仿生学（精选12篇）
仿生学 篇1
摘要：随着历史的发展, 社会的进步, 设计的内涵随之广泛和深入。仿生设计学为现代工业设计提供了新的思想观和新的设计理念, 使我们对产品的追求达到了前所未有的高度。在介绍现代工业基础上, 指出了仿生学在现代工业设计中的运用与意义。
关键词：仿生学,现代工业设计,运用
随着历史的发展, 社会的进步, 设计的内涵随之广泛和深入。如今, 人类社会的发展已进入了现代工业社会, 设计所带来的物质成就及其对人类生存状态和生活方式的影响是过去任何时代所无法比拟的, 现代工业设计的概念也由此应运而生。现代人对工业产品的追求在满足使用要求的基础上, 已不再局限于外观的追求, 工业产品不但要满足物质追求, 更要满足精神追求。仿生设计学为现代工业设计提供了新的思想观和新的设计理念, 使我们对产品的追求达到了前所未有的高度。
一般而言, 影响产品竞争力的主要因素有:功能、质量、价格、交货期、售后服务、环境相容性和营销等, 其中最重要的因素是功能和质量, 而决定功能和质量的主要阶段是产品设计阶段。由于先进制造技术和管理工具的普及, 使得产品制造质量的区别变得并不明显, 而设计质量变得尤为重要。
1 现代工业设计
现代工业设计又称为功能主义设计。从具体意义上来说现代工业设计是指为了达到某一特定目的, 从构思到建立一个切实可行的实施方案, 并且用明确的手段表示出来的系列行为。“现代设计”与“当代设计”在设计领域中具有完全不同的含义。“当代设计”是指目前、近期的设计。在艺术史、社会学、工业设计中, “现代”是一个专用术语, 主要区分三个范畴:科学领域、艺术领域、工业设计领域。这里我们只谈工业设计领域。
现代工业设计的核心是产品设计, 它将原料的形态处理为更有价值的形态, 设计师通过对人生理、心理等自然属性和社会属性的分析, 从而进行产品在功能、性能、形式、价格、使用环境的定位并结合材料、技术、结构、工艺、成本等因素, 综合社会的、经济的、技术的角度进行创意设计, 以满足顾客的需求。
现代工业设计发展趋势大体体现在两个内容:一是生理需求, 即“以人为本”满足人们使用上的功能性;二是心理需求, 即“情感诉求”与人们在内心产生对产品本身认知上的共鸣。
(1) 现代工业设计中的以人为本。人性化设计是工业设计理论发展到成熟期以后而出现的一种新的设计概念, 这一概念在设计文化的范畴中提升了人的价值, 尊重人的自然属性和社会需要, 满足人们日益增长的物质和文化需求。它的实质就是设计时综合考虑群体人的局部与社会整体的结合, 社会的发展与长远的人类生存环境整体的和谐统一。设计师通过对设计形式和功能等方面注入人性化因素, 赋予产品人性化品格, 使产品具有情感、个性、情趣和生命。
(2) 现代工业设计中的“情感诉求”。现代社会充满了激烈的竞争, 人们在繁忙之余, 需要贴心的精神家园。产品设计除了能够提供更好的功能外, 还应表达出更多的情感。构建和谐社会, 现代工业设计中强调着一切以人为中心, 产品设计也应体现出对人性的关怀和情感的注重。产品中的情感诉求正是让产品与消费者产生情感的交流, 触动他们的心弦, 产生心理上的共鸣, 唤起人们对美好生活的追求。
2 仿生学在现代工业设计中的运用
(1) 形态仿生。早期的形态仿生, 只是对生物外形的模拟, 是对生物最具视觉特征部分在产品设计中单纯性、视觉化的再现, 例如模仿鸟类设计的飞行器。是人类在追求审美需求时对生物外部形态的美感的表现。形态仿生是在利用生物外部平面特征的基础上, 提取了符合产品设计概念和要素的生物静态的“形”进行模拟、再现及演化转变, 突出最具生物鲜明个性的特征与美感, 结合产品概念及设计要求最终达到合目的性、合规律性。选择有价值的仿生对象, 对其“态”进行立体、空间、时间等多层系的认知探究, 从不同角度出发进行模拟演化设计, 通过对其不同姿态和美感特征的观察, 找到最佳设计原点。
最具体现力的设计是当今摩托车的设计, 既满足了产品结构和使用要求, 又满足了富有时代气息的造型设计。例如日本的雅马哈XJ650型摩托车, 造型酷似一只奔跑的兔子。两盏前车灯似兔子的两只眼睛, 后视镜似兔子的一对大耳朵, 最聚特点的是, 车身利用线条的变化和色彩的表现通过象征的手法, 体现着一只正在奔跑兔子的形态。
(2) 肌理仿生。模拟生物表面机理的自然属性, 传达造型材料的表面组织结构、形态和纹理等审美体验和视觉效果, 称之为肌理仿生。人们在接触某些产品时, 通常会从自身的经验出发, 无论从视觉、触觉或是其他感官上, 对产品外表表现出的形态、肌理、质感等方面进行第一印象的直觉判断。产品的肌理就是人们对产品进行直觉判断的重要因素。不同的肌理带给人不同的心理感受, 肌理的应用是人们对产品直观感受的物质基础。粗制的肌理给人粗犷、厚重之感;光滑肌理给人精致华丽之感;纤细肌理给人生动灵巧之感。肌理的凸凹质感传达出厚重结实, 高低错落示意着活泼, 手感柔和的会有亲切感。
(3) 色彩仿生。我们长期生活在大自然中丰富的色彩中, 积累了很多视觉经验, 视觉一旦被外来色彩刺激时, 就会引起某些情绪。随着追求感性化时代的到来, 产品的色彩带给人们的视觉感受越来越引起重视。从动植物的色彩中提取出的素材, 能给人自然、亲切、和谐之感, 在产品在被使用的同时流露出的自然气氛是人们所向往的, 给人回归自然的感觉。人们对生物色彩感性直觉的把握与科学抽象的色彩规律相结合, 将自然界中的色彩进行抽取、调和, 为产品的色彩设计开拓新领域、创造独特的产品色彩视觉效果, 丰富产品语义与造型语言的表现力。
3 仿生设计对现代工业设计的意义
美国社会未来学家约翰·奈斯比提出:“无论何处人都需要补偿性的高情感, 这种补偿的高情感尤其体现在当今社会, 社会越进步, 人们离大自然就越远, 亲近大自然的感觉反而越强烈。”这句话充分说明了在人的内心世界一直都怀有对大自然的美好向往。人们对于大自然情感上的诉求, 更加体现了自然界中的生物形态和人类产品设计相结合, 是永不停止的追求, 仿生设计正是这种追求的最好体现。
自然界的净化产生和保留了世界上最完美的形态和色彩。因此, 自然界本身就是最高明的设计师, 设计要遵从于自然, 吸取于自然, 与人类的聪明材质融为一体。利用仿生设计最终设出的产品来源于自然, 设计理念来源于自然, 多是对动植物的模仿, 设计出的产品体现着和谐美观, 体现着生物与大自然的高度和谐性, 产品形态无不透露着大自然最原始的本质使用者精神放松, 在感受产品丰富形态的同时, 感受到自然与生命带来的巨大能量, 也彰显出生命的伟大与宝贵。
参考文献
[1]柳忠田.人与自然和谐发展的思考[J].中国市场, 2015 (9) .
[2]陈亚红.新时期优化工业企业成本控制探究[J].中国市场, 2015 (09) .
[3]周韧.辽宁高新技术产业发展研究[J].中国市场, 2015 (4) .
