文化仿生在产品设计中的应用研究

刘佳琪　高炳学

关键词：设计研究 文化仿生 产品设计 设计过程 设计方法

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）09-0029-05

引言

仿生设计已从工程领域扩展到文化领域，产品文化价值越来越受到人们重视，文化仿生应运而生。文化仿生立足于底蕴丰厚的文化基础，借助仿生设计思维与方法，使产品在实现功能的同时，传承文化、体现意象之美，达到“天人合一”的意识境界，改善用户的情感体验。近些年文化仿生概念在产品设计中备受关注，但缺少对其研究现状与研究成果的系统性梳理。本文对文化仿生在产品设计中应用的相关文献进行分析和梳理，论述文化仿生产品的三个层次，提出文化仿生的设计过程、设计方法，阐述其未来发展趋势，为文化仿生理论的深入研究提供一定的参考。

一、文化仿生

（一）文化的概念

文化仿生的核心是文化。文化，指的是人类在社会实践活动中所创造的物质文化与精神文化总和[1]。从文化的空间性，文化可细分为以物质形态呈现的表层文化，以人的行为活动或语言文字表现的中层文化，以人的意识形态表现的深层文化[2]。许多学者在产品设计中运用该划分方式对文化进行分类与再设计，如图1。

（二）仿生学与仿生设计

仿生学是一门具有相似性、跨学科性以及创新性的前沿学科。它通过模拟自然界生物所具有的特殊本领，移植于工程技术领域，以促进人类社会的发展与进步。此外，仿生思维也为人类的发明与创新提供了许多启发[3]。

仿生设计是从设计学的角度研究仿生学的学科。它将仿生对象的形态、结构、色彩、声音等方面进行选择性地应用于设计领域之中。虽然仿生设计与仿生学的应用领域不同，但二者的本质都是从自然界获取灵感，对自然界万事万物进行有选择性的模仿、模拟。

（三）文化仿生与仿生设计的两种关系

仿生设计按其研究内容可分为功能仿生、形态仿生、结构仿生、材料仿生等，目前对于文化仿生与仿生设计的关系，存在两种观点。

第一种观点认为：文化仿生是仿生设计的新形式。宋云等[4]将文化仿生定义为“传统文化设计与仿生设计的结合”;通过对文化仿生对象（具有文化寓意的自然物、人造物和文化符号）的功能、结构和形态等方面的仿生，体现文化仿生对象的文化内涵。

第二种观点认为：文化仿生属于形态仿生中意象仿生的子集。方方等[5]认为文化仿生是运用仿生思维，提炼文化领域的事物形态，与产品形态、行为、情境进行创新性拟合。其将文化仿生对象界定为涵盖了非自然界事物的文化领域事物。罗仕鉴等[6]从产品外形仿生设计的视角，将意象仿生定义为对生物神态特征及其象征意义的提取。图2是文化仿生与仿生设计的两种关系。

在关注点上，观点1和观点2均聚焦文化领域，但观点2局限于关注文化的形态特征。从上述文化的空间性可知，以人的行为活动为主的中层文化可通过其动态行为特征体现文化内涵。相较于观点2，观点1对文化仿生的剖析更加全面，其主张从形态、功能、结构等多维度关注文化的呈现方式。

在文化仿生对象的界定上，呈现两种划分方式。其一将文化仿生对象界定为文化领域的事物;其二将文化仿生对象界定为具有文化寓意的自然界生物。仿生学和仿生设计的本质是向自然界學习，若将文化仿生对象扩展到人造自然这样更广泛的领域，与仿生学和仿生设计的出发点会有所偏离，本文认为文化仿生对象聚焦于具有文化寓意的自然界事物更具合理性，下文对文化仿生产品的分析也是在此基础上展开的。

二、文化仿生产品的三层次

文化的形式在设计中具有多样性，对文化的形式进行划分，有利于理解文化在产品设计上的作用，以及它们最终在产品上的表现力与影响力[7]。根据上述文化的空间性，文化仿生产品可分为表层文化仿生产品、中层文化仿生产品、深层文化仿生产品。

（一）表层文化仿生产品

表层文化仿生关注的是文化仿生对象的形态、色彩、肌理等。它是外显的、使人一目了然的。设计师首先提炼文化仿生对象的表层元素，然后将其融入产品设计，表达文化仿生对象所蕴含的文化内涵，如表1。

