第6章+工业造型设计.ppt

第6章工业造型设计 1 IndustrialDesign 工业造型设计是指用艺术手段按照美学法则对工业产品进行造型活动 设计出优质美观 舒适方便 经济实惠的产品 使产品在保证实用功能的前提下 具有美的 富有艺术表现力的审美特性 工业造型设计是现代工业产品设计理论的主要组成部分 它是一门综合工程设计与美学艺术的新兴学科 第6章工业造型设计 内容简介 本章主要介绍了如下内容 工业造型设计的基本原则 内容及程序 工业造型设计的美学法则与应用 人机工程学的基本原理与应用 产品色彩设计原理和方法 计算机辅助工业设计 CAID 简介 6 1概述 工业造型设计 或称工业产品造型设计 简称工业设计 是一门涉及科学和美学 技术和艺术 以产品设计为主要对象的新兴边缘学科 国际工业设计协会 IDSID 为其作过如下的定义 就批量生产的工业产品而言 凭借训练 技术 知识 经验及视觉感受 而赋予材料 结构构造 形态 色彩 表面加工及装饰以新的品质和规格 叫做工业设计 工业产品造型不仅要确定产品的外观质量 还要考虑影响生产者 使用者利益的结构 功能与材料 因而是对产品进行材料 构造 加工方法 功能性 合理性 经济性 审美性的全面推敲与设计 6 1 1工业造型设计的基本内容与要素 工业造型设计的基本内容包括以下四个方面 1 产品的人机工程设计 或称宜人性设计 结合人的生理 心理因素 获得人 机 产品 环境的协调与最佳匹配 使人们的生活与工作环境更舒适 安全和高效 2 产品的形态设计 使产品的形态构成符合美学法则 通过正确地选择材料 表面修饰工艺 形成与产品功能 环境条件等因素相适应的良好的外观质量 3 产品的色彩设计 色彩设计是完善产品造型的一个基本要素 设计中应综合产品的各种因素 制定出合适的配色方案 4 产品的铭牌 标识 字体等的设计 以形象鲜明 突出 醒目的标志和字体形态 给人以美好 深刻的印象 图6 a国际上一些著名公司及其产品的铭牌 标识 字体等的设计图 物质功能是指产品的功用 它是产品必备的条件 并对产品的结构和造型起着主导作用 即 功能决定形式 精神功能是指产品造型给人造成的心理上 情感上的种种感受 是产品物质功能和物质技术条件的综合体现 物质技术条件是指产品造型得以物化的材料与制造技术手段 产品造型的许多内涵要依赖于材料的性能 特征以及制造工艺方法得以实现 产品造型的三要素在一件产品中相互依存 相互渗透 相互制约 如图6 1所示 图6 1造型三要素 工业产品的物质功能 精神功能和实现造型的物质技术条件 是产品造型设计的三个基本要素 6 1 2工业造型设计的设计原则 实用 美观 经济是产品造型设计的三个基本原则 实用 即具有先进和完善的功能 并保证产品物质功能得到科学和最大限度的发挥 具体表现为两个方面 适当的功能范围 优良的工作性能和使用性能 美观 即造型美 使产品整体体现出来的全部美感的综合 即由产品的形态构成 色彩构成和材质的运用 简称形 色 质 体现出来的整体美感 令使用者产生良好的心理效应 经济 用 创造工程学 和 价值工程 理论指导产品造型 恰当地选用材料和工艺 尽量降低成本 获得优良的产品造型 6 1 3产品造型的美学内容 通过对产品造型设计内容 原则与特征等问题的讨论 可知产品造型的美学含义不是单一的 而是构成产品造型的诸多因素 功能 精神 材料 工艺等 美感的综合体现 是科学与艺术的有机结合 工业产品的美学内容具体表现为以下十大方面 1 功能美 2 舒适美 3 规范美 4 严格与精确美 5 结构美 6 材质美 7 工艺美 8 形态美 9 色彩美 10 单纯和谐美 1 功能美先进的科学技术所赋予产品的新的更高级的功能 不断改变着人们的生活方式 产品的新功能 新结构以及与之相应的新造型 使人们产生喜爱 美好的感受 便是产品的功能美 2 舒适美应用人机工程学的基本原理 使产品在使用中安全 高效 感觉舒适是产品的舒适美 例如座椅设计 除了形态优美 还应让使用者在生理和心理上感觉安全 舒适和降低疲劳 3 规范美现代工业产品造型设计的一个重要的要求就是符合现代化大生产方式 因此 很多工业产品都规定了自己的型谱和系列 使其设计生产符合标准化 通用化和系列化的原则 6 材质美材料是工业造型设计的物质基础 不同的材料具有各不相同的外观特征 质感与手感 因而体现不同的材质美 4 严格与精确美造型设计应使科学领域的严格和精确特性 化为现代工业产品富有时代感的 生气勃勃的艺术表现手段 不仅表现出科学的精神 而且体现了产品的严格 精确美 5 结构美标志力学新成就的结构构成是造型设计创造新形象的重要因素 设计者可以根据结构上的受力情况 对各部分材料进行加强和减弱 因而使产品的结构形态显示得轻盈 刚劲有力 单纯简洁 空气动力学的发展 使火箭 导弹 船舶 飞机 火车 汽车等高速运行的工业产品在结构上采取鳟鱼形的低阻流线体态 以减少运动中的流体阻力 8 形态美产品的形态美是指产品整体与局部 局部与局部 人与机器间的比例关系符合美学形式法则 7 工艺美任何一种产品要创造美的形态 必通过相应工艺措施来实现 工艺包括 制造和装饰工艺 制造工艺是造型得以实现的措施 装饰工艺则是完美造型的手段 二者相辅相成 才能体现出产品造型的工艺美 9 色彩美色彩的美感来自色彩适当程度的调和与对比 产品的色彩美表现为产品色彩合理的组合以及与产品功能 