仿生学 篇2
我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。透过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。
法国科学家郎之万研究海豚的“回声定位”成功利用超声波反舰艇。用一个超声波发生器，向水中发出超声波后，如果遇到目标便反射回来，由射的性质来探测水下接收器收到。根据接收回波的时间间隔和方位，便可测出目标的方位和距离。人造声纳系统的发明及在侦察敌方潜水艇方面获得的突出成果，曾使人们为之惊叹不已。
苍蝇，是细菌的传播者，谁都厌恶它。可是苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由3000多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头能够制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和超多复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。
还有根据野猪在毒气战中幸存研究野猪鼻子发明了防毒面具，根据蜘蛛丝的韧性发明了防弹衣……显示了人类的聪明智慧和才能。
人体仿生学装置 篇3
法fǎ国ɡuó外wài科kē医yī生shēnɡ安ān布bù鲁lǔ瓦wǎ斯sī·巴bā雷léi改ɡǎi变biàn了le这zhè一yī情qínɡ况kuànɡ。他tā发fā明mínɡ了le一yì种zhǒnɡ更ɡènɡ加jiā灵línɡ活huó的de机jī械xiè假jiǎ肢zhī。从cónɡ此cǐ，修xiū复fù学xué或huò称chēnɡ义yì肢zhī技jì术shù开kāi始shǐ迅xùn速sù发fā展zhǎn。
现xiàn在zài，仿fǎnɡ生shēnɡ工ɡōnɡ程chénɡ师shī们men不bù仅jǐn能nénɡ制zhì造zào出chū功ɡōnɡ能nénɡ全quán面miàn的de仿fǎnɡ生shēnɡ义yì肢zhī，而ér且qiě还hái可kě以yǐ通tōnɡ过ɡuò电diàn子zǐ植zhí入rù的de方fānɡ法fǎ恢huī复fù患huàn者zhě的de听tīnɡ力lì和hé心xīn脏zànɡ功ɡōnɡ能nénɡ。
洪洞通背拳的仿生学研究 篇4
关键词：武术,洪洞通背拳,仿生学,健康
1引言
人类文明的创造与自然界中形态各异的生物是分不开的, 正如《实践论》中所说“人的认识,主要依赖于物质的生产活动, 逐渐的了解自然的现象、自然的性质、自然的规律性、人和自然的关系”。原始人类在生产实践中,模仿鱼类学会了游泳、模仿猎豹学会了奔跑、模仿蛙类学会了跳跃。随着人类文明的发展,人们意识到“万物皆为人师”,通过模仿其他生物行为和意识,来弥补人类自身的不足。长期以来,人类逐渐成为自然界中的“万物之灵”。武术的发展如同一部人类仿生的进化史。武术仿生历史从两千多年前蚩尤部落模仿野牛的角抵戏就开始萌生,起初人类只是模仿动物的踢、打、抓、跑等简单的动物行为和本能。随着这些动作模仿的不断深入,武术模仿生物的行为方式就越来越广泛,尤其是模仿生物的精、气、神等心智活动更是出神入化。
洪洞通背拳作为中华武术古老拳种之一,从“形”到“意”处处体现了生物界所赋予的灵感和启迪,在其主要拳势套路中包含有108个不同形态、仿形取意的拳法和招式,其中包含了对动物行为、人物形象和生物造型等方面的仿生,这些仿生性拳势不仅突出了生物的形态特征,而且蕴藏着丰富的技击原理。使洪洞通背拳成为中国武术宝库中的瑰宝,武林百花园中的奇葩。因此,通过探究洪洞通背拳仿生学的原理和功能,为洪洞通背拳的传承和发展提供科学依据。
2仿生学与洪洞通背拳
仿生学是一门古老而又年轻的学科,说它古老,是因为从人类世界的开始就产生了人类仿生;说它年轻,是因为“仿生学”被正式确定为一门学科则是在近几十年的事情。古人之所以要模仿生物。是因为自然界优胜劣汰、适者生存的缘故。而人类在生物界中成为万物之尊的高级动物,除了先天的物种及其遗传基因优势外,更主要的是人类善于学习、借鉴、吸收世间生物的各种长处,来优化、提高自身素质和能力,从而求得在世间的生存、 发展乃至取得主导地位。尽管人类仿生学在若干世纪以前就已经产生,但是作为一门研究学科,直到20世纪中叶才被人们确定下来。1958年美国空军J·E·斯梯尔少校首次提出“仿生学”这个名词,他给这门新生学科下的定义是“仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统,或者使人造系统具有或类似于生物系统特征的科学。”广义的理解仿生学这门科学是研究生物系统各种各样的特征(包括物质、能量、信息等),而狭义的仿生学是研究生物体接受、传递、加工信息的方法及其机制。[1]从这个定义中我们可以发现,仿生学是一种生物模仿另一种生物的科学,包括人对动物的模仿、人与人的模仿、人与物的模仿等等,这些模仿既要符合生物系统的特征,又要符合人造系统的原理。
纵观武术的发展,历代武术家们从模仿、借鉴生物的特殊形体结构和特异功能中受到启迪,用仿生这把开启武术新技术的钥匙打开了武术不同于其它武技的宝库,形成了各种奇妙无穷的拳法、械法和招术。从简单的踢、打、摔、拿、击、刺、挡等徒手或器械动作到攻、守、进、退、动、静、急、虚等运动招式,都是模拟各种生物的动作和形态意识等加以提炼和升华所形成,正所谓“拟百兽之形,树武林百家”就充分说明了武术与仿生有着紧密的联系。洪洞通背拳作为武林宝库中一颗闪耀的明珠,继承了中华武术博大精深的传统文化,形成了一个有着丰富实践技能和完整理论体系的传统武术拳种,其套路中的打法、踢法、拿法、缠法、 跌法和功法都体现出惟妙惟肖的动作仿生和形态仿生。
2.1洪洞通背拳与动物行为仿生
从早期人类与野兽的身体搏斗到现今“历史清楚,脉络有序,风格独特,自成体系”的129个拳种,武术始终都在了解动物的行为规律,武术动作的形成、动作名称的创编都对动物的行为怀着极为浓厚的兴趣和模仿意识,并受此启发,武术家们创立了带有明显仿生印迹的武术传统文化。在洪洞通背拳中包含动物名称的拳势就有:猿猴看果势、凤鸾藏肘势、金鸡独立势、拿鹰捉兔势、野马分鬃势、雁翅势、雀地龙势、鸡子现胸势、白鹤亮翅势、 黑虎拦路势、燕子衔泥势、二龙戏珠势、青龙舞爪势、饿马提铃势、单凤朝阳势、金鸡晒膀势、苍龙摆尾势、双龙抹马势、狮子抱绣球势、腾蛇入洞势、白蛇吐信势、喜鹊过枝势、白虎洗脸势、青龙出水势、鲤鱼打挺势、灵猫上树势、月下摘瓜势、灵猫捕鼠势、 黄龙转身势、燕子浮水势、白马卧拦拿势、蝎子撩尾势、黑驴打滚势、金蝉脱壳势等武术招势都是在模仿动物的不同行为。现代动物行为理论认为:“动物行为从其形成机制来看,可以分为本能行为和学习行为。本能行为由进化产生的先天遗传决定,学习行为则在个体发育过程中由后天学习获得。本能行为包括反射、动性、趋性、定型行为等,而学习行为则包括习惯化、条件反射、模仿等。”[2]动物的行为也和动物的形态及生理一样,不仅同时受到遗传和环境两方面的影响,而且也是在长期进化过程中通过自然选择形成的,因而同样具有物种的特异性和适应性。[3]依据仿生学理论,我们可以将动物行为划分为觅食行为、攻击行为、防御行为、繁殖行为、育幼行为、空间行为、社群行为和通信行为、 学习记忆行为、运动行为以及其他行为。[4]结合现代动物行为理论,洪洞通背拳中模仿动物行为的招势有:拿鹰捉兔势、月下摘瓜势、灵猫捕鼠势、猿猴看果势等模仿动物觅食行为的武术仿生;青龙舞爪势、黑虎拦路势、饿马提铃势、金鸡晒膀势、苍龙摆尾势、双龙抹马势、白蛇吐信势、青龙出水势、白马卧拦拿势、蝎子撩尾势等模仿动物攻击行为的武术仿生;凤鸾藏肘势、雁翅势、雀地龙势、狮子抱绣球势、腾蛇入洞势、黑驴打滚势、金蝉脱壳势等模仿动物防御行为的武术仿生;燕子衔泥势、金鸡独立势、野马分鬃势、鸡子现胸势、白鹤亮翅势、二龙戏珠势、单凤朝阳势、喜鹊过枝势、白虎洗脸势、鲤鱼打挺势、灵猫上树势、黄龙转身势、燕子浮水势、等模仿动物运动行为的武术仿生。由于动物种类的多样性,动物行为的复杂性,武术动作的创编需要长时间的探索动物行为的特征,并且在武术实践中不断提炼符合人体和技击的动作原理。武术模仿的领域和技术随着时代的前进而发展,动物行为仿生将为武术的技术创新和文化创新提供更多的灵感、思路和原理。
2.2洪洞通背拳与人物形象仿生
洪洞通背拳之所以要模仿人物,原因有两方面,一方面受中国传统文化的影响,另一方面受宗教文化活动的影响。
其一,中国传统文化主要体现了天人合一、心物一体、以仁为本和中庸无为的核心价值观。其中“天人合一”的思想观体现了中国传统文化的哲学理念。古人认为“人法地,地法天,天法道,道法自然。[5]”和“域中有四大,道大、天大、地大、人亦大。人据其一”说明在天、地、人的自然环境中,自然之性对于人而言既是人性,这个人性也是“人心的同然”。如果人生将此“人心同然”扩大发扬推及于他人,推及于天地万物,也就实现了“天人合一”的境界,也就是人价值最大可能性的实现。所以说人有天命,不是对人生潜能发挥的限制,更不是宿命论,而是每个人在精神上必须达到“人皆为尧舜”的思想境界。[6]当然,成为尧舜的人生,是人对历史人物特别是伟大的历史人物所做出的卓越贡献的一种崇拜,从而在历史文化的长河中处处留下伟人的足迹,当然在武术文化中也不例外,例如在洪洞通背拳中,以历史人物命名的拳势就有韩信埋伏势、胡僧托钵势、霸王举鼎势、张飞擂鼓势、敬德跳涧势、单鞭救主势、秦王拔剑势、存效打虎势、子胥拖鞭势、智法送书势、智远看瓜势、烈女捧金盒势、刘海捕蝉等模仿历史人物的拳势;这些拳势通过模仿历史人物的形象和姿态,以武术动作的形式重现历史人物在特定历史事件中典型的身体行为和历史文化。这种“拟人记事”的武术方式,是对中国文化和思想发展的总结,同时又成为后世志士仁人行事为人的典范,为历代后人代代传颂的历史人物和事迹。
