符號詮釋項下產品仿生形態設計方法

周濤，孫培賢

符號詮釋項下產品仿生形態設計方法

周濤，孫培賢

（廈門大學嘉庚學院，漳州 363105）

探索以詮釋項為理論基礎的產品仿生設計思路，并將其轉化為產品造型仿生設計方法。以仿生設計層次為基礎，以皮爾斯符號三性論為切入點，闡述生物、產品在形態符號解釋和功能符號解釋方面的內容。建立生物對象符號解釋和產品對象符號解釋間的聯系，并以此映射關系為基礎，提出產品形態仿生設計的方法。通過符號解釋之間的聯系，以實踐的方式建立鯨魚與2種不同產品間的聯系，分別推導出2款具備典型生物特征且產品類別指示明顯的設計方案。仿生產品設計結果作為符號，被指向其生物對象和產品對象，以詮釋項為基礎建立的產品仿生設計層次關系，將提高生物特征和產品特征融入設計結果中的效率，同時也可以使用戶以更準確的方式接收并理解產品所表現出的設計意義。

產品設計；仿生設計；符號學；詮釋項；皮爾斯

仿生設計作為產品隱喻表達的一種，在提高產品辨識度、體現文化內涵等方面起到一定作用。產品仿生設計相關研究成果較多，多數研究從生物特征出發，通過各種技術手段落實于產品造型要素之上[1-5]。也有部分研究成果探索生物特征在產品結構和功能上運用的案例[6-8]。通過對比分析發現，已有的產品仿生設計方法多從對象（生物）和產品間的映射關系出發，以確定的生物對象或者確定的產品載體為論證過程，很少有從映射原理和設計策略出發研究仿生設計方法的案例。因此，筆者嘗試以皮爾斯符號學三性關系為基礎，探討生物與產品在符號解釋上的關系，以此為基礎提出仿生設計方法，并以設計實踐論述該方法的有效性。研究將通過符號學理論提高仿生設計效率，并為相關的產品仿生設計研究提供新的思路。

1 仿生設計與符號的基本概念

1.1 仿生設計程序

產品仿生設計從意象形態上來看，屬于產品意象造型中的一個部分。其設計方法與產品意象造型設計方法相同。首先，理解并確定設計任務。其次，通過分析調研等方法定位用戶的需求意象，然后對目標產品已有的設計要素進行分類和提取。最后，將用戶意象與產品的設計要素進行映射，并從映射關系中衍生出若干種設計思路并形成方法。從仿生設計結果來看，仿生意象比一般的產品意象要更為復雜。仿生產品中除了自身產品的外觀屬性意象外還包括了其仿生對象的生物意象。

1.2 符號的三性關系

用一個東西指代另一個東西叫作“符號”，這是對符號最簡單的描述[9]。索緒爾將指號分為“能指”和“所指”2個部分。這2個概念后來被引入產品語義的研究中，演變為產品的“外延屬性”和“內涵屬性”。設計師在創造產品時，便有了除功能外更多可以被設計的“來源”[10]。而皮爾斯對符號的解釋則更加“開放”，如果索緒爾的二元關系只是在心理的范圍內探討符號，那皮爾斯的符號“三性”理論可以成為連接心靈觀念和外部事物的理論基礎[11]。所謂“三性”指的是符號指號過程中3個不可缺少的部分，缺少任何一個，符號將不能成為“符號”來發揮作用[12]。“三性”分別指符號型體（Representamen）、符號對象（Object）、符號解釋（Interpretant）。真實的符號涉及互動中物體之間的現存關系，需要一個詮釋項才能被充分限定為符號，而詮釋項也就是符號的解釋構成了整個符號指號過程的核心。

1.3 仿生設計中符號的三性關系

從意象角度來看，產品仿生設計是圍繞生物意象和產品意象而展開的。產品的設計期望可以讓觀測者接收到“這是一個怎樣的生物衍生而來的產品”和“這是一個什么產品”2個方面的信息。如果把產品作為符號型體來看，那它需要由2個詮釋項來導向符號所需要表達的對象，即符號對象。這2個對象分別是“某種生物”和“某種產品”。仿生產品中符號型體與符號對象的關系，見圖1，展示了仿生產品作為符號型體的指號過程。因此，在仿生設計過程中需要同時考慮仿生產品在產品屬性和生物屬性上的表現。詮釋項在指號過程中不可被省略。相關研究表明[13]仿生產品的設計層次較多，不能單一地去建立產品和生物對象之間的聯系。因此，圖1中關于符號詮釋項的解釋是多層次關系的總和，關于層次的內容和關系則需要進一步論述。

