几何形体在产品造型设计的运用

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摘要：本文通过探究几何形的起源与发展、几何形体的特点，观察产品造型的规律，概括出叠加、拼接、分割、切削、渐变、扭曲等基本的产品造型方法。通过各种几何形体的不同特点，根据不同比例的分割规律，运用叠加、切削等简单的造型方法可助现代产品造型设计的快速实现，且造型符合大众审美的的标准。

关键词：几何形体；比例与分割；产品造型设计

1几何形的起源与发展

早在古埃及时代，人们就已经懂得利用一些简单的图形来丈量土地，并且将其当作人类生活中的基本常识去使用[1]。真正有人开始认真研究几何图形，是从古希腊时代才开始的，发展到今天几何学属于数学领域的一个分支。石器时代出土的大量器具，都以简单的几何图形为主。器物的表面附有简单的线条作为装饰，这是人类文明史上最早的几何知识的萌芽。考古出土的石器时代的彩陶旋涡纹尖底瓶，其外部就采用简单的线条和圆形，以不同的角度排列达到外部装饰的目的。整个尖底瓶的形态顶圆底尖，不仅体现人们生活经验所得的智慧，也从侧面反映出人们对几何形态的初步思考与探索。无论是这些规律排列的表面装饰图案还是器具的形态，可以发现装饰意识和对形状的感知很早就出现在人们的思维意识之中。十九世纪始，人们追求几何形产品[2]，原因在于简单的几何形体易于生产加工，功能性强，能够满足当时工业化社会大批量生产的诉求。到如今，人们追求产品形式与功能上的并重，既注重实用性，也要造型美观，以满足人们精神上更高层次的舒适感和愉悦感。因此，用户需求和用户分体验已然成为产品设计时的重要考量。目前设计界约定成俗的认为几何图形，包括点、线、面、体的具有规律性和规则性的图像，当几何图形的各部分在同一个平面内时，为平面图形；而各部分位于互相垂直的空间时，构成立体图形。

2几何形体的分类与应用特点

笔者认为，从几何形体的构成方式来看，可以将几何形体分为两类：多面体和旋转体。

2.1多面体

多面体包括立方体、棱柱、多个曲面构成的形体等。立方体、棱柱等棱角分明的形体能够吸引人的注意，激发人的大脑思考；而由多个曲面构成的柔和曲面形体更具吸引力，给人积极正面的印象。构成多面体的多边形，在对其构图分割时，通常会找特征点，比如某边的中点、三分之一点、四分之一点、黄金分割点等等，分割的位置不同，产生的视觉效果也有差别。常见的四边形，包括矩形、梯形和平行四边形等构图方式多样，就矩形而言，是按照宽与长的比来进行构图。常用的几何图形比例关系如表1所示，其中1：1的矩形我们称作正方形，而比例为5：8的图形则被称为黄金矩形。除了黄金矩形外，比较常用的还有根号矩形，比如√￣2、√￣3、√￣4、√￣5等都是比较常用的几个根号数值[3]。在产品造型的设计中，如果要考虑到加工工艺和技术要求，往往直棱直角的造型远比带有曲面的造型容易加工和生产。如图1所示这款西门子对开双门式冰箱，整体尺寸为：910*707*1755mm，其造型是以简单的立方体为主，在其整体结构的基础上按比例进行简单的几何分割。就其正视图观察，长与高的比接近于1：2，双开门两侧门的的宽度比接近于5：6，开启冰箱门的把手的位置处于整个冰箱的中间偏上的位置，高度334mm，此位置距离冰箱底部的高度为943mm，两者之比刚好接近1：3，且与冰箱顶部的比例接近4：5。由此可见，将几何图形的各种比例适当的运用到几何形体的造型中，会带来舒适的视觉效果，使得产品的造型简洁，稳重大方。

2.2旋转体

旋转体一般包括圆柱体、圆锥体、圆台体、球体等[4]。旋转体的外形简单、圆润，生活中常见的杯子、饮料瓶等容器类产品，都是简单的旋转体，造型简洁，形态单一，突出了产品的实用性功能。球是旋转体中的特殊存在。在平面图形中为圆形，当圆无限缩小时将会变成点，从几何学角度来讲，点没有大小之分，只表示位置或者某条线段的起点和终点[5]。点作为产品造型设计的一种表达形式，具有大小、面积、方向等变化，是传达造型形态的基本的元素之一。在自然界中的球体本身就有一种柔软感和舒适感。因此，以球体为基本元素的造型物，天然的带给用户亲切感和易接受感。很多儿童玩具和儿童产品大多是圆润的形态，不仅易于儿童接受，也能激发儿童对形态的认知和想象。同时，球体也是同体积下的产品中最节省材料的一种造型，结构简单，减少了产品零部件的数目。

