古希臘時期,學者們就提出了美的形式法則理論。從美學學科的產(chǎn)生與發(fā)展來看，18世紀Baumgarten創(chuàng)立了獨立的美學學科，是近代科學發(fā)展的產(chǎn)物。從精神角度來看，柏拉圖覺得美的本質(zhì)就是美的理式，黑格爾認為美是理念的感性顯現(xiàn)。從客觀物質(zhì)屬性來看，亞里士多德認為，美在事物本身，體現(xiàn)在事物的“秩序、勻稱與明確”的形式中，主要依靠事物的“體積與安排”，突顯事物的“整一性”。達?芬奇認為美是可以用感官認識到事物的性質(zhì)。我國孔子認為美學思想與儒家的“中庸之道”的哲學思想一脈相承，其核心是“和諧為美”。凡是客觀存在的事物，都離不開形式，事物的變化、相互作用都是在形式中展開的。形式分為事物的內(nèi)在內(nèi)容和外顯方式兩種屬性。木材的自然美就是通過木材宏、微觀構(gòu)造表征的具體形式呈現(xiàn)出來的。

1　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

20世紀初,美、德等國家就已經(jīng)展開有關(guān)木材方面的研究。1934年美國出版的《木材學教科書》、1936年德國出版的《木材技術(shù)》、1978年日本出版的《木材應(yīng)用基礎(chǔ)》[1-4]等等。我國木材研究鼻祖著名木材解剖學家唐耀先生[5]于1936年12月發(fā)表文章《中國木材學》，為中國打開了“木研究”的大門。隨后,我國學者對天然林、人工林樹種進行木材解剖，在木材的構(gòu)造、材性、加工性和利用性等物質(zhì)屬性方面做出了大量深入研究。木材不僅具有作為木質(zhì)材料的實用價值，還有美學價值。廣西大學羅建舉教授從木材宏觀、微觀兩個維度探討木材美學的研究內(nèi)容和方法[5]，系統(tǒng)地提出了“木材美學”理論，以及對木材美學的長遠發(fā)展進行了初步系統(tǒng)規(guī)劃。呂九芳、吳智慧[7]從木材的天然紋理中提取精致的美學圖案，再將它們按照一定的規(guī)律，應(yīng)用電腦合成技術(shù)打散、重組，設(shè)計出各種富有韻律和裝飾性的木材美學圖案。徐麗等[6]從形式美學角度探討了木材宏、微觀構(gòu)造的形式，并將其應(yīng)用于設(shè)計中。梁敏[7]根據(jù)圖案形式美法則，系統(tǒng)地對木材導(dǎo)管、木纖維、軸向薄壁組織等主要木材組織構(gòu)造進行美學原理分析，認識和揭示木材解剖構(gòu)造特征之美。廖曉梅[8-9]從木材橫切面細胞構(gòu)造特征中提煉出美學元素，運用重構(gòu)等方法將得到的美學圖案運用于室內(nèi)設(shè)計中。何拓等[10]探索了紅酸枝木顯微構(gòu)造中的管孔、軸向薄壁組織及木射線美學元素，并將它們應(yīng)用于地板、服裝及陶瓷設(shè)計。

木材由于自身的自然屬性，其紋理、顏色以及質(zhì)地富有天然的美感和質(zhì)感，備受人們的青睞，符合人們崇尚自然的審美需求。從木建筑到木家具，木與人類生活息息相關(guān)。木材構(gòu)造形成隨機的、自相似性的圖案具有1/f型漲落譜的特征，武者利光曾對各種條紋圖案進行心理比較測驗，發(fā)現(xiàn)具有1/f型漲落的條紋圖案自然感越強[11]。趙廣杰[12]研究出人們喜愛木材紋理構(gòu)造的根本原因就是其紋理的漲落譜和人體生理節(jié)奏的漲落譜存在形式的一致性。龍濤[13]基于1/f漲落的木材構(gòu)造研究木材美學，發(fā)現(xiàn)木材構(gòu)造圖案的功率譜密度與頻率成線性關(guān)系，即1/f漲落關(guān)系，能激發(fā)人體大腦產(chǎn)生令人愉悅的α節(jié)律波。由于木材構(gòu)造圖案具有1/f型漲落譜的特征，給人們帶來舒適[14]的視覺和觸覺感受，它是人們最愿意親近、最富有人情味的材料[15]。