其二、武术在发展的过程中与宗教文化息息相关。其动作名称常常借用“观音”、“佛祖”、“罗汉”、“菩萨”、“仙人”等宗教人物加以命名。在宗教人物中“佛是觉悟的人,菩萨是觉悟了的‘有情’,仙是修行得道的‘山人’体现中国宗教是一种“以人为本”和 “以仁为本”的人道宗教。”[7]。这种人神合一的宗教崇拜,是以人伦盛行的中国传统文化为纽带。体现了宗教源于文化,文化源于人类的规律。宗教文化的产生与人类的生产与生活方式是密不可分的,中国自古以来就以农耕生产为主要生产方式“农耕者特别依赖于定居地周围的自然环境,所在的山、水、树木、湖泊、河流对农作物的生长发育有着直接间接的影响。所以,我们看到, 与农事活动有关的自然神灵特别众多,农业祭祀仪式举行特别频繁,不仅远远超出渔猎时代,也大大超出畜牧经济社会。农耕定居地不仅有更多更好的条件来认识自然界及其规律性,也有更大的可能性把这种认识神圣化为更丰富多彩的宗教生活。”[8]农耕生产不仅依靠农业技术,而且依赖上天给予的“恩赐”。在长期的农耕生产过程中,农耕者逐渐认识到“民之所欲,天必从之” 以及“皇天无亲,维德是辅”的思想理念。因此,在先秦时期,中国传统宗教更多的体现了道德、理性和礼法。中国传统宗教在“敬德”理念的影响下,形成了以“慎终追远”的感恩方式祭拜祖先, 以“神道设教”的教化方式祭拜明贤,以“敬天法祖”的祈求方式祭拜神明。武术是优秀的中国传统文化,其中记载了许多中国式宗教人物,在洪洞通背拳的拳势中:观音献掌势、玉女穿梭势、翻身过海势、童子拜佛势、钟馗伏剑势、佛顶珠势、天王降妖势、仙人摘乳势、仙人捧盘势、罗汉降龙等拳势生动的刻画了宗教人物的形象,以这种特殊的方式来祭祀明贤、神灵和祖先,发挥了慎终追远、道德教化和明礼敬德等宗教文化的功能,以满足习武者劝善祈福、认祖归宗的精神需求。
2.3洪洞通背拳与生物造型仿生
据资料显示,全世界约有500~1000万种动、植物和微生物,许多生物体的结构非常精巧,而且功能神奇[9]。在遥远的古代,人类在许多方面都无法与其相比,比如猛兽的锐利的牙和爪;鸟类在蓝天中自由翱翔;牛、鹿坚硬无比的角;鱼类在水中畅游,随着人类文明的发展,人们逐渐意识到生物、动物结构的奥妙,于是开始将生物的的某些结构特征运用到人类的发展。在2000多年前,古人就学会了生物造型的仿生,在《述异记》中所描述的蚩尤部落的角抵戏,模仿野牛的形态,并用野牛角装饰自己的头部,以展示自己的勇敢和强悍。在《西山经》中提到西王母:“其状如人,豹尾虎齿而善啸。”用动物的尾巴和牙齿装饰人类,显示威武震慑之意。在军事战争中,古人模仿动物的角、骨、 牙、爪和甲壳、蚌壳制造弓、弩、箭、刀、枪、矛、戟、盾等武器。形成了武术的刀、枪、剑、戟、斧、钺、钩、叉等十八般兵器。此外,武术还模仿鹰的利爪创造了“鹰爪拳”;模仿螳螂敏捷锋利的前肢创造了“螳螂拳”;模仿虎豹震慑百兽的气势创造了“虎拳”和“豹拳”等等。在洪洞通背拳中更是将自然界中的天地万物的形态造型溶于其中,如:模仿银河星系的排列造型创编了七星拳势、满天星势;模仿火炮发射时的巨大威力创编了孤身炮势、连珠炮、 斩手炮势等拳势;模仿风云变幻的气象,创编了云手势、迎风脚等拳势;模仿人类行为创编了手挥琵琶势、抹眉红势、懒扎衣势、搭袖势、井栏直入势、硬开弓势、烈女捧金盒等拳势;模仿自然物质创编了火焰攒心势、剪镰提膝势、金刚捣锥势、铁翻杆势;模仿动物造型创编了狮子抱绣球势、凤鸾藏肘势等等。这些模仿生物造型的武术动作,提示了生物系统的许多机能结构原理在武术动作仿生的运用。从直接模仿生物的形态的形状、结构(如:连珠炮势,炮指的是拳头,比喻拳势密集如接连不断发射的炮弹)到运用生物结构的功能原理,去优化和设计武术动作(如:火焰攒心势,运用火焰发热和无孔不入的的功能,结合身体五行中心属火的原理,创编了火焰攒心势),使武术仿生渗透到武术技术的不同层面,为丰富武术技击技术创造了条件。
3洪洞通背拳仿生研究的现实意义
3.1借鉴现代仿生学的研究成果,实现洪洞通背拳“天人合一”的理想追求
“天人合一”是武术追求的最高境界,武术“天人合一”的思想观实际上是探索自然和发挥人的创造力和想象力的过程,在自然物质精神的感召下,我们的祖先创造了富有生机活力的武术文化,深切体认了宇宙间自然万物生机勃勃、盎然充满、创进不息的精神,进而尽参赞化育的天职。这种精神激发了武术对天下万物、友情众生的内在价值,也油然而生一种对自然万物的依赖感和崇拜感,洞见天地同根,万物一体。从而武术进入到“天地与我并生,万物与我为一”的境界[10]。在实现“天人合一”的人类理想追求上,现代仿生学与洪洞通背拳都体现了探索自然和人类奥秘的精神。但是,从研究领域的范围和深度来看,现代仿生学比武术略高一筹。现代仿生学经过短短几十年的发展,已经成为现代生物技术、信息技术、纳米技术、航天技术等科学领域的重要研究内容。在动物行为仿生学研究领域,科研人员通过录音机、录像机、摄像机、各种自动记录仪器和电生理记录仪器等各种现代仪器,[11]对动物的运动行为、攻击行为、防御行为、繁殖行为、育幼行为、觅食行为、空间行为、社群行为和通信行为、学习记忆行为等多种动物行为作了深入研究。这些研究成果对于洪洞通背拳仿生学发展有重要的借鉴意义,例如:洪洞通背拳可以借鉴动物“拟态”行为和“拟色”行为,在武术比赛或表演时通过服饰、环境、人体形态与拳种的结合,体现武术“形合”和“意合” 的审美效果;可以借鉴仿生学对动物运动不同方式的研究成果, 为洪洞通背拳技术的创造和发展提供模仿素材等等。
3.2探索生物运动机能和运动形式,激发洪洞通背拳功力练习的最大潜能
洪洞通背拳作为传统技击术,有其特殊的练功方法和劲力特征,如桩功、力功、跳功、柔功等腿部功力;有寸劲、弹劲、化劲等手臂功力;有转腰、弯腰、伏腰等身法功力。其目的都是为了发挥人体在速度、力量、耐力和柔韧的最大潜能。习练者在功法和劲力的练习的过程中,可以模仿动物的运动形式与人体的运动器官进行能量转换,从而更有效的提高功法和劲力练习的效果。 如模仿蛙类进行腿部功力练习。蛙类是动物中的跳跃能手,通常它们能跳20cm高,约为体长的3倍;可跳1m多远,是体长的10多倍。这是由于,蛙类在跳跃的过程中,整个身体都十分放松,前腿松弛,充分利用了向前的跳跃的惯性力,其后腿蹬地时的爆发力很大,而且离地后又充分伸展,充分利用向前的惯性力且又为下一次跳跃积蓄能量。[12]这种高效率的关节传动能力及其动作的松弛度为洪洞通背拳的腿部功力练习提供了很好的借鉴模式;模仿蛇类进行身法功力练习。蛇类的运动方式是爬行动物中最具特色的一类,武术常常把身法比喻成“身如蛇形”,蛇的运动形式在动物行为仿生学中有“伸缩运动、横向波动、侧缠跃运动、直线运动”等多种运动方式[13],这些运动方式都是洪洞通背拳身法练习的有效手段;模仿马、鹿、羚羊等奔跑类动物进行速度功力练习。由于这些动物在奔跑速度能力方面有明显的优势,动物行为学家分析认为,这些动物在奔跑的过程中,主要发挥动物踝关节的作用,加长踝关节与地面的距离,提高奔跑能力和移动速度。[14]洪洞通背拳可以模仿这些动物的奔跑的姿势,提高移动速度,加大腕踝关节的力量。
生物界的这些优异形态、结构和机能,为洪洞通背拳功力练习提供更多更有效的练习形式和方法,我们应当不断探索生物界的结构、运动形式和能量形成的机制,为洪洞通背拳在力量、 速度、耐力、柔韧等功力素质的练习上提供丰富的练习形式和有效的练习手段。
3.3研究现代仿生学原理和机制,使洪洞通背拳更加科学化和规范化
由于洪洞通背拳较长的发展历史和庞杂的技术体系,人们对洪洞通背拳的认识还存在许多神秘的、抽象的思想观念。这是因为很多习练者缺乏对人体科学、生物科学、自然科学知识的认识。探索洪洞通背拳的内在规律,需要我们对科学知识的的掌握和了解。从科学研究角度上来看,仿生学产生于生命科学和工程技术科学;从生物学的角度来看仿生学是“应用生物学”的一个分支;从科学技术创造角度来看,仿生学为设计和建造新技术提供了新原理、新方法和新途径。洪洞通背拳新技术的发展,迫切的需要武术家们去探索更加复杂、更加完善和更加合理的技术体系。实现洪洞通背拳技术体系的发展,我们必须要研究生物、 模仿生物。生物界是通过千百万年的自然选择而进化起来的。它们已经形成了非常复杂和完美的行为系统,所以它们能很好的驾驭和适应自然环境。人类在思维、语言、创造等方面固然优于其它生物,但是在感受器官、神经系统的整合作用、信息的存储和恢复等方面都优于人类器官。生物的这些机能都可以在洪洞通背拳技术系统中运用,特别是在其仿生技术系统中应用。因此,生物界的特殊性和有序性,符合洪洞通背拳技术科学化和规范化发展需求。
4结语
仿生学作文 篇5
这种武器是怎么得来的呢?原来，是人们从甲虫身上得到的启示而发明的。甲虫是自然界的昆虫，它受到其他虫子捕捉时，也有自己的防卫手段，就是喷出高温的毒气，自己却不受伤害。那它是怎么做到的呢?