使用环境 人的生理心理协调一致 色彩美具有极强的时代性 社会性和民族地区的差异 10 单纯和谐美现代产品造型特点是日益趋向简练与单纯 造型设计简洁明快 外形单纯不仅可提高生产效率 易保证质量 且也符合人们的审美趋势 单纯不是肤浅 高度的概括与洗练才是造型设计追求的目标 6 1 4工业造型设计的程序 在工业产品开发设计的过程中 造型设计与工程技术设计应自始至终同步地 交叉地 相互参与地进行 产品造型设计的程序如下 调研及产品定位 型设计及表达 完善及改进设计 1 调研及产品定位调研包括对同类或类似产品的调研和市场调查 产品调研包括收集产品资料 对产品的造型 功能 结构和使用性能等作历史变迁及发展趋势的纵向研究 以及国内外现状的横向比较 市场调查包括调查市场供求情况 目前同类或类似产品的市场反馈情况 以及市场需求的发展趋势 产品定位是指在调研的基础上 明确产品的销售对象 确定适当的产品性能 造型风格及市场价位 总体方案构思与生产过程相反 是从整体到局部 先对整体形象的概貌 造型风格 构成要素 尺度比例 色彩配置等 进行构思与设计 并用方案草图表达出来 然后 对若干这样的整体方案进行比较 取长补短 确定出一个较理想的方案 必要时 可绘制外观效果图 制作外观模型 以便对整体外观效果进行评价 2 造型设计及表达以产品的市场定位为依据 进行总体造型方案构思 统一产品风格 规整构形要素 增强产品的整体感 调整尺度比例 在结构允许的前提下 使之符合美学法则 改进人 机关系 重新选择和布置显示 操作元器件及面板等 重新设计色彩 妥善处理外置辅助装置及照明 管路 线路等等 3 完善及改进设计对样机作局部改进 仍是原设计工作的延续 如果全面大改 就是新的一轮设计了 对旧产品的改造 由于受到工艺装具 专用设备等因素限制 一般可从以下几方面入手 6 2造型基础与美学法则6 2 1形态要素及其视觉效果 在一般的说法中 狭义的造型 只表示工业产品的三维形状 广义的造型 则包括形状 色彩 材质 装饰等一切可被人的感觉器官感知的特性以及从中抽象出来的概念性特征 这里的造型形态是指工业设计所包含的三个领域 平面设计 产品设计和环境设计中一切可被人的感觉器官感知的特性 而其中产品设计中的形态设计则构成了形态设计任务的大部分内容 点 线 面 立体 色彩 肌理是构成一切形态的基本要素 称为形态要素 产品造型是由形态要素构成的 因而有必要研究形态要素的构成及其性格 图6 b仪器面板的 点 布局 1 点工业造型设计中的点是指那些和整体相比起来相对细小的造型单元 如仪器面板上的指示灯 旋钮 开关以及文字 商标 符号等和仪器及面板整体相比而言 都可以认为是点 在几何学上 点只有位置 而不具有大小 没有任何形状 但造型实践中的点不仅有大小 也有面积与形状 以大小而言 越小点的感觉越强 越大则越有面的感觉 以形状而言 圆形点的感觉最强 即使面积较大 在不少情况下仍给人以点的感觉 点是造型最基础的元素 大量的点按照一定的方式组合起来 可以展现出线或面的感觉 并可形成各种图案化效果 如图6 2所示 图6 2点的视觉效果 2 线线是点移动的轨迹 一连串的点也可以造成线的感觉 造型设计中的线是指平面立体的棱线 曲面体的轮廓线 平面图形的边界线 造型物上的分割线 装饰线等 线的整体形状分为直线和曲线两种 直线包括 平行线 垂直线 斜线和折线等 曲线包括 几何曲线及任何任意曲线 其中几何曲线具有规范美 工艺性好 是造型中常用线 如 弧线 抛物线 双曲线 渐开线等 图6 c线的各种形态 线的感知心理1 直线直线能给人以严格 坚硬 明快 正直 力量的感觉 细直线有敏锐之感 粗直线有厚重强壮之感 在造型设计中 直线的运用 可以体现出 力 的美感 水平线具有安宁 稳定 松弛效果 给人以平稳 开阔 寂静的感觉 垂直线表示了力量和重力的平衡 视觉效果挺拔 刚劲 向上 稳重 斜线有不稳定 运动 倾倒的不平衡感 在造型设计中使用倾斜线可以使产品形态显得活泼 醒目 打破由于垂直线和水平线过多而造成的方正 拘谨 呆板之感 几何曲线 具有渐变 连贯 流畅和按一定规律变化与发展等特点 在造型设计中 圆弧线 椭圆曲线 抛物线及双曲线的应用较多 任意曲线 具有自由 奔放的特点 在造型设计中 应用较多的是变化有序的任意曲线 如波纹线 曲线可分为 几何曲线和任意曲线 2 曲线曲线能给人以运动 温和 光滑 流畅 丰满且富有弹性的感觉 在造型设计中 曲线的使用能使产品体现出 动 和 丰满 的美感 在造型设计中 直线亦称硬线 曲线又称软线 以直线和曲线相结合的造型 有直有曲 或方或圆 刚柔相济 具有形神兼备的特色 图6 d不同风格线装饰的数码相机 3 面 平面的形造型中的面都是有边界的面形 这些面形可能是一个凹凸的区域或由色彩 装饰色等分割形成的区域 不同的面形给人不同的心理感受 如图6 4所示 但总的来说 面给人以明朗 端正 简洁的感觉 图6 4几何平面形的心理感受 实际在造型设计中 点 线 面之间并没有绝对的界限 点扩大可以成为面 线加宽也能成为面 面可分为平面和曲面两大类 平面给人的感觉是平坦 规整 简洁 朴素 由于平面易于制造和加工 使用上有很多优良性能 所以平面是各类造型物中使用最广泛的 建筑物 机器 仪器 仪表及家具等的表面大多是平面 曲面使人感到流畅 光滑 柔和 丰满 富于变化 有动感 图6 e不同造型曲面 