形成片面错误的认识。达西汤普森的话给了我们一个忠告：不能只 是片面的模仿外型，力学构造的美和强度才是家具仿生设计的和谐会聚。只有在合理 的设计下，其软硬、刚柔、抗张和抗压的各部分，必定才会完美地交织在一起。 3 2 4 家具纹理仿生 这一手法和家具色彩仿生手法联系极为紧密，所以很多人将它们分成一类。其实 它们之旬还是有一定的差别的。纹理主要体现的是二维的图案形状信息，而色彩反映 的是光的波长人在眼中引起的刺激，二者的关系一如平面构成与色彩构成。另外，纹 理还包括光滑与否等信息，指向了人的触觉。 总之，仿生家具设计是家具设计的一种造型手段、一种设计方法。其目的是为了 从审美性、加工性、经济性、环保性、文化性、精神性及创新性等各个方面加以综合 考虑。家具的形态是家具设计的核心内容，家具结构是设计师设计理念的载体。设计 师通过对家具的仿生设计建立起与家具使用者沟通的渠道。设计师正是通过对家具仿 船 第3 章仿生设计应用 生设计的构想而融入自己对设计与家具的理解，使仿生设计的运用能够提升设计融入 自然系统的可能性，增加家具与自然间的亲和力，体现出设计师对自然的尊重与理解， 建立起“绿色、生态、系统”的设计思想。 33 建筑仿生设计 建筑仿生现象自人类出现以来就从未闻断过。“构术为巢，以避群害。”从原始人 模仿鸟类或灵长类动物的“巢居”，到现代解构主义大师彼得埃森曼设计的法兰克福 生物中心。以及在某种程度上模仿人的生态系统而于1 8 5 3 年进行的巴黎市区大规模改 建都是对仿生设计的应用。把东郊的维星斯公园和西郊的布伦公园看作人的两肺， 环形绿化带和赛纳河象征人的呼吸道。这样就使新鲜空气可以输入城市的各个区域。 市区内环形和放射的各种道路作为人的血管系统，使血流能够循环畅通。仿生思想在 城市中的运用解决了当时巴黎的交通和环境美化的问题。回归自然的愿