为了弄清楚这个问题，科学家对甲虫做了解剖实验，发现了秘密。实验发现，甲虫身体内有三个小腔室，这三个小室内分别储存着二元酚溶液、双氧水、生物酶，当它们混合时会发生剧烈化学反应，瞬间变成100度左右的毒液，并迅速射出。
科学家们通过反复研究试验，终于发明了这种先进的二元化武器，正是这种武器，让美国变成了军事强国。这种武器在很多次战争中大显身手。
二战时，德国在战争中也多次使用此武器，用这种方法制作成的炮弹，让他国无法抵御。在一次对英国的轰炸中使用了，效果空前，损害极大。近年来，美国又经过改进，以及利用其它的仿生学发明创造了更多的新式武器，巩固了美国的军事强国地位。
设计仿生学请学习自然 篇6
回归自然
德国设计师Valetin Loellmann希望在“有插座的地方”添置更多自然风景，他的新作以榫卯结构设计了两套尺寸和功能各异的“天然”桌椅。在使用传统方法制作家具的同时，用锯末和胶水的混合剂来填补、打磨连接件的缝隙处，使桌椅褪去尖锐边缘，再现木材本来的有机形态。每张桌子的桌面都经过砂纸的悉心打磨，以及打蜡、抛光和上油等步骤，在保有原生风味的同时，不失实用主义。桌椅腿则由设计师专门挑选强度高但形态稍微弯曲的有机棒木树枝制作，延续整个家具的流动感和自然线条。值得一提的是每件产品都是手工制作并标记有编号、手工标记与顺序编号，让回归自然的感受得以延伸。
餐具创作新形式
荷兰鹿特丹Minale-Maeda设计事务所的最新食器，Cadcam。设计造型不仅脱胎于设计软件Cad＆Cam软件，就连制作方式也完全颠覆了传统手工品的“制造”方式，因为它们都是直接被“打印”出来的。3D立体打印技术诞生于上世纪90年代，基本原理和普通打印机基本相同，只要给出图形，它们就能直接把三维造型的物品“打印”出来。随着3D立体打印机的技术逐渐完善，设计师们特别青睐高科技给予设计的自由与便捷。这套“打印”出来的食器特别为单人的日常生活定制，包含三餐所需的碗、碟、壶、水瓶及杯子。每件器物部涂有透明釉色，无论是质感还是触感都与烧制的瓷器相似。还可以配上多套各不相同的由计算机渲染生成的饰面，形成色彩渐变的系列餐具。
几何快艇
这是Zaha最新设计的Z－Boat快艇。受艺术品商人兼作家Kenny Schachier之邀，Zaha在此次设计中以一贯擅长的几何造型重新定义她心目中的理想快艇，采用玻璃纤维制成不对称船身，造型也极尽前卫之能事，但长度仅7.5米，仿佛海洋上的一颗小小钻石。“它是一个休憩之所，也是一件雕塑作品。某种意义上说，这就是一项艺术工作。我们用最高科技的制造技术和软件系统来制作船只，并通过船只来表达人们在艺术、建筑和设计方面的个人品位。”Z－Boai快艇将限量生产12艘，颜色也各不相同，目前该系列已包括白色、灰色和蓝色。当然，素来喜爱身着黑衣示人的设计师本人最看好的依然是黑色款。该艇预计于明年春季进行首次下水试航。
探索原生态
瑞典建筑师Torsten Ottesjǒ作为环保生态设计领域颇有建树的建筑师，在瑞典西海岸的
处河谷边，运用了最新生态设计结构，给养鸡农夫建造了一处鸡埘。这间木结构鸡埘的顶部层叠排列着鸦青色瓦片，外形设计模拟张开翅膀的母鸡形状，结构上更是用到了可以生物降解处理、以碳纤维素为主的钢筋板。根据此间鸡埘“住户”体型隔出的空间，位于建筑的底部，它由一个钉入石壁的钢结构框架牢牢地稳固在地面，可以抵御十级以上的地震，同时，悬浮结构十分利于排水，保证“住户”们能够在干爽、安逸的环境中自然生长。
水泥粉磨系统仿生学通过专家鉴定 篇7
从吉林省科技厅获悉, 该省首批重大科技攻关项目之一的“水泥粉磨系统仿生减粘耐磨核心部件研发”在长春通过吉林省科技厅组织的专家鉴定。“帮助”研究人员解开项目关键难点的, 是蜥蜴、贝壳、蝼蛄这些看起来与课题风马牛不相及的生物。
我国是世界上水泥生产和消费第一大国。水泥粉磨系统是水泥生产的重要核心部件, 其磨损与脱落是制约水泥生产的重大技术难题。作为东北地区最大的水泥生产企业, 亚泰集团的核心部件完全依赖外购进口, 磨辊的平均使用寿命不到6 000h。每年, 亚泰集团在水泥生产过程中消耗的耐磨材料近3 000t, 部件损失成本3亿多元。
“水泥粉磨系统仿生减粘耐磨核心部件研发”项目由吉林大学和吉林亚泰 (集团) 股份有限公司联合承担, 由中国科学院院士任露泉主持课题, 主要围绕水泥生产中粉磨系统核心部件开展攻关。
仿生学 篇8
关键词：仿生,设计,休闲家具,情感
仿生设计应用范围从最初的自然科学领域,到现在的设计学领域,仿生设计越来越多地应用于家具造型设计活动中1。在现代社会这种信息化、快节奏的生活中,忙碌的工作给人们带来了各种压力与烦恼,紧张的情绪需要释放与净化,对家具的需求不在只停留在家具的使用功能上,融入趣味性的家具可以带来更多的附加值。人们对自然的喜爱是与生俱来的,本文从贝壳椅、珊瑚礁凳的设计来探索家具的仿生设计方法。
一、仿生设计与休闲家具
(一)仿生设计
仿生就是从自然生物原形中得到启示,然后进行的一系列创造性活动。仿生学作为一门独立的学科,于I960年9月正式诞生,在美国俄亥俄州的空军基地召开了第一次仿生学会议,在会议中,斯梯尔博士(Jack E.Steele)把仿生学定义为模仿生物原理来建造技术系统,或者使人造技术系统具有类似于生物特征的科学2。斯梯尔将新兴的学科命名为“Bionics”,该词在希腊文中的意思是“研究生命系统功能的学科”,1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。
仿生设计的设计灵感都来自自然界,自然界的任何一个生物都可能成为被模仿的对象,动物、植物、微生物、山川、河流等都可以成为一件产品的灵感来源。
(二)休闲家具
1. 休闲的定义为:
人们利用空余的时间,调节个人心情,舒缓疲惫状态的一种休息方式——在可自由支配的时间和金钱的前提下,自主选择休息方式,以达到身心放松,从而获得一个健康、快乐的生活状态。科学的休闲方式,可以有效地缓解人的情绪,对人的智能、体能进行有效调节,同时能够锻炼生理和心理机能。休闲之事从古至今就存在,休闲有两个方面的意义:一是解除身体上的疲劳,使体能得到恢复;二是获得精神上的慰藉,使心灵得到放松。
2. 休闲家具的概念,即供人们用来缓解疲劳的家具,它有别于卧室家具,客厅家具,餐厅家具等,是家具里的一个种类,是经济增长到一定阶段后的必然产物。
进入21世纪的今天,人们对精神生活的日益重视,使得休闲家具也有了很大的发展。休闲家具要有独特创意、有标新立异的感觉,休闲家具的基本功能是缓解人的疲劳,但能够缓解疲劳的家具不一定具备休闲的作用,休闲家具要给人带来娱乐的感觉——使人们在使用家具时身心能得到放松,情感能得到合理释放。
(三)仿生设计与休闲家具关系
人类来源于自然,对自然界的客观事物有着天生的认同感,而且不受地域文化以及种族宗教的影响,是整个人类社会的共同特征3。仿生设计通过对自然界生物的模仿能够缓解现代枯燥无味的学习或工作带来的精神压力,增强用户体验。借助仿生设计,能够建立家具与用户之间愉悦和轻松的情感,具有趣味性的仿生家具设计可以实现家具情感化,进而提供给人们一个轻松的环境,会使人们在一接触到家具时便会释放心里的压力与烦恼4。
二、仿生家具设计方法
(一)形态仿生
形态仿生是研究自然界及其生物体的外部形态及其象征寓意,以及如何通过相应的艺术处理手法将之应用与设计之中,家具设计作为仿生产品的对象,与其他设计的形态演变过程一样,都客观性地改变了传统的造型模式5。设计师通过对自然界不同生命体的模仿、理解进而以物质载体的形式表达出不同的设计理念和观点,将形式美法则作为审美要求达到功能与审美一体化,突出对自然界生命形态的思考和诠释,使人们在物态化的对象中以直观的形象注入到设计本体中。形态仿生可以分为具象仿生设计和抽象仿生设计。(1)具象仿生:是通过模仿来源于大自然中生物的外观形态来进行产品造型设计,富有较强大自然的气息,能够给人以强烈的亲切感,但从形态创意的角度来讲,这种模仿的方式属于创造性技术含量相对较低的造型设计方法。(2)抽象仿生:是设计师利用自己的造型能力和丰富的造型经验,以自然界生物体为蓝本,经过反复的思考和对形态的推敲,将生物体的具体细节剔除,高度概括对象外貌形态,对原型进行抽象化提炼和塑造,最后将独特的个性形式应用于设计之中。这是设计师造型能力的体现,属于高层次的设计创新。
(二)色彩仿生
所谓色彩仿生设计就是研究将生物色彩应用于色彩设计中的一种方法。人类从赖以生存的并随季节变化所呈现出千万种色彩变化的自然环境中获取色彩设计的灵感——自然现象、花虫鸟兽、海洋生物所表现出来的色彩都可以运用到设计中。自然界的光明与黑暗交替造就了丰富多彩色彩变化,是人类进行色彩设计取之不尽用之不竭的天然宝库。自然界中的生物根据自身色彩的物理、化学性质,以及自然规律进行组合、排列,最终实现了和谐的色彩,体现着色彩论中的对比和协调的关系,符合人对色彩的认知规律6。由于人们在日常生活中积累了大量的自然色彩经验,直接借鉴大自然中美丽的色彩进行色彩仿生设计的产品,会给人丰富的色彩联想。
(三)结构仿生
模仿生物的结构关系是结构仿生设计主要内容,包括模仿物质的宏观和微观的组织规律。通过研究生物整体或部分的构造组织方式发现,进而对其模仿,并应用在产品设计中,以创造新的形象或解决新的问题7。如对蜘蛛网结构的研究,将成果应用到防弹衣的设计中;通过对植物茎叶结构的研究构建出能够节约材料的供水系统;典型例子如模仿蜂窝结构特点,制作工程蜂窝结构家具材料,具有质量轻、强度大、隔热和隔音的特点。
(四)肌理仿生
肌理,是物体表面质地的肌肤与纹理,包括纹理、颗粒、质地、光泽、痕迹等多种视觉表象。肌理仿生设计是指在设计过程中模仿自然物质表面的纹理、图案和材质的特征8。肌理的语义有着丰富的感情色彩,如人工打磨过后的大理石光洁的肌理给人一种严谨、冰冷的视觉感受;木材粗糙的肌理象征着粗壮、原始化的感觉;皮革柔软的肌理象征着自然、生命、安全的感觉。设计师根据生物的表皮特征,结合特定的制造工艺,运用再现或模仿的手法,可以呈现酷似天然质感的纹理,在产品中体现十足的自然风味。利用肌理仿生的设计作品不仅可以增加产品的视觉冲击力和触觉感受,更可以促进家具的功能和形态的完善。
三、设计案例
设计案例1:坐具是与人最亲近的家具,也是居家生活中不可缺少的功能用品。既然坐具在家中的地位举足轻重,消费者对于坐具的挑选更加精细。在外忙碌了一天,回到家,身体的每个关节都需要找个地方轻松舒展一下,此时坐在松软舒适的坐具上是最适宜的。该方案采用抽象形态仿生的设计方法,以海贝的造型作为原型参考。
确定要提取的特征形态——重点把握了贝壳打开时的外观形态,接下来对贝壳形态进行抽象化提取:把不规则的线条规则化,删掉琐碎的形态,得到想要的图形,见图1。对贝壳形态抽象提取后,对方案进一步推敲。然后利用三维软件Rhino进行三维建模,vary进行效果图制作,见图2。该坐具形态简洁,除了满足基本的使用功能以外,还具备一定的审美功能、娱乐功能,现代感较强,富有时代气息。
设计案例2:珊瑚礁是石珊瑚动物形成的一种结构,在深海和浅海中均有珊瑚礁存在,它们是成千上万的由碳酸钙组成的珊瑚虫的骨骼在数百年至数千年的生长过程中形成的,珊瑚礁的色彩斑斓,非常受人们的喜爱。此次座椅的设计利用珊瑚礁的形态和色彩特点进行创意设计。用实木搭建座椅骨架,然后对座椅面进行软包,软包后进行座椅蒙布的制作——利用各种颜色的双色粗棉线进行捆扎,对捆扎后的线团进行修剪处理,按照这种方法制作成一个个小的“珊瑚礁”,根据珊瑚礁色彩特征将各种颜色“小珊瑚礁”缝制在座椅的蒙布上。最后将制作好的蒙布套在座椅的骨架上,最终形成色彩丰富的珊瑚礁椅,见图3。
海洋是生命的摇篮,地球上最早的生命诞生在海洋之中,海洋是人类资源的宝库。自古以来,人们就向往到碧蓝的大海中去寻找幸福,阳光照射到珊瑚礁,产生出丰富多彩的色彩,人们被其漂亮的色彩所吸引。将其形态和色彩应用到坐具的设计中,让普通坐具添上了一层情感的色彩。
四、总结
仿生设计能实现产品的精神功能,使其成为一定信息的传播载体。休闲家具设计在保证符合人机工学,时尚审美的前提下,借助仿生设计这一方法会让家具具有生命特征,让家具的感情色彩更加丰富。本文采用仿生设计方法设计贝壳椅和珊瑚礁椅,为家具仿生设计方法的研究提供参考。
注释
11.金海明.产品造型的仿生设计研究[J].机械计,2014(1):123-125.
