金 薇 王衛(wèi)星

一、形態(tài)仿生設計概述

自然界中許多生物經過長期的進化而優(yōu)化出了完美的自然生命形態(tài)，這些生命形態(tài)作為模仿對象幫助人類解決了在科學技術的研究中遇到了相應的難題，并不斷創(chuàng)造出了新的設計理念和方法。例如:基于鳥類翅膀剖面設計的飛機翼型，基于蜂巢和龜背形狀及功能設計的仿生洗衣機等。［1-3］形態(tài)仿生將自然界的原始形態(tài)作為創(chuàng)意出發(fā)點，開展創(chuàng)造性的設計活動。形態(tài)仿生豐富了形態(tài)設計理論，為人們提供了自然元素的構造理念，使人類的創(chuàng)造更加趨于自然。

形態(tài)仿生設計有很多優(yōu)勢，其最大的特點就是將自然界的自然形態(tài)元素應用到人造產品中，使其具有自然形態(tài)屬性，雖然這種仿生不可能做到完完全全的復制，但是能夠吸收自然界形態(tài)優(yōu)勢，改善了產品與人的關系，縮短了人與機器的距離，成功的產品應該能夠讓人感到親近，是機器與人、機器與自然相互融合的結晶。［4］

(1)形態(tài)仿生設計賦予產品形態(tài)以生命的象征

形態(tài)仿生理念與人樂于親近自然的本性是相契合的，從工業(yè)化發(fā)展至今，人類在產品設計方面走過了很長的路，也經歷了多個階段，產品設計的觀點、觀念也在不斷變化，人們在追求更高的性能、更完善的功能的基礎上，開始重視產品的形態(tài)，加之城市化進程使人與自然的距離越來越遠，人們無法改變城市發(fā)展和現(xiàn)代社會發(fā)展的趨勢，于是便不斷尋求與自然契合的機會，形態(tài)仿生與人們的這種訴求相吻合，因此得到了消費者的青睞，成為產品設計的主流思想之一。［5］可見，形態(tài)仿生理念是人類向往自然的精神需求在設計領域的體現(xiàn)。

(2)形態(tài)仿生設計具有宜人性

隨著人類對機器功能和性能的要求，機器與自然、機器與人的對立性就會越來越強，這種對立必然導致人類對機器產生排斥心理，而要消除對機器的這種排斥，就需要從自然形態(tài)入手，將自然形態(tài)與機器形態(tài)相結合，仿生形態(tài)不僅是為了通過仿生獲得更好的性能表現(xiàn)，如今的產品設計，越來越注重仿生形態(tài)所帶來的心理效應，好的仿生形態(tài)產品更容易讓消費者接受。［6］北歐芬蘭著名設計師——艾洛·阿尼奧阿尼奧說過“誰說椅子一定要像椅子?！惫凰O計的“任你擺布的小雞椅” (圖1)不像椅子，黑色的椅面和黃色的腳架，超大小雞一網(wǎng)打盡大人和小孩的心。阿尼奧在攝影棚拍攝他的寶貝雞時，索性在小雞脖子上套根繩子，搞笑演出自己親手拉扯小雞的鏡頭。