日本设计师吉冈德仁设计的樱花火炬，提取了具有日本地域文化特色的樱花形态作为主元素，运用到火炬的整体造型设计，当火炬被点燃的那一刻，意指樱花瓣里绽放希望之光。竹子是中国的传统文化元素，设计师以竹子为文化仿生对象，将其具有君子涵义的具象形态特征和象征自然环保的色彩，融入酒瓶造型设计，在展现产品绿色环保理念的同时，寄予了产品君子之交，始得长久的美好寓意。十二生肖中的猪是福气的象征，其憨厚的形态备受人们喜爱。设计师将猪的形态特征融入日常生活中的调味瓶设计，通过对瓶身的比例调整，体现猪憨厚老实，吉祥圆满的文化寓意，在满足产品使用功能的同时，对十二生肖文化进行了传承与创新[8]。

表层文化仿生主要是对文化仿生对象外在的形态进行具象或抽象运用，辅以色彩、肌理等表层元素，通过再设计形成具有文化意蕴的产品。

（二）中层文化仿生产品

中层文化仿生关注的是自然界具有文化寓意的生物行为。行为是由一系列动作组成的。动作具有瞬时性，行为具有长期稳定性[9]。当前对中层文化仿生的研究，从行为的特点上，可分为瞬时动作和长期行为两方面，如表2。

设计师以羌族跳沙朗舞的男女作为文化仿生对象，将该舞蹈中具有典型性的双臂前后摆动瞬时动作作为文化仿生元素，与适用人群广泛且具有亲和力的调味瓶结合，进行羌族文化的文创产品设计，以传播羌族文化，使用户在日常生活中感受羌族文化的魅力。迪奥以喀伦族少女作为中层文化仿生对象，将其颈戴铜圈为美的长期行为应用于香水瓶的造型设计，不仅使产品富有文脉主义的艺术特征，也将喀伦族独特的民俗美赋予了香水瓶。生肖鼠系列茶具以鼠作为中层文化仿生对象，将“成年鼠”的站立行为和“幼年鼠”的匍匐行为与茶壶与茶杯的形态进行了拟合;通过茶杯围绕茶壶的形式，体现生肖鼠文化中的“家庭”理念，使用户感受到了家庭的“抱团”与“温馨”之感。

中层文化仿生主要是提取文化仿生对象具有文化寓意的典型瞬时动作或长期稳定行为，与产品形态进行融合，进行创新性设计，从而输出具有文化韵味的产品。

（三）深层文化仿生产品

深层文化仿生关注的是意识形态层，主要通过表层和中层仿生诠释特定的意识或思想观念，如表3。

高山流水香台是通过对高山和流水的抽象仿生，较好地诠释了静心与空灵的禅意。“摇曳”餐具设计所蕴含的是“有无相生”的哲学思想，设计师为了使产品能够传达该哲学思想，将无形的“风”与有形的“树叶”相结合，提取风中摇曳的树叶形态，进行了餐具设计;通过有形的餐具，传递无形的精神文化，在赋予产品文化内涵的同时，使用户在使用过程中感受到如沐春风的感觉[10]。某设计公司为了诠释中国传统吉祥观念，以老虎上山的行为特征，设计了寓意平安无事、步步登高的上山虎香台。

深层文化仿生产品虽然借助表层元素与中层行为进行表达，但其核心是体现人的思想意识、哲学观念等深层精神文化，一定程度上弥补了用户对抽象概念具有模糊性的缺陷，满足了人们在精神层面的高级需求。

三、文化仿生产品设计过程

文化仿生作为仿生设计的子领域，可从仿生设计的一般过程推演出其设计过程。从目前的仿生设计研究文献看，仿生设计过程不是单向的，而是具有互补性的双向设计过程，即从自然界出发，发现潜在设计应用;从明确定义的问题出发，在自然界寻求解决方案。Coelho等[11]从产品设计的角度，提出了具有互补性的双向仿生设计过程：一种方向是基于对自然界的观察，收集有用信息，将其应用于产品设计之中，以解决相应问题或进行创新性设计;另一种方向是从一个确定的问题出发，在自然界寻找解决方案。罗仕鉴等[6]提出了适用于产品形态仿生设计的自上而下和自下而上的两种设计过程。他认为，自上而下的设计过程对生物外形特征的提取与表达更具针对性，自下而上的设计过程使产品的创新设计方向更加多元化。此外，Biomimicry Institute[12]提出了两种具有优化迭代性质的螺旋型仿生设计过程，其与上述设计过程不同之处在于增加了评价环节，利于对设计进行不断地完善。

在综合国内外仿生设计过程及对大量典型文化仿生设计案例进行分析的基础上，总结出了兼具互补性与优化迭代性质的双向文化仿生设计过程，如图3。

（一）文化仿生对象导向型的设计过程

文化仿生对象导向型的设计过程，是从明确的文化仿生对象出发，多维度挖掘其文化内涵，并将其文化特征应用于产品设计中，进行产品的设计评价与优化迭代。该过程可以发散设计师思维，为设计师提供更具多样性的创新性方案。