3几何形体在产品造型设计中常用的方法

进行产品造型时，要尊崇实用、经济、美观这三个基本原则[6]。在人的潜意识中，美的产品更具吸引力，且容易被接受并长期使用。因此，在产品造型设计过程中，设计师惯于在原几何形体的基础上借用数学中的加法、减法和变形运算的概念，使设计出的产品造型能够更加美观、独特。

3.1加法运算

加法运算可以包括两类，叠加和拼接。笔者认为叠加是指两个以上的几何形体按照一定的规律或者方法堆砌在一起，生成新的产品造型形态，塑造出硬朗的线条，体与体衔接处不需太多的柔性过渡，是以块体的堆砌展现出硬朗的机械美学。机械美是结构合理、技术明了、构造简洁且外表朴素、不加修饰的美。从设计心理学角度分析，机械美符合人的理性逻辑思维，又与求新求异的心理贴合。早在英国工业革命时期机械美就被人们所推崇，如蒸汽机、火车等，都以初始的外观形态呈现给大众、虽不能比现代的产品美观，但却从机器的每一个部件都能清晰的展示其结构及工作原理、重点是可批量化生产，满足了当时的工业化生产需求。正如钟表的出现是为了让人们更加便捷的感知时间，但钟表其实是一种非常精密且复杂的机械，其内部不同大小的齿轮、发条等零部件以规律的形式组合在一起，当所有零部件开始运转时，将展现出一种独特的机械美。拼接是将具有一定规律的几何形态之间以凹凸拼接的方式使各部分组合在一起，构成多变的形态。各部分功能不同，但当不同的部分组合在一起时，会产生新的造型，拥有更多的功能。如生活中，很多小户型用户会选择具有储物功能的沙发床，通过变换沙发的形态以达到不同的使用功能。与沙发相比，可移动拼接式储物架更受用户的欢迎，在开放的空间里，用户可依据个人习惯和喜好收藏物品，并可随时改变储物架的格局。

3.2减法运算

减法运算可分为分割和切削。减法不仅助力产品的体量逐渐轻盈，更能够丰富产品的外部形态。产品细节的塑造以及功能键的塑造过程中，会以分割的方式划分各部分。在对几何形体进行分割时，一般会参照前文中提到的黄金分割比和根号矩形的比例关系等进行，无论是横向还是纵向分割都要考虑到基本的美学关系。而在一个几何形体的基础上，融入一些凹凸的小细节，既可以作功能键，又可以塑造出外观造型上的形式美感。切削则是产品做减法时使用最多的一种手法。将既定的几何形体的局部进行切削，在切削的过程中由于切入位置、弧度、形状等的不同，产生的造型形态也大不相同。但在几何形体的切削过程中，既要追求面的对比效果，又要追求形体的统一，这样才会避免产品形态的零散、琐碎感。这也是设计师追求极简主义设计的造型方法之一，但是极简主义并不是简化、剔除、而是精准、确定[7]。此外，雕刻属于切削的一种形式，属于一种比较常用的造型装饰的手法，在中国传统的家具设计中，大部分的木质材料的产品都会通过在表面进行雕刻来丰富产品的形态，通过雕刻的技法可以改变产品本身的体量感以达到产品的塑形，因而呈现出最美的的状态。

3.3变形运算

变形运算中可分为渐变和扭曲。渐变是将各类几何形体按照特定的方向，以大小或形状的变化，形成新的形体。头戴式耳机之所以受到人们喜爱，除了音质好之外，造型也是极其丰富的，两边的圆形耳壳通过中间的头带将两个部分光滑过渡，相接处通过面与面之间的曲率进行的匹配，从而使不同形状的形体之间既互相联系又互相区别。耳机形体的边缘做倒角处理的细节设计，增加产品的美观性。使整体的最终效果能够更加统一与和谐，达到安全性与美观的效果。另外，在产品造型设计的过程中，为了使产品达到动感效果或遵循一定的审美导向，会将某一基本形体按照一定的审美导向进行扭曲。将基础的形体以一定的审美导向扭转后，会打破其原本规矩的状态，增加了趣味性及活泼感。

4结语

几何形体作为产品造型设计中的重要依据，应用于生活的各个角落。笔者认为通过探究多面体与旋转体等不同几何形体之间的规律与数理美，并借用数学中的加减法及变形运算来分析产品造型设计中的具体方法。通过叠加、切削、扭曲等具体的这些造型设计方法，可以帮助学习设计的师生和设计师们在当代产品造型设计时，得到实质性的启发，设计出令用户满意且使产品造型能够更加符合现代人的审美需求。

作者：阚凤岩 邓聪 单位：东北石油大学机械科学与工程学院