圖1

(3)形態(tài)仿生設計能夠提升產品的魅力

具有魅力的產品無一不帶有創(chuàng)新的屬性，形態(tài)設計對創(chuàng)新的重視程度更高，而創(chuàng)新的靈感并不是憑空產生的，靈感的產生依賴于設計師的所感所知，從現(xiàn)代產品中能夠獲得的靈感很少，而自然界則是靈感的來源，且是一個無窮無盡的靈感源泉，通過觀察自然界的生物和自然景觀，思考這些自然景觀和動植物的生長方式、自然形態(tài)特征，然后將能夠應用于產品設計的形態(tài)特征應用于實踐，不僅擴展了設計師的設計思維，同時也使得產品擁有了自然屬性，極大的豐富了現(xiàn)代產品設計的設計方式，使得應用仿生理念設計的產品魅力無限大，有時遠遠超出我們的想象，十多年前的法國設計師菲利普斯達克 (Philippe Stak)設計的檸檬榨汁機JuicySalif 便是一個很好的例子(圖2)。這款榨汁機的產品形態(tài)宛如一只小昆蟲，雖然無法將其形態(tài)與某一種昆蟲的形態(tài)完全對應，但是卻不影響消費者從其聯(lián)想到昆蟲的自然思維，產品給人留下的印象自然深刻，產品一經上市便得到了廣大消費者的親睞，雖然其功能簡單，但卻不影響人們從產品本身的設計中發(fā)現(xiàn)美，從這一案例中不難發(fā)現(xiàn)仿生形態(tài)設計的魅力所在。

圖2

二、形態(tài)仿生設計的應用形式

產品的形態(tài)仿生取材是很廣泛的，按照自然形態(tài)所屬種類可以分為動物類、植物類、昆蟲類、人物類等幾大種類，通過模仿這些自然形態(tài)的特征作為產品形態(tài)設計的造型元素來進行設計。在產品設計之初，就應該將這些仿生形態(tài)元素考慮進來，探討每一種仿生形態(tài)與所要設計的產品的契合度，通過不斷的搭配組合，探討最佳的搭配模式，完成早期的產品仿生創(chuàng)造構想，后期的產品設計過程則是圍繞初期確立的仿生創(chuàng)造構想，不斷完善產品的形態(tài)和功能。［7］［8］

三、構建形態(tài)仿生設計方法的體系與流程

產品設計的一般程序為確定設計問題、收集資料和信息、列出可能的方案、檢驗可能的方案、分析與解決方案、施行方案這六大步驟。仿生形態(tài)設計則是在上述六大步驟的基礎上添加了仿生造型設計的一些理念，同時需要考慮到產品使用群體的生理和心理特征，把生物特征的認識、描繪、簡化等各個要素納入一個統(tǒng)一框架。依次為:確定仿生目標、生物形態(tài)特征的認知、生物形態(tài)特征的簡化、生物形態(tài)特征的產品設計轉化、設計方案的有效性評價(圖3)。

圖3

(1)確定仿生目標

首先針對所需要設計產品的功能、使用途徑以及使用人群等對產品有一個初步的認識，將這些因素作為選取仿生對象的參照。然后結合產品使用人群的生理和心理特征，收集其喜歡的生物，并將各種生物的特征與產品的特征進行分析、比較從中找出共同的屬性，在此基礎上對生物進行類比、聯(lián)想、推理找出合適的仿生目標。

(2)生物形態(tài)特征的認知

生物形態(tài)特征的認知不僅通過感覺、知覺、認知、記憶、搜索、對比、形成、再認等一系列思維能力和主觀心理感受，從設計的角度來認識和把握生物形態(tài)特征;還要多角度地從認識過程的客觀性與主觀性等方面，以設計創(chuàng)新為目的，進行觀察與識別。［9］

生物形態(tài)特征的認知主要關注生物視覺化的外部形態(tài):當我們聽到或看到我們熟悉的生物時就會聯(lián)想到相關的視覺形態(tài)，進行識別和記憶。因此，生物形態(tài)特征的認知方法首先需要通過仔細觀察、分析和積累來認知生物形態(tài)，把握生物的共性規(guī)律和個性特征，然后再根據(jù)產品概念進行有目的性的形態(tài)仿生產品設計。生物形態(tài)特征的常態(tài)性是經常性的表現(xiàn)或常被感知的狀態(tài)，例如瓜果蔬菜、花鳥魚蟲等。但從創(chuàng)新的角度看，常態(tài)性的認知具有一定的局限性，所以形態(tài)仿生設計的生物認知除了關注生物形態(tài)特征的常態(tài)性外還需關注非常態(tài)性的生物形態(tài)與概念，例如小小的毛毛蟲從卵到蝶的成長過程。

