茹天

（西安美術(shù)學(xué)院，西安 710065）

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展為現(xiàn)代設(shè)計搭建了廣闊的發(fā)展平臺，網(wǎng)絡(luò)和新媒介使信息的交融變得更迅速，這些現(xiàn)象催生了多學(xué)科體系的交叉，其他學(xué)科中的研究項目被借鑒在現(xiàn)代設(shè)計中，豐富了藝術(shù)設(shè)計的表達形式，具體表現(xiàn)為新穎的、充滿形式感的設(shè)計形態(tài)，拓撲結(jié)構(gòu)就是其中的一種。

拓撲結(jié)構(gòu)來源于拓撲學(xué)中對于物體之間相對位置關(guān)系的研究，拓撲學(xué)最早是指研究地形、地貌的學(xué)科，之后拓撲學(xué)由幾何學(xué)和集合論中發(fā)展出來，成為了研究空間、維度和變換的學(xué)科①。拓撲主要研究幾何圖形或空間，在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質(zhì)，拓撲只考慮物體間的位置關(guān)系，而并非它們的形狀和大小，因此，各個元素的相對位置和節(jié)點之間的連接方式是拓撲結(jié)構(gòu)的核心形式，在實際應(yīng)用中，拓撲結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在計算機局域網(wǎng)建立中，其中，拓撲學(xué)表述的對于物體間位置和形狀變換的研究方式，被放射進現(xiàn)代設(shè)計研究中，成為一部分特殊設(shè)計形態(tài)存在的理論基礎(chǔ)。

拓撲結(jié)構(gòu)并非是人的主觀創(chuàng)造發(fā)明，而是受到自然的啟發(fā)而發(fā)現(xiàn)的，拓撲形式在自然界中也同樣大量存在，例如樹的分叉生長、蜘蛛網(wǎng)的造型構(gòu)成、葉脈的形態(tài)、蜂窩造型等等，這些形式都是拓撲結(jié)構(gòu)在自然界中的表現(xiàn)，人對自然的認知啟發(fā)了人的理性思考，將點與線的連接方式統(tǒng)一在一起，構(gòu)成了多樣的點線結(jié)構(gòu)關(guān)系。

拓撲結(jié)構(gòu)主要包括樹形拓撲、環(huán)形拓撲、星形拓撲、網(wǎng)狀拓撲、蜂窩狀拓撲這幾種主要形式，各個形式之間有時在具體的構(gòu)形實踐過程中還有一定的交叉應(yīng)用，從而構(gòu)成了混合型拓撲結(jié)構(gòu)，這些具體的帶有強烈描述性的拓撲結(jié)構(gòu)，是人對“點線”關(guān)系的理性總結(jié)。

在現(xiàn)代設(shè)計領(lǐng)域，拓撲結(jié)構(gòu)被大量應(yīng)用在設(shè)計形態(tài)中，設(shè)計師運用拓撲結(jié)構(gòu)表現(xiàn)設(shè)計理念，將自然界中特殊的形式特征、數(shù)理性的秩序美感以及人文化的設(shè)計思想統(tǒng)一起來，構(gòu)建了多種形式的、具有豐富視覺層次的拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計形態(tài)。下面就以環(huán)形拓撲、星形拓撲、網(wǎng)狀拓撲這三種拓撲結(jié)構(gòu)為例，分析這三種拓撲結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代設(shè)計形態(tài)中的應(yīng)用。

一、環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)

環(huán)形拓撲是由單一環(huán)形作為基本結(jié)構(gòu)，在空間中呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系的圓形分布，這種形式和幾何圖形中的圓一樣，是最理想的模型形式之一，但環(huán)形拓撲側(cè)重于圓形軌跡上各個節(jié)點之間前驅(qū)、后繼的連接關(guān)系，而并非環(huán)形本身，可以想象，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)如同橡皮圈，無論如何扭曲、變形，環(huán)形拓撲依然存在。

自然界中最有規(guī)律的環(huán)形結(jié)構(gòu)，就是行星的繞行軌跡，例如地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)，在公轉(zhuǎn)的過程中所經(jīng)過路線上的每一個點都在同一平面上，并且構(gòu)成一個封閉的曲線，這種環(huán)形的運動軌跡不僅表現(xiàn)在宏觀的宇宙中，甚至存在于每一個微觀的原子核中，帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子聚合在一起使圍繞其運動的電子呈現(xiàn)出環(huán)形的運動軌跡，并且這些軌跡在空間中交織在一起，形成了多重環(huán)形交織的球體結(jié)構(gòu)。

可見，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)是自然界中固有的形式結(jié)構(gòu)，也是在力的作用下物體運動的軌跡，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)代表了運動、引力和聚合，因此在設(shè)計中，許多設(shè)計形態(tài)的構(gòu)成都是基于環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。