22 .岑海堂,陈五一.仿生学概念及其演变[J].机械设计,2007(7):1-2.
33 .王锡斌.仿生视角下的儿童家具安全感构建[J].包装工程,2014(16):98-101.
44 .杨帅,朱毅,张兰侠.仿生学在现代家具设计中的应用[J].山西建筑,2013(18):220-221.
55 .宋端树,朱宇博.现代家具设计中仿生应用之探究[J].包装工程,2009(3):146-148.
66 .刘青春,何霞.产品仿生设计探究[J].包装工程,2006(2):194-196.
77 .武文婷,等.植物结构仿生学在工业设计中的应用研究[J].浙江工业大学学报,2008(3):343-348.
仿生学 篇9
关键词：生态位,重叠,古村落
古村落是传统的人类聚居空间, 是地域文化的集中体现和物质载体, 也是中国几千年农耕文化的浓缩。古村落旅游迎合了人们文化怀旧、休闲度假的需求, 发展势头迅猛, 西递、宏村、开平碉楼、福建土楼等先后被列入世界文化遗产, 不少古村落也先后被评为国家A级旅游景区, 成为区域旅游开发的重点、游客游览的热点以及文化体验的亮点。但是同一区域内古村落旅游的相继开发也带来了一系列的恶性后果, 如山西晋中的“晋商大院之争”、成都郊区的古城镇之争。处于同一地理区域的古村落, 其历史渊源、建筑风格及所体现的文化内涵等方面均有相似之处, 如果在先天禀赋相似的背景下, 又进行类似的旅游开发, 就会使同一区域内的旅游相互竞争, 影响区域旅游的整体形象和效益。本文试图在已有研究的基础上, 借鉴生物学中生物个体对食物、资源、环境的争夺实例研究古村落间旅游竞争关系, 为古村落旅游的规划、管理提供参考。
一、文献回顾与分析
随着旅游业的发展, 旅游地 (景区) 之间的竞争越来越激烈。在这种客观形势的需求下, 旅游竞争研究也开始出现。最早是Deasy和Griess运用旅游无差异曲线, 研究了美国宾夕法尼亚的两个旅游景点之间的竞争关系, 利用旅游等成本线划出景区的旅游腹地[1]。随后Gunn提出旅游系统这一概念, 认为旅游系统由旅游吸引物、服务与设施、交通、信息与引导和旅游者组成, 旅游目的地的竞争需要从这些方面提升[2]。Loakissas研究了希腊38个岛屿间的旅游竞争, 提出了社区规模和旅游密度概念, 认为这两个量是影响旅游竞争的关键因素[3]。自20世纪90年代以来, 我国学者也开始了旅游竞争研究, 如保继刚 (1991, 1994) 先后发表了对滨海沙滩, 齐云山、黄山与九华山, 喀斯特石林等地空间竞争的系列研究成果。吴必虎 (2001) 提出了“环城游憩带”理论, 王铮 (2002) 进行了深入的理论思考和探索。章锦河、张捷等 (2005) 运用旅游场理论对区域旅游空间竞争进行了研究。卞显红、沙润 (2007) 对长三角城市旅游空间相互作用进行了研究。从现有研究看, 在旅游空间竞争的理论研究方面, 区位论以其与市场选择行为的紧密结合和抽象精炼的表达方式, 一直受到旅游研究者的重视, 其研究方法也在不断拓展和延伸, “生态位”理论在旅游业中的应用为旅游目的地竞争力研究开启了一扇新的窗口。一部分旅游研究者利用生态位理论对此进行了探讨和实证研究, 如黄芳 (2001) 认为某些生态学原理可为解决如何通过优化旅游系统、促进旅游业可持续发展问题提供有益的方法和独特的视角。祁新华、董观志等 (2005) 提出了旅游生态位概念、原则、规律和生态位优化策略, 为旅游业实现可持续发展提供一个思维框架。邹仁爱、陈俊鸿、陈绍愿等 (2006) 界定旅游地生态位概念、旅游地生态位竞争原理和演变规律, 并探讨区域旅游在协调开发过程中的生态位策略。向延平、陈友莲 (2007) 根据生态位理论对湖南凤凰做了研究。徐红罡、薛丹 (2011) 在此基础上借鉴Logistic模型应用于西递、宏村旅游目的地研究。
从现有的研究看, 旅游空间竞争的理论和方法主要集中在地理学领域, 但呈不断外延的趋势, 这些研究成果深化和拓展了空间竞争理论体系。但由于研究对象的尺度不同, 其对旅游市场的“争夺”或“共享”利益有别, 现有的研究主要从宏观 (国家间) 、中观 (地区间) 层面展开, 缺少对微观 (景区或企业) 层面的研究, 而事实上其旅游空间竞争的性质、地位、程度、类型、方式、范围、影响因素等具有层次性, 需要差别对待。本文借鉴现有研究成果从景区这一微观层面进行尝试。
二、理论框架与研究方法
(一) 理论框架
1934年, 俄罗斯生物学家高斯用实验的方法观察了两个物种的竞争现象。他将在分类和生态上极相近的两种草履虫———双小核草履虫和大草履虫作为实验材料, 以一种杆菌为饲料进行培养。当单独培养时, 两种草履虫都出现典型的逻辑斯蒂增长;当混合在一起时, 开始两个种群都有增长, 但双小核草履虫增长快些。16天后, 只有双小核草覆虫生存, 大草履虫完全消亡。这就是著名的高斯竞争排斥实验, 两个物种利用同一食物资源时产生的竞争排斥现象, 本质上这是生态位重叠的结果。“生态位”概念最早由美国学者格林内尔 (J.Grinnell, 1917) 提出, 他认为生态位是一个物种所占有的微环境。实际上, 他强调的是空间生态位 (spatial niche) 的概念。其后, 英国生态学家埃尔顿 (Charles Elton, 1927) 将其内涵进一步发展, 他把生态位定义为“物种在生物群落中的地位与功能作用”。他强调的是物种与物种之间的营养关系, 因此也称之营养生态位 (trophic niche) 。1957年, 英国生态学家G.E.哈钦森 (G.E.Hutchinson, 1957) 拓展了生态位的概念, 提出了“n维超体积生态位”[4]。G.E.Hutchinson的生态位概念已经被广泛接受, 经过近100年的发展, 生态位概念及其理论日益完善, 生态位理论的应用已超越生物学范畴, 渗透到诸多研究领域, 并且起到相当重要的指导作用。
要建立古村落旅游生态位重叠模型, 首先必须对生态位及生态位重叠理论进行分析。假如我们考察一个单一的因子 (如因子1) 时, 一个物种将只有一个明确的适合度, 亦即这个物种只有在因子1的一定范围内才能生存和繁殖, 这个范围就是这个物种在一维上的生态位 (图1 (a) ) ;假如我们同时考虑这个物种在因子1、因子2上的适合范围时, 生态位就成了两维的, 并可以用面积S来表示 (图1 (b) ) ;假如加上第三个因子, 该生态位就成了三维的, 如图1 (c) 。实际上, 在自然生态系统中, 物种的适合度收到许多生物和非生物因子的影响。因此, 生态位的维数将大大多于3个, 形成n维适合度明确的超体积。这就是G.E.Hutchinson的生态位概念[5], 如图1所示。
从G.E.Hutchinson的生态位概念中, 我们可以得到如下两个推论: (1) 两个或两个以上的物种共存时, 其生态位可能的结果是包容、重叠或分离 (如图2所示) 。图2表示了两个物种在一维资源域上占用宽度的重叠与分离状况。可以看出, 图2 (a) 中, 物种1包容物种2的生态位;图2 (b) 中, 物种1和物种2有生态位重叠;图2 (c) 中, 物种1和物种2没有生态位重叠, 即存在生态位分离。 (2) 比较两个或多个物种生态位重叠和分离情形, 可以探讨竞争与进化的关系。不同生物在某一生态位维度上的分布, 可以用资源利用曲线来表示, 该曲线呈正态曲线 (如图3所示) , 它表示物种具有的喜好位置及其散布在喜好位置周围的变异度。图3 (a) 中各物种的生态位狭窄, 相互重叠少, d>w (d为曲线峰值间的距离, w为曲线的标准差) , 表示物种之间的竞争小;图3 (b) 中各物种的生态位宽, 相互重叠多, d
(二) 研究方法
从上述分析中可以看出, 古村落旅游生态位理论的实践意义在于全面分析其生态位的重叠程度和分离情况, 从而探讨古村落间的空间竞争关系。因此, 古村落旅游生态位可以定义为:古村落在区域生态空间内所具有的生存位置、特定功能以及所发挥的群体效益作用, 它集中反映了古村落在资源、市场、环境、服务、管理、品牌、信息等旅游维度上所占据的特殊位置。从本定义中可以看出, 古村落旅游生态位是多维的, 具体维度的确定可以根据实际情况和需要来进行选择, 一级维度下可细分出二级、三级维度等, 多维性使得生态位的概念可抽象为数学方法, 构建生态位重叠模型。所以, 生态位重叠模型构建主要包括生态位维度指标提取及权重、指标赋值、生态位宽度指数和重叠指数测算三个步骤:
1. 生态位维度的提取及赋权。
