形态仿生在汽车设计中的应用

摘要:随着越来越多的汽车走进千家万户,对汽车的需求量越来越大,同时对汽车的造型越来越高。仿生设计作为现代汽车设计方法中常见的方法,本文主要研究应用于汽车外形造型设计中的形态仿生。并举汽车仿生设计史中比较成功的两个例子作为研究案例具体分析。
关键词:仿生设计学,形态仿生,汽车造型设计


一、引言

设计的方法有千万种,我们采用的设计的方法也千差万别,但是我们应用在汽车设计上以仿生设计为大多数。仿生设计学,也可称为设计仿生学(Design Bionics),它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科,是模拟生物系统的某些原理,通过模拟的形式,整理、分析、提炼并构思设计出具有类似生物系统某些特征的一种新的设计思维方法(1)。仿生设计的发展一共经历了四个阶段:萌芽阶段,初始阶段,中级阶段,高级阶段。远古时期,人们的认识能力与技术能力有限,原始人类认为生物器官是这些神奇力量的来源(图1);在长期历史的演化中,人们逐渐对生物形态赋予了各种象征:凶猛的狮子象征王权的威严(图2),这就进行到了仿生设计的第二个阶段——初级阶段;中级阶段的开始伴随着人类对自然的熟悉程度的提高和更深层次的认识,大众汽车集团创始人费迪南德·波尔舍在上个世纪30年代设计了第一辆以昆虫的造型为车身的汽车——大众甲壳虫(图3);随着科学技术的发展,人们对自然界的认知越来越复杂化、系统化,这时的设计师们对仿生设计不仅仅是对外形上的研究,还将生物特征的结构、功能、信息特征运用到设计上。

图1 印第安羽毛头饰

图2 中国龙椅

图3 大众甲壳虫

二、仿生设计中的形态仿生

形态仿生是指研究自然界与生物体的外形、色彩、质感、信息传递的方式方法,并通过研究得出结论,将所研究对象运用简化、抽象、夸张、隐喻等艺术手法运用到产品外观,使创造出的产品与仿生产品产生一种或多种关联性,形态仿生在设计产品中为最常见的形式。形态仿生通过细分可以分为四种:外形仿生、色彩仿生、质感仿生、意向仿生。外形仿生是指模仿生物体的轮廓线、结构线,使得设计出的产品与原生物体之间从外形上建立一种联系。外形仿生是其他形态仿生的基础,并对产品的产生有很大的影响,通过外形仿生设计出的产品可以从产品外观上识别所出模仿的生物体;产品颜色的选择在产品设计中具有重要的影响,不用颜色所带来的感官效果是不同的,所以,色彩仿生显得尤为重要,借助大自然和生物体具有色彩信号进行仿生;质感仿生是在模拟生物体的表面肌理的自然属性,例如:Pforzhemim大学毕业的女学生Anne·Forschner就为宝马设计了一款名为Lovos Concept概念车(图4),这款车的车身镶满了金属鳞片,并在这些鳞片上还覆盖着太阳能电池,可以为车提供动力,节约能源,保护环境,这是一款前所未有的太阳能动力的概念车。除此之外,人们对鸟类和鱼类的研究发现,在一些情况下,不光滑的表面更能有效的减少空气阻力。

图4 宝马 Lovos Concept概念车

汽车外形的发展与演变大概可以分为五类:箱型车、流线型车、船型车、鱼型车、楔形车。上个世纪初,美国福特公司设计出T型车,这是世界上第一辆开发研究出可以使用的箱型车,这个时期的T型车就像一个大方盒子,并没有门窗,只有一个外框,现在人们都愿意称这个时期的车为箱型车(图5)。20世纪20年代人们为了减少空气阻力和气流的紊乱造成汽车行驶速度的影响。设计师们开始从大自然与自然生物中寻找,研究各类生物体在空气中穿越的速度与时间,并将之运用到汽车设计中,经过反复试验,发现可以模仿生物体的外形进行汽车设计,提高汽车在穿越空气时的速度,称为“流线型”。流线型车中最有代表性,产量最大的是的1937年德国大众的“甲壳虫”(图3)。因汽车外形酷似甲壳虫而得名,因受到的空气阻力较小,很快,它像福特T型车一样很快风靡全球。1949年福特公司推出了新型福特V8型汽车,它与甲壳虫车有很大区别:驾驶室位于车的中部,车前是发动机,后为后备箱,这种形状非常像船的造型,所以称为船型汽车(图6)。后来人们在设计中逐渐把后窗玻璃倾斜,并且在发展过程中,发现斜背式的汽车很像鱼的脊背,因此这类车被称为“鱼型车”(图7)。鱼型车行驶起来容易产生很大的升力,这样会使得汽车的行驶的稳定性和操纵性降低。人们进行了反复的探索,终于解决了升力的问题——就是将汽车车身整体向前下方倾斜,这种形状有效地克服升力带来的形式问题,最终将这种形状称为“楔型”(图8)。

图5 福特T型车

图6 船型车

图7 鱼型车

图8 楔形车

三、形态仿生在汽车设计中的案例研究

著名的设计师克拉尼说过:“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”(2)。许多生物实现其功能的结构和特征都会反映在形态上,进行这样的仿生设计时,不论是进行形态仿生还是功能仿生,表现出来的效果都是一样的。例如:鸟类和鱼类的流线形体能减少空气阻力,这样的仿生设计是出于对创作产品的功能考虑,但是采用了生物的外观形态。