葛秋等[13]以荷花为文化仿生对象，运用头脑风暴法，从荷花的象征、寓意以及描写荷花品质的诗词等方面挖掘了多种与荷花文化相关的信息;运用简化、几何化的方法，对能体现女性优美特点的荷花形态进行了提取;依据产品定位，将荷花的形态与产品形态进行了演化与融合，如图4。但该设计过程，缺少从用户的文化感知角度对产品进行设计评价的环节，设计师赋予产品的特定文化内涵，是否被用户准确感知具有不确定性。

（二）文化内涵导向型的设计过程

文化内涵导向型的设计过程，是从明确的文化内涵开始，寻找与之相匹配的文化仿生对象，并对其文化特征进行提取与表达，应用于产品设计之中，最终对产品进行设计评价与优化迭代。该过程对文化仿生对象的选取以及其特征的运用更具针对性，设计师能更好地把握产品的创新方向。

陆冀宁等[14]为了体现泰国文化，选择了具有泰国地域文化特征的国鸟火背鹇作为文化仿生对象，对其具有文化识别性的头部特征形态进行了提取，运用于高速列车车头设计，并从空气动力学、涂装表现等角度对设计方案进行了评价，如图5。亦有学者以地域文化为设计限定，选取了当地具有代表性的生物，运用具象仿生、色彩仿生等方法对其文化特征进行提取与表达，应用于目标产品设计中，使产品引起了用户高度的文化认同感[15]。

四、文化仿生产品设计方法

文化仿生产品设计过程有三个主要环节，分别是：文化仿生对象与文化内涵之间的双向探寻，文化仿生对象的文化特征表达，文化仿生产品的设计评价。为了完善以上环节，人们在形态仿生、色彩仿生等传统仿生方法的基础上，从心理学、感性工学等领域，提出了一些有效的设计方法。

（一）文化仿生对象与文化内涵之间的双向探寻方法

目前对文化仿生对象与文化内涵之间关系的研究，主要呈两个方向。一是从文化仿生对象探寻其蕴含的文化内涵。常用方法有列举法、情景法、语义差异法等。列举法主要从多维度罗列文化仿生对象相关的文化信息;情景法主张从事物的特定场景中探寻其蕴含的文化内涵;语义差异法注重从众多与仿生对象相关的文化内涵中选出用户认知度较高的文化寓意。

另一是从特定的文化内涵出发探寻与之相匹配的文化仿生对象。常用方法有头脑风暴法、层次分析法、形态基因法等。头脑风暴法侧重发散设计师思维，从而产生更多的观念与想法;层次分析法着重通过对文化内涵的划分，优选出匹配度高的文化仿生对象;形态基因法的核心是通过类比的形式找寻与文化内涵相匹配的文化仿生对象。

（二）文化仿生对象的文化特征表达方法

当前研究通过形态表达文化仿生对象文化特征的方法较多，而阐述从色彩、肌理、材质等方面表达文化仿生对象文化特征的方法較少。

通过形态表达文化仿生对象文化内涵的方式可分为直接模仿和间接转化。直接模仿主要是对文化仿生对象的文化特征进行整体或局部沿用与简化，能直观、明确地表达文化仿生对象的文化内涵，设计师需要对文化特征的观察分析和概括能力较强;间接转化主要是通过变异、隐喻等方式再现文化仿生对象的文化特征，其特点是对文化特征的反复推敲，通过间接的方式反映事物的本质，该方法的运用需要注意设计师与用户之间对文化特征的认知差异和对文化特征抽象“度”的把握。

（三）文化仿生产品的设计评价方法

产品的文化内涵能否被用户准确感知，是文化仿生的关键，通过感性工学的相关方法，可对文化仿生对象的文化内涵表达进行评价与有效检验。当前对产品文化内涵的设计评价可分为定性与定量研究，定性研究主要包括口语分析法、焦点访谈法等，能直观地研究用户对文化认知的程度;定量研究主要包括问卷法、语义分析量表法等，其通过词汇对的方式量化用户对文化的认知等级。

文化仿生设计方法是在仿生设计方法的基础上，融合设计师的经验知识以及科学、定量的研究方法而进行的，在一定程度上为设计师的主观意识提供了客观考量，提升了产品的文化品质。上述文化仿生设计过程的三个主要环节的具体方法、方法原理及方法特点归纳于表4中。

五、文化仿生产品设计实践

基于上述对文化仿生理论与方法的研究，以兔儿爷为文化仿生对象，依照文化仿生的设计方法展开设计实践。兔儿爷曾是北京中秋节流行的儿童玩具，现大多以纪念品的形式呈现，设计形式单一，多为泥塑品，缺少创新性。所以笔者旨在文化仿生设计过程和设计方法的指导下，对兔儿爷进行创新性设计。

