汽車造型設(shè)計(jì)中的仿生原理

1、汽車造型設(shè)計(jì)中的仿生原理（原文發(fā)表于裝飾20067）工程學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)系摘要本文分析了汽車造型設(shè)計(jì)這一專業(yè)領(lǐng)域的特點(diǎn)，并指出了汽車的造型相對(duì)于一般產(chǎn)品形態(tài)的獨(dú)特屬性，明確了形態(tài)仿生在汽車造型設(shè)計(jì)中的作用，進(jìn)而深入分析解讀形態(tài)仿生的力學(xué)本質(zhì)，提出內(nèi)在力是塑造形態(tài)的本質(zhì)要素，而力的對(duì)抗和平衡這一對(duì)矛盾中體現(xiàn)的“勢(shì)”則決定了形態(tài)的整體性格和表情。關(guān)鍵詞汽車造型設(shè)計(jì)生命仿生1汽車造型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)所有工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，實(shí)際上都要在以下幾個(gè)界面關(guān)系構(gòu)成的多維空間中進(jìn)行。一是產(chǎn)品的人-機(jī)界面；二是產(chǎn)品內(nèi)部各部分之間的物理界面；三是產(chǎn)品的功能執(zhí)行部分與其對(duì)應(yīng)的外界物理環(huán)境之間的作用界面。每一個(gè)界面都對(duì)應(yīng)著相關(guān)的設(shè)計(jì)

2、目標(biāo)和特定的某一類問題，這些目標(biāo)共同架構(gòu)成一個(gè)多元的設(shè)計(jì)空間，設(shè)計(jì)就是在這個(gè)空間中完成多目標(biāo)綜合優(yōu)化的過程。汽車造型設(shè)計(jì)卻與一般工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同，一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都不同程度的涉及上述幾個(gè)主要界面的考量，汽車造型設(shè)計(jì)卻是那樣的純粹，只關(guān)注形態(tài)對(duì)動(dòng)力、速度甚至對(duì)地位、財(cái)富、時(shí)尚這些象征意義的的詮釋。在汽車的造型設(shè)計(jì)中，從來沒有功能與形式之爭(zhēng)，一個(gè)看起來“善于奔跑”的外形似乎就是對(duì)功能的最好承諾；在汽車的造型設(shè)計(jì)中，從來不需要用其它“意義”來給形態(tài)注腳，一條流暢而有力感的線條足以讓任何額外的解釋顯得多余；在汽車造型設(shè)計(jì)中，你看不到一般產(chǎn)品上體現(xiàn)的多種設(shè)計(jì)語言的碰撞一材質(zhì)、色彩、肌理一設(shè)計(jì)師只在看見看不

3、見的一條條線條中追尋速度與力量的真諦。其實(shí)從字面也可以看出，汽車造型設(shè)計(jì)”或曰“CarStyleDesign”本身就只強(qiáng)調(diào)一個(gè)造型（式樣）問題，與一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)相比，汽車造型設(shè)計(jì)面臨的問題空間維度少了，可供支配的設(shè)計(jì)語言也少了，但同時(shí)造型設(shè)計(jì)要達(dá)到的高度卻更高了一產(chǎn)品設(shè)計(jì)師更多的是賦予產(chǎn)品功能和意義，造型只是達(dá)到設(shè)計(jì)目的的手段之一，而汽車設(shè)計(jì)師卻只有用造型這一種手段來打動(dòng)消費(fèi)者，盡管汽車的配置和性能也很重要，但是歷數(shù)曾經(jīng)創(chuàng)造輝煌的經(jīng)典車型，無一不在證明著汽車的形式不僅是設(shè)計(jì)師工作的結(jié)果，更是近乎終極的追求。2生命屬性造成汽車造型設(shè)計(jì)不同于一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原因不單是由于汽車本身的復(fù)雜性而簡(jiǎn)單的進(jìn)行