4 体 立体的形在几何学中 体是面的移动轨迹 是具有相对的长度 宽度和高度的三元单位 体给人的视觉感受与构成体的面形或体的视向线有关 平面立体单纯 规整 呈静态 曲面立体温和 亲切 有动感 造型物的视觉重量称为体量 体量大显得稳定 充实 体量小显得轻盈 灵便 图6 5所示的两款数控车床设计 其形体上的差别引起视觉感受明显不同 图6 5点 线 面 体在机床中的综合体现 5 肌理肌理是指物体表面细微的组织构造形成的整体效果 触摸可感觉到的肌理 称为触觉肌理 如粗 细 软 硬 纹理方向等 触觉肌理在适当的光照下 也可通过视觉感受到 只能通过视觉感受到的肌理 称为视觉肌理 如木材纹理 文字图案等 肌理是通过表面形态 色彩及光影产生的 不同的肌理具有不同的视觉美感和触觉快感 能产生不同的心理感受 因而是造型的重要构成要素 造型设计中肌理的创造和运用 应视造型物整体或局部的功能 环境而定 使造型物具有整体美感和使用舒适感 如图汽车内部装饰肌理 图6 f汽车内部装饰肌理 6 立体构成与造型将形态要素按一定规则组成形象 称为构成 构成立体形象称为立体构成 立体构成是对简单立体进行挖切 叠加和组成 并融入理性的分析和敏锐的感觉 使形象符合一定的审美判断 立体构成是对立体形态进行的解剖 组合和创造的研究 为造型设计积累形象资料 立体形态的艺术感染力来自于视觉上的稳定感 结果单纯 形象明确的整体感 比率 节奏的秩序感 扩张的心理空间感和运动感等等 如图6 6所示 图6 6点 线 面 体的综合构成 6 2 2产品造型的美学法则 工业产品的造型的美学法则是人们在实践中不断创造和总结 不断完善而形成的 它反映了产品造型设计的一般规律 在工业造型设计中 要根据产品自身的功能特点 有机灵活地运用这些美学法则来造型 力求获得完美统一的产品外观艺术形象 工业产品造型设计的美学法则概括为以下几个方面 比例与尺度 均衡与稳定 统一与变化 对比与调合 任何一件受人们欢迎的工业产品 都必须具有良好的比例和正确的尺度 这是构成产品造型形式美的最基本也最重要的手段之一 1 造型的比例工业产品造型的比例一般是指造型对象的整体与局部 局部与局部之间大小对比的关系 以及整体和局部自身的长 宽 高之间的尺寸关系 良好的比例不只是直觉的产物 而且应该是符合科学理论的 在工业产品造型设计中 最常用的比例关系有下面几种 1 比例与尺度 黄金分割比例 平方根比例 整数比例此外 还有调合数列比 等比数列比 相加级数比等 1 黄金分割比例 黄金分割比例 简称黄金比 是将任一长度为L的直线段AB分为两段 使其分割后的长度AC与原直线长度之比等于分割后的短段CB与长段AC之比 如图6 g所示 即 图6 g黄金分割比例 解得 该比例即为黄金比例 黄金分割比例还可以通过如图6 h所示的作图法求得 图6 h黄金分割比例的作图 据统计 各国典型的小轿车中 大部分车轴距与总长之比为1 1 618 1 732之间 有的小轿车则取 用黄金分割比例进行工业产品造型 可获得良好的造型比例 这一比例已广泛应用于汽车造型 0 618 图6 i汽车的黄金比例 此外 一些产品如窗户 屏幕 信封 邮票 名片 磁带盒等常常采用黄金比矩形 2 平方根比例 平方根比例是以正方形的一条边与此正方形对角线长所形成的矩形比例关系为基础 逐渐以其新产生矩形的对角线与正方形一条边形成无理数的比例系统 如图6 j所示 由正方形逐渐形成是短边与长边之比为 的矩形 图6 j平方根比例矩形 在造型中 应用平方根矩形的比率进行分割 能够使造型物的整体与局部 局部与局部之间 具有相似的比例关系 可获得统一调和的效果 如果说 正方形具有端正稳定的面貌 那么矩形富有稳健的气质 矩形则有偏于俊俏之意 古希腊应用平方根比率作为建筑 杯 镜和其它造型的骨架 目前许多国家纸张的规格就普遍采用矩形 因为这种比例的纸张 无论几开都具有相同的边长比 即 3 整数比例 整数比例是以正方形作为基本单元而组成的不同的矩形比例 如图6 k所示 如两个正方形毗连组合形成边长比为1 2的矩形 三个正方形毗连组合形成边长比为1 3矩形 以此类推 可形成1 4 1 5 1 n 整数比例是平方根比例中特例 整数比例具有明快 均整的美感 在造型设计中 整数比例的工艺性好 适合现代化大生产的要求 在现代化工业造型设计中被广泛采用 此外 还有调合数列比 等比数列比 相加级数比等 图6 k平方根比例矩形 在同一造型物中 为了追求整体的和谐 通常选取同一类矩形 判别是否同类矩形的方法是 不论是外连矩形或是内含矩形 若它们的对角线彼此平行或垂直 则为边比相等的同类矩形 如下图6 l所示 图6 l同类矩形的判定方法 2 造型的尺度 工业产品是为人在某种环境中使用的 产品造型的尺度是指造型物的整体及局部的大小与人或人的习见标准 人的使用生理相适应的大小关系 简单地说 尺度指的是产品与人两者之间比例关系 造型物的尺度应与人体的有关尺寸相适应 而与造型物本身大小无关 例如 小型机床和重型机床的操纵手把 按钮的尺寸都应大致一样 高大建筑和普通民房的台阶高度也应大致相等 在造型设计时 首先要确定合理的尺度 然后才能进一步推敲其表面的比例尺寸 产品的尺寸要满足产品功能的要求 尺度变化调整的范围也只能局限在物质能允许的范围内 有尺度感的造型物 不仅美观 而且使用合理 舒适 因此 