幾何形體在產品造型設計的運用

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摘要：本文通過探究幾何形的起源與發展、幾何形體的特點，觀察產品造型的規律，概括出疊加、拼接、分割、切削、漸變、扭曲等基本的產品造型方法。通過各種幾何形體的不同特點，根據不同比例的分割規律，運用疊加、切削等簡單的造型方法可助現代產品造型設計的快速實現，且造型符合大眾審美的的標準。

關鍵詞：幾何形體；比例與分割；產品造型設計

1幾何形的起源與發展

早在古埃及時代，人們就已經懂得利用一些簡單的圖形來丈量土地，并且將其當作人類生活中的基本常識去使用[1]。真正有人開始認真研究幾何圖形，是從古希臘時代才開始的，發展到今天幾何學屬于數學領域的一個分支。石器時代出土的大量器具，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的萌芽?？脊懦鐾恋氖鲿r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到外部裝飾的目的。整個尖底瓶的形態頂圓底尖，不僅體現人們生活經驗所得的智慧，也從側面反映出人們對幾何形態的初步思考與探索。無論是這些規律排列的表面裝飾圖案還是器具的形態，可以發現裝飾意識和對形狀的感知很早就出現在人們的思維意識之中。十九世紀始，人們追求幾何形產品[2]，原因在于簡單的幾何形體易于生產加工，功能性強，能夠滿足當時工業化社會大批量生產的訴求。到如今，人們追求產品形式與功能上的并重，既注重實用性，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已然成為產品設計時的重要考量。目前設計界約定成俗的認為幾何圖形，包括點、線、面、體的具有規律性和規則性的圖像，當幾何圖形的各部分在同一個平面內時，為平面圖形；而各部分位于互相垂直的空間時，構成立體圖形。

2幾何形體的分類與應用特點

筆者認為，從幾何形體的構成方式來看，可以將幾何形體分為兩類：多面體和旋轉體。

2.1多面體

多面體包括立方體、棱柱、多個曲面構成的形體等。立方體、棱柱等棱角分明的形體能夠吸引人的注意，激發人的大腦思考；而由多個曲面構成的柔和曲面形體更具吸引力，給人積極正面的印象。構成多面體的多邊形，在對其構圖分割時，通常會找特征點，比如某邊的中點、三分之一點、四分之一點、黃金分割點等等，分割的位置不同，產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圖方式多樣，就矩形而言，是按照寬與長的比來進行構圖。常用的幾何圖形比例關系如表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矩形，比如√￣2、√￣3、√￣4、√￣5等都是比較常用的幾個根號數值[3]。在產品造型的設計中，如果要考慮到加工工藝和技術要求，往往直棱直角的造型遠比帶有曲面的造型容易加工和生產。如圖1所示這款西門子對開雙門式冰箱，整體尺寸為：910*707*1755mm，其造型是以簡單的立方體為主，在其整體結構的基礎上按比例進行簡單的幾何分割。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的運用到幾何形體的造型中，會帶來舒適的視覺效果，使得產品的造型簡潔，穩重大方。

2.2旋轉體

旋轉體一般包括圓柱體、圓錐體、圓臺體、球體等[4]。旋轉體的外形簡單、圓潤，生活中常見的杯子、飲料瓶等容器類產品，都是簡單的旋轉體，造型簡潔，形態單一，突出了產品的實用性功能。球是旋轉體中的特殊存在。在平面圖形中為圓形，當圓無限縮小時將會變成點，從幾何學角度來講，點沒有大小之分，只表示位置或者某條線段的起點和終點[5]。點作為產品造型設計的一種表達形式，具有大小、面積、方向等變化，是傳達造型形態的基本的元素之一。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品大多是圓潤的形態，不僅易于兒童接受，也能激發兒童對形態的認知和想象。同時，球體也是同體積下的產品中最節省材料的一種造型，結構簡單，減少了產品零部件的數目。

3幾何形體在產品造型設計中常用的方法

進行產品造型時，要尊崇實用、經濟、美觀這三個基本原則[6]。在人的潛意識中，美的產品更具吸引力，且容易被接受并長期使用。因此，在產品造型設計過程中，設計師慣于在原幾何形體的基礎上借用數學中的加法、減法和變形運算的概念，使設計出的產品造型能夠更加美觀、獨特。

