基于仿生設計理念的休閑椅設計研究

青島理工大學 李興隆 朱曉宇

隨著人們的消費觀趨于個性化、定制化和高端化，仿生設計可以讓產品更易于情感聯(lián)結，激發(fā)設計師想象力，豐富產品寓意，增強產品感染力[1]。仿生設計學作為一門新興的交叉性學科,不僅是仿生學與設計學之間的理論衍生，也是一種將自然屬性融于社會物質中的實踐過程，是自然科學和社會科學的結合，是一種有效解決產品個性化缺失問題的方法。

1 仿生設計概述

仿生設計學是由仿生學和設計學結合的一門新興邊緣學科，是對生物系統(tǒng)的原理進行模仿、整理、分析、提煉，并構思出具有類似于生物系統(tǒng)某些特征的一種思維方法[2]。它是以自然界的“形”“色”“音”“功能”“結構”等為研究對象，是一種融合多學科、多領域、多層次的類比設計理論及方法。

2 仿生設計在休閑椅中的應用案例分析

休閑椅是人們用來享受閑暇時光的椅子，作為一種非正式用椅，能夠給人帶來心理和生理上的雙重舒適感。自然形態(tài)千變萬化，且人具有主觀能動性，所以設計師對同一仿生物觀察的角度及仿生應用方式也各不相同。目前從仿生內容的角度來對仿生設計應用分類是最普遍的，可分為形態(tài)仿生、功能仿生、結構仿生、色彩仿生、肌理仿生和意象仿生[3]。

2.1 形態(tài)仿生

形態(tài)仿生是將自然形態(tài)通過藝術化處理應用于設計之中。根據(jù)模仿逼真程度的不同或流派，形態(tài)仿生設計可分為具象仿生和抽象仿生。具象仿生是直接將自然物的本來形態(tài)融于設計中，可以很明顯的識別出仿生原型，是一種較為低級的仿生手段；抽象仿生則是更高級的仿生手段，其不再局限于對仿生原型的“臨摹”，而是運用抽象化思維將其形態(tài)特征使用點、線、面等基礎元素表達出來，在視覺上更加簡約，且給予使用者想象的空間。根據(jù)仿生完整程度還可以分為整體仿生和局部仿生兩類。以蝴蝶形態(tài)為原型的仿生案例，如圖1 所示。

圖1 蝴蝶形態(tài)仿生（具象、抽象、整體、局部）

2.2 結構仿生

結構仿生的應用分為兩方面，一是通過研究自然物的內部構造和組織形式，用于支撐形體，體現(xiàn)出仿生原型獨特的承重方式，多應用在休閑椅的支撐和調節(jié)部件；二是對結構的美學特征進行提取，一般將其應用在休閑椅的非支撐部件上，凸顯裝飾效果。在實際應用中綜合考慮這兩方面，創(chuàng)造出既有產品美感，又兼具實用安全性的產品，如圖2 所示。

圖2 蜂巢結構仿生

2.3 色彩仿生

自然的色彩作為自然物的外顯特征，是一種抽象的語言。休閑椅在色彩仿生中，經常和其它的仿生手段綜合應用，例如“色彩+形態(tài)”“色彩+結構”“色彩+肌理”等。如圖3 所示，嘴唇的紅色色彩搭配其形態(tài)，體現(xiàn)出感性主義的大膽奔放；孔雀獨特的青綠色搭配上雀尾結構，使人的視覺中心聚焦座椅上；奶牛的黑白色彩搭配上其獨特的肌理，在視覺和觸覺上滿足舒適溫和的體驗。

圖3 色彩仿生應用（紅唇、孔雀、奶牛）

2.4 肌理仿生

肌理仿生是對自然物特殊的表面紋路及質感的仿生。肌理是對仿生原型細節(jié)的深入發(fā)掘，會使人的視覺和觸覺產生通感，進行聯(lián)想，是仿生原型本質的外化表現(xiàn)。在休閑椅仿生應用中，也有兩種應用方式，分別是平面肌理仿生和立體肌理仿生。平面肌理仿生是將仿生原型的肌理采用二維形式應用在休閑椅上，立體肌理仿生是根據(jù)一個肌理元素，通過重復連續(xù)等規(guī)律化的組織形式應用在休閑椅三維構成中，如圖4 所示。