常以它作为衡量造型设计的合理性和舒适程度的标准之一 2 均衡与稳定 工业产品在满足使用功能的前提下 应具有良好的视觉平衡效果 给人以稳定的感觉 同时形成美的秩序 工业产品各方向和各局部由于材料 比例 结构 色彩及质感的不同 会产生不同的重量感 均衡与稳定的造型法则 就是使造型既有物理意义上的稳定可靠 又能引起视觉上的完整和稳定 其中 均衡是指造型物前后 左右的相对轻重关系 稳定是指造型物上下部间的轻重关系 1 均衡 均衡是指造型物的前后 左右的相对轻重关系 即其各部分在体量上的均等或大致均等 在造型中着重指各部分在视觉上感觉到的相互之间的轻重感 均衡感是对支点和物体量感的相对位置的视觉判断 如图6 10所示 物体的视觉量感与其体积的大小 颜色的深浅等有关 物体体积大 颜色深 封闭 则量感大 反之量感小 产品造型的均衡感是设想支点在正中或接近正中部位 支点两边诸造型要素的量感与其到支点的距离的乘积 即量感距大致相等 图6 10均衡的概念 在造型设计中 使产品造型获得均衡的方法 可采用同形同量的对称形式 也可采用异形同量的不对称形式 对称的造型显得端庄 严谨 稳重和安定 在机械产品造型中 锻压机械 双面锉削机械也都采用对称形式 即满足了功能结构的要求 又获得均衡 稳定的视觉效果 如图6 m所示几种产品 采用对称形式造型 增强了产品的平衡感 产生端庄严正的感觉 图6 m对称形式产生的平衡感 不对称的造型形式与对称形式相比较 则显得玲珑活泼 富于变化 能适应各种功能条件下的造型要求 医疗建筑 园林建筑 旅馆建筑多采用不对称形式 在机械产品中 面上的各类零件部往往呈不对称状态 此时 应布置妥当 力求获得异形同量的视觉平衡感 图6 n不对称形式产生的平衡感 2 稳定 造型的稳定是指造型物上下部间的轻重关系 即指造型物的稳固 安定和不易倾覆状态 在工业产品造型中 由于结构布局和材质选用的不同 形体各部分的实际重量并不是均衡的 它的稳定表现在 实际稳定 与 视觉稳定 两方面 实际稳定是按产品实际质量的重心符合稳定条件所达到的稳定 而视觉稳定则是以形体的外观体量关系来衡定它是否满足视觉上的稳定感 造型时 对这两种稳定都要同时考虑 才能取得良好的稳定感 扩大支承面 利用色彩对比法 上明下暗处理 达到增加下部重量感的方法来加强稳定感 利用质感对比法 作下粗上光处理 来加强稳定感 在产品造型设计中 以下一些方法可以增强视觉稳定感 采用宝塔式造型 即造型体量底部较大向上逐渐递减缩小 这样 既可降低重心 以取得稳定感 同时丰富了造型的线型的变化 增强造型的生动感 3 统一与变化 统一与变化的形式法则是工业造型中最灵活多变 最具有艺术表现力的因素 任何物像的美都表现于它的统一性和差异性中 在造型设计中 统一可增强造型的条理与和谐美 完美的造型必须具有统一性 而变化可增强造型物形象自由 活泼 生动的美 能打破单调 呆板 增强美的情趣与持久性 为取得产品造型的统一与变化效果 主要采用的造型手法是在变化中求统一 在统一中求变化 这两种手法常常具体表现于运用调和 呼应 过渡 韵律 对比等处理方法 1 统一 造型中的统一是指造型物各组成部分之间和造型物群体之间在线 形 色 质 装饰等造型要素的同一性 类似性 条理性 和谐性 最终形成造型物整体的风格与主调 造型设计中所要求的统一 主要包括实现 造型格调的统一 比例与尺度的统一 造型形式与功能的统一 为达上述要求 常用变化中求统一协调手法 可有以下几种 1 比例尺寸的协调统一同一造型物各部分之间的比率应尽量相同或相近 即同一造型物立面上各部分平面应为同类矩形 2 主体线型风格的协调统一造型物的线型风格的协调 是指构成形体大轮廓的几何线型要大体一致 也就是说 线型的构成关系应有主调 如图6 12所示的小轿车的造型简图 一种采用直线造型 以直线为主调 一种采用的曲线造型 即以曲线为主调 其主要形体线型的一致性形成了风格的完整性 图6 12线形的调和与呼应 又如 下图6 o所示的体育项目象征图形 虽形态各异 但可以发现它们都是以水平线 垂直线和45 斜线来组成图形 有了这样的统一处理后就便于电子屏幕显示了 图6 o体育象征图形风格的协调统一 3 色彩 装饰的统一工业产品的色彩协调统一是产品造型获得统一协调的重要方面 它既需要从配色的规律和原理方面考虑 又要从使用功能 使用环境和人们的心理作用等方面进行综合考虑 总之 色彩 装饰的统一是获得造型统一的有效途径 例如常用小面积的高纯度色来突出关键部位 以中性色来进行联系过渡 而以低纯度色来统一全局 在处理产品的大表面时 通常采用增加装饰线的方法来获得统一的美感 例如汽车 汽艇和飞机上常常采用装饰色带 即画上一道长色带后以加强整体统一感和整体动态美感 4 系统风格的统一当由两个以上的单体组成系统时 系统的各个单体的形 色 质应具有整体划一的统一性和内在呼应联系性 这就说构成系统的每个独立单体在造型线型等方面风格上应大致统一 这样才能显示出系统造型形象的内在联系 体现出产品功能的内在联系 否则 会表现出紊乱感觉 则产品内在功能的联系会受到形式上的割裂 将破坏系统的整体感 要达到格调的统一 使产品形成风格 明确主调 通常采用的方法是对造型物的线型 形体 色彩 材质进行调和 呼应 过渡 韵律等处理 过渡 韵律等统一设计手法在印包机械和点胶机的整体造型设计中的体现见图6 14 图6 14线型的统一 过渡 