基于生物原型的仿生学在游艇设计中的研究论文

　　摘要：本文旨在通过对生物原型的仿生学相关理论的分析研究，着眼于游艇设计研究，希望从人类认知习惯与仿生学的角度来研究生物原型的特征关系，达到游艇设计与自然环境更的融合，增加趣味性，使其更具有人情味和自然的动态美。

　　关键词：仿生设计；游艇设计；生物原型

　　一、仿生学概念

　　仿生学一词最早是在1960年由美国人斯蒂尔（JackEllwoodSteele）取自拉丁文“bios”（生命方式）和词尾“nic”（具有……性质的）合成。斯蒂尔认为：仿生学是研究模仿生物系统方式，或是以具有生物系统特征的方式，或是以类似于生物系统方式的系统科学。因此，我们可以这样定义仿生学：它是研究生物系统的行为、结构、原理、性质以及相互作用，为工程技术提供新的思想观念、系统构成以及工作原理的科学。

　　二、基于生物原型的仿生学概念

　　产品形态仿生设计是运用模仿的手法，将生物的某些原型特征赋予产品形态之中，使产品形态与生物特征形态具有某种程度的相似性，而仿生设计成功与否的关键因素就是形态结构特征之间相似程度的大小。

　　产品仿生设计过程中，非常重要的一个环节是如何准确地提取生物原型的主要特征。阿恩海姆曾说过：意象越具体，它展示出的特征越多，观者也就越不容易明确究竟它的哪一种特征是主要的，事物所具有的最突出、最本质的结构特征就越难以突出和强调。

　　那么生物形态特征指的是什么呢？它包括生物体本身各个组成部分的形状、大小、相对位置、相互关系等一些构成要素，各要素之间的相对位置形成的一些关联（包含、相离、相交、相切等）、大小比例、距离、角度等关系。基于生物原型的仿生设计以蕴含于生物和自然中的特征或结构、形态为蓝本（如植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼等方面），借助于现代技术手段，对其进行“形”或“神”的模仿，实现特定的技术功能或目标。

　　三、基于生物原型的仿生学在游艇设计中的研究

　　古代劳动人民通过对生活在水中的鱼类的模仿，伐木凿船，用木材做成了鱼形的船体，仿照鱼的鱼鳍和尾鳍制成双桨和单橹，从此开始了水上活动。随着模仿水平层次的提高，受更多类型动物（各种鱼类、鸟类等飞行动物）外形的影响，尤其是在空气动力学的发展形成以后，对流线型的动物形态的研究，使得水上交通工具，由之前的独木船发展成为各式各样的“船”，包括帆船、油轮、游艇、各种军用舰艇的外形，甚至是航母的形态，我们都能在他们的外形上发现某些动物形态的蛛丝马迹。在游艇设计的方法中，仿生设计是一种最常见的设计方法。无论在游艇的整体形态造型上还是在局部形态设计中，比如船头船尾、上层建筑等的一些细节设计，都采用了仿生设计的手法。

　　游艇是用于海上航行的工具，它一旦运行，其造型便是动态的形态，所以游艇的造型艺术不仅是单纯的用来美化和修饰它的轮廓，更多的时候我们关注的是它航行时候的富于流动感的形态意象，使它尽可能最大的与自然环境融合。因此要使游艇能最大程度的融于自然，使游艇的形态更具感染力和动态美，那么我们需要在游艇的造型中看到更多的自然界中这种流线型的柔和的形态特征，选取适合游艇设计的生物原型，并对生物原型的形态进行分析。这也是近期各大游艇品牌在设计船型的时候均采用更加贴近自然的仿生设计方法的原因。根据不同的产品，不同的设计师，进行形态仿生设计造型方法也不同，在此介绍两种比较常用于游艇设计的仿生设计造型手法。