4、分工和設(shè)計(jì)專門化，更是因?yàn)槠囅鄬?duì)于一般產(chǎn)品的獨(dú)特屬性。前面已經(jīng)說了，所有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都離不開幾個(gè)關(guān)鍵界面構(gòu)成的設(shè)計(jì)空間一人機(jī)界面、物理界面、功能界面。一般產(chǎn)品的形式都是這三個(gè)關(guān)鍵界面綜合設(shè)計(jì)的結(jié)果，我們對(duì)一件產(chǎn)品的認(rèn)知和評(píng)價(jià)也總是落實(shí)在對(duì)這幾個(gè)界面的認(rèn)識(shí)上。而在汽車設(shè)計(jì)上，這幾個(gè)關(guān)鍵界面都內(nèi)隱在那層薄薄的鋼板下，我們對(duì)一輛車所有的層面的認(rèn)識(shí)一操控、配置、性能都受到外在形式的決定性影響，到這里我們會(huì)發(fā)現(xiàn)品車與相馬是何其相象。其實(shí)這里有一個(gè)關(guān)鍵詞：生命。一般產(chǎn)品是沒有生命特征的，是被動(dòng)的，其外在形式也是這種被動(dòng)屬性的反映一每一種產(chǎn)品的外在形態(tài)都是與使用者的互動(dòng)界面，形態(tài)反映的不是產(chǎn)品自我的屬性，而

5、是與作為主動(dòng)者的人的某種生理特征對(duì)應(yīng)。例如，一臺(tái)電視機(jī)和配備的遙控器，它們的造型都只能適應(yīng)人觀看和操作的生理特征而存在，這種從屬地位決定了一般產(chǎn)品的形態(tài)不可能是自我的。而汽車作為一種特殊產(chǎn)品卻是另外一種情形，當(dāng)車門關(guān)上，汽車的啟動(dòng)、行駛、以及所有相關(guān)的狀態(tài)，都是汽車自我的展示，人的主動(dòng)性變得不可見，甚至直覺的暗示是我們的操縱在配合汽車的性能和節(jié)奏，人的主動(dòng)性與車的性能特征融為一體，都轉(zhuǎn)化為原始的奔跑沖動(dòng)。生命這個(gè)關(guān)鍵詞在汽車的造型設(shè)計(jì)上得到了生動(dòng)的體現(xiàn)，并且與所有具有主動(dòng)性的生命形態(tài)（人、動(dòng)物）一樣，汽車的形態(tài)也反映了這樣一種主動(dòng)f一表現(xiàn)自我的存在。這就是說，汽車的造型語言不單是追求一般產(chǎn)品造

6、型的新穎、美觀，而應(yīng)該把生命力的體現(xiàn)作為造型設(shè)計(jì)的基本訴求，從這個(gè)意義上說，汽車造型設(shè)計(jì)離不開對(duì)仿生的研究和運(yùn)用。3汽車造型的仿生原理-生命的張力生命形態(tài)的基本特征體現(xiàn)為一定結(jié)構(gòu)對(duì)重力場(chǎng)的抗衡并以此為基礎(chǔ)來適應(yīng)某種運(yùn)動(dòng)方式。而與人造結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)相比，生命形態(tài)的結(jié)構(gòu)性是內(nèi)隱的，這就使得生命形態(tài)的特征區(qū)別于純粹的機(jī)械結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)為體表形態(tài)對(duì)內(nèi)在結(jié)構(gòu)的間接反映。汽車的造型也是如此，我們必須找到一種語言，能夠從表層的形態(tài)上反映內(nèi)在的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、速度和操控等屬性。生命形態(tài)內(nèi)在的結(jié)構(gòu)是對(duì)其所處的重力場(chǎng)的抗衡，因此這種形態(tài)的內(nèi)在屬性是力的平衡和轉(zhuǎn)化，由此使得生命體具有力的平衡的穩(wěn)定性和力的轉(zhuǎn)化的運(yùn)動(dòng)性。內(nèi)在的結(jié)

