基于形状文法的傣族民居元素民宿家具设计

喻俊南，黄素涌，郑诗佳，马文文

基于形状文法的傣族民居元素民宿家具设计

喻俊南，黄素涌，郑诗佳，马文文

（西南林业大学，昆明 650224）

傣族民居建筑具有独特的造型特点与艺术价值，从家具设计角度对其元素进行传承与应用，实现傣族民居元素在民宿家具设计中的创新。以地域性民居建筑——西双版纳傣族民居建筑为对象，通过分析西双版纳傣族传统民居建筑特征，提取其造型和装饰要素后，利用形状文法进行造型和装饰的分析，演化结果形成新的造型和装饰素材库，利用库中元素并结合约束规则进行方案初步设计，得到相关设计成果后，运用模糊评价法对设计方案进行评价，选出初步设计方案中的最优解并进行融合设计，得出最终设计成果。通过设计推导验证了形状文法在民宿家具设计中的可行性。结合设计师主观意向和客观方法指导，辅助设计师在家具设计中更科学、全面地获得相关的设计结果，能够保证民宿家具外观既具有原始元素形态特征的同时又符合现代审美的新方案产生，对传承和创新地域文化具有积极意义。

西双版纳傣族；民居建筑元素；形状文法；民宿家具；设计

傣族是云南特有民族，干栏式建筑在中国建筑历史上极具代表意义，被誉为上古民居建筑活化石，西双版纳傣族分布地区从古至今一直延续使用着这种建筑形式。在乡村振兴战略中，乡村旅游是地方经济增长的重要支撑，民宿成为各地政府发展乡村旅游的策略之一，但伴随着民宿的迅速发展，民宿间的同质化问题和民宿家具不能展现地域文化特征等问题变得越发严重。基于此，从家具设计角度探讨如何将地域文化融入民宿家具的设计中，提出基于形状文法将傣族民居建筑元素应用于民宿家具的设计方法，该方法能够保证在典型特征衍生的同时，促进家具设计新方案的产生[1]，为民居元素运用于民宿家具设计提供参考依据。

1 民宿家具的创新设计流程

1.1 形状文法

1.1.1 形状文法概述

形状文法是基于规则的系统，可以生成各种各样的设计，同时保持风格的一致性的计算机辅助设计方法。形状文法被认为是一种生成和分析几何构图的形式主义方法，应用形状规则生成设计，规则本身将生成的设计描述为设计语法[2-4]。形状的样式是通过在一组对象中重复出现的公共特性来标识的，这些特征可以指结构、形状、大小、颜色、纹理、装饰、材料等[5]，通过设计推导能够对选定对象的造型和装饰特征进行创新。

麻省理工学院George Stiny教授和波士顿学院计算科学James Gips教授于1971年首次提出形状文法理论[6]，其在国外被广泛应用于二维和三维设计中，如汽车风格设计、椅子设计、建筑设计、纹样设计、陶瓷设计等。清华大学孙家广[7]于1986年在国内首次对形状文法进行具体介绍，舒慧林[8]认为在产品概念设计中形状文法具有优势，其后借助形状文法进行设计实践的案例逐渐增多。以往对家具设计大多是从设计师的角度以造型、装饰、色彩、设计手法等单一的切入点探讨设计，运用形状文法对西双版纳傣族民居建筑特征进行创新设计，可以在保留传统建筑元素特色的同时获得大量创新设计方案，且易形成统一的风格[9]。

1.1.2 规则描述

仿射变换（Affine Transformation）：在保持共线、共点且相互平行的基础上，可进行角度上的任意倾斜，长度上可任意伸缩。对应规则为平移、缩放、旋转、错切命令。

贝塞尔曲线（Béziercurve）：在保持仿射不变性和几何不变性的基础上，曲线通过四个点任意拉伸。

1.2 民宿家具设计方案

民宿家具设计地域化、个性化是行业发展趋势，尤其是少数民族聚集地区，文化和原材料资源丰富，如何设计、选取哪些特征、采用哪种设计方法都值得去探索和尝试。在对傣族民居建筑特征应用于民宿家具设计的思考中，笔者将尝试运用形状文法将民居建筑特征与民宿家具进行融合，具体创新设计流程为，通过分析傣族民居建筑特征，运用形状文法进行分解与推演，从而产生大量家具设计素材，为设计师的后续设计提供灵感和素材。整个设计均以民宿建筑中柜类家具为对象，对其造型和装饰特征进行推演和设计，以期实现建筑与家具的设计、人文、环境达到和谐统一的目的。