3.1加法運算

加法運算可以包括兩類，疊加和拼接。筆者認為疊加是指兩個以上的幾何形體按照一定的規律或者方法堆砌在一起，生成新的產品造型形態，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出硬朗的機械美學。機械美是結構合理、技術明了、構造簡潔且外表樸素、不加修飾的美。從設計心理學角度分析，機械美符合人的理性邏輯思維，又與求新求異的心理貼合。早在英國工業革命時期機械美就被人們所推崇，如蒸汽機、火車等，都以初始的外觀形態呈現給大眾、雖不能比現代的產品美觀，但卻從機器的每一個部件都能清晰的展示其結構及工作原理、重點是可批量化生產，滿足了當時的工業化生產需求。正如鐘表的出現是為了讓人們更加便捷的感知時間，但鐘表其實是一種非常精密且復雜的機械，其內部不同大小的齒輪、發條等零部件以規律的形式組合在一起，當所有零部件開始運轉時，將展現出一種獨特的機械美。拼接是將具有一定規律的幾何形態之間以凹凸拼接的方式使各部分組合在一起，構成多變的形態。各部分功能不同，但當不同的部分組合在一起時，會產生新的造型，擁有更多的功能。如生活中，很多小戶型用戶會選擇具有儲物功能的沙發床，通過變換沙發的形態以達到不同的使用功能。與沙發相比，可移動拼接式儲物架更受用戶的歡迎，在開放的空間里，用戶可依據個人習慣和喜好收藏物品，并可隨時改變儲物架的格局。

3.2減法運算

減法運算可分為分割和切削。減法不僅助力產品的體量逐漸輕盈，更能夠豐富產品的外部形態。產品細節的塑造以及功能鍵的塑造過程中，會以分割的方式劃分各部分。在對幾何形體進行分割時，一般會參照前文中提到的黃金分割比和根號矩形的比例關系等進行，無論是橫向還是縱向分割都要考慮到基本的美學關系。而在一個幾何形體的基礎上，融入一些凹凸的小細節，既可以作功能鍵，又可以塑造出外觀造型上的形式美感。切削則是產品做減法時使用最多的一種手法。將既定的幾何形體的局部進行切削，在切削的過程中由于切入位置、弧度、形狀等的不同，產生的造型形態也大不相同。但在幾何形體的切削過程中，既要追求面的對比效果，又要追求形體的統一，這樣才會避免產品形態的零散、瑣碎感。這也是設計師追求極簡主義設計的造型方法之一，但是極簡主義并不是簡化、剔除、而是精準、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，在中國傳統的家具設計中，大部分的木質材料的產品都會通過在表面進行雕刻來豐富產品的形態，通過雕刻的技法可以改變產品本身的體量感以達到產品的塑形，因而呈現出最美的的狀態。

3.3變形運算

變形運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。頭戴式耳機之所以受到人們喜愛，除了音質好之外，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部分光滑過渡，相接處通過面與面之間的曲率進行的匹配，從而使不同形狀的形體之間既互相聯系又互相區別。耳機形體的邊緣做倒角處理的細節設計，增加產品的美觀性。使整體的最終效果能夠更加統一與和諧，達到安全性與美觀的效果。另外，在產品造型設計的過程中，為了使產品達到動感效果或遵循一定的審美導向，會將某一基本形體按照一定的審美導向進行扭曲。將基礎的形體以一定的審美導向扭轉后，會打破其原本規矩的狀態，增加了趣味性及活潑感。

4結語

幾何形體作為產品造型設計中的重要依據，應用于生活的各個角落。筆者認為通過探究多面體與旋轉體等不同幾何形體之間的規律與數理美，并借用數學中的加減法及變形運算來分析產品造型設計中的具體方法。通過疊加、切削、扭曲等具體的這些造型設計方法，可以幫助學習設計的師生和設計師們在當代產品造型設計時，得到實質性的啟發，設計出令用戶滿意且使產品造型能夠更加符合現代人的審美需求。

作者：闞鳳巖 鄧聰 單位：東北石油大學機械科學與工程學院