形态仿生在现代LED灯具设计中的应用与研究

林界平

摘要：形态仿生设计是从自然出发，以自然界的动植物形态作为模仿对象，运用创造性思维设计出备受人们青睐和喜爱的LED灯具。本论文主要重点从形态仿生设计的方法，运用形态仿生设计方法进行LED灯具项目开发的案例、形态仿生设计发展趋势等几大内容进行深入研究分析，从而进一步论证形态仿生在LED灯具设计应用中的重要性。

关键词：形态仿生 设计方法 LED灯具

引言

如何设计出符合人们情感需求的灯具，灯具设计师该采用何种设计手法去表达情感诉求，这是每位灯具设计师都会碰到的问题，以往仅仅满足基本照明功能，在造型上单一缺乏变化的灯具已经不能满足现代人们的审美，现在人们购买LED灯具，除了满足照明功能外，在精神层面上也提出更高的要求，要求灯具设计师在设计的时候要赋予灯具情感元素，这种情感元素就来源于自然界；在工业设计界被广泛应用的是仿生设计，仿生设计简单来说，就是人们运用其观察、思维和设计的能力，通过对自然界的动植物的模仿，通过创新设计创造出各类具有动植物元素特征的工业设计产品；主要包括在动植物形态、功能、结构、肌理、色彩等几面运用这些元素特征去进行灯具设计；而形态仿生设计手法在现代LED灯具设计领域应用最广泛，能够更好地结合LED灯具产品特点，创造出形态丰富多样，造型生动、富有生机活力且有趣味性的LED灯具产品。

一、形态仿生在现代LED灯具设计中的设计手法

（一）对自然界动植物形态特征的研究

自然界的动植物，有着不同的多样化形态特征，这些形态特征的形成是跟动植物长期所生活的环境、生活的气候、生活的习性等因素相影响的，我们在进行形态仿生设计之前，一定要深入细微地去观察动植物的形态特征，包括外部形态特征和内部结构特征，这样才能全面了解这些形态特征的形成规律，分析这些形态特征的特点，提取可模仿的形态元素合理的应用到灯具设计中去。

通过前期对自然界动植物的形态特征进行观察分析后，接下来就是要对这些形态特征进行提取，这是形态仿生设计至关重要的步骤。如何提取有模仿价值的形态特征元素，这是我们要重点研究的内容，一般对动植物的形态特征进行提取时，首先要了解动植物形态特征属性，不同的形态结构特征传递不同的语义，在进行形态结构特征提取时，要筛选出能与灯具产品关键功能结构特征相匹配的动植物形态结构特征，结合其灯具功能、材料、结构、加工工艺、光源等相关因素考虑这些形态结构特征是否能合理应用在灯具上，最后提取出识别度高的具有独特形态特征的结构。

对动植物形态特征元素的提取，最常用的设计手法就是简化。简化就是要把动植物的形态特征通过提炼、概括、抽取的手法突出动植物的形态最本质特征，也就是抽离出构成动植物形态特征的结构，包括整体特征和局部特征，主要特征和次要特征两部分，通过减少动植物形态结构特征数量，改变动植物的结构，然后通过对其形态结构特征进行条理化、几何化与秩序化处理，使LED灯具形态结构更加简化。

bX-F的这款LED台灯是作者原创的设计作品，模仿的对象是仙鹤，鹤性情高雅，形态美丽，素以喙、颈、腿“三长”著称，直立时可达一米多高，看起来仙风道骨，是吉祥长寿的象征。

该设计简化了鹤的整体形态，重点突出了白鹤站立时的神态，减少了白鹤的形态结构特征数量，形态特征经过几何化的处理，使其看起来更简洁优美；台灯主体材料采用黑白PVC，鹤喙底部面板内置LED贴片光源，鹤头部、鹤颈部、鹤躯干、鹤腿部之间装有可调节结构，用户可根据照明的需要调节鹤灯高度，使照明范围达到最佳的效果（如图1）。

（二）形态仿生设计中的设计手法

在进行灯具形态仿生设计时，整体形态特征概括法是首选的设计手法，整体形态特征概括法能使形态整体特征优先于形态局部特征被人们知觉。对自然界动植物整体形态特征的概括要进行全面深入的观察，包括了解动植物的生活环境、生活习性等方面内容，然后进行梳理分析、归纳、提炼出最本质，具有高识别度的形态结构特征进行简化设计。