2 设计分析

2.1 西双版纳傣族民居建筑特征

西双版纳地处我国西南边陲，属亚热带雨林气候，形成炎热、潮湿、多雨、利于竹木生长的生态环境，西双版纳傣族民居建筑被傣族人称为“烘哼”（凤凰房）[12]，其造型以“披檐”、重叠式、上实下虚为主要特征。建筑整体呈方形，上下两层，屋顶采用歇山顶，屋脊呈“人”字型，脊短而坡陡，屋檐坡面用挂瓦，平整光洁，整个屋顶呈包覆遮盖状将下方空间完全覆盖，相对其他地区歇山顶建筑，傣族建筑的屋顶更大，重檐最低处离地面更低。上层以竹、木、砖合围墙体，作主人居住空间，下层以20根以上100根以下的木柱、砖混柱做桩，构成底架，用以畜养牲畜或作他用，远看上实下虚的建筑外观掩映在花间林中，彰显出一种古朴轻盈的自然美。在木柱、房顶（“贡”）、房屋（“约”）上少装饰或不装饰，建筑材料喜用竹、木及自制的瓦、砖等，建筑色彩整体呈现出古朴素雅的民居风格，见表1。

2.2 版纳傣族民居建筑与家具的关系

傣族传统民居史称“竹楼”，最典型的就是竹木干栏结构，由于建筑与家具的相互制约和相随性，傣族家具的生产时间应在傣族竹楼建造之后，而且傣族建筑的竹楼和傣族家具的结构、用材和装饰特征极其相同[13]。受地理位置和社会结构影响，傣族长期保持着以家庭为单位的手工技艺传承模式，民居建造由村寨中以男性为主、女性为辅互助完成，家具则由屋主自主完成制作。傣族民居建筑发展到近代，“竹楼”建造转变为以木材作为主要承重结构材料，竹材作为非必要承重结构材料进行搭建，而屋主在进行家具制作中仍以竹材为主，结构上辅以少量的木材，使家具与建筑的内、外结构融合，与建筑连为一体，成为建筑的一部分。

表1 傣族民居建筑特征

Tab.1 Characteristics of Dai people's residence building

傣族民居建筑在装饰方面对家具有较大的影响。傣族民用家具造型简单大方，具有一种工艺美感，以方形、圆形竹制家具较为常见，也有少量木制储藏类家具。装饰上，傣族家具擅长结合结构与装饰进行制作，男女都擅长竹编工艺，相较“竹楼”建筑，傣族家具的竹编工艺更为精细，他们把表现本民族审美情趣、文化艺术、风俗习惯的竹编纹样结合家具功能完美地应用在家具的不同部位，使家具或空灵剔透，或婉转悠扬，或流畅舒展，或动或静，使人得到不同的审美享受[14]。

3 傣族民居建筑特征的提炼与应用

基于形状文法对民居建筑造型和装饰特征进行推演进行民宿家具设计是此次应用设计的核心阶段，以民宿建筑中柜类为对象分别对民宿家具造型和装饰进行推演和设计实践，并利用模糊评价法选出两个初步方案中最优方案进行组合设计。设计师需对傣族民居建筑造型和装饰特征进行分析，在对特征的提炼与设计中，始终坚持家具设计、人文、环境这三个方面的统一性。家具是文化传承的重要载体[15]，在民宿家具设计中，立足本土化家具设计目标，在融入西双版纳地区傣族人文特色的同时也要考虑到使用者以“外乡人”居多，也要符合现代人的审美与使用习惯。因此，傣族民宿家具设计既要符合地域化特征又要符合当代审美的设计目标。

3.1 形状文法推演—民宿家具造型设计

将西双版纳傣族传统民居建筑造型看作一个产品的整体固有形态，从三视图角度分析傣族民居建筑造型，得到构成傣族民居建筑的显性特征，确立初始形状I。为保留民居建筑中可识别特征，运用修改性规则中的仿射变换（平移、缩放、旋转、错切）和贝塞尔曲线的修改方法进行非精准性的修改、重置和删除。值得注意的是傣族民居建筑空间特征明显，在家具造型设计过程中，需要注意平衡造型与空间的关系，从傣族建筑的典型单体原型中提取“虚实”“比例”“对称”来表达空间关系。流程如下。

1）对象特征分析。以西双版纳傣族传统民居单体建筑模型为对象进行几何特征分析（见图1），由图可见，空间关系以上实下虚的轻盈建筑结构为主，且傣族民居单体建筑几何特征明显，以三角形、对称六边形、梯形和长方形共同组成。