韵律 2 变化 造型中的变化是指利用造型要素 线 形 色 质等 的差异性 求得在统一完整的基础上体现出局部的特点 互相衬托 使造型物具有更加活泼动人的视觉美感 要使造型物形象丰富多彩 生动活泼 具有吸引力 可在统一 协调 完整的统一性中求变化的手法 是取得造型形象丰富多彩 生动活泼并且具有吸引力的基本手段 这一手法一般在造型物是通过下面这些因素去突出对比 形状 大小 宽窄 高低 长短 凹凸 线型 曲直 粗细 长短 疏密 虚实 方向 色彩 素艳 寒暖 浓淡 明暗 轻重 部位 上下 左右 高低 中偏 里外 姿态 动静 俯仰 屈伸 正斜 质地 光滑或粗糙 柔软或坚硬 数量 多少 奇偶 有无 如图6 p所示为一木工平刨机床的造型 如按图a 所示设计的床身造型 显得视觉效果过分简单 而采用图b 的床身造型方案 总体关系不作任何改动 床身尺寸也不大变 仅利用方向与体量对比手法 在床身左面加一小的竖向凸台面 形成与原床身长方体的方向与凹凸的对比 同时增加垂直方向的线条 与原机床造型的各水平线形成方向对比 再加以厂标的方向再次形成对比 使床身这个大平面上有了局部的变化 既不影响总体风格 又使造型富于变化 图6 p木工平刨机床的造型变化的对比 4 对比与调和 对比包括 线型的对比 材质的对比 色彩的对比 形的对比 形体方向的对比以及虚实的对比 这里所说的实是指造型物的实体部分 封闭部位 与内部结构无光 虚是指透明或镂空的部位 虚给人以通透 轻巧感 实给人以厚实 沉重感 对比的目的是强调不同事物个别的形象 是为了增强造型要素的对立感 使造型变得活泼 生动 个性鲜明 例如 现在有些家用电冰箱采用圆弧门的造型以及下图6 15和图6 16所示的RMM塑壳断路器的造型 这种以直线为主 直中有曲的新造型打破了传统直线造型的单调感 变得活泼有韵味 下图6 15和图6 16所示为RMM塑壳断路器的以直线为主 直中有曲的新造型 图6 15线与形方向的对比 图6 16形的方向与凹凸的对比 第6章工业造型设计 2 IndustrialDesign 6 3人机工程学简介 工业产品造型设计的现代化 其内容不仅要求造型的新颖 美观 大方 色彩符合现代人的审美要求 还应包括产品的造型设计必须符合人机工程学的要求 1 人机工程学概念人机工程学是20世纪50年代前后迅速发展起来的一门新学科 它是研究人 机及其工作环境之间相互作用的一门科学 具体地说 它是运用生理学 心理学和其它有关学科知识 使机器与人相适应 创造舒适而安全的工作条件 从而提高工效的一门学科 人机系统机器是为人服务的 同时机器也是由人来操纵 调节 检查 使用的 在工作 生产及生活中 人离不开机器 机器更离不开人的管理和使用 因此 人与机之间就构成了人机系统 由于环境条件能对人机系统造成重要的影响 因此人机系统也可称为人 机 环境系统 若不考虑环境的影响 就简单的人机系统而言 人与机的关系如下图6 17所示 图6 17人机系统 2 人机界面人机界面是指人机之间相互施加影响的区域 人通过感觉器官 眼 耳等 接受外界信息 又通过人的执行器官 手 脚 口等 向外界发出信息和动作 因此 凡参与人机信息交流的一切领域都属于人机界面 概括地讲 人机界面可分为三类 1 控制系统人机界面 即机器通过显示系统将机器的信息传递给人 人通过机器上的控制系统对机器传达操作指令 使机器按人所规定的状态运行 2 工具性人机界面 即机器符合人体的形态尺寸及操纵能力 使之在使用过程中用力适当 感觉舒适 操作方便 3 环境性人机界面 如照明 噪声 小气候等条件 作用于人的生理 心理 从而影响人的舒适 健康和安全等 3 人机关系在人机系统中 人机关系主要有两方面 一是机器适应人 即使机器系统尽量满足使用者生理 心理 审美以及社会价值观念等条件的要求 二是人适应机器 即机器在限定条件下 尽量发挥人的因素 让人去适应机器的要求 以保证人机系统具有最佳功效 人机工程学的研究内容 人机工程学研究的对象是工程技术设计中与人体有关的问题 目的是解决工程技术设计如何与人体的各种要求相适应 从而使人机系统工作的效率达到最高 人机工程学研究的目的 设计机器设备时 必须考虑到人的生理和心理的各种因素 产品设计应使操作简便 省力而准确 可靠 使工作环境舒适和安全 提高工作效率 4 人机工程学的研究内容主要包括三个方面1 研究人和机的合理分工及其相互适应的问题造型设计中的人机工程学主要是研究 在充分考虑人和机器特征的前提下 如何做到人 机职能的合理分配 由于人机系统中人是主动者 而机器是人的劳动工具 是被动者 因此 人机关系是否协调要看机器本身是否符合人的特征而言 2 研究被控对象的状态 信息如何输入及人的操纵活动的信息如何输出的问题这里 主要是研究人的生理特点和心理过程的规律性 3 建立 人 机 环境 系统的原则这个问题主要是确立环境控制和生命保证系统的设计要求 总之 人机工程学的目标就是根据人的特征 设计出最适合于人的工作范围 最适合人操作的机器 最方便使用的操纵器 最醒目的控制器 最适宜的工作环境 力求操作者付出的精力最少 而人机系统的效率最高 6 3 1人体结构尺寸与造型尺度 全面了解和掌握人体结构尺寸对确定设计对象的尺度关系具有重要意义 1 人体结构尺寸人体结构尺寸一般是指人体高度 宽度和胸廓前后径 以及各部分肢体的大小等 通常是在静止状态下直接测后 