案例一、梅赛德斯——奔驰仿生概念车
奔驰汽车公司于2005年推出了一款利用仿生设计学概念设计的一款汽车,这款汽车的主要灵感来源于盒子鱼(boxfish)(图9)。盒子鱼,顾名思义,就是长得像盒子的鱼。此鱼略呈正立方体,像盒子一样,身体具有四棱脊,无背中棱,仅在背鳍前方隆起;各棱脊无棘;腹面突出呈弧状。背鳍短小,位于体后部,无硬棘,具9根软鳍条;臀鳍具9根软鳍条;尾鳍圆形;非常具有流线特征,因此符合空气力学的要求。它们生活在热带海洋的珊瑚礁、礁湖和海藻群环境中,它们就像汽车一样,要求活动时消耗的能量最少,这就必须有强壮的肌肉和流线形的身体。为了在林立的珊瑚礁从中保护自己,盒子鱼的表面十分坚韧,可以抵抗很高的压力。它的四方形的身体截面十分类似于汽车的形体,这些对汽车设计来说都是极其突出的优势。盒子鱼奇特的外形给了梅赛德斯公司以设计灵感。

根据汽车设计的要求和盒子鱼的特点,确定选用盒子鱼的形态特征和色彩特征,斯图加特设计人员通过对盒子鱼进行详细的观察和分析,制作了一个泥土模型(图10),并进行了风阻系数测试,结果只有0.06。色彩选取了盒子鱼身上的黄绿色和黑色两种颜色作为汽车外形的主要颜色。借助这款设计,梅赛德斯的工程师们也成功地让汽车的燃油耗费下降了,并让一氧化氮排放量下降。

图9 盒子鱼

图10 风阻实验模型

在对盒子鱼的外观特征提取以后,发现盒子鱼泥土模型并没有完全摆脱其自然形象,无法与汽车之间形成良好的配合,并不能直接运用到汽车设计之中。设计师们进行反复研究,决定将盒子鱼棱角分明的轮廓作为汽车的侧面和侧裙,将尖尖的鱼嘴尽量收窄,同时将盒子鱼的尾部去掉,改为正常的楔形,这样就大概有了一个汽车的磨样。盒子鱼圆滑、流畅的线条为概念仿生汽车奠定了一个良好的基础,经过后期的不断完善,一辆形体长4.24米,宽1.82米,高1.59米的车最终完成。(图11)

图11 boxfish概念车

案例二、大众NEEZA(哪吒)概念车
德国最近几年的新车都有采用西方神话人物的名字:PHEATON(辉腾)、Eos、Tourag,在采用这些名字的同时对这些人物的仿生。德国一直具有仿生设计的能力,在德国汽车史上,最典型的车还属德国大众甲壳虫汽车,直到现在,仿生设计经常在德国大众汽车上使用。因此,作为上海大众,本土设计师也可以从这一方面入手,寻求仿生设计的可能性。

图12 哪吒

上海大众的设计师要保证品牌特征的延续性,同时也要保证具有我国文化特征,设计师们决定推出具有中国特色的概念车。最终,哪吒的形象进入设计师重点考虑的人物形象。哪吒(图12)——头戴乾坤圈,臂绕混天绫,脚踏风火轮,手持火尖枪,中国家喻户晓的神话故事里的英雄形象,他活泼、激情、热情和年轻,敢于挑战权威。确定了哪吒作为仿生设计的对象后,确定模型哪吒的形态特征和色彩特征。哪吒的武器是火尖枪,霸气又有动感,设计师们从火尖枪中寻找灵感,将火尖枪头运用到每一个辐条,该轮毂采用18寸9辐条铝合金轮毂,同时也很好的配个了车身阳刚气十足的设计风格。提高哪吒速度的的宝物那就是风火轮,火焰代表了热情,设计师们将它运用在轮胎上做成胎纹,代表速度。哪吒拥有一双炯炯有神的眼睛,设计师将哪吒的眼镜在汽车上进行了抽象设计,使得前车灯看起来现代又充满张力。并且前脸的设计风格与前灯搭配非常协调,起到了画龙点睛的作用。(图13,14)

图13 大众NEEZA(哪吒)概念车前脸

图14 大众NEEZA(哪吒)概念车尾部

四、总结与展望

我们一直在探索大自然的奥秘,广阔的大自然一直是我们设计的灵感来源。形态仿生出现在汽车设计中的方方面面,不仅只应用在汽车外形设计上,同时也应用在结构与内饰中。仿生设计学作为设计的前沿发展趋势,根据仿生的基本原理,尽可能的选择出仿生生物的优势,并合理的利用到汽车设计中,设计出更多令大众满意、更有特色的汽车造型。


注释:
①徐伯初、陆冀宁,《仿生设计概论》,成都.西南交通大学出版社,2016年版,第11页
②孙宁娜、张凯,《仿生设计》,北京.电子工业出版社,2014年版,前言

参考文献
[1]孙宁娜,张凯.仿生设计[M].北京:电子工业出版社,2014
[2]徐伯初,陆冀宁.仿生设计概论[M].成都:西南交通大学出版社,2016
[3]王惠军.汽车造型设计仁[M].北京:国防工业出版社,2007
[4]杜海滨.汽车造型设计[M].沈阳:辽宁美术出版社,2006
[5]李卓森.现代汽车造型[M].北京:人民交通出版,2005

作者:贾丽(艺术与设计学院,武汉理工大学,珞狮路122号,武汉 430070,中国)


The Application of Morphological Bionic in Automobile Design
Li Jia
(School of Art and Design, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122,Wuhan 430070, China.)
Abstract: With more and more cars into the tens of thousands of households, the growing demand for cars, while the shape of the car is getting higher and higher. Design bionics as a common method in modern automobile design method, this paper mainly studies the morphological bionic used in the design of automobile exterior shape. And the two examples of the success of car bionic design history as a case study specific analysis.
Key words: design bionics morphology bionic car design