在进行灯具形态仿生设计时，除了上面所说到的采用整体形态特征概括法外，局部形态特征提炼法也是常用的设计手法，我们对观察动植物的形态视角不同，提取形态的切入点也会不同，应用在灯具产品中的视觉效果、形态功能特征等也会不同；通过对动植物局部形态特征进行重点提炼概括，更能突出动植物形态结构明显的特征。

自然界动植物形态特征隐喻设计手法相对于前面提到的整体和局部形态特征概括法来说，表现的方式比较含蓄，是设计师在对形态特征进行高度的提取概括后，借鉴仿生动植物形态特征寓意的同时，结合LED灯具的照明功能，融入了设计师主观的理解与感受，创作出一個抽象的形态，赋予灯具隐喻的寓意，使人们在看到该灯具形态时，会产生不同的联想和感受。

二、LED灯具形态仿生创新设计案例分析

（一）第一阶段：设计研究项目的定位

为了验证以上所提到的关于形态仿生设计在LED灯具设计中的可行性应用，下面以笔者原创的LED灯具设计案例来进行分析阐述。

首先是要对所研究的设计项目要有清晰的定位，该设计项目的开发是专为“2017年广东（中山）第二届文化创意设计大奖赛”大赛而开展设计的，大赛是以“文化改变生活，创意引领时尚”为主题，所以接下来整个项目的选题和定位要围绕“文化”这一关键词去进行研究；

“文化”是一个比较大的概念，如何缩小“文化”研究的方向，切入到一个特定的小范围去进行研究，这就需要设计师前期去进行大量资料的收集、整理、分析和比较，得出研究的关键词。

笔者通过调查和自己的生活体验发现，广东靠海，海羊辽阔，海产丰富，广东人平常比较喜欢吃海鲜，在饮食文化这一领域比较有研究，特别更钟情于清蒸海鲜，其中就有蒜蓉粉丝蒸扇贝这一道出名菜式，所以笔者把研究对象锁定在扇贝这一海产双壳类软体动物上。

通过对扇贝继续深入了解，发现扇贝不仅肉质鲜美，营养丰富，且外形优美，上下两个壳大小几乎相等且呈扇形状，有着颜色鲜艳呈辐射状花纹的扇贝备受人们喜爱；通过调查发现，市场上并没有太多以扇贝作为仿生对象而设计的创新LED灯具，所以在这一研究领域，在灯具市场上是个创新，所以把这一研项目开发好具有很大的商业价值、文化价值和社会价值。

（二）第二阶段：设计仿生对象的选取

在把设计研究项目定位明确之后，接下来就是要发散思维、收集有关扇贝相关联的资料，并进行整理分析，明确初步的设计方向。

扇贝的品种很多，世界上出产的扇贝种类有60余种，不同的扇贝种类具有不同的形态特征，壳面的辐射肋图案也各不相同，常见养殖的种类有栉孔扇贝、海湾扇贝和虾夷扇贝三种。最后项目选定了双壳表面具有优美蝶铰线的栉孔扇贝作为灯具形态仿生对象。

栉孔扇贝上下壳比较大，一般壳长和壳高分别是74cm和77mm左右，两壳大小及两侧均略对称，两壳上面生长纹细密，有粗细不等的放射肋，纹理排列有序，图形优美，双壳表面多呈浅灰白色。

扇贝由于贝壳具有丰富优美的肋纹，常被制作成各式各样的贝雕工艺品，另外扇贝里面藏有珍珠，珍珠光泽迷人，是宝贵财富的象征，所以扇贝在中国的传统文化里含有财富的寓义，深受人们喜欢；所以在海边工作或去海边旅行的人们，都喜欢经常收集扇贝工艺品送给亲人和朋友作为纪念品。扇贝由于具有美好的形态和寓义，用形态仿生的设计手法应用在现代LED灯具领域，将能创造出适应现代生活方式和符合人们审美需求的LED灯具创新产品，具有文化和商业双重投资价值。