进行数据统计分析得到 GB10000 88是我国于1988年12月颁布的 中国成年人人体尺寸 的国家标准 该标准是根据人机工程学要求提供的我国成年人人体尺寸的基础数据 它适用于工业产品设计 建筑设计 军事工业以及工业的技术改造 设备更新及劳动拿权保护 该标准中所列数据 代表从事工业生产的法定中国成年人 男18 60岁 女18 55岁 人体尺寸 为了应用方便 各类数据表中的各项人体尺寸数据值均同时列出其相应的百分位数 表6 1中国成年人人体主要尺寸 摘要 单位 mm 百分位数表示在某一身体尺寸范围内 有百分之多少人的身体尺寸等于或小于给定值 例如 中国常年男子身高百分位数为1775mm 它表示这一年龄组男性中身高等于或小于1775mm者占95 大于此值者只占5 实际范围越大 制成的机器和用具的适用度越高 可用的人也越多 2 产品造型尺度产品设计时是以某一人体百分位数为依据 不是选该尺寸作为产品的造型尺寸 而是要视条件取与该人体百分位数相应的产品最小功能尺寸 人体百分位数 功能修正量 或最佳功能尺寸 最小功能尺寸 心理修正量 其中 功能修正量包括 穿鞋着衣产生的各方向尺寸变化量 高度 围度等 人体姿势不同产生的变化量 为了确保产品功能的修正量 心理修正量是指为了消除空间压抑感 恐惧感或为了追求美观等心理需要而作的尺寸修正量 以底层船舱高度为例 选男子身高的百分位数为95 的1775mm 鞋高修正量25mm 高度最小余裕量90mm 则船舱最小高度为三者之和1890mm 加上心理修正量115mm 则底层船舱的高度为2005mm 人体尺寸百分位数及各种修正量 使用时可查阅国家标准和有关资料 此外 我国不同地区人体尺寸有一定差异 不同国家的人体尺寸差异更为明显 使用时均需要查阅有关资料 表6 a是几个国家的男子高度值 表6 a几个国家男子的平均身高 mm 图6 q人体测量数据表 图6 r人体各部分的活动范围数据表 6 3 2视觉特征与显示器设计 1 人的视觉特征人在工作过程中 视觉的应用最重要 也是最普遍的 因为人们在认识物质世界的过程中 大约有80 的信息是从视觉得到的 所以人的视觉特征也是人机工程学参数之一 人观看正前方固定物象的能见范围称为视野 如图6 s所示 正常人的视野 在垂直方向约为130 视平线上方60 下方70 在水平方向约为120 最有效的视野区为 水平线向上30 向下40 以鼻为中心 左右15 20 的范围内 人的视野中心3 以内为最佳视觉区 图6 s一般视野 视距是指人眼观察操纵指示器的正常观察距离 一般操作视距范围 在380 760mm之间 视距过远和过近都会影响认读的速度和准确性 因此 要根据工作的精确程度 性质 内容来确定和选择最佳视距 一般选取 700mm为最佳视距 760mm为最大视距 380mm为最小视距 人的视觉特征为 1 眼睛水平运动比垂直运动快 且不易疲劳 对水平方向的尺寸和比例估测比垂直方向准确 2 视线运动的习惯是从左到右 从上到下 3 对圆弧观察宜为顺时针方向 4 当视线偏离中心区观察对象时 感知最快的是左上方 其次是右上 右下方感知最慢 图6 t不同形式仪表 显示器是人机传递交换信息的关键装置 人凭借视觉从显示器中获取机器的工作状态信息 从而操纵和控制机器 按指示方式分 显示器可分为如下三种 1 指针式显示器 这种显示器应用最普遍 它通过各种形式的指针指示有关的参数或状态 图6 u为这种显示器的一些种类 2 显示器的设计及选择 图6 u指针式显示器 2 数字式显示器 这种显示器直接用数码来显示有关的参数或状态 常见的有条带式数字显示器 荧光屏显示器 数码管或液晶显示数码等 3 图形显示器 这种显示装置用形象化图标指示机器的工作状态 具有直观 明显的特点 它使用于需要短时间内立即做出判断并进行操纵的场合 如飞机上用的一些仪表 一般工业产品多采用指针式和数字式显示器 指针式显示器具有显示形象化 直观 能反映显示值在全程范围内的位置和变化趋势的特点 但认读难以快捷准确 数字式显示器具有认读简单准确的特点 但不能直观反映参数变化的趋势 许多常用的显示器都有专业厂商制造 除特殊需要外 不需要专门设计 只要根据产品功能和造型需要选择适合的产品即可 选择显示器的原则是 显示器的精度应符合设计要求 信息以最简单的方式传递给操作者 显示信息易于识别并尽量避免换算 显示器及标记符号的大小必须适合预计的最大距离 6 3 3控制器的选择与设计 控制器是人机联系的接口 它是操作者用以改变机器状态的器件 常用的控制器如手控按钮 开关 操纵手柄 驾驶盘以及脚踏的登板等 由于控制器是人机界面的重要组成部分 因而控制器的设计与选择必须充分考虑人的生理 心理因素 以达提高工效及使操作者能准确 迅速 安全的操作目的 1 控制器的类型按操纵的动力区分 控制器可分为三大类 1 手控控制器 如按键 开关 旋钮 手柄及转轮等 2 脚控控制器 如脚踏板 脚踏钮等 3 其它 如声控 光控等这些利用声 光敏感元件来实现启动或关闭机件 正常人 身高1680mm 站立时 手臂的活动范围如图6 v所示 其中 手臂的最大能及范围是以600mm为半径的两个圆弧区域 小手臂的正常活动范围是由半径为300mm的两个圆弧所构成 正常活动范围为R400mm 最佳活动范围为图中扇形区 2 手臂的活动范围 1 小手臂的抓捏区2 最有利的手动范围3 手操作的最大范围图6 