例如，歐洲聯(lián)盟European Union的會旗圖形就采用了環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)表現(xiàn)歐盟共同體的概念，它以星形圖案為基礎(chǔ)形，使其沿環(huán)形路徑復(fù)制后形成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，以表現(xiàn)統(tǒng)一、聯(lián)盟的形式意味，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)為這個圖形的構(gòu)成提供了基本框架，均衡和對稱的基礎(chǔ)形分布，表達了歐盟內(nèi)部的平等、團結(jié)。與歐盟會旗圖形的設(shè)計形態(tài)類似的還有星空聯(lián)盟Star Alliance的標志設(shè)計，設(shè)計者用五個充滿立體感的三棱錐體構(gòu)成整個標志，它們通過環(huán)形串聯(lián)的方式在空間中組成了一顆五角星的大致輪廓，和星空聯(lián)盟的名稱非常吻合。

歐盟會旗圖形和星空聯(lián)盟的標志圖形都運用了環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，它們都用基本形圍繞某一個虛擬的圓心做環(huán)形排列，以增強模塊之間凝聚力，為圖形整體形態(tài)的構(gòu)成提供基本框架。

有時環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)在空間中并非呈現(xiàn)出如歐盟會徽或星空聯(lián)盟標志一般完美的環(huán)形結(jié)構(gòu)，而是表現(xiàn)為具有矛盾空間性質(zhì)的環(huán)形造型，例如國際通用的循環(huán)可回收標志，以及Power Architecture的商標設(shè)計等等，這些圖形如埃舍爾的矛盾空間畫作一樣，在空間中呈現(xiàn)出既矛盾又合理的視覺效果，這種形式也延伸到建筑形態(tài)的設(shè)計中，例如哈薩克斯坦國家圖書館的造型，就是一個環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的莫比烏斯環(huán)造型?？梢?，無論形態(tài)如何變化，構(gòu)成設(shè)計形態(tài)的環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)始終沒有發(fā)生變化，這保證了視覺形態(tài)上的穩(wěn)定性，也從設(shè)計結(jié)構(gòu)上切合了主題。

二、星形拓撲結(jié)構(gòu)

在計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，星形拓撲是一種各個節(jié)點以點到點的基本形式，連接到一個共同節(jié)點上的網(wǎng)絡(luò)形式，因此星形拓撲結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為：一個中心節(jié)點和多個外部節(jié)點相連，并在空間中形成放射狀的發(fā)散關(guān)系，這些直接和中心節(jié)點相連的外部節(jié)點和中心節(jié)點一起構(gòu)成一個不可分割的整體，輻射狀的發(fā)散結(jié)構(gòu)，具有爆炸、萌發(fā)、生長的視覺意味。

星形拓撲結(jié)構(gòu)不是人的主觀創(chuàng)造，而是普遍存在于自然界中的形式結(jié)構(gòu)，例如蒲公英和仙人球的造型都是非常典型的星形拓撲結(jié)構(gòu)形式，它們都表現(xiàn)為單體模塊圍繞中心點規(guī)律的發(fā)散式旋轉(zhuǎn)復(fù)制的形態(tài)，還有自然界中的雪花冰晶造型也往往呈現(xiàn)出星形拓撲的結(jié)構(gòu)，由此可見，星形拓撲結(jié)構(gòu)隱含在自然的造物法則之中，它構(gòu)成了一些自然形態(tài)特殊的外觀形式，并且星形拓撲結(jié)構(gòu)是一種基本的構(gòu)形框架，對構(gòu)形模塊的替換，可以使設(shè)計形態(tài)具備永無止境的形式變幻。

星形拓撲結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代設(shè)計形態(tài)中的典型案例是2010年上海世博會英國館的建筑外觀形態(tài)，這一建筑造型采用星形拓撲結(jié)構(gòu)形式構(gòu)建，設(shè)計者用6萬余根亞克力長桿連接在建筑內(nèi)部的鋼化結(jié)構(gòu)上，塑造出迎風(fēng)搖曳的透明蒲公英造型，星形拓撲結(jié)構(gòu)代表了充滿生命力的造型，基本模塊亞克力長桿的點狀矩陣式旋轉(zhuǎn)排列，使建筑既嚴謹、理性又充滿了藝術(shù)的幻想，同時，星形拓撲結(jié)構(gòu)所具有的萌發(fā)、爆炸、飛散等視覺感知效果，也賦予了整個建筑超現(xiàn)實的視覺刺激感受。

在圖形設(shè)計領(lǐng)域星形拓撲結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)在許多現(xiàn)代設(shè)計案例中，例如2020年迪拜世博會標志設(shè)計方案，采用相互套疊的發(fā)散狀同心圓形態(tài)構(gòu)成，整體圖形在圓形及其變體圖形的模塊式組合中，構(gòu)成了星形拓撲結(jié)構(gòu)形式，在空間中表現(xiàn)出一種多層次的豐富性，漸變色和星形拓撲結(jié)構(gòu)中的形式變化，創(chuàng)造出發(fā)散、輻射、擴張的視覺效果，在平面空間中創(chuàng)造出深遠、空靈的空間感。