圖1 仿生產品中符號型體與符號對象的關系

2 詮釋項下產品形態仿生設計的方法

為尋找最終仿生產品的設計結果，需要對仿生產品涉及的生物對象和產品屬性進行研究。形態分析法可以將設計對象拆分為若干子元素，然后對子元素分別進行技術設計，最后進行組合并調配各個子元素間的關系以完成最終的方案。在求解仿生設計在產品和生物屬性上的解釋時，可以采用類似的手段將設計要素拆解為各個子元素，對形態知識進行描述的同時，列舉子元素形態在符號解釋上的內容。通過子元素（指的是生物對象和產品對象的子元素）與符號解釋相匹配，來完成仿生設計推演。具體的內容和設計流程，見圖2，無論是仿生設計中以生物為出發點的設計項目還是以產品為設計出發點的項目，其內容被轉變為構建生物子元素符號解釋項和產品子元素符號解釋項的關系。以下將著重論述各個子元素形態知識的描述手段和符號解釋方法。

圖2 符號學路徑下產品仿生形態設計研究框架

2.1 生物造型的幾何描述及符號解釋

構成生物的組織結構復雜多變，多樣的形態構成要素增加了產品仿生設計的難度。有研究顯示，側面輪廓線可以較為準確地表達生物體獨特的形態特征[13]。同時，側面輪廓線也是在產品設計中表達產品形態效率最高的要素，在很多復雜產品造型方法的驗證中都采用了側面輪廓線的方式來論證結果的有效性[14]。根據生物的形態特征，將生物體的結構大致分為頭部、軀干、四肢、尾部。該分類方法并不能涵蓋所有的生物群落。例如魚類、昆蟲等物種，需要尋找新的結構分類方式。然而，在漫長的進化過程中，生物最終的形態往往都具備了特定的功能。例如，頭部一般是生物的神經中樞，軀干一般起到容納重要內臟和支撐身體結構的作用，四肢則是起到行走、移動的功能，而尾巴往往是保持平衡及展現生物情緒的重要手段。這些功能解釋同樣會在人的心靈上構成一種觀念，并在某一情形下發揮作用。例如，人在遇到未知的生物襲擊時，會嘗試攻擊該生物特征中看起來像“頭部”的部位來意圖使對方失去行動能力。

2.2 產品子元素的劃分及符號解釋

產品是一種面向市場，以引起消費者注意、獲取、使用、消費，從而滿足消費者欲望或需要的東西。大多數產品都具備某一項或多項功能，而為了滿足這些功能，往往又需要產品具備很多子功能。如果將產品看作是一個符號型體的集合，那么每一個“元素”都可能構成一個符號，被導向一個或多個的“功能解釋”。如果用戶在使用時能正確認識這些“元素”，并學習對應的“符號解釋”，那么這款產品在“功能解釋”的設計上是合理的。如經典的湯勺設計，見圖3。其中，對象a能被識別為“湯勺”來進行使用主要因為2個部分：一是長度合理的把手，能有效提供握持空間的同時，可以讓使用者以一個較為安全的距離進行盛湯的行為；二是合適大小的凹陷面所構成的半封閉空間，其可以保證湯勺在容納一定液體容量的同時，使湯不會那么容易撒掉。上述內容是客觀存在的事物，用戶可以通過學習來形成心靈上的觀念，懂得“湯勺”的性質和它可能達成的功能。如果這個湯勺a的形態表征發生如圖1的改變之后，相應的“符號解釋”也會變得薄弱。例如“湯勺”b和“湯勺”c，盡管兩者有作為湯勺的“潛力”，但用戶很難再將“物體”與“湯勺”這個對象相聯系。或者說b更容易被認知為掏耳勺而c更容易被識別為奶粉勺。如“湯勺”這個心靈上的觀念一旦形成，當用戶在某種環境下看到類似“湯勺”的物體時，這個物體就可以被正確地作為“湯勺”來使用。