v人站立时上肢的活动范围 3 手脚尺寸及运动特征成年人的手脚尺寸及百分位数 详见国家标准GB10000 88 由于人手的运动比脚灵活得多 所以绝大部分的控制器是手控的 为此了解手的运动规律 对于手控控制器的设计是很重要的 生活及生产实践表明 手的垂直方向运动速度比水平运动速度快 手从上往下运动的速度比从下往上运动的速度快 在水平面内 手的前后运动速度比左右运动速度快 旋转运动比直线运动快 对一般人来说 右手活动比左手快 顺时针活动比逆时针快 单手操作比双手操作既快又准 控制器的设计应注意以下原则 1 不同功能的控制器尽可能有明显的区别 可以利用形状 大小 色彩 位置及符号对控制器进行编码 使之易于辨认 以免发生混淆引起操作错误 2 操作力 操作速度 方向 位置等符合多数人的生理特征 操作力太小 不易感知操作是否完成 操作力过大 速度 频率过高会引起操作不到位等操作失误 3 控制器的操作方向与显示器或系统的运转方向应有合理的逻辑关系 并与人的自然行为倾向一致 以免发生操作方向逆转错误 4 控制器的设计原则控制器的设计质量 直接影响整个系统的运行 工作中常常发生的操作失误 在很大程度上与控制器设计不当有关 4 合理地组合控制器的功能 减小控制器的数量和操作程序的复杂程度 5 大小适当 造型新颖美观 在控制台上 尽量将相互有关联的控制器和显示器布置在一起 显示器宜在上方或左方 以免被手遮挡 如果将控制器和显示器分开布置在不同的两块板上时 两板中对应元件的相对布局应保持逻辑上的一致性 如图6 19所示 图6 19显示器面板的仪表排列形式 6 3 4控制台板设计 现代机器设备的自动化 数控化程度越来越高 安装显示 控制器件的控制台板的尺寸越来越小 除大型 成套设备外 一般不采用独立的控制台 而是设计成与主机同体的控制面板 控制台板上显示 控制器件的布置应遵循以下原则 1 显示器的布置显示器的布置应本着如下原则 1 显示器所在平面应尽量与作业者的视线近于垂直 布置要紧凑 主要显示器安置在最佳视区 视区范围应水平方向略大于铅锤方向 2 多个显示器有观察顺序时 应依据从左到右或从上到下排列 3 显示器与控制器在配置上应形成逻辑联系 位置对应 运动方向一致 4 显示器指针的零位指向应在上方或左方 多个显示器 其零位指向应一致 2 控制器的布置控制器布置的一般原则是 1 常用的 重要的控制器 应安置在手活动最方便 用力最适宜的区域 2 有操作顺序的控制器 应依序自左向右或自上向下排列 3 联系较多的控制器 应尽量靠近排列 4 总电源开关 紧急停车等装置应与其他控制器分开 安置在便于操作的地方 标志要醒目 大小要适当 5 各控制器间应保持一定的安全距离 6 水平控制面板一般以后高前低为宜 铅垂控制面板可稍向后仰 大型设备的操作控制台有坐姿和立姿两种 其结构尺寸和区域划分与人体作业空间有关 设计时可查阅有关资料 下图6 w列示了坐姿和立姿两种控制台布置的有关人机参数 图6 w坐姿和立姿控制台布置的人机参数 6 4产品色彩设计 色彩能美化产品 美化环境 工业产品色彩的良好设计能使产品的造型更加完美 在提高产品外观质量和增强产品在市场上竞争力等方面 都起着极其重要的作用 色彩有着先声夺人的魅力 人们在观察一件产品的瞬间 首先作用于人视觉的是色彩 其次是形状 最后才是质感 由此可见 产品色彩的设计在造型设计中占有很重要的地位 6 4 1色彩的基本知识 当人们观察有色物体时 由于光的照射 物体表面反射出来的光线 作用于人的视觉器官 从而产生出色彩感觉 因此 色彩是光刺激视觉神经后所产生的一种视觉反应 色相 明度 纯度成为色彩的三要素 它们是鉴别 分析 比较色彩的标准 也是认识和表示色彩的基本依据 1 色彩的特征属性 1 色相 即色彩的相貌 是依可见光谱的波长来划分的色彩的相貌 图6 x色相环 将上述红 橙 黄 绿 蓝 紫6色相首尾相连排列呈一圆环 称此环为色相环 通常在主要色相中加入中间色相 可形成10色相 12色相或24色相等色相环 常用的是12色相环 如图6 x所示 2 明度 即色彩的明暗程度 反射率的大小决定色彩的明暗程度 物体表面的光反射率愈高 则物体表面所呈现的色彩的明度愈高 反之 则明度低 在色料中 黑色明度最低 白色明度最高 每种色加白色可提高明度 加黑色后则降低明度 依次增加黑白色量 可以获得每种色相的明度序列表 图6 y明度渐变图 3 纯度 即色彩的纯洁程度 鲜艳程度 纯度又称饱和度 在色相环中的各色是纯度最高的色彩 在任何一种色相中掺入白色后 其纯度就降低 而明度提高 反之若掺入黑色则其纯度和明度都降低 因而前者称为 明调 后者称为 暗调 上面彩图6 y和下彩图6 z分别表示了以红 绿二色为例 分别加白和加黑后所引起的纯度降低及明度提高或降低的情况 在一种色相中 逐渐加入白色或黑色 可得一系列不同纯度的色阶 称为纯度阶段 非彩色 黑 白 灰 只有明度区别 而没有色相和纯度之分 图6 z纯度渐变 2 色彩的分类日常人们能用眼睛看到的颜色非常丰富 大致可达200 800万种 在色彩的设计和使用中 一般把色彩分为两大类 即按有彩色和无彩色区分或按颜色的冷暖性区分 如下所示 非彩色系 白 灰 黑等没有色彩的颜色色彩可分为纯色有彩色系 其他一般色彩 暖色系 红 橙 黄橙 黄等按冷暖性色彩可分为冷色系 白 蓝 3 原色与混合色无法用其它色彩 