圖4 立體肌理仿生應用（羽毛、花瓣、羊毛）

2.5 意象仿生

意象仿生是比較特殊的一類仿生方式，它不僅是對形態(tài)、色彩、質感的綜合感受，更多是意識層面的聯(lián)想，與符號學有著天然的聯(lián)系。用戶以五感為輸入，以知覺者過去的經驗結構和知識為基礎，將意象和產品屬性聯(lián)系起來。比如鳥巢是鳥類棲息地，是孕育呵護生命的“搖籃”，象征舒適安全，以它為仿生原型，和休閑椅本身的屬性相符，使人自然聯(lián)想到家的溫馨；枯葉使人聯(lián)想到物哀美學，使人的思想轉換到對自然的領悟中去。

通過以上五種仿生類別在休閑椅上的應用分析，可以發(fā)現(xiàn)形態(tài)、結構、色彩、肌理、意象不會單一的進行仿生應用，而是綜合運用各要素才能體現(xiàn)出神韻。

3 基于仿生設計理念的休閑椅設計流程

仿生設計的一般流程是“產品需求—生物屬性—產品設計”的三段式流程。產品需求主要是為實現(xiàn)功能需求和審美需求，功能需求與休閑椅自身的屬性對應，審美需求更多取決于用戶感受；“產品需求—生物屬性”階段指通過分析功能需求和用戶的審美需求，來從大自然中尋求合適的仿生原型；而“生物屬性—產品設計”的階段，是將仿生原型的特征屬性提取出來，再應用于休閑椅設計當中。

文章結合感性意象造型優(yōu)化方法指導完善設計流程。在產品感性意象造型優(yōu)化設計研究中，主要由意象提取，即獲取用戶感性評價；映射構建，即建立意象與設計特征的映射關系；造型創(chuàng)新，即根據(jù)最終特征映射完成產品設計，共三個步驟實現(xiàn)[4]。最終得到基于意象優(yōu)化的仿生設計流程圖，如圖5。

圖5 休閑椅的仿生設計流程圖

3.1 仿生原型的選取

仿生原型的選取是休閑椅仿生流程的第一步，合適的仿生原型有利于建立用戶與休閑椅之間的情感聯(lián)系，提高對休閑座椅的認可度。用戶主要是依靠直接和間接經驗搭建了自己的知識體系，從而會對事物產生意象認知。但由于接受信息的不對稱性，時常會發(fā)生設計師的概念模型和產品的心智模型之間存在差異[5]，仿生原型的選取主要有形態(tài)相似原則以及意象匹配原則。

3.1.1 形態(tài)相似原則

形態(tài)相似的核心是仿生原型和最終產品有一定形式上的邏輯關系，主要分為拓撲結構相似、幾何造型相似、比例關系相似。拓撲結構從整體性上來分析物體各部分之間的位置關系，把物體組成部分抽象為幾個點，點之間的位置關系用線表示，從而形成拓撲關系；幾何造型則是分析實物的形態(tài)輪廓，將整體或者局部的形態(tài)簡化抽象為常見的幾何形狀進行匹配，如圓形、方形、梯形等；比例關系考慮物體各部件之間的大小及尺度關系。從這三個維度綜合分析，可以得到形態(tài)契合度較高的仿生原型。

3.1.2 意象匹配原則

意象主要是由視知覺的抽象選擇建構而成[6]。意象匹配是基于用戶已有的經驗來對仿生原型及設計產品的匹配，是心理和精神層面的匹配方式，具有思維性和內隱性。人們在有了一定的生活經歷和藝術修養(yǎng)后，對事物的理解會有更深層次的文化理解，在腦中形成類似符號的意象。感性意象可以通過問卷、訪談、口語分析法、語義差異法、概念草圖和多維尺度分析等綜合方法獲取和表征[7]。通過訪談得出，休閑椅的意象為舒適的、慵懶的、放松的。

3.2 仿生原型的特征提取

羅仕鑒[8]等基于感性工學將仿生動物特征的用戶偏好預測模型分為五個維度：整體感覺、能力和特質、顏色和紋理、視觸覺、結構特征。這五個維度恰好對應仿生原型特征的五種屬性，即形態(tài)、功能、顏色、肌理、結構五種顯性屬性，如表1 所示。再加上意象這一隱性屬性，構成六個特征元素。