(3)生物形態(tài)特征的簡化

生物形態(tài)特征的簡化是一個提煉概括的過程，先理順生物的整體形態(tài)和局部形態(tài)之間的關系，然后進行主要特征的提取與簡化處理。運用規(guī)則化、條理與秩序、幾何化、刪減與補足、變形與夸張、組合與分離、等簡化的手法，對生物形態(tài)的提取做進一步的簡化處理，形成具有簡化性的樣式來獲取與產品造型相關的形態(tài)主要特征，對產品進行多次修改，使得產品的形態(tài)更加符合其設計要求，將最后修正的結構應用于產品設計中，實現(xiàn)生物形態(tài)與產品的結合。例如格雷格·林恩設計設計的蘭花咖啡·茶壺(圖4)，格雷格·林恩設計之初，很明顯將這產品分為三種容器，大的咖啡和茶壺、熱水壺，小的容器如奶罐、糖罐和檸檬汁瓶，采用組合與分離、變形與夸張的簡化手法進行設計，但每個獨立的容器邊緣又可和其他容器邊緣互相分享，最后組成一個完整的個體。壺的外形設計是如波浪般柔美，每個單品如一朵蘭花的花瓣，梅朵花瓣放在量身打造的托盤上，又可以將壺站立像是含羞的花苞，或是整個展開像是綻放的花朵。整組容器采用鈦金屬，非常之輕巧。

圖4

(4)生物形態(tài)特征的產品設計轉化

生物形態(tài)特征的產品設計轉化可以通過直接模擬法和間接模擬法來實施。直接模擬法可以利用借用、引用、移植或替代等產品構成要素，直接再現(xiàn)生物的形態(tài)個性特征。從視覺上可以較為直觀地感知到所模擬的生物概念。這類形態(tài)仿生設計的產品形態(tài)活潑、可愛，多用于小家電和日用品的設計中(圖5)。

圖5

而間接模擬法則并不直接表現(xiàn)或引用生物形態(tài)的具象性、個性特征，而是針對產品的概念和設計目標概念的需要對生物形態(tài)特征進行演變和轉換。通過組合、聯(lián)想、定點的方法進行形態(tài)的演變，或運用特異、逆向、夸張的方法實現(xiàn)概念的轉換，這類形態(tài)仿生造型設計的產品能夠更概論、更抽象地變形生物的形態(tài)特征或者自然屬性，賦予產品生命的活力并具有一定的思想性。(圖6)

圖6

這是一款獲得IF 大獎的設計作品“Continue”。從上圖中不難看出，Continue 不僅是一個插頭，同時還是一個插座。Continue 是插頭、插座的融合體，其融入了中國古代傳統(tǒng)文化中的陰陽互根互用、相互轉化、生生不息的思想，不僅在思想理念上要勝出一籌，使其具有除功能外更深層的意義，同時在功能上也非常符合日常生活的需求，當生活中遇到插頭較少的情況時，使用這種插座兼插頭，可以實現(xiàn)更多電器的連通，同時這種設計方式使得電源線路更加清晰，最大程度的減少了電線的使用，減少了相互纏繞、復雜難辨的問題，無論是出行在外還是居家用電，Continue 都能夠同時滿足多人的用電需求，在滿足自己的同時，給別人以方便，這既是一種生活的態(tài)度，同時也是一種為人處世的理念，Continue 能夠獲得大獎不足為奇。

(5)設計方案的有效性評價

設計方案的評價有許多目標因子，例如:外觀形態(tài)、人機界面、色彩搭配、材料質感，使用方便性、加工工藝性、性能價格比等等。在評價時盡可能地減少主觀因素的影響，根據(jù)評價主體的不同需要選擇最具影響力的因素作為評價目標，提煉出較為全面性、獨立性的評價目標因子。盡管評價目標因子不同，但理想的產品造型方案設計應是綜合各方面的評價。