古村落旅游生态位受到诸多方面的影响, 其维数难以穷举也没有必要, 既会增加问题分析的复杂性, 同时多变量之间可能存在信息的重叠, 因此模型构建前需要确定主要指标并且科学地“降维”。对古村落旅游生态位的提取, 认为有三种方法切实可行, 一是运用Delphi法 (Kennedy[6], 2004) , 这种方法操作简单, 不需要太多的计算, 但主观性较强;二是扎根理论研究法 (Glaser and Strauss[7], 1967) , 此方法获取因子的科学性与掌握的资料有很大关系, 因此主观性也较强;三是采用数理统计的方法, 如可以选择因子分析法和主成分分析法相结合进行处理, 以最少的信息丢失为前提, 将众多的原有变量综合成较少几个综合指标, 作为古村落旅游生态位的关键维度, 此方法较为客观, 但计算量比较大, 其基本思路如下:
(1) 数据的标准化处理。我们对原始数据进行了标准化处理, 为了使处理以后的各项指标值在0-1之间, 这里选用极差标准化方法, 计算方法如下[8]:
式 (1) 中i=1, 2, …, n;j=1, 2, …, p, 其中n为评价古村落的个数, p为生态位维数。
(2) 构建相关系数矩阵:
式 (2) 中i=1, 2, …, n;j=1, 2, …, p, 其中n为古村落个数, p为维数。
(3) KMO检验。比较变量之间的简单相关和偏相关系数, 进行Kaiser-Meyer-Olki (KMO) 检验。Kaiser给出一个KMO检验标准:KMO>0.9, 非常适合;0.8
(4) 进行主成分分析, 计算特征值λi与特征向量li。
(5) 计算主成分贡献率和累积贡献率, 一般累积贡献旅游达到85%-95%的特征值λ1, λ2, …, λn所对应的第一, 第二, …, 第m (m≤p) 个主成分。
通过上述因子分析, 可以确定主要生态位维度指标, 但各指标间重要性程度并不一致, 因此需要确定各指标权重, 这里可以采用AHP分析方法 (Satty[9], 1980) 确定各指标权重。
为了本研究综合运用了Delphi方法和主成分分析法来获取古村落生态位维度指标, 具体实施包括以下四个步骤:一是规划调查小组编制了专家咨询表, 主要围绕资源、环境、市场、服务与设施、管理五个方面的内容。二是选择专家组。参与咨询的专家有高校旅游专业教师4人, 旅游规划公司专家3人, 古城管理人员2人, 旅游管理专业研究生5人。三是通过三轮调查与咨询, 最后得到古村落生态位维度指标体系。四是把得到的指标体系运用主成分分析方法在SPSS11.0软件中进行降维处理, 最后得到古村落旅游生态位指标体系, 包括5个Ⅰ级指标, 11个Ⅱ级指标, 29个Ⅲ级指标 (见表1) 。
注:括号内权重为对本层指标的权重。
2. 生态位维的指标赋值。
生态位指标的赋值可以通过问卷调查进行, 生态位指标有定性指标和定量指标两种类型。对于定性指标, 调查数据以5级 (非常好、非常高) 、4级 (比较好、比较高) 、3级 (一般) 、2级 (比较差、比较低) 、1级 (非常差、非常低) 分为5个等级, 每个等级分别赋予9-10, 7-8, 5-6, 3-4, 1-2的分值。如古村落的完整性指标, 主要看是否有现代感强的建筑。保存非常完整的赋值9-10分, 保存比较完整的赋值7-8分, 完整性一般的赋值5-6分, 完整性比较差的赋值3-4分, 非常差的赋值1-2分。对于定量指标, 可以通过无纲量化转化为1-10的值。
3. 生态位宽度与重叠计算。
在香农-威纳多样性指数 (Shannon-Weiner index) 的基础上, 按照生态位维度指标进行调整, 得到生态位宽度指数, 计算公式如下:
式 (3) 中Bi为古村落i的旅游生态位宽度, Nij为古村落i利用j资源的数值, r为古村落旅游生态位资源的维数。古村落旅游生态位宽度的取值范围在0-1之间, 0表示没有利用, 1表示对所有的资源最大化利用。
古村落生态位重叠指数可以采用下面公式计算:
式 (4) 中Cih为古村落i和h之间的生态位重叠指数, Nij是古村落i在j资源中数值, Ni为古村落i在所有资源等级中的数值。Nhj是古村落h在j资源中数值, Nh为古村落h在所有资源等级中的数值。
三、实证研究:洪江古商城与黔阳古城的竞争
(一) 研究区概况
黔阳古城、洪江古商城分别位于湖南省怀化市中部洪江市、洪江区境内, 是湘西地区古群落群的重要组成部分。二者均处于沅水上游与支流交汇之处, 古城临水而建, 相距25km。历史上两座古城之间的经济、文化往来就很频繁, 各自依托水运条件开展贸易, 成为湘、黔、桂地区的货物中转站以及交易平台。在历史的长河中留下了丰富的文化载体, 也留下了诸多非物质文化遗产, 使得两座古城旅游开发具有很好的资源条件。但由于处于同一区域背景下, 其历史渊源、建筑风格及所体现的文化内涵等诸多方面都有相似之处, 在先天禀赋相似、空间距离邻近的背景下, 又进行雷同的开发, 致使两座古城旅游不仅“形似”, 而且“神似”, 旅游竞争较为激烈 (见表2) 。因此, 以两座古城为案例进行生态位重叠研究, 具有较好的代表性。
(二) 结果分析
2010年底我们接受了湖南洪江市旅游规划任务, 分两次在洪江古商城对游客、景区管理人员发放问卷进行调查, 共发放问卷355份, 回收335份, 其中有效卷317份, 有效率89.3%。这里对主要结果进行如下分析:
1. Ⅱ级指标重叠分析。
利用EXCEL工具计算, 得到洪江古商城和黔阳古城Ⅱ级指标的旅游生态位宽度指数和生态位重叠指数 (见表3和图4) 。
2. Ⅰ级指标重叠分析。
运用公式 (3) 、 (4) 计算Ⅰ级指标的生态位宽度与重叠矩阵, 计算结果见表4。首先, 从旅游生态位宽度指标看, 五项指标中洪江古商城略高于黔阳古城 (如图5所示) 。从旅游资源一项看, 分别为0.1825和0.2626, 两座古城对资源的利用还有较大的提升空间;从旅游环境一项看, 洪江古商城生态位指数远低于黔阳古城, 通过进一步分析, 发现洪江古商城的外围环境得分要远低于黔阳古城;从旅游市场、服务与设施两项指标看, 洪江古商城均高于黔阳古城;综合管理一项二者相当。其次, 从生态位重叠指数来看, B1-B4四项指标重叠值都很高, 说明两座古城在发展中, 对资源、环境、市场、服务与设施方面利用路径基本是相同的, 二者之间存在着明显的竞争关系;综合管理项指标重叠指数小, 说明在管理模式方面没有明显竞争关系。
注:A1为洪江古商城, A2为黔阳古城, 下同。
3. 总目标分析。
本文计算了洪江古商城的生态位宽度指数为0.6548, 黔阳古城生态位宽度指数为0.2745, 生态位重叠指数为0.8504。总体来看, 洪江古商城和黔阳古城的竞争关系表现明显, 但是二者对资源、市场、环境、设施等旅游发展的要素利用方面都还有较大的空间, 黔阳古城更是落后于洪江古商城。
四、结论与结语
借鉴生态位理论, 从n维生态位角度, 选取了旅游资源、旅游环境、旅游市场、服务与设施、综合管理5个Ⅰ级指标, 11个Ⅱ级指标, 29个Ⅲ级指标, 建立了古村落旅游生态位评价指标体系。根据多维指标特点, 对香农-威纳多样性指数 (Shannon-Weiner index) 进行了调整, 构建了古村落旅游生态位宽度指数和生态位重叠指数模型, 运用该模型对湖南洪江古商城、黔阳古城进行了生态位宽度和生态位重叠的计算和评价, 计算过程中没有太大的标准误差和负的误差变异系数存在, 结论与发展现状基本相符合, 该模型是可以接受的。
古村落虽然并非是生命体, 但其发展的过程却具有生命体的演进规律, 具有类生命体的特征, 现有的一些研究也证明了旅游地类生命体的正确性和生态位理论在旅游地空间关系研究领域的适用性。因此, 借鉴竞争排斥理论框架分析古村落旅游竞争认为是适用的。通过定量地探讨古村落旅游竞争的内在关系以及各种因子对竞争的影响程度, 弥补了目前定性研究中的一些不足, 对古村落旅游开发、经营和管理具有现实的指导意义。但本研究也有一些尚待完善的地方:一是对古村落旅游生态位理解的不同, 指标体系可能尚存不足, 现有的指标体系还需要检验和修正;二是调整后的生态位宽度指数和重叠指数计算公式还需要更多的实证研究检验, 这些将在今后的研究中进行补充和完善。
参考文献
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[8]徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京:高等教育出版社, 2002:224-249.