（一）文化内涵的挖掘

在产品设计阶段，采用文化仿生对象导向型的设计过程为指导，以兔儿爷为文化仿生对象，用列举法，从神话故事、历史渊源、传统节日方面挖掘了其有玉兔捣药的传说，早期由拜月文化诞生，作为中秋被人祭拜的兔神，是宗教仪式的偶像，具有吉祥福气的寓意，20世纪60年代逐渐淡出人们视野，直到20世纪80年代，随着对民间传统文化的重视，重回大众视野，为中秋节增添喜庆、吉祥的文化氛围。兔儿爷跌宕起伏的演化过程，变的是其从偶像变为民俗文化代表的身份转变，不变的是其吉祥福气、喜庆祥和的文化色彩，如图6。

（二）文化仿生对象的文化特征表达

从兔儿爷的文化内涵中，提取表层造型元素和中层行为元素来表达相应的文化内涵，以期通过中层行为元素将原本以静态形式呈现的兔儿爷产品以动态的形式呈现。玉兔捣药的神话故事，体现了兔儿爷吉祥福气的文化寓意，且在漫长的历史演化过程中，其拟人化的头部形态特征具有稳定性，是表达吉祥福气寓意的直接体现，所以运用直接模拟法，保留其拟人化的头部形态特征。由于兔儿爷诞生于拜月文化，人在拜月时，是灵魂和神灵的沟通，通过向上旋转的动态螺旋结构比拟与神灵沟通时向上升起的意念，同时营造出拜月时的神圣感;采用“球冠”元素，使兔儿爷在使用中具有起伏摇摆的动态行为，表达兔儿爷“跌宕起伏”的演化过程。如表5，图7为文化特征表达的推演过程。

（三）在产品设计中寻找潜在的应用

兔儿爷是民俗文化的代表，具有文创产品的属性。本文旨在以动态的形式呈现新式兔儿爷文创产品，使用户在使用产品的过程中，营造出中秋赏月的传统文化氛围，满足用户的精神文化需求。“兔儿爷的头部形态元素”代表着兔儿爷的文化意向和精神，所以将其置于产品的顶部;“向上旋转的动态螺旋结构元素”能够体现拜月文化的精神状态，具有向上旋转的意向，将其置于产品的中间部分，形成兔儿爷的躯干;“球冠”型元素体现兔儿爷文化演化的起伏跌宕过程，将其置于产品的底部，创造一种起伏摇摆的动态行为。图8为文化特征元素在产品设计中的应用推演。

（四）产品设计方案

在形态的设计上，注重兔儿爷的头身体量占比，使整体具有主次之分;增添产品的形态美感不仅与兔儿爷整体的曲线造型相呼应，更能赋予产品趣味性，如图9。

在色彩的运用上，以象征吉祥福气寓意的黄色和红色为主，辅以深蓝色，整体呈现活泼、喜庆的文化氛围。

在材质的选择上，文创产品具有便携性、轻量性等特点，塑料材质具有质量轻、易成型等优良性能，所以综合比较，选取塑料进行材质的表达。

为了满足产品的便携性以及用户使用时的舒适性，分析了用户的手部尺寸和握姿，便于用户对产品的携带，图10为产品的尺寸图。

（五）产品设计评价

最后，运用犀牛等建模软件制作产品效果图，从产品造型设计、产品文化内涵感知、产品的创新性等维度，对方案进行设计评价，得到在文化仿生设计过程和方法指导下的新式兔儿爷文创产品更具创新性，用户的满意度更高。图11为新式兔儿爷的文创产品设计过程，图12为产品效果图。

结语

文化仿生是仿生设计的新形式，也是仿生设计新的发展趋势。本文从文化视角，对文化仿生产品进行了层次划分，并总结了三个层次的设计特点：表层关注文化仿生对象的形态、色彩、肌理等;中层侧重文化仿生对象的行为动作;深层主要通过产品营造的意境，诠释抽象化的哲学思想、传统观念等。同时基于仿生设计过程，提出了文化仿生的设计过程和方法，文化仿生设计过程包括：1）以文化仿生对象为导向型的设计过程：该过程有助于发散设计师的思维，为设计师提供更多的创新性设计方案。2）以文化为导向型的设计过程：該过程对文化仿生对象的选取及其文化特征的运用更具针对性，设计师能更好地把握产品的创新方向。这两个设计过程包含的设计方法有列举法、情景法、层次分析法;直接模仿法和间接转化法;定性评价法和定量评价法。最终以兔儿爷为文化仿生对象，完成了产品设计实践.

总之，从文化仿生视角研究产品设计理论与实践，对于继承和传播中华民族的优秀传统文化，提高产品的文化价值，拓宽文创产品设计创新路径，具有理论和实践意义。