■圖1　12種木材弦切面宏觀構(gòu)造圖案

■圖2　12種木材橫切面微觀構(gòu)造圖案

雖然國內(nèi)不少學者對木材表面紋理、色澤、微觀構(gòu)造組織進行了探討，但是對木材構(gòu)造美學元素的整體特征研究較少。本研究從宏觀紋理、微觀構(gòu)造圖案角度出發(fā)，提取木材構(gòu)造特征元素，系統(tǒng)分析其美學形式，并將其作為設(shè)計材料，結(jié)合木材的視覺、觸覺等知覺美感特征，對其進行藝術(shù)處理，運用到仿生產(chǎn)品設(shè)計中，重塑木材的美學價值和提升仿生產(chǎn)品的附加值，吻合了人們親近自然的本性。

2　實驗材料與方法

2.1　實驗材料

實驗材料由南京林業(yè)大學材料科學與工程學院木材科學系標本實驗室提供。針葉材分別為樟子松、北美黃杉和杉木。闊葉材分別選取環(huán)孔材白榆、蒙古櫟、水曲柳和大葉櫸；半環(huán)孔材香樟、柚木；散孔材紫椴、亮葉樺和巴里黃檀。它們均為室內(nèi)裝飾的常用木材，具有代表性，因此選取這12種常用室內(nèi)裝飾木材作為測量試樣。其中，編號1—3的試樣屬于針葉材：1—樟子松、2—北美黃杉、3—杉木；編號4—13的試樣屬于闊葉材：4—香樟、5—柚木、6—紫椴、7—白榆、8—蒙古櫟、9—水曲柳、10—亮葉樺、11—巴里黃檀、12—大葉櫸（圖1～圖4）。試樣木塊尺寸為120×70×12mm3（L×W×H),經(jīng)長期室溫條件下氣干后，將被測面徑精刨加工平整，然后在溫度20℃、空氣相對濕度為65%的環(huán)境中，將含水率調(diào)整到12%。圖1為室內(nèi)裝飾木材弦切面宏觀和三切面微觀構(gòu)造圖案共48張。木材切片分別放入掃描儀(EPSON 1270，Japan)中,掃描后,經(jīng)過Photoshop軟件對圖片進行處理，從而得到12種木材弦切面的宏觀圖片。木材三切面的微觀圖片是運用光學顯微鏡（OLYMPUS DP70，Japan）在40倍放大率下采集的，為了消除顏色對木材圖像感性意象的影響，對其進行灰度處理。圖片大小尺寸相等，寬度和高度為768像素×1240像素，分辨率為300dpi，位深度為24位，轉(zhuǎn)換成標準位圖格式的BMP格式圖像。

2.2　實驗儀器

本實驗采用掃描儀(EPSON 1270，Japan）和光學顯微鏡（OLYMPUS DP70，Japan），對實驗試樣進行樣本采集。

2.3　實驗方法

將圖1的48張木材宏觀和微觀構(gòu)造圖案制作成PPT形式，逐張呈現(xiàn)并應(yīng)用形式美法則進行分析。

3　結(jié)果與分析

3.1　木材弦切面宏觀構(gòu)造圖案的美學法則分析

雖然木材細胞具有各向異性和變異性，但是木材的細胞結(jié)構(gòu)特征是相近似的。木材微觀細胞組織構(gòu)造決定宏觀構(gòu)造圖案，即木材紋理。木材的不同切面呈現(xiàn)不同的紋理圖案，橫切面上呈現(xiàn)同心圓狀花紋，徑切面上呈現(xiàn)平行的條形帶狀花紋，弦切面上呈現(xiàn)拋物線狀花紋[16]。由圖1可見，大多數(shù)針、闊葉材樹種弦切面的宏觀構(gòu)造圖案呈現(xiàn)山峰狀花紋（1樟子松、2北美黃杉、3杉木、4香樟、5柚木、6紫椴、7白榆、8蒙古櫟、9水曲柳、10亮葉樺、12大葉櫸）和波浪花紋（11巴里黃檀）。山峰狀花紋和波浪花紋在弦切面上呈現(xiàn)出有條理的反復(fù)和交替排列，使人在視覺上感受到動態(tài)的連續(xù)性，產(chǎn)生節(jié)奏感。節(jié)奏是韻律形式的純化，韻律是節(jié)奏形式的深化，節(jié)奏富于理性，而韻律富于感性。木材山峰狀花紋的韻律感不是簡單的重復(fù)，而是一定變化的互相交替，是情感在節(jié)奏中的融合，因此在木材弦切面上產(chǎn)生不尋常的美感。例如針葉材[17]早材至晚材緩變，早材管胞呈現(xiàn)不規(guī)則多邊形，晚材管胞多為長方形及多邊形。軸向薄壁組織呈現(xiàn)星散狀及弦向帶狀。弦切面上多為木射線單列（偶對列），高2-22（多6-12）細胞，因此，弦切面呈現(xiàn)相對均勻的山峰狀紋理，體現(xiàn)了節(jié)奏與韻律的形式美感。