　　（一）仿态设计

　　仿态设计又进一步分为局部法和整体法。局部法是选用生物形态特征中的某一部分、最具有特色的、能通过该部分的特点识别整个生物的特征，通过对该特征进行抽象、提炼、加工，使其特征更加突出简练、主次分明、具有代表性。在此基础上将局部形态特征运用于产品形态仿生。比如人造大鲸鱼电动仿生潜艇的仿生设计，潜艇的尾部与两翼的设计采用的是鲸鱼尾部与鳍部特征：突出其肥大的尾部，夸张的表现鳍部特征，表现出鲸鱼在游动时尾部与鳍的作用，使整个潜艇看上去有种灵动的生命感。局部法就是通过抓住局部特征的表现来强调整个生物的主要特点。

　　整体法与局部法不同的是，它是从全局出发，整体来考虑自然形态特征，对整个的形态做全面的观察，并进行分析。在此基础上对整个形态进行提炼与加工整合，从其外观整体形态中提炼出形态的本质特征，使整个形态特点更加突出、简练、准确。

　　如果说局部法一般用于动物局部静态的特征，那么整体法常用于模仿动物的运动时，整体特征所表现出的动态美、速度感和力量感。例如海里的各种鱼类，游泳的'姿态是它们典型的特征，所以游艇设计时常提取其游泳时的动感特征线并加以提炼加工。

　　（二）隐喻抽象设计

　　隐喻抽象设计主要分为三类：由形到意的抽象方法、由意到形的隐喻方法、综合隐喻抽象方法。

　　自然形态具有丰富复杂的特征，其中一些特征不能很直观的发现、并且能被简单的表达。这种时候我们需要一些形象的表现手法来表达，这就是我们常用的隐喻的抽象法。隐喻抽象法要求形态不仅要准确、贴切，而且还要完整、明确、力求用最简洁的手法来予以表现。比如：象征、隐喻等。例如：通过一组形态线条粗细长短的改变来表示声音音量的变化、重复的图形表现节奏与韵律等，通过线条起伏、疏密、粗细的改变来表示生物形态变化的神韵。在使用该方法的时候一定要表现完整并且准确。

　　1.由形到意的抽象方法

　　在产品的仿生设计上，想要做到使用者与产品形态达成共鸣，需要使产品的形与仿生对象的意达到相互融合的程度，通过形的组成要素来表现出意的神韵。如圆形、圆弧形表现出一种规则、柔和的韵味，不规则的多边形则表现一种锐利、刚毅的意境。比如“海斧”游艇，在产品中，通过斧型的船头，设计师表达出的一种力量于速度的感觉，通过对这种形象的细致刻画来表达这种意境。

　　2.由意到形的隐喻方法

　　在进行产品仿生设计的时候，设计师以意境为出发点，借助形态来表达，创造出一个神似的仿生形来抽象隐喻。这就是由意到形的隐喻方法。比如Beluga超级游艇，Beluga这艘船的设计灵感是Puresang（来自安特卫普的设计师）从童话人物Pinnochio（匹诺曹）和MobyDick（莫比迪克）身上获得的，其天窗打开时形状就像鲸鱼的嘴。设计师以童话人物的意境为背景，通过游艇形态的仿生设计传达出对这两个人物的神韵，达到一个由意象到形态的升华。

　　3.综合隐喻抽象方法

　　综合隐喻抽象方法是仿生设计常用的方法，设计师在做设计的时候会根据需求的差异而是用不同的设计手法，单一的方法往往满足不了设计的需求。将设计师对产品的理解与仿生对象具有的寓意相结合来创造产品形态，即把生物本身寓意延伸扩展开来，同时也使设计师的理解创新提升到一个与自然和谐统一的高度，使两者相得益彰。

　　四、结语

　　游艇造型比较复杂，结构变化丰富，因此在做游艇仿生设计的时候，上面提到的几种方法需要结合使用。比如船壳的设计常用的是母型船设计法；船室的设计，整体采用仿态设计中的整体法；船体侧面包括舷窗（船壳与船室的舷窗）的设计通常采仿态设计中的局部法；但是在使用这些方法的时候，通常都是与隐喻抽象设计结合使用的。