圖3 “勺子”形態變化和其功能解釋的變化

2.3 符號解釋下生物特征和產品屬性的聯系

仿生設計將生物特征融入產品造物中，以達到功能創新、形態創新等目的。通過將生物特征以生理結構分為若干個部分，若干個部分又可以通過符號解釋將其分為形態特征解釋和功能解釋。同樣，產品也可以按其構成被分解為若干個子元素，每個子元素也包含了它在人們“心靈”上該有的形態特征解釋和對應的功能解釋。根據已有的仿生設計案例，可以通過以下幾種方式建立生物和產品間的聯系。

1）生物與產品的形態解釋。通過后天的學習和觀察，人們會在心靈上形成關于某一種生物的印象，并成為一種知識。這個知識使人在后續觀察到類似該印象的事物后，可以建立與該生物的聯系。如“天鵝”這個生物的形象，特別是其在水上浮游的形象成為代表天鵝的標志符號。通過前面提到的生物造型幾何描述方法，將其分解為頭部、脖子、軀干、翅膀這幾個主要特征元素，并用局部所占空間的大小關系、相對主要形態特征、補充次要形態特征來描述這一局部組織的形態符號。例如，天鵝的脖子在人們印象中一般是具備“細長”的符號解釋，而且相比天鵝整體來講，脖子所占空間比例較小，而相對脖子所連接的軀干則顯得“體塊感”強烈，所占空間也較大，那么在產品設計中，可以根據這些形態的符號解釋來選擇產品的類別及設計元素來源。天鵝細長的脖頸和軀干的體態關系與勺子中勺柄“細長”和勺頭的“體塊感”相類似，見圖4。通過相似的部分形成設計策略，并通過傳統形態推演法轉化為設計結果。相似的案例還有通過“天鵝”頭部、脖子、軀干的形態符號解釋，并與臺燈的燈罩、支撐架、燈底座進行聯系的方案。生物與產品在形態上的解釋和聯系構成了仿生的第1層關系。

2）生物與產品的功能解釋。功能仿生設計主要研究自然物與自然界物質存在的原理，深入分析自然物原形的功能和構造關系，結合自然物的形態，最終表現在產品形態設計中的方法[15]。從符號傳播的角度來講，大多數用戶并不是“生物學”上的專家，對生物關于某功能實現所需要的原理和構造并非他們熟悉的知識。然而，功能和生物形態特征的聯系卻可以通過觀察、學習等行為獲得，并形成觀念。這些觀念會在看到仿生產品特征時形成解釋，這個解釋往往就包含了生物的形態解釋和功能解釋，并與產品的形態和功能解釋相互聯系。如圖4中，大象的鼻子和頭部構成了明顯的形態解釋區分，同時大象鼻子吸水噴水的功能被較多人認知（盡管多數人不懂得象鼻子的結構和原理）。因此大象可以成為如水壺、手持吸塵器甚至是滅火器等帶有“噴或吸”功能解釋產品的仿生形態來源，如圖4所示。

圖4 符號學路徑下產品仿生形態設計過程

綜上所述，生物和產品分別可以在人的學習和觀察過程中，在人的心靈上形成關于其形態和功能上的經驗。在產品仿生設計過程中，設計師可以通過將生物和產品拆解為各個子元素，并根據各個子元素的形態解釋和功能解釋的關聯形成設計策略，并最終完成產品造型設計結果。

3 詮釋項下產品形態仿生設計實踐

以生物為設計的出發點，并以實踐成果為案例，來驗證方法的有效性，并補充該方法具體實施的步驟及內容。從古至今，人們對鯨魚這一生物的印象都非常深刻[16]。大多數人可能都是通過各類媒介來獲得鯨魚的相關知識的，像鯨魚噴水或鯨魚尾巴拍打海面等畫面仍被眾多人所認知，且形成他們對鯨魚這類生物的印象。挑選鯨魚拍打海面這一姿態作為仿生設計項目的出發點，對該姿態下的鯨魚主要特征進行拆分，并選擇20位用戶對其形態解釋和功能解釋進行描述和總結。主要子元素包括頭部、軀干、魚尾、魚鰭，通過后續研究發現，鯨魚軀干的上半段和下半段形態特征差異較大，因此以骨盆位置為分界對軀干進行劃分。軀干上半部分主要包含鯨魚的主要身體器官，而后半部分主要由各類復雜的肌肉群組成。鯨魚形態特征的劃分結果見圖5。

