幾何形體在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的運(yùn)用

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摘要：本文通過探究幾何形的起源與發(fā)展、幾何形體的特點(diǎn)，觀察產(chǎn)品造型的規(guī)律，概括出疊加、拼接、分割、切削、漸變、扭曲等基本的產(chǎn)品造型方法。通過各種幾何形體的不同特點(diǎn)，根據(jù)不同比例的分割規(guī)律，運(yùn)用疊加、切削等簡單的造型方法可助現(xiàn)代產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的快速實(shí)現(xiàn)，且造型符合大眾審美的的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：幾何形體；比例與分割；產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

1幾何形的起源與發(fā)展

早在古埃及時(shí)代，人們就已經(jīng)懂得利用一些簡單的圖形來丈量土地，并且將其當(dāng)作人類生活中的基本常識(shí)去使用[1]。真正有人開始認(rèn)真研究幾何圖形，是從古希臘時(shí)代才開始的，發(fā)展到今天幾何學(xué)屬于數(shù)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)分支。石器時(shí)代出土的大量器具，都以簡單的幾何圖形為主。器物的表面附有簡單的線條作為裝飾，這是人類文明史上最早的幾何知識(shí)的萌芽。考古出土的石器時(shí)代的彩陶旋渦紋尖底瓶，其外部就采用簡單的線條和圓形，以不同的角度排列達(dá)到外部裝飾的目的。整個(gè)尖底瓶的形態(tài)頂圓底尖，不僅體現(xiàn)人們生活經(jīng)驗(yàn)所得的智慧，也從側(cè)面反映出人們對(duì)幾何形態(tài)的初步思考與探索。無論是這些規(guī)律排列的表面裝飾圖案還是器具的形態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)裝飾意識(shí)和對(duì)形狀的感知很早就出現(xiàn)在人們的思維意識(shí)之中。十九世紀(jì)始，人們追求幾何形產(chǎn)品[2]，原因在于簡單的幾何形體易于生產(chǎn)加工，功能性強(qiáng)，能夠滿足當(dāng)時(shí)工業(yè)化社會(huì)大批量生產(chǎn)的訴求。到如今，人們追求產(chǎn)品形式與功能上的并重，既注重實(shí)用性，也要造型美觀，以滿足人們精神上更高層次的舒適感和愉悅感。因此，用戶需求和用戶分體驗(yàn)已然成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的重要考量。目前設(shè)計(jì)界約定成俗的認(rèn)為幾何圖形，包括點(diǎn)、線、面、體的具有規(guī)律性和規(guī)則性的圖像，當(dāng)幾何圖形的各部分在同一個(gè)平面內(nèi)時(shí)，為平面圖形；而各部分位于互相垂直的空間時(shí)，構(gòu)成立體圖形。

2幾何形體的分類與應(yīng)用特點(diǎn)

筆者認(rèn)為，從幾何形體的構(gòu)成方式來看，可以將幾何形體分為兩類：多面體和旋轉(zhuǎn)體。

2.1多面體

多面體包括立方體、棱柱、多個(gè)曲面構(gòu)成的形體等。立方體、棱柱等棱角分明的形體能夠吸引人的注意，激發(fā)人的大腦思考；而由多個(gè)曲面構(gòu)成的柔和曲面形體更具吸引力，給人積極正面的印象。構(gòu)成多面體的多邊形，在對(duì)其構(gòu)圖分割時(shí)，通常會(huì)找特征點(diǎn)，比如某邊的中點(diǎn)、三分之一點(diǎn)、四分之一點(diǎn)、黃金分割點(diǎn)等等，分割的位置不同，產(chǎn)生的視覺效果也有差別。常見的四邊形，包括矩形、梯形和平行四邊形等構(gòu)圖方式多樣，就矩形而言，是按照寬與長的比來進(jìn)行構(gòu)圖。常用的幾何圖形比例關(guān)系如表1所示，其中1：1的矩形我們稱作正方形，而比例為5：8的圖形則被稱為黃金矩形。除了黃金矩形外，比較常用的還有根號(hào)矩形，比如√￣2、√￣3、√￣4、√￣5等都是比較常用的幾個(gè)根號(hào)數(shù)值[3]。在產(chǎn)品造型的設(shè)計(jì)中，如果要考慮到加工工藝和技術(shù)要求，往往直棱直角的造型遠(yuǎn)比帶有曲面的造型容易加工和生產(chǎn)。如圖1所示這款西門子對(duì)開雙門式冰箱，整體尺寸為：910*707*1755mm，其造型是以簡單的立方體為主，在其整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上按比例進(jìn)行簡單的幾何分割。就其正視圖觀察，長與高的比接近于1：2，雙開門兩側(cè)門的的寬度比接近于5：6，開啟冰箱門的把手的位置處于整個(gè)冰箱的中間偏上的位置，高度334mm，此位置距離冰箱底部的高度為943mm，兩者之比剛好接近1：3，且與冰箱頂部的比例接近4：5。由此可見，將幾何圖形的各種比例適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用到幾何形體的造型中，會(huì)帶來舒適的視覺效果，使得產(chǎn)品的造型簡潔，穩(wěn)重大方。