或色光 混合出来的色称原色 色料 物体 的三原色 红 黄 蓝 色光的三原色 红 蓝 绿 色光的三原色相混合可得白光 色料的三原色相混合则成黑浊色 如图6 v所示 三原色可调配出任何其它色彩 故三原色又称第一次色 图6 a1三原色 三原色的任何两色混合而得的颜色称为间色 如图6 a2中的橙 绿 紫 即间色 橙 红 黄 绿 蓝 黄 紫 红 蓝 由两种间色或原色与间色混合而得的颜色称为复色 复色 橙紫 红灰 橙 紫 红 黄 红 蓝 绿紫 蓝灰 绿 紫 蓝 黄 红 蓝 可见 复色实际上是三原色的混合 不过是以其中一色为主进行混合 只要三原色中的任一色比例稍有不同 就可以产生出多种不同的复色 图6 a2间色橙 绿 紫 4 孟塞尔颜色系统色彩的色相 明度 纯度的差异构成的色彩数量非常繁多 对此 就需要采用科学的表达法 准确描述色彩这三个独立特性的方法就是色彩表达法 目前 国际上使用的色彩表示法有多种 这里仅介绍较具有代表性的孟塞尔 Munsell 表色法 图6 21孟塞尔色立体的明度轴与色相环 孟塞尔表色法 它把色彩三要素色相H 明度V 纯度C构成一个立体模型 称为孟塞尔色立体 如图6 21及图6 22所示 a b c 如图6 21 a 所示 色立体的中轴代表无彩色系的明度变化 从顶端的纯白向下过渡到底部的纯黑 其间等距地分为11个明度级 以黑为0 白为10 1 9为各种灰色 用N10 N9 N8 N0表示 如图6 21 b 所示 与中轴垂直的水平距离代表纯度变化 白自中轴向外 中纯度为零 离中轴愈远纯度愈大 边缘处即为纯色 垂直于中轴的圆周表示为同一纯度上的色相变化 即色立体的水平剖面为色相环 在该环上共分五种主要色相和五种中间色相 如图6 21 c 所示 5种主要色相是 红R 黄Y 绿G 蓝B和紫P 5种中间色相是 黄红 YR 绿黄 GY 蓝绿 BG 紫蓝 PB 和红紫 RP 每种色相又等分为10个等级 用数字表示 总共有100个等级 每个色相第5号是该色相的代表色相 用5R 5RY 5Y等表示 这样 孟塞尔表色系便以色彩的三要素构成了一个三维体系 形成了色彩的三维结构 即孟塞尔色立体 在这个色立体中 每个确定的坐标位置 均表示一个特定的颜色 也就是说 这个颜色是用它的坐标位置的数值准确地表示出来的 孟塞尔表色系的颜色标记方法是 HV C 式中 H为色相 V是明度值 C是纯度值 例如 某色彩的表色符号为 5R4 14 即表示色相为5R 明度值为4 纯度为14的鲜红色 对于无彩色系 只标记明度值V 并在前面冠以非彩色符N 并加斜线 即写成 NV 如标记为 N5 表示明度值为5的中性灰色 图6 22是孟塞尔色立体的直观图 它是一个不规则的立体图 孟塞尔色立体包含大约5000种色彩 根据 孟塞尔颜色图册 中的标准色样及对应标号 人们可以准确地识别和描述色彩 远隔万里而无差错 这种表色系统可把千差万别地色彩严密有序地组织起来 为科技工作者和艺术家们提供了科学的配色工具 图6 22孟塞尔色立体 图6 a3孟塞尔色立体的各色彩 人们对色彩的心理感觉来源于生活印象的积累 从事造型的色彩设计时 应把握人们的这种心理感觉 并应根据一般人的色彩感觉效果去合理地选择产品的色彩方案 从色相系列来分析 色彩有如下一些心理感觉 冷暖感 轻重感 进退感 胀缩感 软硬感 动静感 5 色彩的感觉与应用 1 冷暖感 色彩的冷暖感主要是色彩通过人的视觉引起 联觉 而产生的冷暖概念 如看到红 橙 黄等色使人联想到光和热 使人感到温暖 因此属暖色 当看到蓝色或蓝绿色就联想到海洋 蓝天 雪地背阴处 就与清冷的概念相联系 属冷色 绿色 紫色属于中性色 在无彩色系中 黑色 白色给人的感觉是白冷黑暖 灰色属中性色 了解了色彩的冷暖感 在产品色彩设计时 就应根据产品的功能和使用环境条件选择冷暖不同的色彩 如电冰箱宜用冷色 寒带汽车用暖色 热带汽车宜用冷色 以适应和平衡人们的心理特点 2 轻重感 由于物体表面的色彩不同 看上去使人的轻重感觉也不同 这种与实际重量不符的视觉效果 称之为色彩的轻重感 感觉轻的色彩称轻感色 如白 浅蓝 浅黄 浅绿等 一般来说 明度高的浅色和色相冷的色彩感觉轻 感觉重的色彩称之重感色 如黑 棕 深红 土黄等 通常 明度低的暗色和色相暖的色彩感觉重 色彩的轻重感 对处理产品造型的稳定与轻巧有着重要作用 对于要求增强稳定感的产品 则应上轻下重 这时产品下部涂以重感色 一般为深暗色 对于要求体现轻巧的产品 则应选明调的色彩或在下部适当位置配置淡色或明度较高的色调 3 进退感 在同一画面上或同一产品上的色彩 有的使人感到突出 靠近 有的使人感到隐退 远离 这是色彩在对比过程中给人的一种视觉反应 称为色彩的进退感 一般暖色 明度高的有进感 而冷色 明度低的有退感 色彩的进退感与画面的底色和产品的主色调有关 在深底色上进退感决定于色彩的明度和冷暖 在浅底色上的进退感决定于色彩的明度 高明度的暖色如橙 黄 白为近感色 明度低的冷色及一些中性色如蓝 黑 紫 绿为远感色 在产品设计中 往往利用色彩的近感色来强调重点部位 以引人注目 对次要部分则用远感色 使其隐退 例如 产品上的商标多采用近感色 使与周围色彩对比强烈 以强调和突出名牌 4 胀缩感 色彩的胀缩感是指色彩在对比过程中 某色彩的轮廓给人以胀大或缩小的感觉 这种现象的产生是由于人观察不同背景条件的形体色彩时 有一色