形态仿生设计方法在产品造型设计中的应用*

金 薇 王卫星

一、形态仿生设计概述

自然界中许多生物经过长期的进化而优化出了完美的自然生命形态，这些生命形态作为模仿对象帮助人类解决了在科学技术的研究中遇到了相应的难题，并不断创造出了新的设计理念和方法。例如:基于鸟类翅膀剖面设计的飞机翼型，基于蜂巢和龟背形状及功能设计的仿生洗衣机等。［1-3］形态仿生将自然界的原始形态作为创意出发点，开展创造性的设计活动。形态仿生丰富了形态设计理论，为人们提供了自然元素的构造理念，使人类的创造更加趋于自然。

形态仿生设计有很多优势，其最大的特点就是将自然界的自然形态元素应用到人造产品中，使其具有自然形态属性，虽然这种仿生不可能做到完完全全的复制，但是能够吸收自然界形态优势，改善了产品与人的关系，缩短了人与机器的距离，成功的产品应该能够让人感到亲近，是机器与人、机器与自然相互融合的结晶。［4］

(1)形态仿生设计赋予产品形态以生命的象征

形态仿生理念与人乐于亲近自然的本性是相契合的，从工业化发展至今，人类在产品设计方面走过了很长的路，也经历了多个阶段，产品设计的观点、观念也在不断变化，人们在追求更高的性能、更完善的功能的基础上，开始重视产品的形态，加之城市化进程使人与自然的距离越来越远，人们无法改变城市发展和现代社会发展的趋势，于是便不断寻求与自然契合的机会，形态仿生与人们的这种诉求相吻合，因此得到了消费者的青睐，成为产品设计的主流思想之一。［5］可见，形态仿生理念是人类向往自然的精神需求在设计领域的体现。

(2)形态仿生设计具有宜人性

随着人类对机器功能和性能的要求，机器与自然、机器与人的对立性就会越来越强，这种对立必然导致人类对机器产生排斥心理，而要消除对机器的这种排斥，就需要从自然形态入手，将自然形态与机器形态相结合，仿生形态不仅是为了通过仿生获得更好的性能表现，如今的产品设计，越来越注重仿生形态所带来的心理效应，好的仿生形态产品更容易让消费者接受。［6］北欧芬兰著名设计师——艾洛·阿尼奥阿尼奥说过“谁说椅子一定要像椅子。”果然他所设计的“任你摆布的小鸡椅” (图1)不像椅子，黑色的椅面和黄色的脚架，超大小鸡一网打尽大人和小孩的心。阿尼奥在摄影棚拍摄他的宝贝鸡时，索性在小鸡脖子上套根绳子，搞笑演出自己亲手拉扯小鸡的镜头。

图1

(3)形态仿生设计能够提升产品的魅力

具有魅力的产品无一不带有创新的属性，形态设计对创新的重视程度更高，而创新的灵感并不是凭空产生的，灵感的产生依赖于设计师的所感所知，从现代产品中能够获得的灵感很少，而自然界则是灵感的来源，且是一个无穷无尽的灵感源泉，通过观察自然界的生物和自然景观，思考这些自然景观和动植物的生长方式、自然形态特征，然后将能够应用于产品设计的形态特征应用于实践，不仅扩展了设计师的设计思维，同时也使得产品拥有了自然属性，极大的丰富了现代产品设计的设计方式，使得应用仿生理念设计的产品魅力无限大，有时远远超出我们的想象，十多年前的法国设计师菲利普斯达克 (Philippe Stak)设计的柠檬榨汁机JuicySalif 便是一个很好的例子(图2)。这款榨汁机的产品形态宛如一只小昆虫，虽然无法将其形态与某一种昆虫的形态完全对应，但是却不影响消费者从其联想到昆虫的自然思维，产品给人留下的印象自然深刻，产品一经上市便得到了广大消费者的亲睐，虽然其功能简单，但却不影响人们从产品本身的设计中发现美，从这一案例中不难发现仿生形态设计的魅力所在。

