產品外形仿生設計研究現狀與進展

張博凱

摘要：本文首先分析了產品外形仿生設計研究現狀，其次分析了產品外形仿生設計技術，最后分析了產品外形仿生設計發展趨勢，旨在為產品外形仿生設計工作的進行提供參考意見，以此來提高產品外形仿生設計質量和效率，進而提高產品外形的設計效果，提高產品的附加價值，滿足不同客戶對于產品的美觀需求。

關鍵詞：產品外形;仿生設計;研究現狀;研究進展;汽車外形設計

0 ?引言

仿生設計是一種重要的設計思維和方式，仿生指的是模仿自然界生物，設計是有目的性的創作行為，仿生設計指的是在模仿自然界生物的基礎上產生設計方案。產品外形仿生設計是仿生設計中最為常見的項目之一，具體可以按照不同分類方式劃分為不同類型，按照模仿抽象程度可以劃分為具象仿生和抽象仿生。

1 ?產品外形仿生設計研究現狀

1.1 形態仿生設計研究現狀

形態仿生設計是產品外形仿生設計中最常見的設計方式，設計人員的設計靈感主要來源于豐富的自然形態，通過形態仿生設計理念將自然形態與產品外形設計相結合。例如，吉利熊貓的設計來源為熊貓的外形;道奇蝰蛇的設計來源為道奇蝰蛇的外形;寶馬“鷹眼”大燈的設計來源為鷹眼睛的外形;保時捷911的設計來源為青蛙的外形。

1.2 功能仿生設計研究現狀

功能仿生設計指的是結合生物或自然物質的功能、原理，研發新技術或者是創新現有技術[1]。例如，雷達的設計來源為蝙蝠的聲波辨物功能;輪胎的設計來源為蝗蟲等動物的腳掌鎖合摩擦力功能;鷗翼式汽車的設計來源為海鷗翅膀的煽動原理;奔馳公司仿生概念車的設計來源為箱鲀運行中的綜合空氣動力學性能原理;EPORO為世界上首個應用激光測距儀和超寬帶無線電波技術的智能機器人汽車，其設計來源為為魚群的避免碰撞、同排移動、靠近同伴功能。

1.3 結構仿生設計研究現狀

結構仿生設計指的是結合生物的部分或整體結構或組織，設計新產品外形。例如，甲蟲型車身的設計來源為甲殼蟲圓潤的結構，這樣將車廂設計為甲殼蟲形狀，能夠有效減少由于車速提高而產生的阻力;魚型車身的設計來源為魚的背部結構，這是因為汽車在高速運行時，尾部容易出現渦流，而魚背造型的應用，則能夠提高車尾的平穩運行程度。

1.4 色彩仿生設計研究現狀

色彩仿生設計指的是基于人們的色彩認知，結合自然界的色彩組合方式，設計新產品外形。例如，有些汽車外形色彩的設計來源可以是獵豹，局部的黑色、黃色斑點設計，能夠讓顧客直接聯想到獵豹，這能夠提高產品外形設計的靈動性;更加亮白產品的設計來源可以是白金龜鱗片微結構，通過對自然色彩化學性質和物理性質的研究，能夠開創人造色彩，進而提高產品外形設計的色彩豐富程度。

1.5 肌理仿生設計研究現狀

肌理仿生設計指的是結合自然界生物的構成材料和表皮特征，設計新產品外形，這樣能夠加深人們對于產品的印象，同時提高汽車的外形特色，進而提高對消費者的吸引力。例如，寶馬LOVOS的設計來源為魚鱗結構，車上的每一片魚鱗結構中都安裝了太陽能電池;寶馬GINA的設計來源為動物眼睛能夠整開和合上的結構，因此跑車在開門時，織物材料由于壓縮會產生褶皺感覺。

1.6 意象仿生設計研究現狀

意象仿生設計指的是結合自然界生物的象征意義和神態特征，設計新產品外形。意象仿生設計不同于上述設計方式，上述設計方式主要通過聽覺、視覺、觸覺等方式，來獲取設計靈感;而意象仿生設計主要通過聯想和心理效應，讓人們結合知識和經驗，來產生對設計產品與自然界的共鳴，這種產品往往具有十分強烈的情感表達和特定的象征意義。例如，梅、蘭、竹、菊四君子，自古以來便代表著傲、幽、堅、淡的品質，因此，將四君子應用到汽車外形仿生設計中，便能夠引發人們對于相應品質的聯想。

2 ?產品外形仿生設計技術

2.1 生物外形特征提取技術

在產品外形仿生設計過程中，首先，設計人員需要結合自身設計經驗和設計理念，提取仿生對象的外形特征，具體需要應用專業操作平臺提取仿生對象的外形，如CorelDRAW、Illustrator等;提取過程涉及到了一個重要的環節，即自動提取，一般分為檢測邊緣點、線條擬合兩項操作。其次，設計人員需要結合設計風格，從提取到的生物外形特征中歸納設計風格的構成部分，并找到生物外形特征的規律;規律一般分為顯性規律和隱性規律兩種，分析方式有特征工程、特征匹配、類型學等。最后，設計人員需要結合生物外形特征規律，建立表達模型，主要技術有線性濾波、相似元素合并、矢量化處理等，通過模型來獲取生物外形的含義、功能、自然屬性等相關信息[2]。