3.2　木材橫切面微觀構(gòu)造圖案的美學法則分析

針葉樹主要由管胞組成，其占木材總體積的89—98%，木射線占1.5-7%，軸向薄壁細胞0-4.8%，泌脂細胞0-1.5%[18]。由圖1-b可見，針葉材（1樟子松、2北美黃杉、3杉木）的橫切面早晚材管胞呈矩形，沿徑向整齊排列，構(gòu)造圖案簡潔，體現(xiàn)單純與秩序[19]的形式法則，使人產(chǎn)生一種簡約、純潔的感受。例如樟子松[20]橫切面早材管胞方形、矩形，晚材管胞也是矩形，形狀趨于一致。

闊葉材主要由木纖維、導(dǎo)管分子、木射線和軸向薄壁管胞組成。由圖2可見，木材構(gòu)造特征為環(huán)孔材（7白榆、8蒙古櫟、9水曲柳、12大葉櫸）的橫切面細胞構(gòu)造圖案比針葉材復(fù)雜。在同一生長輪內(nèi)，管孔的形狀、疏密相近似，多為單個或2-3個排列分布。由于管孔與木纖維細胞形狀相近似，形成調(diào)和的視覺美感，橫切面上管孔的直徑又遠大于木纖維的孔徑，形成大小對比的效果，兩者在橫切面上呈現(xiàn)對比與調(diào)和的形式美感。例如水曲柳橫切面上多是單管孔或2個徑列復(fù)管孔。木材構(gòu)造特征為散孔材至半環(huán)孔材（4香樟、5柚木）、散孔材（6紫椴、10亮葉樺和11巴里黃檀）的橫切面細胞構(gòu)造圖案比環(huán)孔材樹種的圖案更有秩序感。由于散孔材的導(dǎo)管形狀、大小相似，相對均勻地分布在橫切面上，體現(xiàn)單純與秩序的形式美感。同時，導(dǎo)管與木纖維的孔徑大小形成對比，前者孔形近似于不規(guī)則的圓形，后者孔形為多角形，兩者近似產(chǎn)生對比與調(diào)和的視覺感受。例如紫椴橫切面上多為單管孔及2-3個徑列復(fù)管孔。導(dǎo)管分子、軸向薄壁組織、木纖維及木射線均局部疊生。軸向薄壁組織呈星散-聚合狀，輪界狀薄壁組織帶寬1-2個細胞。

■圖3　12種木材徑切面微觀構(gòu)造圖案

■圖4　12種木材弦切面微觀構(gòu)造圖案

3.3　木材徑切面微觀構(gòu)造圖案的美學法則分析

根據(jù)圖3可見，針葉材（1樟子松、2北美黃杉、3杉木）徑切面主要是管胞分子和木射線細胞組織。在徑切面上，管胞分子呈現(xiàn)平行狀排列分布，單純具有秩序感。木射線中的射線薄壁細胞呈現(xiàn)橫臥長方體，射線管胞為橫向生長的管胞，形體短而寬，長菱形，長度僅為軸向管胞的三十分之一，一層層疊加組織，兼具秩序感。射線薄壁細胞與軸向管胞交叉形成交叉場紋孔，在徑切面上產(chǎn)生了變化的形式，與整體管胞分子平行條狀排列的統(tǒng)一形式相呼應(yīng)，組成變化與統(tǒng)一的形式感。例如樟子松徑切面上具有軸向管胞具緣紋孔和交叉場紋孔窗格狀，與管胞分子的平行條狀排列形成多樣與統(tǒng)一的效果。

