基于仿生设计理念的休闲椅设计研究

青岛理工大学 李兴隆 朱晓宇

随着人们的消费观趋于个性化、定制化和高端化，仿生设计可以让产品更易于情感联结，激发设计师想象力，丰富产品寓意，增强产品感染力[1]。仿生设计学作为一门新兴的交叉性学科,不仅是仿生学与设计学之间的理论衍生，也是一种将自然属性融于社会物质中的实践过程，是自然科学和社会科学的结合，是一种有效解决产品个性化缺失问题的方法。

1 仿生设计概述

仿生设计学是由仿生学和设计学结合的一门新兴边缘学科，是对生物系统的原理进行模仿、整理、分析、提炼，并构思出具有类似于生物系统某些特征的一种思维方法[2]。它是以自然界的“形”“色”“音”“功能”“结构”等为研究对象，是一种融合多学科、多领域、多层次的类比设计理论及方法。

2 仿生设计在休闲椅中的应用案例分析

休闲椅是人们用来享受闲暇时光的椅子，作为一种非正式用椅，能够给人带来心理和生理上的双重舒适感。自然形态千变万化，且人具有主观能动性，所以设计师对同一仿生物观察的角度及仿生应用方式也各不相同。目前从仿生内容的角度来对仿生设计应用分类是最普遍的，可分为形态仿生、功能仿生、结构仿生、色彩仿生、肌理仿生和意象仿生[3]。

2.1 形态仿生

形态仿生是将自然形态通过艺术化处理应用于设计之中。根据模仿逼真程度的不同或流派，形态仿生设计可分为具象仿生和抽象仿生。具象仿生是直接将自然物的本来形态融于设计中，可以很明显的识别出仿生原型，是一种较为低级的仿生手段；抽象仿生则是更高级的仿生手段，其不再局限于对仿生原型的“临摹”，而是运用抽象化思维将其形态特征使用点、线、面等基础元素表达出来，在视觉上更加简约，且给予使用者想象的空间。根据仿生完整程度还可以分为整体仿生和局部仿生两类。以蝴蝶形态为原型的仿生案例，如图1 所示。

图1 蝴蝶形态仿生（具象、抽象、整体、局部）

2.2 结构仿生

结构仿生的应用分为两方面，一是通过研究自然物的内部构造和组织形式，用于支撑形体，体现出仿生原型独特的承重方式，多应用在休闲椅的支撑和调节部件；二是对结构的美学特征进行提取，一般将其应用在休闲椅的非支撑部件上，凸显装饰效果。在实际应用中综合考虑这两方面，创造出既有产品美感，又兼具实用安全性的产品，如图2 所示。

图2 蜂巢结构仿生

2.3 色彩仿生

自然的色彩作为自然物的外显特征，是一种抽象的语言。休闲椅在色彩仿生中，经常和其它的仿生手段综合应用，例如“色彩+形态”“色彩+结构”“色彩+肌理”等。如图3 所示，嘴唇的红色色彩搭配其形态，体现出感性主义的大胆奔放；孔雀独特的青绿色搭配上雀尾结构，使人的视觉中心聚焦座椅上；奶牛的黑白色彩搭配上其独特的肌理，在视觉和触觉上满足舒适温和的体验。

图3 色彩仿生应用（红唇、孔雀、奶牛）

2.4 肌理仿生

肌理仿生是对自然物特殊的表面纹路及质感的仿生。肌理是对仿生原型细节的深入发掘，会使人的视觉和触觉产生通感，进行联想，是仿生原型本质的外化表现。在休闲椅仿生应用中，也有两种应用方式，分别是平面肌理仿生和立体肌理仿生。平面肌理仿生是将仿生原型的肌理采用二维形式应用在休闲椅上，立体肌理仿生是根据一个肌理元素，通过重复连续等规律化的组织形式应用在休闲椅三维构成中，如图4 所示。

图4 立体肌理仿生应用（羽毛、花瓣、羊毛）

2.5 意象仿生

意象仿生是比较特殊的一类仿生方式，它不仅是对形态、色彩、质感的综合感受，更多是意识层面的联想，与符号学有着天然的联系。用户以五感为输入，以知觉者过去的经验结构和知识为基础，将意象和产品属性联系起来。比如鸟巢是鸟类栖息地，是孕育呵护生命的“摇篮”，象征舒适安全，以它为仿生原型，和休闲椅本身的属性相符，使人自然联想到家的温馨；枯叶使人联想到物哀美学，使人的思想转换到对自然的领悟中去。

通过以上五种仿生类别在休闲椅上的应用分析，可以发现形态、结构、色彩、肌理、意象不会单一的进行仿生应用，而是综合运用各要素才能体现出神韵。

3 基于仿生设计理念的休闲椅设计流程

仿生设计的一般流程是“产品需求—生物属性—产品设计”的三段式流程。产品需求主要是为实现功能需求和审美需求，功能需求与休闲椅自身的属性对应，审美需求更多取决于用户感受；“产品需求—生物属性”阶段指通过分析功能需求和用户的审美需求，来从大自然中寻求合适的仿生原型；而“生物属性—产品设计”的阶段，是将仿生原型的特征属性提取出来，再应用于休闲椅设计当中。

文章结合感性意象造型优化方法指导完善设计流程。在产品感性意象造型优化设计研究中，主要由意象提取，即获取用户感性评价；映射构建，即建立意象与设计特征的映射关系；造型创新，即根据最终特征映射完成产品设计，共三个步骤实现[4]。最终得到基于意象优化的仿生设计流程图，如图5。