表1 仿生原型特征與用戶偏好的映射關系

形態(tài)特征的提取不是機械的描繪輪廓，而是具體問題具體分析。生物形態(tài)特征按形態(tài)特征自身的性質可分為要素特征和關系特征[9]。整體仿生以關系特征為主，再考慮要素特征；局部仿生則是綜合考慮關系特征和要素特征，二者同等重要。由此可知，形態(tài)的提取不僅是對外形的簡化抽象，位置的邏輯關系也同樣屬于形態(tài)特征之一。要素特征的提取主要是根據(jù)其特征節(jié)點與結構線描繪；關系特征的提取則是根據(jù)互相之間的位置關系來簡化結構。

3.3 設計產品化

設計產品化即將所提取出來的仿生原型特征與休閑椅的各部分進行耦合。耦合仿生有兩個層級：功能耦合仿生與審美耦合仿生。對于休閑椅來說，它的主要功能就是靠、坐及休閑，按基本組成構件來分，椅背的功能是靠，座面是承重，扶手和椅腿是支撐；休閑椅設計的美學主要表現(xiàn)在比例、尺度、平衡、對比四個方面[10]，比例是指休閑椅整體與局部的比例關系，尺度是要符合人機工程學的各關鍵尺寸，平衡是視覺上的平衡，有對稱和非對稱兩種；對比有形態(tài)對比、色彩對比、材料對比等。

4 以熊貓為仿生原型的休閑椅設計實踐

以熊貓為例，運用上述方法來驗證這一仿生思路。將熊貓與三款不同類型的休閑椅（無腿式、無扶手式、有腿有扶手式）做比較，如表2 所示。從形態(tài)方面分析，熊貓與休閑椅在拓撲結構上都是星形結構，有很強的相似性；提取出熊貓和休閑椅的外輪廓作為幾何造型的對比，可以發(fā)現(xiàn)三種休閑椅整體成上下結構，并且都是由曲線構成，幾何相似度高；以熊貓坐姿圖片為參考，以腰部為分界線，熊貓和休閑椅的上下比例都接近1：1。通過用戶訪談得到對熊貓和休閑椅的形容詞性描述，語義相近。最終得出熊貓和休閑椅的契合度極高，故使用它為仿生原型。

表2 熊貓與三種休閑椅的形態(tài)與意象對比

仿生原型特征提取，如表3 所示。根據(jù)仿生原型和用戶偏好模型的映射關系可知，將從熊貓的形態(tài)、功能、結構、色彩、肌理和結構五方面提取生物特征來為休閑椅的最終設計提供特征元素。

表3 熊貓的特征提取

將提取出來的特征元素與休閑椅進行耦合仿生。首先是功能耦合，即把熊貓和休閑椅的功能部件根據(jù)拓撲結構和功能來做相應的類比，如表4 所示；之后是審美耦合，將熊貓的部件比例代入到休閑椅中，尺度方面遵守人機工程學的坐高，熊貓和休閑椅都為對稱結構，所以采用左右對稱形式，最后是在形態(tài)、色彩、材料方面的對比，將形態(tài)抽象化融于設計中，使最終產品簡約現(xiàn)代，色彩即采用熊貓的黑白對比，突出主要特征，材料采用軟質毛絨和硬質塑料對比，使整體更加協(xié)調，滿足安全性以及舒適性，如表5 所示。根據(jù)耦合分析，得到最終的產品效果圖，如圖6 所示。

表4 功能耦合

表5 審美耦合

圖6 熊貓休閑椅

5 結語

仿生設計是人們回歸自然的一種方式，體現(xiàn)了藝術與科學相結合的設計觀，也體現(xiàn)了辯證、唯物的共生美學觀。文章針對休閑椅的仿生應用方式做了案例分析，并通過將仿生設計流程和意象造型方法結合起來，提出了針對休閑椅的仿生方法及原則。對于休閑椅來說，仿生只是其中一種設計方式，卻可以在靈感缺失的時候提供源源不絕的設計思路，為人們做獨創(chuàng)的休閑椅品牌設計提供靈感。