（三）第三阶段：仿生对象的提炼

该项目采用整体形态和具象仿生设计手法，结合LED灯具的照明功能，对扇贝的形态进行提炼简化，选取了扇贝双壳作为灯罩的仿生参考对象，保留扇贝双壳的外形轮廓，加以艺术加工，使双壳的外轮廓线弧度更加流畅优美，提取简化壳面的辐射肋并加以重新排列，使辐射肋的间距合适，排列有序，呈由密到疏逐步放射的秩序美图形。灯罩在材料上选择半透明的白色亚光亚克力材料，这种材料比较轻盈且透光性比较好；在双壳灯罩下面与灯具底座的连接处，左右各设计了可自由调节开合角度的连接结构，方便人们根据照明的需要调节台灯照明角度，这与模仿扇贝双壳能够自由开合的特性相契合，增加了台灯与人的互动，使灯具的趣味性更加生动。在光源选择上采用了最新的具有体积小、节能、寿命长、高亮度、节能环保等特点的圆头E14型号的LED灯泡，当扇贝双壳灯罩打开时，灯座中间露出发光的圆形灯泡，犹如扇贝内含的珍珠闪闪发光，仿生对象与灯具形态的产品语义相吻合，使人心理产生丰富的联想，引起情感的共鸣；运用LED光源，除了节约能源之外，能使灯具给人们带来一种不一样的感受，营造一个温馨、亲和的居家环境（如图2）。

（四）第四阶段：灯具三维形态的推敲

灯具设计手绘效果图出来之后，需要在三维建模软件Rhinoceros上去推敲形态，在三维渲染软件KeyShot上去模拟灯具照明效果。在这一建模的过程中，重点要刻画左右两个扇贝形灯罩，扇贝灯罩是整款台灯最大的亮点，形态的刻画是否优美直接影响到灯具的最终形态效果，这就要求设计师要根据形态美的设计法则，采用合适的设计手法，不断地进行推敲和修改，设计出形态优美，比例尺寸大小准确、结构设计合理、符合散热和人机工程学原理的灯具。

该灯具的整体形态主要采用对称与均衡的形态美法则，左右两边的灯罩，形态大小相同，灯罩打开和闭合时呈现出对称的形态美感。灯罩上面凹凸的辐射肋也是呈左右两边对称的形态，辐射肋由密到疏的渐变发散给稳定对称的灯具整体形态带来动感的活力，起到了形态视觉的均衡效果。

在灯具的摆放方式上，有立摆和侧摆两种方式可供人们选择，人们可以根据自己不同的照明空间环境，不同的心情去选择台灯不同的摆放方式，使灯具与人、灯具与环境之间形成一种互动，增加趣味性（如图3）。

（五）第五阶段：灯具实物打样加工

灯具三维效果模拟出来之后，就要绘制灯具详细的打样CAD尺寸图，包括灯具整体CAD尺寸图，灯具局部零部件CAD尺寸图、灯具配件拆装分解步骤图、灯具材料采购清单等详细的安排，这期间涉及到灯具所采用的材料和结构，因为不同的材料和结构决定了不同的加工工艺，同样的形态，采用不同的材料，开灯后的光效也不尽相同；扇贝台灯整个造型模仿扇贝的开合状态，所以台灯取名为“开合之光”，扇贝的形态是比较复杂的异形，在古镇灯具配件城是购买不到已经做好的扇贝异形亚克力灯罩配件的，所以全新的灯罩造型要找厂家打样出成品来，这就涉及到开模这一加工环节，扇贝灯罩涉及到开模工艺，可以利用注塑机用亚克力材料按照做好的模具注塑出扇貝形灯罩出来，这过程需要设计师与模具工程师不断地沟通解决灯具打样开模相关技术难题及商榷开模具体尺寸。为了方便人们在工作的时候能够根据照明的需要调节光源的开合角度，灯罩与灯座之间设计有可调节开合角度的连接件，这在设计模具的时候也要全面进行考虑。

最后整款台灯由半透明白色亚克力灯罩，带液晶显示时间的LED屏幕的不锈钢灯座，连接E14灯头的LED球形光源三大部件组成，适合批量生产。

（六）第六阶段：灯具社会价值判断

该形态仿生设计灯具的社会价值与经济价值体现在以下三个方面：首先在原创性上，该台灯通过模仿扇贝这一海产双壳类软体动物作为形态参考对象，并运用设计创造性思维进行提炼简化设计，结合现今流行的LED光源技术进行创新性应用，比较符合LED灯具市场的发展趋势；其次在审美性上，该LED灯具采用整体形态和具象仿生的设计手法，并将具有对称形态构成美感的扇贝作为灯罩模仿简化元素，使该台灯现代简约，造型新颖，弧线流畅优美；再次在功能上，该灯具既有舒适的照明功能，也有自由调节灯罩开合角度的结构功能、同时还设置有时间显示功能、有象征“财富”的产品语义，是一款功能性与趣味性同时兼备的现代节能灯具。