图2

二、形态仿生设计的应用形式

产品的形态仿生取材是很广泛的，按照自然形态所属种类可以分为动物类、植物类、昆虫类、人物类等几大种类，通过模仿这些自然形态的特征作为产品形态设计的造型元素来进行设计。在产品设计之初，就应该将这些仿生形态元素考虑进来，探讨每一种仿生形态与所要设计的产品的契合度，通过不断的搭配组合，探讨最佳的搭配模式，完成早期的产品仿生创造构想，后期的产品设计过程则是围绕初期确立的仿生创造构想，不断完善产品的形态和功能。［7］［8］

三、构建形态仿生设计方法的体系与流程

产品设计的一般程序为确定设计问题、收集资料和信息、列出可能的方案、检验可能的方案、分析与解决方案、施行方案这六大步骤。仿生形态设计则是在上述六大步骤的基础上添加了仿生造型设计的一些理念，同时需要考虑到产品使用群体的生理和心理特征，把生物特征的认识、描绘、简化等各个要素纳入一个统一框架。依次为:确定仿生目标、生物形态特征的认知、生物形态特征的简化、生物形态特征的产品设计转化、设计方案的有效性评价(图3)。

图3

(1)确定仿生目标

首先针对所需要设计产品的功能、使用途径以及使用人群等对产品有一个初步的认识，将这些因素作为选取仿生对象的参照。然后结合产品使用人群的生理和心理特征，收集其喜欢的生物，并将各种生物的特征与产品的特征进行分析、比较从中找出共同的属性，在此基础上对生物进行类比、联想、推理找出合适的仿生目标。

(2)生物形态特征的认知

生物形态特征的认知不仅通过感觉、知觉、认知、记忆、搜索、对比、形成、再认等一系列思维能力和主观心理感受，从设计的角度来认识和把握生物形态特征;还要多角度地从认识过程的客观性与主观性等方面，以设计创新为目的，进行观察与识别。［9］

生物形态特征的认知主要关注生物视觉化的外部形态:当我们听到或看到我们熟悉的生物时就会联想到相关的视觉形态，进行识别和记忆。因此，生物形态特征的认知方法首先需要通过仔细观察、分析和积累来认知生物形态，把握生物的共性规律和个性特征，然后再根据产品概念进行有目的性的形态仿生产品设计。生物形态特征的常态性是经常性的表现或常被感知的状态，例如瓜果蔬菜、花鸟鱼虫等。但从创新的角度看，常态性的认知具有一定的局限性，所以形态仿生设计的生物认知除了关注生物形态特征的常态性外还需关注非常态性的生物形态与概念，例如小小的毛毛虫从卵到蝶的成长过程。

(3)生物形态特征的简化

生物形态特征的简化是一个提炼概括的过程，先理顺生物的整体形态和局部形态之间的关系，然后进行主要特征的提取与简化处理。运用规则化、条理与秩序、几何化、删减与补足、变形与夸张、组合与分离、等简化的手法，对生物形态的提取做进一步的简化处理，形成具有简化性的样式来获取与产品造型相关的形态主要特征，对产品进行多次修改，使得产品的形态更加符合其设计要求，将最后修正的结构应用于产品设计中，实现生物形态与产品的结合。例如格雷格·林恩设计设计的兰花咖啡·茶壶(图4)，格雷格·林恩设计之初，很明显将这产品分为三种容器，大的咖啡和茶壶、热水壶，小的容器如奶罐、糖罐和柠檬汁瓶，采用组合与分离、变形与夸张的简化手法进行设计，但每个独立的容器边缘又可和其他容器边缘互相分享，最后组成一个完整的个体。壶的外形设计是如波浪般柔美，每个单品如一朵兰花的花瓣，梅朵花瓣放在量身打造的托盘上，又可以将壶站立像是含羞的花苞，或是整个展开像是绽放的花朵。整组容器采用钛金属，非常之轻巧。

图4

(4)生物形态特征的产品设计转化

生物形态特征的产品设计转化可以通过直接模拟法和间接模拟法来实施。直接模拟法可以利用借用、引用、移植或替代等产品构成要素，直接再现生物的形态个性特征。从视觉上可以较为直观地感知到所模拟的生物概念。这类形态仿生设计的产品形态活泼、可爱，多用于小家电和日用品的设计中(图5)。

图5

而间接模拟法则并不直接表现或引用生物形态的具象性、个性特征，而是针对产品的概念和设计目标概念的需要对生物形态特征进行演变和转换。通过组合、联想、定点的方法进行形态的演变，或运用特异、逆向、夸张的方法实现概念的转换，这类形态仿生造型设计的产品能够更概论、更抽象地变形生物的形态特征或者自然属性，赋予产品生命的活力并具有一定的思想性。(图6)