根據(jù)圖3可見，闊葉材（4香樟、5柚木、6紫椴、7白榆、8蒙古櫟、9水曲柳、10亮葉樺、11巴里黃檀、12大葉櫸）徑切面主要是導(dǎo)管、木纖維、木射線和軸向細胞構(gòu)成。在徑切面上，導(dǎo)管分子呈現(xiàn)寬平行條狀排列分布，木纖維細胞呈現(xiàn)窄平行條串狀的排列分布，兩者之間相互依次間隔，產(chǎn)生對稱與均衡的視覺美感，達到徑切面整體的穩(wěn)定、莊嚴的心理感覺。例如紫椴徑切面導(dǎo)管與木纖維細胞交替呈現(xiàn)。

3.4　木材弦切面微觀構(gòu)造圖案的美學法則分析

根據(jù)圖4可見，針葉材（1樟子松、2北美黃杉、3杉木）弦切面主要是管胞分子和木射線細胞組織。在弦切面上，管胞分子還是呈現(xiàn)平行條狀排列分布，單純兼具秩序感。木射線多為單列寬度僅1個（偶爾2個）細胞的木射線，有的具有紡錘形含1個（偶爾2個）徑向樹脂道的木射線。木射線在弦切面上的不規(guī)則分布，與管胞分子的平行條狀排列，產(chǎn)生變化與統(tǒng)一的視覺效果。例如樟子松弦切面木射線具單列和紡錘形兩類，單列射線高2-17個細胞，紡錘射線具徑向樹脂道，樹脂道上下方射線細胞2-3列，兩端尖削而成單列，高1-10個細胞。木射線的不規(guī)則分布與管胞分子平行條狀排列，形成變化與統(tǒng)一的圖案。

根據(jù)圖4可見，闊葉材（4香樟、5柚木、6紫椴、7白榆、8蒙古櫟、9水曲柳、10亮葉樺、11巴里黃檀、12大葉櫸）弦切面主要是導(dǎo)管、木纖維、木射線和軸向細胞構(gòu)成。在弦切面上，導(dǎo)管分子也呈現(xiàn)寬平行條狀排列分布，木纖維細胞呈現(xiàn)窄平行條串狀的排列分布。不同寬度、排列和組成的射線分布在闊葉材弦切面上產(chǎn)生變化的視覺感受，與導(dǎo)管、木纖維細胞構(gòu)成的平行條狀排列分布形成變化與統(tǒng)一的視覺美感，產(chǎn)生靈動、和諧的心理感受。例如紫椴弦切面上單列射線較少，多列射線寬3-4個細胞，高20-60個細胞，射線組織同形單列或多列。木射線與導(dǎo)管分子都是不規(guī)則的平行條狀排列，形狀相似，一深一淺，形成變化與統(tǒng)一的視覺效果。

4　木材構(gòu)造圖案特征的包裝仿生設(shè)計

應(yīng)用Photoshop圖形設(shè)計軟件，對木材構(gòu)造圖案進行設(shè)計。由于木材來源于大自然，在進行設(shè)計時盡量保留了木材自然的本性，使其再生圖案更貼近人們的生活，具有生命力。

北美黃杉弦切面的宏觀紋理具有山峰狀花紋（圖5），在設(shè)計中盡量保持木材紋理的原貌。將原圖（a）進行色彩處理得到圖案（b），提升原木紋理的逼真度，再經(jīng)過濾鏡選項應(yīng)用變化與統(tǒng)一的形式美法則，應(yīng)用到咖啡包裝盒的設(shè)計（c）中，使木材自然的肌理得到完美呈現(xiàn)，給消費者帶來木材紋理、色彩的視覺美感享受。

（圖6）白榆橫切面管胞早材管孔比晚材管孔大，年輪界限明顯，屬于環(huán)孔材。應(yīng)用管孔的特征，將原圖（a）經(jīng)過濾鏡晶格化處理得到圖案（b），再通過放大處理得到圖案（c），根據(jù)形狀相似而色彩不同，即變化與統(tǒng)一的美學原則貼圖到JELLY品牌果凍的包裝袋（d）設(shè)計中，形象地烘托了產(chǎn)品的品牌形象。

紫椴徑切面導(dǎo)管分子單穿孔，木射線與導(dǎo)管間紋孔大，多呈現(xiàn)橢圓形與柵狀（圖7）。應(yīng)用導(dǎo)管分子和管間紋孔互列的特征，將原圖（a）經(jīng)過濾鏡風格化選項，同時放大處理得到圖案（b），根據(jù)形狀相似的變化與統(tǒng)一的美學原則貼圖到美膚語品牌化妝品的包裝盒（d）設(shè)計中，給產(chǎn)品注入了新的活力。