四、金龜子裝訂機造型設計

(1)確定仿生目標

該設計是裝訂機產品的形態(tài)仿生設計開發(fā)項目。市場定位為:以國外青少年為主題，外形小巧，功能齊全。通過對傳統(tǒng)裝訂機功能的延續(xù)，同時考慮到青少年使用裝訂機的環(huán)境和攜帶要求，從自然界中尋找仿生目標，最終將目標鎖定在“金龜子”這種小動物身上，獲得了巨大的成功。

(2)金龜子形態(tài)特征的認知

通過仔細觀察、分析和積累對金龜子進行認知，歸納出金龜子的共性規(guī)律和個性特征。如表1。

表1

(2)金龜子形態(tài)特征的簡化

首先提煉出金龜子體殼與頭部之間的關系，然后采用條理與秩序、幾何化、變形與夸張、組合與分離手法對金龜子形態(tài)進行提取，然后做進一步的簡化處理，并形成金龜子簡化樣式來獲取與裝訂機造型相關的形態(tài)主要特征，再次進行簡化，來完成仿生形態(tài)特征與產品功能的結合(圖7)。

圖7

(3)金龜子形態(tài)特征的產品設計轉化

首先是對金龜子形態(tài)的簡化過程，這也是仿生形態(tài)造型的提取過程，通過提取，獲得了可以借鑒的金龜子形態(tài)特征，然后結合造型設計的多種語言，完成對裝訂機的圖紙設計，并確定方案、CAID 建模、尺寸分析、配色方案、制作模型等設計流程(圖8)。

圖8

(5)金龜子裝訂機的有效性評價

根據(jù)金龜子裝訂機的設計方案，提煉出較為全面性、獨立性的評價目標因子，對該設計方案進行有效性的評價，評價結果如表2:

表2

五、總結

如今，仿生形態(tài)設計理念已經成為產品造型設計的重要組成部分，設計師越來越重視對仿生設計理念的應用，仿生形態(tài)設計的理念和設計方法得到了普及推廣，而且賦予了產品生命的象征。但是形態(tài)仿生設計不是簡單的模仿和機械的照搬，而是對自然物的再創(chuàng)造過程，需要正確處理形態(tài)仿生學與設計的關系，將仿生設計看做是一種設計的新手段、新方法，同時也要將仿生設計看成是一種對自然的追求，一種思想境界的提升。因此我們需要在產品造型設計中引入形態(tài)仿生設計方法，創(chuàng)造出符合現(xiàn)代生活需求的產品，促進產品設計的進一步發(fā)展與完善。

［1]Autumn K.，Liang Y. A.，Hsieh S. T.，etc. . Adhesive force of a single gecko foot-hair ［J］. Nature，2000，405 (8):681-684.

［2]Dacke M.，Nilsson D.，Scholtz C. H.，etc.. Insect orientation to polarized moonlight ［J］. Nature，2003，42 (4):33-35.

［3]Zbikowski R. . On aerodynamic modeling of an insect - like flapping wing in hover for micro air vehicles ［J］. Philosophical Transactions of the Royal Society，2002，360:273-290.

［4]左鐵峰. 仿生學在工業(yè)設計中的運用［J］. 藝術與設計，2005.

［5]于帆，陳娠. 仿生造型設計［M］. 武漢:華中科技大學出版社，2005.

［6]楊飛. 工業(yè)設計認知心理研究［D］. 武漢理工大學，2003.

［7]寧紹強，穆榮兵. 關于產品造型的視覺情感形態(tài)［J］. 桂林電子工業(yè)學院學報，1997.

［8]蔡克中，張志華. 工業(yè)設計仿生學的應用研究［J］. 裝飾，2004.

［9]王重鳴. 心理學研究方法［M］. 北京:人民教育出版社2000:2.