2.2 生物外形特征與產品外形融合技術

生物外形特征與產品外形的融合是產品外形仿生設計的關鍵，這需要設計人員應用設計思維，通過對放生對象外形特征的加工、處理、分析、整合、選擇，來完成最終的產品外形設計工作。當然，如果設計人員過于按照既定設計流程完成設計工作，那么很難實現創新設計。為了在生物外形特征與產品外形融合的基礎上，進一步提高設計的創新性，設計人員嘗試應用遺傳算法、逆向工程等方式，來對產品外形進行智能化仿真設計和數字化仿真設計，在體現仿真生物外形特征的同時，體現產品設計的現代感和技術感，同時更好的提高兩者的融合程度。

2.3 產品外形仿生設計評價技術

設計評價一直是產品外形仿生設計的關鍵環節，也是設計人員的重點分析內容，這是因為只有做大了對現有設計的科學評價，才能進一步總結當前設計的不足之處，進而加以改善和完善。現階段，常見的產品外形仿生設計評價技術有眼動實驗、因子分析、語義分析等，這些均屬于線性技術;此外，還有遺傳算法、模糊集、類神經網絡等，這些均屬于非線性技術。這種線性技術和非線性技術的評價方式，能夠構建科學的產品外形仿生設計評價體系和標準，這讓設計人員能夠從多層次開展設計評價工作[3]。

3 ?產品外形仿生設計發展趨勢

3.1 研究產品外形仿生設計規律

規律是事物的必然聯系，產品外形仿生設計是設計人員對自然的藝術表現方式，將自然形態轉換為社會形態，同時實現產品的商業駕駛和藝術價值，在有了規律的情況下，設計人員開展設計工作會更加順利，并且產品外形仿生設計規律研究已經成為了重要研究內容之一。當前產品外形仿生設計規律主要指的是人與自然和諧發展，為此，設計人員需要基于自然界物質和生物外形，將其與產品外形自然的聯合在一起，在滿足客戶需求的同時，體現尊重和保護自然的理念。此外，自然界本身在生態和諧維護方面的作用和過程，也十分值得設計人員借鑒和思考，自然已經經過了38億年的發展和變化，但是仍然保持的讓人驚嘆的生態自我修復功能;并且產品外形仿生設計靈感本身也來源于自然界，設計人員可以在設計過程中進一步探索自然生態的發展規律。

3.2 進行產品外形仿生設計創新

在產品外形仿生設計中，自然界物質和生物外形和產品外形的結合情況，直接關系到了設計的效果和質量，為此，設計人員需要加大對產品外形仿生設計創新方式的研究力度，同時綜合新型的知識和技術[4]。具體來講，產品外形仿生設計創新涉及到的內容主要有：生物外形與產品外形關系建立、生物外形與產品外形特征融合模型建立、設計效果評價體系建立、智能化推理體系建立等。為此，設計人員需要為產品外形仿生設計工作提供創新環境，以此來提高設計效率。

3.3 與先進技術相結合

進入到21世紀以來，產品外形仿生設計工作的技術水平開始迅速提高，同時產品方也對設計工作提出了更多要求，為此，設計人員需要將設計與先進技術相結合，以此來完成生物外形特征提取、設計評價等工作。同時，大數據也讓設計人員意識到了數據和信息的價值，為此，設計人員可以通過人工智能技術來獲取數據和信息，進而得到效果最好的設計方案。并且，隨著越來越多新型技術的研發和應用，能夠為產品外形仿生設計提供更加真實的設計環境，為設計和評價工作的進行提供了便利條件。

4 ?結束語

仿生是人類學習自然的重要方式，仿生設計同時綜合了設計學知識和仿生學知識，但是又區別于這兩門學科，而同時具備商業價值、藝術價值、科學價值。產品外形仿生設計屬于仿生設計中的一種，指的是對產品外形進行仿生設計，能夠應用在實際產品設計工作中，還能夠應用在設計教學中，來啟發學生的思維。

參考文獻：

[1]童晗笑，權威，任新宇.仿生設計方法在現代產品設計中的應用現狀研究[J].藝海，2020（03）：70-71.

[2]郝維東.仿生設計在現代工業設計中的應用分析[J].農家參謀，2019（23）：167.

[3]羅仕鑒，張宇飛，邊澤，等.產品外形仿生設計研究現狀與進展[J].機械工程學報，2018，54（21）：138-155.

[4]陸冀寧.動態仿生設計手法初探[J].包裝工程，2016（03）：176-177，186.