2）推演分析。对民居建筑三视图几何特征的基础造型进行分解，见图1中造型特征①、②、③，形状中三角形1、对称六边形2、梯形3、长方形4作为初始形状，其中，1为屋顶侧视图形状，2为屋顶正视图形状，3为屋身形状，4为台基形状。设定推演规则：仿射变换中平移1、缩放2、旋转3、错切4，贝塞尔曲线中修改15、修改26，以及重置7，删除8，对选取的初始形状进行设计推 演。

3）确定约束条件。随着形状推演的深入将产生大量衍生形状，为了保证最终家具造型推演结果与民居建筑特征相符，故设立造型位置约束。由图1空间关系和造型特征可知：①=1+3+4、②=2+3+4、③=2×2+2×1+3×3，基于每个形状之间互相联系的约束条件和民居的显性特征条件，形状组合顺序不能乱序或颠倒，即1和2衍生形状居上，3居中，4居下。

4）形状文法演化过程。以初始形状1为例进行规则推演（见图2），图中的规则为形状1的形状文法生成规则，均可以通过坐标点以仿射变换和贝塞尔曲线的形式进行参数化表示。对初始形状1各线段进行编码，由分段线集合{,,,,,}构成，基础衍生单元演化结果见图2。1每次选取不超过2条编码线段执行1次或2次规则R，分别生成新的形状单元，从而得到家具顶部形态1的雏形资料库，随后由设计师根据需求对衍生结果进行选取和设计。

图1 傣族民居建筑视图几何特征分析

5）基于以上民居素材原型分析与演化，推演几何形状1的结果，对初始形状2、3、4执行规则1→8命令，结果汇总见表2。

6）根据以上西双版纳傣族民居建筑分析、衍生几何形状演化的结果，融合现代设计理念，在表2中随机选取衍生形状，并在遵循上文约束条件的基础上进行傣族民宿家具的创意设计方案生成，生成结果见表3。优秀的民宿家具其特色的造型，能使游客在使用过程中体验到当地的文化氛围[16]。家具内涵地域性的精神风貌、独特的美学观点及一些独具特色的习俗。根据傣族建筑与家具制作习惯，在设计过程中选用本地竹木制作，并且在柜体正立面部分增加一些原材色的竹编或栏杆装饰，整体延续民居朴素轻盈的视觉效果，以保留傣族民居建筑和装饰特征为主，增加家具的节奏感和实用性，设计结果见表3。

3.2 形状文法推演—民宿家具装饰设计

为了使民宿家具外观设计更美观，与傣族民居建筑风格更统一，以上文民宿家具造型设计为依托，选取屋角和檐口的装饰对家具装饰进行设计实践。以傣族民居建筑特征为原型的民宿家具装饰设计的形状文法构建过程分2个阶段：第1阶段为对调研资料图形处理并确立初始形状；第2阶段为运用修改性规则将初始形状进行进一步的演化，产生更为复杂的图案。流程如下。

表2 初始形状结果汇总

Tab.2 Summary of the initial shape results

表3 家具造型生成

Tab.3 Furniture modeling generation

第1阶段：通过对对象特征的分析，确立初始形状。傣族民居建筑装饰相较于佛寺建筑更为质朴克制，呈现出小而精致的特点。在屋角和檐口部位的装饰题材，借鉴了傣族佛寺装饰中常用纹样并进行重新排列组合，如孔雀、象鼻凤凰、火焰纹、菩提叶、卷草纹等，许多装饰都是由这些图案变形、组合产生的，以对称和二方连续的形式构成傣族建筑的屋顶装饰图案。总体表现为屋角装饰呈对称向上伸展，檐口装饰呈排列向下垂落的态势。分别选取傣族民居建筑装饰中的典型代表纹样火焰纹和菩提叶纹作为提取对象，通过直接应用和简化的方法，使其符合现代审美，初始形状提取见表4。

确定约束条件。与家具造型约束动因相同，为了保证最终家具装饰推演结果与民居建筑装饰特征相符，故设立装饰的形状约束。由前文中对傣族民居普遍装饰特征分析可知：1呈对称向上伸展的态势，2呈排列向下垂落的态势。即1和2衍生形状不能随意使用仿射变换中的旋转3和错切4命令，并且由于初始形状1和2以曲线为主，故贝塞尔曲线和删除命令将成为最优运行规则，即修改15、修改26，删除8。