仿生学 篇10
1 基于中值滤波的图像去噪
中值滤波是一种图像增强的非线性技术,它将每一个像素点的灰度值设置为该点某邻域窗口内所有像素点灰度值的中值[5,6,7,8],在去除图像噪声的同时可以较好地保护图像的边缘,但与原图形相比,图像细节部分有一定程度的丢失,使得图像变模糊。
中值滤波的原理是把序列中的一点,用该点领域的中值代替。中值的定义为:
一组数x1,x2,…,xn,把这n个数按数值的大小进行排列xi1≤xi2≤…≤xin。则
y是序列的中值。把一个点特定形状的邻域称作窗口,对于二维图像可以利用某种形状的中值滤波器(如方形、圆形、十字形等)对图像进行滤波。
图1是中值滤波去噪的过程图,文中算法中值滤波去噪算法的实现过程首先选定了一个3×3中值滤波器(窗口)W(i,j),利用W(i,j)从图像x(i,j)中取出数据;其次对取出的数据按照大小排序,用排序后的中值代替要处理的数据。即
式中,x(i,j)表示输入图像,y(i,j)表示输出图像,符号“*”表示卷积。中值滤波是一种简单快速地去除噪声的算法,它在去噪的同时能较好地保持图像的边缘,在一定程度上有增强图像的作用,对于红外图像的去噪和增强都能起到一定的作用。
2 基于生物仿生学的图像增强
生物视觉神经细胞之间存在侧抑制现象,该现象最初由Hartline在鲎的侧复眼上观察得到的[6]。任意选定鲎的一个小眼作为受试感受器,对它进行稳定的光照,其发放稳定在一个定值,当对其邻近的一群小眼也进行光照时,会使受试感受器的发放明显变慢,而撤去邻近感受器的光照后,发放马上恢复到原来的定值。邻近感受器的光照强度越强,受试感受器的发放变慢越多,受光照的邻近感受器越多,效应越大。每一个感受器即会抑制邻近的感受器,也会被其邻近的感受器所抑制。根据测抑制现象可以建立侧抑制网络。
2.1 侧抑制网络
设eA、eB分别表示感受器A、B在单独光照条件下的脉冲发放,rA,rB表示感受器A、B在相互作用时的脉冲发放,则侧抑制网络可写成如下方程
式中,kAB(kAB≥0)表示感受器B对A作用时的抑制系数;kBA(kBA≥0)表示感受器A对B作用时的抑制系数;r0AB表示感受器B对A产生抑制作用时达到的阈值;r0BA表示感受器A对B产生抑制作用时达到的阈值。括弧中的值不能为负值(出现负值时用零代替),即不存在“负抑制”。把式(3)推广到n个感受器相互作用,则需要n个方程
式中,rp表示第P个感受器受到的相互抑制作用时的脉冲发放;ep是第P个感受器单独受光照时的脉冲发放;kp,j是第j个感受器对第P个感受器的抑制系数;rp0,j是第j个感受器产生抑制作用必须达到的阈值。同样括弧中的值不能为负值(出现负值时用零代替),即不存在“负抑制”。
2.2 人眼视觉模型
人眼的视觉系统中同样存在侧抑制现象,它使得空间雷同信息得到抑制并减弱,空间反差信息得到增强,1953年,Kuffler首次阐明人眼感受野的空间分布呈同心圆拮抗(Opponent)模式[9,10,11,12],,空间感受野分为ON-中心型和OFF-中心型,ON-中心型感受野是由中心兴奋区和周边抑制区组成的同心圆机构,它们在功能上是相互拮抗的,对中间区域施加两点刺激,其反应是相互叠加的,如果一点刺激在中心,另一点刺激在周边,其反应呈现相互的拮抗作用。OFF-中心型的分布与ON-中心型正好相反。
Rodieck于1965年提出同心圆拮抗式感受野的数学模型[13,14,15],由一个兴奋作用强的中心机制和一个作用较弱但面积更大的抑制性周边机制构成。两个机制之间存在相互拮抗的作用,且都是高斯分布,方向相反,符合相减的关系,所以Rodieck模型又称高斯差分模型(different of Gaussians,DOG)。
式中,A、B、δ1和δ2均为常数;c1、c2是高斯核。
如果A>B,δ1<δ2,对应的是ON-中心型感受野,中心部分是一个细而高的兴奋区,外周是平坦的抑制区,如图2所示。如果A
CSSN(on-Center off-Surround Shunting Network)是根据人眼的视觉能力提出的动态方程[16],它能提取边缘的拮抗特性,把它推广到处理二维图像的动态方程,其中的拮抗特性数学模型采用同心圆模式的DOG。
式中,c1、c2是5×5的高斯核;i、j表示图像大小;Ic表示中心兴奋图像;Is表示周边抑制图像;E表示处理后的结果图像;常数B和D分别表示兴奋饱和值与抑制饱和值;常数A是向零值衰减的速率,所有的参数都是非负值。设B=D=1,在图像增强的过程中不考虑动态过程,所以只考虑CSSN达到平衡时的方程,即d Ei,j/dt=0,求解得
当2个输入图像相同,即Ic=Is时,式(7)可以写成如下形式
式中,Ei,j表示处理后的结果图像;Ii,j表示输入图像,其余参数含义与式(6)相同。
2.3 图像增强处理
图4是利用人眼视觉模型对去噪后的图像进行增强的过程图,利用式(5)中选取的5×5高斯核c1和c2,A取值为1 000,利用式(8)对中值滤波去噪后的图像进行增强处理。
人眼视觉模型通过模拟人眼处理图像信息的机制来构造数学模型并进行图像处理,对图像有明显增强反差、突出边缘的作用,在增强图像细节压缩图像信息的同时能保持图像的能量不损失,所以能够用于图像的增强处理。文中针对红外图像噪声大、细节不明显的缺点,首先利用中值滤波对红外图像进行去噪处理,然后把去噪的图像送入人眼视觉模型中进行图像的增强处理,得到去噪后的增强图像。
3 实验结果及分析
文中对采集的红外图像进行处理,图像的大小为768×576,如图5所示。图5a为原始图像,图5b为加入均值为0,方差为0.001的高斯噪声后的图像,图5c为中值滤波和直方图均衡处理后的图像,图5d为加权邻域平均和灰度调整处理后的图像,图5e为文中算法处理后的图像。从图5c中可以看出,图像的对比度得到提高但是图像中的噪声也得到了放大;从图5d中可以看出图像中还存在很少的噪声,图像的对比度同样没有提高,不利于图像的后续处理;从图5e中可以看出,图像在对比度增强的同时有效地抑制了图像中的噪声,使得图像的细节部分更加清晰。
实验在Matlab7.1中进行仿真,运行环境为Inte Celeron CPU,内存为512 M,分别计算具有可比性的评价图像的2个标准:峰值信噪比(PSNR)和信噪比(SNR)。计算结果如表1。从表1可以看出,文中算法与中值滤波和直方图均衡、加权邻域平均和灰度调整算法相比PSNR和SNR都有较大的提高,结合图像的实验效果,表明文中算法对于红外图像有较好的去噪增强效果。
4 结论
美国仿生学军事革命领先全球 篇11
美国国防部正在开展一项新的研究，模仿狗的灵敏嗅觉来制造一种能够分辨多种化合物的人造嗅觉探测器。这项研究如果成功将大大提高美军在战区探测化学武器的能力。虽然美军已有多种技术可以探测到生物和化学武器，但是迄今为止，任何人造的探测仪远没有比狗的灵敏嗅觉更加有效。
美国国防高级研究计划署正在研发的“RealNose”（真鼻子）技术，目的就是研制出一种可以与狗的灵敏嗅觉相媲美、甚至更为灵敏的人造探测器。虽然政府已投入数百万研究经费以及大批研究员夜以继日地攻关，但还未取得理想效果。警犬仍然是美军在机场嗅出炸弹和识别伊拉克路边炸弹的最灵敏的“战士”。
“真鼻子”这项研究与国防高级研究计划署20世纪90年代后期为探测矿山而模拟狗的嗅觉研制的探测器相近。不同的是，这次是力图探测出上千种具有不同特性的化学武器。
麻省理工学院过去几年研制的嗅觉感受器是用来辨别气味的。“真鼻子”研究组组长布莱恩·库克说:“通过使用感受器，研究者们可以提高其探测不同气味的能力。”圣地亚哥的国际科学应用公司最近刚刚获得了近1800万美元的研究基金来研制人造嗅觉探测器，并期望在2010年圣诞节前完成。
然而，也有一些质疑声音。环球安全网（GlobalSecurity.org）防务专家约翰·派克说:“远离机场这种单一的环境使用探测装置是一种真正的挑战。试想，如果在充满各种味道的大街上，如何走得更近才能嗅出气味？”
“间谍虫”发威
想象你置身于一场战争，而敌人在策划下一次袭击，你会多么希望自己是敌人墙上的一只苍蝇，偷偷听敌人在如何派兵布阵！最好这只苍蝇还能够录下敌人的声音，传输图像资料，甚至能够对敌人发射微小武器。
这种007式的神话将在不久的将来变为现实。美国代顿的赖特－帕特森空军基地的军队工程师正在设计一种会飞的机器人，而这种微小机器人甚至可以被伪装成昆虫，既可以完成不可完成的任务，又不用威胁自己的“007”。
目前，美军的工程师正努力改进设计，使无人机变得更加微小型化，来增加它在伊拉克和阿富汗侦察的用途。这新一代的无人机被称为微小飞行器，它可以像黄蜂一样小，能够飞入各种大楼里，而不易被人发现。这些微小飞行器一旦抵达目的地，就可以拍照、录音录像，甚至于发起袭击。
帕克和他的同事们计划在2015年前研发一种同鸟一样大小的机器人，这些“间谍鸟”将飞入敌方城市，停在建筑物的屋檐上或者电线上，这些“间谍鸟”也会扇翅膀，让人不起疑心，只不过它们是通过一个推动装置来完成。如果一切顺利的话，帕克的小组将在2030年前完成昆虫大小的型号。“这些小‘昆虫’也会有微小的翅膀，也能承受震动。”帕克说，“如果你盯着这些昆虫，它们会时不时从墙上滑落，但是还能飞起来。如果是飞机的话，那是不可能这么做的，但是我看不出为什么这么小的飞行器不能。”
仿生学 篇12