三、網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)不同于節(jié)點連接方式較單一的環(huán)形拓撲和星形拓撲，它的起始點和后繼節(jié)點都不唯一，各節(jié)點在空間中呈現(xiàn)出復(fù)雜的交錯關(guān)系。

網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)的顯著特征是每個節(jié)點都對應(yīng)多個前驅(qū)節(jié)點和后繼節(jié)點，在空間中這些節(jié)點均勻分布，最終形成均衡的多線條交織形式。網(wǎng)狀拓撲形式是由許多形態(tài)相同或近似的基本模塊按照一定比例復(fù)制形成的，這種拓撲形式從結(jié)構(gòu)上看，是由多個節(jié)點相互連接構(gòu)成，它們在空間中呈現(xiàn)出平鋪的形狀紋理，這種構(gòu)成方式?jīng)Q定了模塊之間的連接方式不會因為形態(tài)的變化而發(fā)生改變。

網(wǎng)狀拓撲形式在動植物的外在形態(tài)上都有體現(xiàn)，例如魚鱗、玉米粒排列、果蠅眼睛的細胞、菠蘿的表皮都可以看到網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)的影子。網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)是人類從自然形態(tài)中發(fā)現(xiàn)的，早在人類文化的啟蒙階段，先民們就會利用纖維編織網(wǎng)，進行狩獵和捕魚，對網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的認識，使人對工具的使用由功能性的應(yīng)用，轉(zhuǎn)向?qū)徝酪饬x上的裝飾性應(yīng)用，因此在彩陶文化的器皿裝飾圖案上，網(wǎng)狀圖形是經(jīng)常被使用的一種裝飾圖案。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也大量應(yīng)用在傳統(tǒng)建筑中，如屋頂?shù)耐咂帕?、中式窗欞的鏤空圖案等等。

現(xiàn)代設(shè)計形態(tài)中網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更強的生命力。例如，在建筑設(shè)計中，2015年意大利米蘭世博會上的法國館，用全新的形式對網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)進行了重構(gòu)和再造，巨形木片以相互插接的形式形成了網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，并且巨形木片是構(gòu)成整個建筑形態(tài)的唯一元素，木片和木片之間相互插接，形成了網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，隨著建筑局部的凸起和凹陷，這些木片縱橫交織的單元格發(fā)生了形態(tài)的擠壓和拉伸，由橫、縱軸線交織構(gòu)成的網(wǎng)狀形態(tài)被曲線所代替，規(guī)則的模塊由此發(fā)生了扭曲，模塊化帶來的厚重的形式感，被有機的曲線造型弱化，表現(xiàn)出一種流動中的穩(wěn)定性。

在裝置形態(tài)中，2015年米蘭國際家具展上，日本設(shè)計師隈研吾設(shè)計的作品“白色蠶繭”用白色半透明硫化紙創(chuàng)造穩(wěn)定的網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，紙帶的糾纏、扭曲都按照一定的數(shù)理比例進行，從而生成了穩(wěn)定的網(wǎng)狀構(gòu)架，為整體形態(tài)提供了支撐。這個規(guī)則網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)是依靠著經(jīng)過特殊處理的硫化紙所具有的韌性和靈活性完成的，單一紙質(zhì)的支撐力度很小，但在編織的過程中，設(shè)計者將紙帶以網(wǎng)狀的形式扭曲、釘合在一起，使其整體的承重能力大大增強，紙本的肌理和規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，營造出一種安定、柔和的視覺空間。

拓撲結(jié)構(gòu)總體上來說是一個相對寬泛的概念，人為的劃分不一定能夠涵蓋實際存在的所有造型，因為在實際的造形過程中，多種拓撲結(jié)構(gòu)常常會混雜在一起，以各種面貌出現(xiàn)在現(xiàn)代設(shè)計形態(tài)之中，環(huán)形拓撲、星形拓撲、網(wǎng)狀拓撲只是其中比較有代表性的三種而已，拓撲結(jié)構(gòu)實質(zhì)上是計算機技術(shù)的介入，催生出的以數(shù)理性為典型特征的現(xiàn)代設(shè)計，所表現(xiàn)出的形式變化。

拓撲結(jié)構(gòu)來源于人對自然的認識，是人對自然造物中美的形式的理性把握，自然的睿智和科技的輔助能夠幫助設(shè)計者進一步開拓設(shè)計的疆域，創(chuàng)造出更多、更好、更新的視覺形式。

注釋：

①〔英〕阿姆斯特朗.基礎(chǔ)拓撲學(xué)[M].孫以豐，譯.北京：人民郵電出版社，2010：17.