几何学在木制陈设玩具设计中的应用

王影 陈思宇

摘要：几何学贯穿古今，从历史发展过程中看，几何学的运用和发展是时代必不可少的。本文首先对木制陈设玩具的概念进行界定，然后阐述了几何学在木质陈设玩具设计中的应用意义，最后从特征提取、几何简化、元素重构三方面阐述几何学在木制陈设玩具设计中的应用方法。这种方法可以帮助设计师在设计时，快速实现从复杂的客观事物中提取主要特征，并对事物的各个部件关系有更为明确的认识，实现事物原型和玩具之间的转化。

关键词：几何学;木制陈设玩具设计;应用

中图分类号：TB472文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）02-0057-02

我国木制陈设玩具的设计起步较晚，还未形成系统的理论体系，产品同质化严重，缺乏设计创新，无法满足当代人的需求。同时由于木材材料的一些限制因素，导致在形态的转化和表达上，与塑料、金属等材质也有很大的区别，而几何作为一种最基本、最直接的形态，在塑造出独特的角色形象中可以产生更多的可能性。几何的形态更具有抽象和概括性，既保留了原有事物的形态特征，又给玩家留下了丰富的想象空间，使木制陈设玩具更具艺术性和创造性。

1 几何学概述

几何学主要研究几何形态的大小、形状以及位置关系[1]。几何学的研究方法主要有五种，分别是辅助线法、黄金分割法、斐波纳契数列法、根号矩形法、黄金分割动态矩形法[2]。这些方法在设计中既有指导作用，又能对形态设计起到约束的作用，在设计时不能直接生搬硬套，应根据设计需要合理应用。几何学的研究方法被运用在建筑、平面、产品等多个领域的设计中。在玩具设计中，几何分析的应用也成就了多个经典，如七巧板、魔方、积木等这些玩具虽历史悠久，但仍有很好的市场和发展前景。

2 木制陈设玩具概述

陈设玩具的历史十分悠久，可以追溯到古代的泥塑、人偶，与人类的生活习惯、文化信仰有着密切的联系，陈设玩具主要是指能与人、空间环境产生互动作用，具有观赏价值和收藏价值的物品。木制陈设玩具则是指材质为实木的陈设玩具。

3 几何学在木制陈设玩具设计中的应用意义

所有木制陈设玩具可以看作是点、线、面、体的组合，研究玩具形态之间的关系，其实就是研究不同几何形态之间的关系。木制陈设玩具的每一个部分都存在着几何形态，研究各个部件之间的关系，就是研究各种几何形态之间的关系。几何形态的转化可以更直观地呈现事物每个部件之间的關系，以及每个部件的分界线，方便在设计中转化为玩具的设计要素[3]。几何学是将事物形态转化为玩具过程的一种手段和方法，是事物和玩具之间的桥梁。木材是各项异性的非均质材料，对木材同时进行不同方向的受力，会导致木材开裂变形[4]。在塑造各种复杂的形态上，木材的加工工艺有着较大限制，相较于塑料、金属可塑性稍差，难以批量化生产。几何形态具有规则性，在加工工艺上也更容易实现，同时可以进一步优化和界定木制陈设玩具的尺寸比例。

4 几何学在木制陈设玩具设计中的应用方法

木制陈设玩具设计方法主要围绕几何学在整个设计中的约束和指导，整个设计是以项目需求进行主题的定位，根据需求进行角色的性格和故事进行确定，再进行方案设计。首先对角色的种类即选定的事物进行要素特征和关系特征的提取，这是对事物、几何、玩具三者之间不变的联系和约束，在后面的几何简化和元素重构环节，都应遵循提取的特征进行转化。几何简化阶段的目的是将事物进行不同角度的简化，转化为抽象的几何形状，一方面是将每个部件的关系抽取出来，另一方面也为元素重构提供分解的部位。元素重构是将几何简化后的二维图形转化为三维的角色模型，运用剪切、组合、柔化、变形四种方法对不同的元素和部件进行重构。

4.1 特征提取

塑造玩具角色关键的一步是把握事物具有的形态特征，对事物的结构进行分析，提取出具有特色及较高识别度的特征。事物的特征是在长期进化中构成事物各种元素之间的一种稳定关系[5]。特征按事物元素的构成关系可分为整体特征和局部特征;按事物元素的识别性可分为主要特征和次要特征;按形态特征自身的性质可分为要素特征和关系特征，要素特征包括事物的形态、色彩、结构等，关系特征主要是指元素之间的位置关系、比例关系等具有相对稳定的特征[6]。在木制陈设玩具设计中，往往需要对要素特征和关系特征两者同时进行提取，表达设计的主题。

采用从整体到局部的方法对事物原型进行分析，这是层次分析的方法，根据事物的整体与局部关系、主要与次要关系，构建从上到下的层级关系，第一层级为事物的整体组织，即事物的原型形态;第二层级即事物的主要结构;第三层级为事物的局部特征结构，与同类别事物相比具有特色的局部形态特征。

根据视知觉相关理论，人对事物的认知，通常关注到事物的位置、相对大小、形状等“性质”方面的特征，而不太容易察觉到绝对大小、各部分之间距离等可量度化的特征[7]。这就是说入主要把握的是事物的关系特征，而不是它们的具体量度。当一个事物的形态关系特征不发生改变时，只是进行某种量度上的改变，依旧可以有效地被识别[8]。