2.2旋轉(zhuǎn)體

旋轉(zhuǎn)體一般包括圓柱體、圓錐體、圓臺(tái)體、球體等[4]。旋轉(zhuǎn)體的外形簡單、圓潤，生活中常見的杯子、飲料瓶等容器類產(chǎn)品，都是簡單的旋轉(zhuǎn)體，造型簡潔，形態(tài)單一，突出了產(chǎn)品的實(shí)用性功能。球是旋轉(zhuǎn)體中的特殊存在。在平面圖形中為圓形，當(dāng)圓無限縮小時(shí)將會(huì)變成點(diǎn)，從幾何學(xué)角度來講，點(diǎn)沒有大小之分，只表示位置或者某條線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)[5]。點(diǎn)作為產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的一種表達(dá)形式，具有大小、面積、方向等變化，是傳達(dá)造型形態(tài)的基本的元素之一。在自然界中的球體本身就有一種柔軟感和舒適感。因此，以球體為基本元素的造型物，天然的帶給用戶親切感和易接受感。很多兒童玩具和兒童產(chǎn)品大多是圓潤的形態(tài)，不僅易于兒童接受，也能激發(fā)兒童對(duì)形態(tài)的認(rèn)知和想象。同時(shí)，球體也是同體積下的產(chǎn)品中最節(jié)省材料的一種造型，結(jié)構(gòu)簡單，減少了產(chǎn)品零部件的數(shù)目。

3幾何形體在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中常用的方法

進(jìn)行產(chǎn)品造型時(shí)，要尊崇實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀這三個(gè)基本原則[6]。在人的潛意識(shí)中，美的產(chǎn)品更具吸引力，且容易被接受并長期使用。因此，在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師慣于在原幾何形體的基礎(chǔ)上借用數(shù)學(xué)中的加法、減法和變形運(yùn)算的概念，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品造型能夠更加美觀、獨(dú)特。

3.1加法運(yùn)算

加法運(yùn)算可以包括兩類，疊加和拼接。筆者認(rèn)為疊加是指兩個(gè)以上的幾何形體按照一定的規(guī)律或者方法堆砌在一起，生成新的產(chǎn)品造型形態(tài)，塑造出硬朗的線條，體與體銜接處不需太多的柔性過渡，是以塊體的堆砌展現(xiàn)出硬朗的機(jī)械美學(xué)。機(jī)械美是結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)明了、構(gòu)造簡潔且外表樸素、不加修飾的美。從設(shè)計(jì)心理學(xué)角度分析，機(jī)械美符合人的理性邏輯思維，又與求新求異的心理貼合。早在英國工業(yè)革命時(shí)期機(jī)械美就被人們所推崇，如蒸汽機(jī)、火車等，都以初始的外觀形態(tài)呈現(xiàn)給大眾、雖不能比現(xiàn)代的產(chǎn)品美觀，但卻從機(jī)器的每一個(gè)部件都能清晰的展示其結(jié)構(gòu)及工作原理、重點(diǎn)是可批量化生產(chǎn)，滿足了當(dāng)時(shí)的工業(yè)化生產(chǎn)需求。正如鐘表的出現(xiàn)是為了讓人們更加便捷的感知時(shí)間，但鐘表其實(shí)是一種非常精密且復(fù)雜的機(jī)械，其內(nèi)部不同大小的齒輪、發(fā)條等零部件以規(guī)律的形式組合在一起，當(dāng)所有零部件開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將展現(xiàn)出一種獨(dú)特的機(jī)械美。拼接是將具有一定規(guī)律的幾何形態(tài)之間以凹凸拼接的方式使各部分組合在一起，構(gòu)成多變的形態(tài)。各部分功能不同，但當(dāng)不同的部分組合在一起時(shí)，會(huì)產(chǎn)生新的造型，擁有更多的功能。如生活中，很多小戶型用戶會(huì)選擇具有儲(chǔ)物功能的沙發(fā)床，通過變換沙發(fā)的形態(tài)以達(dá)到不同的使用功能。與沙發(fā)相比，可移動(dòng)拼接式儲(chǔ)物架更受用戶的歡迎，在開放的空間里，用戶可依據(jù)個(gè)人習(xí)慣和喜好收藏物品，并可隨時(shí)改變儲(chǔ)物架的格局。