图5 休闲椅的仿生设计流程图

3.1 仿生原型的选取

仿生原型的选取是休闲椅仿生流程的第一步，合适的仿生原型有利于建立用户与休闲椅之间的情感联系，提高对休闲座椅的认可度。用户主要是依靠直接和间接经验搭建了自己的知识体系，从而会对事物产生意象认知。但由于接受信息的不对称性，时常会发生设计师的概念模型和产品的心智模型之间存在差异[5]，仿生原型的选取主要有形态相似原则以及意象匹配原则。

3.1.1 形态相似原则

形态相似的核心是仿生原型和最终产品有一定形式上的逻辑关系，主要分为拓扑结构相似、几何造型相似、比例关系相似。拓扑结构从整体性上来分析物体各部分之间的位置关系，把物体组成部分抽象为几个点，点之间的位置关系用线表示，从而形成拓扑关系；几何造型则是分析实物的形态轮廓，将整体或者局部的形态简化抽象为常见的几何形状进行匹配，如圆形、方形、梯形等；比例关系考虑物体各部件之间的大小及尺度关系。从这三个维度综合分析，可以得到形态契合度较高的仿生原型。

3.1.2 意象匹配原则

意象主要是由视知觉的抽象选择建构而成[6]。意象匹配是基于用户已有的经验来对仿生原型及设计产品的匹配，是心理和精神层面的匹配方式，具有思维性和内隐性。人们在有了一定的生活经历和艺术修养后，对事物的理解会有更深层次的文化理解，在脑中形成类似符号的意象。感性意象可以通过问卷、访谈、口语分析法、语义差异法、概念草图和多维尺度分析等综合方法获取和表征[7]。通过访谈得出，休闲椅的意象为舒适的、慵懒的、放松的。

3.2 仿生原型的特征提取

罗仕鉴[8]等基于感性工学将仿生动物特征的用户偏好预测模型分为五个维度：整体感觉、能力和特质、颜色和纹理、视触觉、结构特征。这五个维度恰好对应仿生原型特征的五种属性，即形态、功能、颜色、肌理、结构五种显性属性，如表1 所示。再加上意象这一隐性属性，构成六个特征元素。

表1 仿生原型特征与用户偏好的映射关系

形态特征的提取不是机械的描绘轮廓，而是具体问题具体分析。生物形态特征按形态特征自身的性质可分为要素特征和关系特征[9]。整体仿生以关系特征为主，再考虑要素特征；局部仿生则是综合考虑关系特征和要素特征，二者同等重要。由此可知，形态的提取不仅是对外形的简化抽象，位置的逻辑关系也同样属于形态特征之一。要素特征的提取主要是根据其特征节点与结构线描绘；关系特征的提取则是根据互相之间的位置关系来简化结构。

3.3 设计产品化

设计产品化即将所提取出来的仿生原型特征与休闲椅的各部分进行耦合。耦合仿生有两个层级：功能耦合仿生与审美耦合仿生。对于休闲椅来说，它的主要功能就是靠、坐及休闲，按基本组成构件来分，椅背的功能是靠，座面是承重，扶手和椅腿是支撑；休闲椅设计的美学主要表现在比例、尺度、平衡、对比四个方面[10]，比例是指休闲椅整体与局部的比例关系，尺度是要符合人机工程学的各关键尺寸，平衡是视觉上的平衡，有对称和非对称两种；对比有形态对比、色彩对比、材料对比等。

4 以熊猫为仿生原型的休闲椅设计实践

以熊猫为例，运用上述方法来验证这一仿生思路。将熊猫与三款不同类型的休闲椅（无腿式、无扶手式、有腿有扶手式）做比较，如表2 所示。从形态方面分析，熊猫与休闲椅在拓扑结构上都是星形结构，有很强的相似性；提取出熊猫和休闲椅的外轮廓作为几何造型的对比，可以发现三种休闲椅整体成上下结构，并且都是由曲线构成，几何相似度高；以熊猫坐姿图片为参考，以腰部为分界线，熊猫和休闲椅的上下比例都接近1：1。通过用户访谈得到对熊猫和休闲椅的形容词性描述，语义相近。最终得出熊猫和休闲椅的契合度极高，故使用它为仿生原型。

表2 熊猫与三种休闲椅的形态与意象对比

仿生原型特征提取，如表3 所示。根据仿生原型和用户偏好模型的映射关系可知，将从熊猫的形态、功能、结构、色彩、肌理和结构五方面提取生物特征来为休闲椅的最终设计提供特征元素。

表3 熊猫的特征提取

将提取出来的特征元素与休闲椅进行耦合仿生。首先是功能耦合，即把熊猫和休闲椅的功能部件根据拓扑结构和功能来做相应的类比，如表4 所示；之后是审美耦合，将熊猫的部件比例代入到休闲椅中，尺度方面遵守人机工程学的坐高，熊猫和休闲椅都为对称结构，所以采用左右对称形式，最后是在形态、色彩、材料方面的对比，将形态抽象化融于设计中，使最终产品简约现代，色彩即采用熊猫的黑白对比，突出主要特征，材料采用软质毛绒和硬质塑料对比，使整体更加协调，满足安全性以及舒适性，如表5 所示。根据耦合分析，得到最终的产品效果图，如图6 所示。

表4 功能耦合

表5 审美耦合

图6 熊猫休闲椅

5 结语

仿生设计是人们回归自然的一种方式，体现了艺术与科学相结合的设计观，也体现了辩证、唯物的共生美学观。文章针对休闲椅的仿生应用方式做了案例分析，并通过将仿生设计流程和意象造型方法结合起来，提出了针对休闲椅的仿生方法及原则。对于休闲椅来说，仿生只是其中一种设计方式，却可以在灵感缺失的时候提供源源不绝的设计思路，为人们做独创的休闲椅品牌设计提供灵感。