互联网 qkzz.net
全刊杂志网:首页 > 书画摄影 > 文章正文
刊社推荐

仿生设计中生物形态特征提取浅析


□ 陆冀宁

  内容摘要:本文介绍形态仿生设计的两种不同流程,指出生物形态特征提取的重要作用,并提出生物形态的定义和不同分类,归纳出提取生物形态特征的四条原则,对主要特征和次要特征、整体特征和局部特征、点线面体特征、要素特征和关系特征这些特征的如何取舍做了简单的阐述。
  关键词:仿生设计、生物形态、形态特征
  
  生物界经过上亿年的进化与自然选择,形成了极为适应周围环境的外形和结构,从它们身上我们可以学到不少巧妙的方式和方法来解决我们在设计上遇到的问题,这种设计方法就是仿生设计。我们在设计中最常用到的就是形态上的仿生设计。
  
  一、形态仿生设计的两种流程
  
  一般说来,从出发点不同,形态仿生设计的流程(表1)可以分成两种:一种是接到设计任务后,由设计要求出发,选择合适的生物原型提取特征点进行设计;另一种是选定某一种生物作为模仿对象后,通过研究该生物原型的各方面特征,选择合适的产品类型来提出设计方案。不论在哪一种仿生设计程序中,合理地提取生物原型的形态特征,都是极为关键的步骤。
  
  二、生物形态特征的定义和分类
  
  生物形态主要是指生物体的外部形态,它包括生物体的外貌形体特征和生物体内在的精神态势。特征则是按一定关系构成一个事物的各种元素,而有时元素之间的构成关系也称为特征。生物形态特征主要是指生物形态的结构性质,它相应地也包括两方面的内容:一是生物形态的构成要素,如生物体各部分的形状、大小等一是各种构成要素之间的相互关系,如生物体各部分之间的相对距离,所处角度等。在各构成要素的相互关系中,它们的拓扑关系,即位置关系、连接关系、比例关系、包含及半包含关系等最为重要。
  
  为了研究方便,我们可以将生物形态特征分为不同类别。比如按生物形态组成部分的构成关系可分为整体特征和局部特征;按结构特征对生物形态的构成或识别性的重要性可分为主要特征和次要特征;按形态特征的构成要素特点可分为点特征、线特征、面特征和体特征;按形态特征自身的性质可分为要素特征(即形态要素自身的形状特点)和关系特征(各形态要素之间的相对关系)。
  
  三、生物形态特征的提取原则
  
  在对生物特征进行提取时,要根据不同的情况选择不同种类的生物形态特征。一般情况下,在提取生物形态特征时要依据以下原则:
  1 主要特征优先,次要特征适当忽略。
  主要特征是对生物形态的构成或识别起重要作用的特征,可以说,准确清楚地传达好生物形态的主要特征,就基本能够保证生物原型的顺利识别。这是因为,在日常情况下,行为是头脑中的知识、外部信息和限制因素共同决定的。人类习惯于利用这一事实,最大限度地减少必学知识的数量或是降低对这种知识的广度、深度和准确度的要求。所以人们对于生物体的形态特征一般也只会记忆它们的主要特征。我们在设计仿生形态时,也只要抓住人们习惯记忆的这些主要特征,将之表现出来就可以了。如果一味地详细表现次要特征,一方面在人们认知形态时次要特征太多可能会使人在识别形态时抓不住主要特征;另一方面在认知过程后的识别过程中,如果次要特征太突出的话,反而会导致人们在与记忆中的生物原型形象核对时发生不吻合的情况,从而出现不敢确定仿生形态所模仿的生物原型,这样都会影响仿生设计的形态语意传达。当然,在一些特殊的情况下,人们在外界情境的刺激下,会记忆起更多更细致的次要特征。正如图1所示的很多树枝状分叉的衣架,它的形态主要特征可以让我们联想起树枝或珊瑚,在这种情况下就要表现清楚足够的次要特征,比如树枝的枝桠一般较长,而珊瑚的分支较短,而且末端圆润,否则就会引起仿生语意传达的模糊与多义。
  
  2 表现生物原型的整体特征时一般优先表现关系特征,而表现局部特征时则要根据所选局部的具体情况来确定是表现要素特征还是关系特征。
  生物原型的整体特征是决定和主导整体生物形态的构成和走向的整体结构特征,它决定了生物形态的整体形象和主要结构特征,同时也表现出生物局部形态之间的结构关系。一个生物体整体必定是各个局部之和,在一般情况下我们对整体的认知主要是看这些局部之间的关系,而对各个局部的具体形状不是十分关心。所以说,在表现整体特征时,最为重要的是各局部之间的关系特征。例如图2上所示的产品,即使各个部分的形状变形很大,只要它们的相对位置关系不发生质的变化,也就是各形态元素的拓扑关系不发生变化,我们就能很轻易地识别出人脸的形状。
  在选定生物原型的局部特征进行表现时,有些局部的要素特征(如图3所示产品的象鼻局部形状)是如此的有特点,以至于单此一项特征就足以让人识别出生物原型来,在这种情况下应用的就是局部的要素特征。而有时我们所记忆的生物原型的局部形态特征更多地是该局部形态中构成要素的关系,这样的情况当然就要强调局部关系特征了。比如图4所示的孔雀椅,它的椅背是模仿孔雀的尾巴,各构成要素的形状已经做了较大的抽象,只是呈现相互关系保留了下来,使我们仍能识别出来。事实上,有很多时候,我们在观看一个事物时,以为自己看到的就是它的整体,实际上却不是。在一个实验中,当要求被试者说出他对律师这个字眼的记忆形象时,他只能回忆起胳膊上挎着一个公文包的形象。在众多的以生物为原型的标志设计中,也经常利用某个典型的局部形态来点明图案所描摹的生物。这无疑说明,局部特征经常会成为表现生物原型的主要特征。
分享:
 

了解更多资讯,请关注“木兰百花园”
摘自:装饰 2009年第01期  
分享:
 
精彩图文
关键字
支持中国杂志产业发展,请购买、订阅纸质杂志,欢迎杂志社提供过刊、样刊及电子版。
关于我们 | 网站声明 | 刊社管理 | 网站地图 | 联系方式 | 中图分类法 | RSS 2.0订阅 | EMS快递查询
全刊杂志赏析网 2016