茶具在我国发展至今已有几千年的历史, 它是一个民族生活习惯、思想状态、审美意向的体现, 是实用价值、经济价值、艺术价值、文化价值与美学价值的有机融合。将仿生学理念运用到现代陶瓷茶具的设计之中, 能充分发挥仿生元素的造型、肌理和色彩特征, 赋予茶具以鲜活的生命力, 体现出一种崇尚自然的精神状态。
1 仿生学在茶具设计中的应用原则
将仿生学应用到茶具设计中, 应当充分考虑到仿生设计元素与茶具造型、色彩、结构、功能等之间的关系, 实现功能性与审美性之间的平衡。特别需要指出的是, 陶瓷茶具在烧制过程中存在诸多不可控因素, 比如原材料的性能、烧成的收缩率、成品的变形率等, 运用仿生学理念时必须对这些问题进行综合考量与评估, 采取科学合理的设计方式, 保证茶具最终成型。
在确立了可用的仿生设计元素以后, 我们应当遵循以下原则, 来提升茶具的美感, 增强茶具的表现力。其一, 在造型上, 应当注意突出其象征意义, 强调茶具的整体气势表达, 仿生元素的融入应当考量茶具设计的总体轮廓和局部细节, 清晰而准确地再现主题, 例如南瓜造型的紫砂壶, 造型精美, 细节精巧, 既实用又美观。其二, 在色彩上, 应当注意把握釉层的厚薄程度及烧制温度, 对釉上彩、釉中彩和釉下彩做分别处理, 使釉色的张力发挥到极致, 形成丰富而绚丽的色彩系统, 成为艺术家表情达意的介质。其三, 在肌理上, 同样应当以茶具在烧制过程中所呈现出的肌理特征为基础, 避免因过度修饰导致茶具本身与肌理纹路不符而破坏茶具的品质, 保证茶具兼具功能性与艺术性。
2 现代陶瓷茶具设计中的仿生学运用
仿生学在现代陶瓷茶具设计中的运用主要体现在造型、色彩和肌理三个方面, 具体论述如下。
2.1 茶具造型上的仿生学运用
运用仿生学原理进行茶具造型, 究其本质, 就是对自然生物形态的模拟与再现。事实上, 我国很久以前就已经实现了茶具造型上的仿生设计, 例如陶瓷碗的造型中有各种花口形状, 包括葵花形、菱花形、莲花形、菊花形等, 姿态美观, 别出心裁, 妙趣横生。毋庸置疑, 仿生造型可以让茶具的外观更加符合大众的审美意识, 体现出更高层次的美学价值。
不过, 必须注意的是, 在追求造型上美观的同时, 还要讲求茶具现实稳妥与比例的统一, 不能影响茶具的正常使用, 不破坏其功能性。茶具的使用对象是人, 它的规格必须要按照人的比例来设计, 以便于人们使用。茶具本身也应当符合整体实用性的比例, 茶壶的高度、壶嘴的长度、壶盖和壶柄的大小都是造型的一部分, 同时也是茶具功能的主要决定元素。在设计时, 我们应当遵循仿生学中注明的“调和之黄金律”, 依照这一定律对陶瓷茶具进行结构分割, 使其造型趋于稳妥。一般而言, 陶瓷茶具中正立的三角形造型会给人以稳重安全的感觉, 倒立的三角形则会让人感觉不稳定, 但是, 正立的三角形从审美角度而言显得单调而笨拙, 反而倒立的三角形能够带来视觉上的新颖感受和美学体验, 所以, 此时我们引入仿生学原理, 采用中和的方式, 依照“黄金定律”对茶具造型进行划分, 仿照一些天然的生物形态为茶具增添灵活、俏皮的感受, 比如乌龟造型的茶具, 龙头壶嘴设计的茶壶, 莲花形状的茶杯等, 从而避免造型上的单调乏味, 保证茶具的审美体验和使用感受。
仿生学对现代陶瓷茶具造型设计方面的影响除了丰富造型形态、提升茶具美感外, 还可以通过风格各异的造型, 实现饮茶者内在情感与外部环境的和谐统一。陶瓷茶具被公认为是保证饮茶事宜正常进行的最直接、最贴切也是最关键的器具。饮茶品茗, 我们所要有的不仅仅是品质上乘的茶叶, 还要有质地优良的茶具和幽静风雅的饮茶环境。古人有云:“境由心生。”可见外部环境对人们性情的影响有多么深刻。因此, 若要全方位提升品茶的效果, 就必须从茶具的设计上下功夫, 力求实现情感与环境的高度统一。我们知道, 陶瓷茶具是历代以来茶客品茗的最佳选择, 在造型设计上要突出一种朦胧的情感色彩, 将大众对陶瓷茶具的认可成为一种模糊化、概念化、抽象化的存在, 而后按照仿生学的哲学理念对造型进行创造性设计, 带给使用者一种充满生命色彩和生活气息的感受, 增强产品的实用价值和审美功能, 进一步优化人们的饮茶环境。
2.2 茶具色彩上的仿生学运用
针对陶瓷茶具色彩的研究有很多, 江西省中国茶文化研究中心的陈文华先生在文章《试论陶瓷茶具的鉴赏》中指出, 东汉青瓷是最早赋予茶具以艺术审美功能的陶瓷作品, 从那以后, 人们对陶瓷茶具的艺术加工越来越频繁也越来越深入, 其中就包括对陶瓷茶具的色彩仿生。色彩是一切艺术创作中最具表现力和感染力的表达手段, 在绘画艺术领域处于相当核心的地位, 是彰显创作者个人气质和特色的重要标志, 也是创作者传达情感的主要窗口, 因此在陶瓷茶具的仿生设计上, 色彩也便成为首要考量的方面。
陶瓷茶具的色彩是人们评判茶具美学价值的主要考核内容, 胎质的色泽以及釉色的颜料搭配共同构成了陶瓷茶具美观性与艺术性的载体。不同的釉色会给人带来不同的视觉感官刺激, 暖色调如黄色、红色、橙色等色彩会让人体会到温暖、热烈的感受, 而绿色、蓝色、棕色等则会让人感到清凉和沉稳。同时, 不同的色彩还可以折射出创作者本人的情感态度, 并对周围的环境起到一定的烘托与陪衬作用, 比如, 金黄色的陶瓷茶具能够彰显出使用者的高贵、典雅、富丽、华贵, 水墨色能够体现出设计者以及茶具主人的素雅与淳朴情怀, 幽兰或青翠的色彩则多为清心寡欲、心怀天下的哲人、高士所喜爱。
与造型仿生一样, 我国陶瓷的色彩仿生同样拥有非常悠久的历史, 色彩仿生可分为两个类型, 即素胎类和彩釉类。根据冯先铭先生等编著的《中国陶瓷史》, 位于我国四川省的邛窑最早成功烧制了以铜、铁着色的多色彩釉, 发展到唐朝时代, 釉色多达三十余种, 涵盖青绿、青黄、青灰、绿、深绿、浅绿、灰白、乳白、蓝色、黑色、黄色、米黄、茶黄等。这些釉色纯度极高、搭配合理, 色彩运用皆取材于天成之物, 给人较强的视觉享受。正如《旧唐书卷十一本纪第十一》中所记载的一样:“黄者如金, 黑者如漆, 绿者如玉, 青绿苍翠可爱最为贵重, 棕釉而有花纹, 或釉彩如窑变者最难得, 其釉水无美不备。”古代平民百姓所常用的荔枝、干核桃和石榴造型陶瓷器物便是以灰色、深灰色和红色为基础色调所烧制而成的素胎类仿生陶瓷, 工艺简约, 成本低廉, 造型淳朴, 色彩方面则透出鲜明的自然天成之感, 审美意味浓厚。在古代, 还有一类彩釉陶瓷是专供统治阶级和王室贵族所使用的仿生陶瓷, 制作工艺非常考究, 需要根据素胎烤制出来的颜色和质感, 运用独特的配釉、施釉和加彩等技术, 使茶具的色彩更加丰富和饱满, 带给人们良好的视觉印象和审美感受。
陶瓷茶具的色彩仿生设计是通过对陶瓷胚胎施加釉色来实现的。如上文所述, 陶瓷的釉色在施加过程中根据部位和方法的差异, 可以分为釉上彩、釉中彩和釉下彩三种。依照仿生学设计原理, 所施加的釉色必须根据釉层的薄厚程度、茶具烧制的温度以及成品放置的位置等多种因素来决定, 因为这些因素都会对釉色的发挥产生或大或小的影响, 继而影响茶具的整体美观。所以, 在施加釉色时, 应当将仿生学与上述影响因素结合起来, 综合考量后选取恰当的施釉方式。
2.3 茶具肌理上的仿生学运用
仿生学是一门交叉学科, 陶瓷茶具的肌理仿生更是涉及多个领域, 包括生物学、设计学、艺术学、人体机能学等多门学科。通常来说, 肌理是指由材料的组织结构而造成的外表形状与质感特征, 世间万物都有其独特的肌理, 就如同人们的掌纹一样, 没有任何两种生物拥有一模一样的结构纹理和组织纹理。在陶瓷茶具设计方面, 肌理仿生的实现来自于茶具表面肌理效果的起伏变化, 来源于对生物表面肌理特征和质地感觉的模拟与创造, 这不仅是一种视觉或触觉上的体验, 更是一种内在功能性的释放, 是生命力和表现力的彰显, 具有深刻的哲学意义。
茶具是人们时常使用的器物, 与人们生活密切相关, 因此, 在视觉和触觉上, 它所具备的肌理特征都必须满足人们的内心需求。在视觉方面, 人们的审美体验主要来自于它的造型设计和色彩搭配;在触觉方面, 人们的感受则主要来自于茶具的肌理特征, 这些肌理特征通过不同的表层组织向使用者传达其客观存在及表达形式, 让人们体会到其中的情感色彩以及其他深层次内涵。
茶具肌理的仿生学设计可以追溯到五代时期, 那时人们运用绞胎碗, 把漆器制作工艺运用于陶瓷肌理的设计之上, 将白色、褐色两种泥相间揉和在一起, 经过相绞、拉胚等制作工艺之后胚胎成形, 并呈现出白褐相间的纹理, 分布颇为均匀。而后, 按照所需将绞泥切片贴于已经制成的陶瓷茶具之上, 或者整个器物均贴以绞泥, 茶具上的纹理图案会呈现出野鸡羽毛的纹路, 会让人联想到由野鸡毛所制成的鸡毛掸子的那种轻盈、柔和、欢快之感, 同时又因其天然的纹理能够带给人们一种大自然的美丽与亲和力, 让人们产生亲近自然、回归自然的感觉。
总之, 陶瓷茶具中的仿生设计理念是人们与茶具之间进行互动的纽带与桥梁, 它秉承以人为本的原则, 将造型、色彩和肌理置于主导和支配地位, 丰富并发展了形式与功能相互关系的美学理论, 具有较高的艺术价值和审美价值。
摘要：仿生学茶具设计是从大自然动植物乃至微生物身上寻找灵感, 通过专业仿生设计, 使茶具既满足基本的实用功能, 又符合人们对茶具的艺术审美需求。本文首先探讨了仿生学在茶具设计中的应用原则, 而后从造型、色彩和肌理三个方面, 对仿生学在现代陶瓷茶具设计中的运用做出分析。
关键词：仿生学,陶瓷茶具,设计应用原则
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