（圖8）白榆弦切面木射線具有單列、二列、多列和寬木射線4種類型。應(yīng)用木射線的特征，將原圖（a）經(jīng)過濾鏡像素化馬賽克處理得到圖案（b），再通過去色、放大處理得到圖案（c），將這種肌理應(yīng)用到SPAGHETTI品牌的意大利細面的包裝設(shè)計（d、e）中，增強了產(chǎn)品包裝的肌理感。

木材的管胞、導(dǎo)管、木纖維等細胞都是構(gòu)成木材構(gòu)造圖案的主要元素，由于木材構(gòu)造圖案具有1/f型漲落譜的特征，給人們帶來舒適的觸覺和視覺感受，它是人們最愿意親近、最富有人情味的材料。中國的文化就是“木的文化”，中國的古建筑殿、堂、樓、館、亭、榭、閣、軒、齋、寺等都是由木材構(gòu)建而成，形成了獨特的東方風韻。Tohid[21-22]認為木雕藝術(shù)的復(fù)雜圖案表達了人們的民族特色、道德和倫理價值。將木材構(gòu)造形成的宏、微觀構(gòu)造圖案作為設(shè)計元素，利用各自圖案的細胞構(gòu)造特征，針對不同產(chǎn)品的特性，有的放矢地進行包裝仿生設(shè)計，不僅擴寬木材構(gòu)造圖案美學的研究價值，還為仿生設(shè)計提供新的思路和商品附加值。同時，木材構(gòu)造圖案還可以應(yīng)用到建筑、室內(nèi)[23]及家具裝飾材料的肌理、紋樣圖案的設(shè)計，工業(yè)產(chǎn)品的功能設(shè)計，以及服裝、平面的圖案設(shè)計中。將木材構(gòu)造圖案融于藝術(shù)與情感，不斷喚起人們對木制品以及其商品的親近感[24]。

5　結(jié)語

運用掃描軟件采集木材弦切面宏觀構(gòu)造圖案，探討木材由于生長輪界線的早、晚材緩變至急變產(chǎn)生紋理的形式美學規(guī)律；采用光學顯微鏡表征木材三切面微觀的構(gòu)造圖案，分別分析不同細胞構(gòu)造特征的形式美規(guī)律。同時，將其美學特征進行包裝仿生設(shè)計研究。

①由于生長輪界線早、晚材的緩變至急變，針、闊葉材的弦切面宏觀構(gòu)造呈現(xiàn)相對均勻的山峰狀花紋，體現(xiàn)節(jié)奏與韻律的形式美感。

②由于針葉材橫切面上早、晚材管胞形狀趨于一致且呈秩序性分布，微觀圖案呈現(xiàn)單純與秩序的形式美感。由于闊葉材橫切面上環(huán)孔材、散孔材的管孔與木纖維細胞形狀相近似，且管孔的直徑又遠大于木纖維的孔徑，形成對比與調(diào)和的視覺美感。

③由于針葉材徑切面上軸向管胞具緣紋孔和交叉場紋孔，它們與管胞分子平行條狀排列的統(tǒng)一形式，組成變化與統(tǒng)一的形式美感。由于闊葉材導(dǎo)管分子與木纖維細胞在徑切面上都呈平行條狀排列，且交替呈現(xiàn)，產(chǎn)生對稱與均衡的視覺美感，達到徑切面微觀整體的穩(wěn)定、莊嚴的心理感覺。

④由于針葉材弦切面上木射線不規(guī)則分布，與導(dǎo)管分子的平行條狀排列形成對比，產(chǎn)生變化與統(tǒng)一的視覺效果。由于闊葉材弦切面微觀上木射線與導(dǎo)管分子都是不規(guī)則的平行條狀排列，形狀相似，一深一淺，也產(chǎn)生變化與統(tǒng)一的視覺效果。

⑤木材構(gòu)造圖案具有隨機的、自相似性的1/f漲落特征，根據(jù)宏、微觀三切面細胞構(gòu)造的這一特征，展開各種再創(chuàng)作和設(shè)計的新思路，豐富傳統(tǒng)的木文化以及美學內(nèi)涵。針對木材宏、微觀各切面細胞構(gòu)造的自然屬性，結(jié)合包裝產(chǎn)品的特點，進行產(chǎn)品的藝術(shù)創(chuàng)作，拓展木材美學圖案的應(yīng)用，提升產(chǎn)品的附加值。