3.2減法運(yùn)算

減法運(yùn)算可分為分割和切削。減法不僅助力產(chǎn)品的體量逐漸輕盈，更能夠豐富產(chǎn)品的外部形態(tài)。產(chǎn)品細(xì)節(jié)的塑造以及功能鍵的塑造過程中，會(huì)以分割的方式劃分各部分。在對(duì)幾何形體進(jìn)行分割時(shí)，一般會(huì)參照前文中提到的黃金分割比和根號(hào)矩形的比例關(guān)系等進(jìn)行，無論是橫向還是縱向分割都要考慮到基本的美學(xué)關(guān)系。而在一個(gè)幾何形體的基礎(chǔ)上，融入一些凹凸的小細(xì)節(jié)，既可以作功能鍵，又可以塑造出外觀造型上的形式美感。切削則是產(chǎn)品做減法時(shí)使用最多的一種手法。將既定的幾何形體的局部進(jìn)行切削，在切削的過程中由于切入位置、弧度、形狀等的不同，產(chǎn)生的造型形態(tài)也大不相同。但在幾何形體的切削過程中，既要追求面的對(duì)比效果，又要追求形體的統(tǒng)一，這樣才會(huì)避免產(chǎn)品形態(tài)的零散、瑣碎感。這也是設(shè)計(jì)師追求極簡主義設(shè)計(jì)的造型方法之一，但是極簡主義并不是簡化、剔除、而是精準(zhǔn)、確定[7]。此外，雕刻屬于切削的一種形式，屬于一種比較常用的造型裝飾的手法，在中國傳統(tǒng)的家具設(shè)計(jì)中，大部分的木質(zhì)材料的產(chǎn)品都會(huì)通過在表面進(jìn)行雕刻來豐富產(chǎn)品的形態(tài)，通過雕刻的技法可以改變產(chǎn)品本身的體量感以達(dá)到產(chǎn)品的塑形，因而呈現(xiàn)出最美的的狀態(tài)。

3.3變形運(yùn)算

變形運(yùn)算中可分為漸變和扭曲。漸變是將各類幾何形體按照特定的方向，以大小或形狀的變化，形成新的形體。頭戴式耳機(jī)之所以受到人們喜愛，除了音質(zhì)好之外，造型也是極其豐富的，兩邊的圓形耳殼通過中間的頭帶將兩個(gè)部分光滑過渡，相接處通過面與面之間的曲率進(jìn)行的匹配，從而使不同形狀的形體之間既互相聯(lián)系又互相區(qū)別。耳機(jī)形體的邊緣做倒角處理的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，增加產(chǎn)品的美觀性。使整體的最終效果能夠更加統(tǒng)一與和諧，達(dá)到安全性與美觀的效果。另外，在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的過程中，為了使產(chǎn)品達(dá)到動(dòng)感效果或遵循一定的審美導(dǎo)向，會(huì)將某一基本形體按照一定的審美導(dǎo)向進(jìn)行扭曲。將基礎(chǔ)的形體以一定的審美導(dǎo)向扭轉(zhuǎn)后，會(huì)打破其原本規(guī)矩的狀態(tài)，增加了趣味性及活潑感。

4結(jié)語

幾何形體作為產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的重要依據(jù)，應(yīng)用于生活的各個(gè)角落。筆者認(rèn)為通過探究多面體與旋轉(zhuǎn)體等不同幾何形體之間的規(guī)律與數(shù)理美，并借用數(shù)學(xué)中的加減法及變形運(yùn)算來分析產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的具體方法。通過疊加、切削、扭曲等具體的這些造型設(shè)計(jì)方法，可以幫助學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的師生和設(shè)計(jì)師們?cè)诋?dāng)代產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)時(shí)，得到實(shí)質(zhì)性的啟發(fā)，設(shè)計(jì)出令用戶滿意且使產(chǎn)品造型能夠更加符合現(xiàn)代人的審美需求。

作者：闞鳳巖 鄧聰 單位：東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院