事物的特征除了要素特征和要素的位置关系，还有整体和局部的比例关系需要提取。事物的比例是自然存在的，不以人的意志为转移，是在任何状态下事物具有的稳定特征，任何事物，只要有形状、大小或质量，就必然存在比例。比例关系不仅和形态多个要素有关，还影响着事物的根本性条件以及事物的均衡性和稳定性，对事物的风格、元素的表达都有着重要的作用。

4.2 几何简化

事物形态的简化实质上是事物形态的主要特征在数量上的减少。事物形态特征的简化包含整体和局部的简化，主要是对部位的轮廓进行简化。通过删除次要特征和修整主要特征，将次要特征进行删除和合并。形态轮廓的简化是按照事物原有的形态，根据提取的特征进行选择性保留，舍弃一部分不具有代表性的部位。再根据事物的部位分界线对内部的构成进行分解，将简化后的原型形态分解为多个基础几何形状。在几何简化阶段，内部的几何分解要和外轮廓的简化同时考虑，有的事物外轮廓可以直接简化为基础几何形状，则不需要进行内部几何分解。在几何转化阶段需要做形状匹配，将事物的形状与基础几何形状相比较匹配最合适的形状。形状匹配环节可以运用辅助线作为匹配的参考，以便于确定各个部分的位置以及长、宽、高的比例。较为复杂的形态在形状匹配时，与基础形状相差较大，只有一次形状匹配则可能会导致要素特征和关系特征改变，降低事物的识别度，因此需要被分解为多个基本几何形状，最后转化为几何形态。

4.3 元素重构

木制陈设玩具的重构是对初步整合的形态进行分解，进行不同形式的组合，是一种通过改变元素间的形式关系实现形式再造的过程，目的就是为了创造新的几何组合关系和几何特点，从而使角色造型更富有新意。不同几何形体的形态特征与造型表达，能够形成不同的风格意象，在重构时要结合设计的主题，使整体形态更符合主题的表达。在进行元素重构时，要结合上文对特征提取中的要素特征、位置关系和比例关系，维持事物具有的特征。基于几何学的方法，木制陈设玩具设计中元素的重构主要包括剪切、组合、柔化、变形四种方法，四种重构方法可以单独使用，也可以同时结合使用。

元素的剪切是将一个几何形态用另一个几何形态进行裁切，根据需求在几何形状的合适位置插入一个平面，将几何形状进行分割，删除不需要的部分，截取保留剩余的几何形状。或者当两个形体之间部分重叠，进行“体块裁切”，删除重叠的部分。元素的组合就是两个几何形态相加组合成一个新的几何形态。当两个形状没有重叠的时候，可以通过两边切线或者平滑曲线的方式将两个形态连接闭合起来，从而组合成一个新的形态。木制陈设玩具中的组合还可以将其他事物的元素组合到形态中，常见的可组合元素包括人体的形态、其他事物的形态等。几何形状的柔化主要针对形态的边线和夹角，通过在边线和夹角处添加弧形曲线，减弱几何形状的坚硬感。在玩具的设计中，除了机械类角色或特殊情况需要用到坚硬的多边形以外，绝大多數角色都是人类、动物、植物等具有一定柔软度的类型。元素的变形主要是指对几何形态进行放大缩小。木制陈设玩具需要对现实中的形体进行比例的变形。如进行夸张变形，可以避免形态中每个部件过于平均一致化，更好的聚焦人们的视线，突出表达这个角色的特点以及设计师想要传达的情感，呈现一种与现实不同的反差萌，使创作的形象比原型更突出主题。

5 结语

几何学在设计中除了应用其鲜明的风格元素，更多的是可以帮助设计师在不同的形态之间找到一个转化方法，对玩具的结构有着深入的了解，帮助玩具形态控制整体与局部之间、局部与局部之间，以及尺寸与比例等的关系。木制陈设玩具行业的前景广阔，目前在多个环节已经形成初步的规模，但产业的发展是一个长期的过程，需要每个环节都进行深入的探讨，提升行业的整体水平。随着时代的变化，人们的需求和审美也在逐渐变化，我们要立足于中国传统文化.紧跟潮流的步伐，形成具有民族特色的木制陈设玩具，构建本土特色的设计符号，不断完善关于木制陈设玩具的理论和研究，形成具有民族特色的木制陈设玩具设计体系。

本文系浙江省科技厅项目《26县绿色技术应用专项——竹材高值化加工关键设备研制与应用》（项目编号：2018C02018）;龙泉市人民政府项目《竹木产业转型升级体系构建》（项目编号：H20200050）。

参考文献

[1]阚凤岩，邓聪.几何形体在产品造型设计中的运用[J]工业设计，2019（03）：60-61.

[2]刘枫翌，几何形态在产品设计中的应用研究[D].合肥工业大学，2019.

[3]崔冀文.一次关于构造的游戏——造型与形式构成的辅助教学实验[J].装饰，2015 （02）：124—125

[4]李贤军，木材微波——真空干燥特性的研究[D].北京林业大学，2005

[5]陆冀宁，仿生设计中生物形态特征提取浅析[J]，装饰，2009 （01）：136-138.

[6]高小针.基于图形认知理论的产品形态仿生设计研究[D].西安工程大学，2018

[7]潘婷，基于视知觉形式动力理论的儿童玩具再设计与研究[D].大连工业大学，2019.

[8]余云娴.基于拓扑分析的厢式电动物流车形态仿生设计[D].太原理工大学，2019