7、構(gòu)性和運(yùn)動(dòng)性在外在形態(tài)上也一定是以力的形式體現(xiàn)的，力將生命體內(nèi)在的屬性傳達(dá)和表現(xiàn)出來，塑造出獨(dú)特的外在形態(tài)。因?yàn)橄鄬?duì)于內(nèi)在結(jié)構(gòu)，生命體外在的皮膚厚度極小而表面積極大，其本身的剛度又很小，因此力在這樣的結(jié)構(gòu)上只能以面內(nèi)張力的形式存在，就像荷葉上的水珠，靠了表面張力的維系，能夠在各種外界干擾下維持自我的形態(tài)。但相對(duì)于液體內(nèi)部的均勻一致性,生命體外表面內(nèi)張力的分布要復(fù)雜的多。我們對(duì)所有生命體外在形態(tài)所表現(xiàn)出來的生命力的感受都受到這種表面張力的影響，不管是對(duì)猛獸的發(fā)達(dá)肌肉、海豚的流線外形還是羚羊的纖巧靈動(dòng)，哪怕僅僅是微風(fēng)中起伏的麥浪,都能給我們力感的沖擊，而這種力感無不是透過表面張力來最終體現(xiàn)的。要在

8、人造物中再現(xiàn)這種生命的張力，就需要細(xì)細(xì)解讀表面張力的肌理，從本質(zhì)上把握力在塑造表面形態(tài)中的作用機(jī)制，而不是簡(jiǎn)單模仿某種形態(tài)。汽車也是通過表面形態(tài)來傳達(dá)內(nèi)在的運(yùn)動(dòng)特質(zhì)，而表面覆蓋件的幾何特點(diǎn)使得其形態(tài)具有與動(dòng)物皮膚類似的力學(xué)特征。在有限元分析中，汽車蒙皮被當(dāng)作膜單元，也正說明表面張力是塑造汽車外在形態(tài)的主要因素。汽車的造型仿生設(shè)計(jì)如果要體現(xiàn)生命的感性特質(zhì)，也不應(yīng)該簡(jiǎn)單從具體形態(tài)的模仿入手，而是著重研究表面張力對(duì)內(nèi)在力感和速度、敏捷等感性特質(zhì)的表現(xiàn)原理，理解表面張力與內(nèi)在結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在這里像不像某種動(dòng)物并不重要，重要的是提煉出能夠感動(dòng)我們的內(nèi)在力量和特征。4不同的仿生特征-肌肉的力量與骨感的敏捷在

9、汽車造型設(shè)計(jì)中，對(duì)動(dòng)力性和敏捷感的塑造是傳達(dá)其運(yùn)動(dòng)特質(zhì)的主要手段。而借助于造型的仿生設(shè)計(jì)，從動(dòng)物的形態(tài)特征中提煉設(shè)計(jì)語言來表達(dá)動(dòng)力性和敏捷感已經(jīng)自然而然的成為達(dá)成這一手段的直覺行為。既然生命形態(tài)的本質(zhì)是內(nèi)在結(jié)構(gòu)性的外在力學(xué)體現(xiàn)，那末對(duì)于動(dòng)力性和敏捷感這兩種不同的外在形態(tài)特征就一定存在其不同的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和力學(xué)解釋。不管是力量感還是敏捷感，都是某種表面力的平衡狀態(tài)體現(xiàn)出來的感性特征，狀態(tài)是瞬時(shí)靜止的，而特定的平衡狀態(tài)將向什么方向轉(zhuǎn)化也即這種狀態(tài)的“勢(shì)”就決定了該狀態(tài)所體現(xiàn)的感性特征一形態(tài)的表情。例如懸崖上橫向長出的樹，所有的枝干都努力克服重力的拖墜，其形態(tài)在平衡中體現(xiàn)出一種明確的向上發(fā)展的動(dòng)勢(shì)，這種