图6

这是一款获得IF 大奖的设计作品“Continue”。从上图中不难看出，Continue 不仅是一个插头，同时还是一个插座。Continue 是插头、插座的融合体，其融入了中国古代传统文化中的阴阳互根互用、相互转化、生生不息的思想，不仅在思想理念上要胜出一筹，使其具有除功能外更深层的意义，同时在功能上也非常符合日常生活的需求，当生活中遇到插头较少的情况时，使用这种插座兼插头，可以实现更多电器的连通，同时这种设计方式使得电源线路更加清晰，最大程度的减少了电线的使用，减少了相互缠绕、复杂难辨的问题，无论是出行在外还是居家用电，Continue 都能够同时满足多人的用电需求，在满足自己的同时，给别人以方便，这既是一种生活的态度，同时也是一种为人处世的理念，Continue 能够获得大奖不足为奇。

(5)设计方案的有效性评价

设计方案的评价有许多目标因子，例如:外观形态、人机界面、色彩搭配、材料质感，使用方便性、加工工艺性、性能价格比等等。在评价时尽可能地减少主观因素的影响，根据评价主体的不同需要选择最具影响力的因素作为评价目标，提炼出较为全面性、独立性的评价目标因子。尽管评价目标因子不同，但理想的产品造型方案设计应是综合各方面的评价。

四、金龟子装订机造型设计

(1)确定仿生目标

该设计是装订机产品的形态仿生设计开发项目。市场定位为:以国外青少年为主题，外形小巧，功能齐全。通过对传统装订机功能的延续，同时考虑到青少年使用装订机的环境和携带要求，从自然界中寻找仿生目标，最终将目标锁定在“金龟子”这种小动物身上，获得了巨大的成功。

(2)金龟子形态特征的认知

通过仔细观察、分析和积累对金龟子进行认知，归纳出金龟子的共性规律和个性特征。如表1。

表1

(2)金龟子形态特征的简化

首先提炼出金龟子体壳与头部之间的关系，然后采用条理与秩序、几何化、变形与夸张、组合与分离手法对金龟子形态进行提取，然后做进一步的简化处理，并形成金龟子简化样式来获取与装订机造型相关的形态主要特征，再次进行简化，来完成仿生形态特征与产品功能的结合(图7)。

图7

(3)金龟子形态特征的产品设计转化

首先是对金龟子形态的简化过程，这也是仿生形态造型的提取过程，通过提取，获得了可以借鉴的金龟子形态特征，然后结合造型设计的多种语言，完成对装订机的图纸设计，并确定方案、CAID 建模、尺寸分析、配色方案、制作模型等设计流程(图8)。

图8

(5)金龟子装订机的有效性评价

根据金龟子装订机的设计方案，提炼出较为全面性、独立性的评价目标因子，对该设计方案进行有效性的评价，评价结果如表2:

表2

五、总结

如今，仿生形态设计理念已经成为产品造型设计的重要组成部分，设计师越来越重视对仿生设计理念的应用，仿生形态设计的理念和设计方法得到了普及推广，而且赋予了产品生命的象征。但是形态仿生设计不是简单的模仿和机械的照搬，而是对自然物的再创造过程，需要正确处理形态仿生学与设计的关系，将仿生设计看做是一种设计的新手段、新方法，同时也要将仿生设计看成是一种对自然的追求，一种思想境界的提升。因此我们需要在产品造型设计中引入形态仿生设计方法，创造出符合现代生活需求的产品，促进产品设计的进一步发展与完善。

［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.

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［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.

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［5]于帆，陈娠. 仿生造型设计［M］. 武汉:华中科技大学出版社，2005.

［6]杨飞. 工业设计认知心理研究［D］. 武汉理工大学，2003.

［7]宁绍强，穆荣兵. 关于产品造型的视觉情感形态［J］. 桂林电子工业学院学报，1997.

［8]蔡克中，张志华. 工业设计仿生学的应用研究［J］. 装饰，2004.

［9]王重鸣. 心理学研究方法［M］. 北京:人民教育出版社2000:2.