表4 民居装饰初始形状提取

Tab.4 Initial shape extraction of residence decoration

第2阶段：运用修改性规则将初始形状进行两次演化，第一次为初始形状I自身演化出新的基础单元图形库，第二次根据设计需求选择基础图形再次演化组合。将火焰纹利用形状文法进行推演示例（见图3），首先在建模软件中通过操控线上的控制点获得相应的曲线，在未改变其原始特征的基础上进行纹样的重新构建。为了便于对各部分实施修改，对初始形状1各线段进行编码，由曲线集合{,,,,,,,,,,,}构成，基础衍生单元演化结果见图3。1作为基础单元对部分编码分别应用“5”1次、“6”2次、“8”2次，结果见图3。随后由设计师根据需求对衍生结果进行选取和设计。

图3 初始形状I1形状文法推演过程

Fig.3 Derivation process of shape grammar for initial shape I1

基于以上民居装饰原型分析与演化，推演几何形状1的结果，对菩提叶纹样的初始形状2执行规则5、6、8命令，得到2衍生结果，见图4。

图4 初始形状I2形状文法推演过程

根据以上对火焰纹和菩提叶纹的初步推演，对演化出的新基础纹样再次进行衍生，在图3—4中各选择一个或两个基础纹样进行设计衍生，拟设计两组组合装饰纹样，结果见图5。第一组装饰B1，在1的新基础纹样中选取8衍生的第二个纹样和I的新基础纹样中选取8衍生的第二个纹样为一个组，结合约束条件1进行一次18+23对称得到新衍生纹样组合单元，再进行一次3旋转180°，一次1平移得到新衍生纹样；第二组装饰B2，在2的新基础纹样中选取6衍生的第一个纹样经过一次2缩放并结合约束条件2得到新的衍生组合单元，再进行一次1平移得到新衍生纹样。最后根据以上经过形状文法推演衍生的新纹样，结合前文家具造型设计组合成一个完整的民宿家具。

图5 装饰纹样衍生设计过程

3.3 设计评价

表5 造型评价结果

Tab.5 Modeling evaluation results

表6 装饰评价结果

Tab.6 Decoration evaluation results

图6 民宿家具设计结果

4 结语

傣族民居建筑是傣族标志性文化的重要组成部分，其文化中建筑与家具联系紧密。通过对西双版纳傣族民居建筑特征进行整理，同时分析了民居建筑与家具的关系，探讨在地域性、民族性民宿文化下民居建筑元素运用于家具设计中的可能性。在民宿家具设计实践中，对传统傣族柜类家具的造型和装饰采用形状文法的设计方法进行分析与设计实践，探索在保持傣族特色的同时，对民宿家具进行创新的途径。借此期望能促进多元设计途径的探索，为家具设计研究提供更多的设计灵感，并不断推动民族文化元素与民宿家具的融合，促进传统民族文化的传承和发扬。

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Homestay Furniture Design of Dai People's Residence Elements Based on Shape Grammar

YU Jun-nan, HUANG Su-yong, ZHENG Shi-jia, MA Wen-wen

(Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)

In view of that Dai people's residence buildings have unique modeling characteristics and artistic value, the work aims to inherit and apply the building elements from the perspective of furniture design, so as to realize the innovation of the Dai people's residence elements in the design of homestay furniture. With regional residence building-Dai people's residence building in Xishuangbanna as the object, through analyzing the characteristics of traditional residence building in Xishuangbanna, the modeling and decorative elements were extracted and the shape grammar was used to analyze the modeling and decoration. The evolution results formed new modeling and decorative material library and the elements in the library were combined with the constraint rules for preliminary design. After the relevant design results were obtained, the fuzzy evaluation method was used to evaluate the design scheme, the optimal solution of the preliminary design scheme was selected, and then the further fusion design was carried out, and the final design results were obtained. The feasibility of shape grammar in homestay furniture design is verified by design derivation. Combined with the designer's subjective intention and objective method guidance, it assists designers to obtain more scientific and comprehensive design results in furniture design and ensures that the appearance of homestay furniture not only has the original element shape characteristics, but also conforms to the modern aesthetic new scheme, which has positive significance for the inheritance and innovation of regional culture.

Xishuangbanna Dai nationality; elements of residence building; shape grammar; homestay furniture; design

TB472

A

1001-3563(2023)14-0354-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.14.040

2023–02–07

云南省科技计划项目（2017YB236）

喻俊南（1995—），女，硕士生，主攻民族家具艺术。

黄素涌（1972—），女，博士，副教授，主要研究方向为木制品材料加工工艺与应用、民族家具艺术。

责任编辑：陈作