10、“表情”的生動(dòng)性就是內(nèi)在力所體現(xiàn)出來的特定的勢(shì)”。從仿生的角度看，肌肉感是對(duì)汽車動(dòng)力性的詮釋。那么肌肉所具有的表面形態(tài)是在怎樣的內(nèi)在力的塑造下而具有了“有力、強(qiáng)壯”的表情呢？狀態(tài)是力的平衡，而平衡是矛盾的體現(xiàn)，矛盾的轉(zhuǎn)化方向就是“勢(shì)”，在肌肉的形態(tài)中，肌肉纖維的膨脹形成外向的壓力，表皮對(duì)肌肉的外向壓力的束縛在表皮內(nèi)部形成表面張力，這一對(duì)互為矛盾的力達(dá)成了平衡態(tài),而在這中間，外向的膨脹壓力是主導(dǎo)，也是矛盾轉(zhuǎn)化的方向，而表皮內(nèi)部的張力是后發(fā)的，就是說，“動(dòng)勢(shì)”是外向的、擴(kuò)張的，正是外向的動(dòng)勢(shì)決定了這種表面形態(tài)的表情是有力的、強(qiáng)壯的”。表皮內(nèi)表面張力表皮內(nèi)表面張力肌肉膨脹壓力圖1肌肉纖維的膨脹形成外

11、向的壓力與皮膚表面張力對(duì)肌肉的束縛達(dá)到力的平衡形成外凸的表面骨感是內(nèi)在的骨架結(jié)構(gòu)作為依托與支撐對(duì)表皮所受重力的對(duì)抗而產(chǎn)生的力的平衡態(tài)。與肌肉感形態(tài)相比較，二者內(nèi)在的不同在于：首先，骨架的支撐力是集中作用在表皮的局部，而不是像肌肉膨脹對(duì)表皮產(chǎn)生的壓力那樣均勻分布的，這就形成了集中力與分布力（重力）之間的平衡態(tài)，而肌肉感形態(tài)中的力平衡是一對(duì)均勻分布的力；第二，肌肉感形態(tài)的平衡力中外向的壓力是主導(dǎo)從而形成了外向的、有力、強(qiáng)壯的動(dòng)勢(shì)，而骨感的形態(tài)中，內(nèi)向的重力場(chǎng)是主導(dǎo)的，骨架外向的支撐力是后發(fā)于重力場(chǎng)而存在的，從而形成了內(nèi)斂、緊湊、敏捷的動(dòng)勢(shì)。圖2骨架集中作用在表皮上的支撐力轉(zhuǎn)化為面內(nèi)張力來與重力場(chǎng)達(dá)

12、到平衡，在骨架的空間處形成內(nèi)凹的表面從這兩個(gè)“不同”出發(fā)，可以深入理解這兩種仿生形態(tài)，并提高駕馭造型的能力。在塑造形態(tài)的一對(duì)平衡力中，不同的作用方式的差別會(huì)形成完全不同的形態(tài)。肌肉感的表面形態(tài)是一對(duì)相同作用形式的平衡力一肌肉張力與表皮張力一塑造的，形成外凸、飽滿的形態(tài)；而骨感形態(tài)中骨架的支撐力是集中作用的，重力場(chǎng)卻是均勻分布的，這就造成在骨架結(jié)構(gòu)的空間處，骨架對(duì)表皮的集中支撐力先要轉(zhuǎn)化為均勻分布的面內(nèi)張力來與重力平衡，表皮在重力作用下由于自身的彈性而形成內(nèi)凹的表面。這種反凹面”相對(duì)于肌肉感飽滿外凸的表面有時(shí)更能體現(xiàn)整體的緊湊和力度，因此一出現(xiàn)就受到設(shè)計(jì)界的追捧和廣泛應(yīng)用，但不了解這種形態(tài)內(nèi)在的仿生力學(xué)原理就容易使最終造型效果相差甚遠(yuǎn)。在塑造形態(tài)的一對(duì)平衡力中，存在主導(dǎo)的一方和后發(fā)的一方，主導(dǎo)的一方?jīng)Q定了整體的動(dòng)勢(shì),是形態(tài)表情的根據(jù)。而在人為的塑造這些形態(tài)時(shí)，就要注意造型語言的運(yùn)用一主導(dǎo)一方的力雖然決定形態(tài)整體的表情，但直接塑造形態(tài)的卻是后發(fā)的一方，例如在骨感的形態(tài)中，直接造成表皮內(nèi)部張力分布變化從而影響表面形態(tài)