圖5 鯨魚形態特征的劃分結果

通過子元素符號解釋的聯系，初步挑選20個產品方向作為備選方案，包括勺子、手電筒、手持吸塵器、加濕器、電熨斗等。最后從解釋項聯系項目最多和內容最準確的類別中，選擇臺燈和洗手池這2個對象作為樣本進行設計。臺燈3個主要子元素在形態關系的構成上與鯨魚的構成類似，且在功能的解釋上也有能讓人建立起聯系的地方。當然，此聯系并不意味著鯨魚是臺燈仿生的最優選擇，比如在圖4中，天鵝的頭部、脖子、軀干的關系導致天鵝也可以成為臺燈很好的仿生設計對象（從另一個角度證明符號解釋在仿生設計方法中的“聯系”作用）。洗手池這一對象則稍顯復雜，因為洗手池往往和水閥（水龍頭）一起出現，所以在圖5中，是將水閥和洗水池的組合作為整體與鯨魚構成了形態和功能上的聯系。擬定上述2個策略后，都在原“鯨魚拍水”的形態上，根據產品特征進行了適當的抽象和變形，具體過程和結果，見圖6。

圖6 “鯨魚”為對象的產品仿生設計過程和結果

4 結語

研究以皮爾斯符號三性理論為基礎，將仿生產品設計拆分為生物符號解釋和產品符號解釋2個部分。以形態特征為依據，將每個部分拆分為若干個子元素，并分別羅列在形態符號和功能符號上的詮釋項（符號解釋）。通過符號解釋的耦合程度，來形成仿生設計策略，并衍生出最終的設計方案。詮釋項的引入使設計結果被準確地指向“何種生物”及“何種產品”2個對象，這提高了用戶在識別仿生設計產品時的準確性。從結果來看，研究從策略上改進了仿生設計的效率，提升了仿生設計結果的品質。同時，符號詮釋項概念的引入也可以為其他相關的產品仿生設計研究提供一種新的思路。該方法仍然有不足之處，目前只關注了子元素的符號解釋，并沒有涵蓋子元素之間或者子元素與符號整體間的關系，因此，研究方法仍然停留在策略層面，只停留在對生物對象和產品對象的選擇上，沒有涉及具體設計結果的求解方法和步驟。如果能解決上述2個主要關系間的問題，則基于符號詮釋項的產品仿生設計方法會更加完善。

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Bionic Shape Design Method of Products under Symbol Interpretation

ZHOU Tao, SUN Pei-xian

(Xiamen University Tan Kah Kee College, Zhangzhou 363105, China)

The paper explores a bionic design idea of product based on explanatory items and converts it into a bionic design method of product modeling. Based on the existing level of bionic design and Pierce symbol trivalence theory as a starting point, elaborate the interpretation of morphological symbols and functional symbols of organisms and products. Building the relationship between symbol interpretation of biological object and symbol interpretation of product object is established. At the same time, based on the mapping relationship, the method of bionic design of product form is proposed. Through the connection between symbol interpretation, establish the connection between the whale and two different products in a practical way, and derive two design schemes with typical biological characteristics and obvious product category indications. The design result of the bionic product will be directed to its biological and product objects as a symbol. The multilayer relationship of product bionic design established on the basis of interpretation items will improve the efficiency of integrating biological features and product features into the design results in the design process. The hierarchical relationship of bionic design based on explanatory items will improve the efficiency of integrating biological features into the product in the design process, and at the same time enable users to receive and understand the design significance of the product in a more accurate way.

product design; bionic design; semiotics; explanatory items; Pierce

TB472

A

1001-3563(2022)06-0119-06

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.06.016

2021-11-24

福建省社會科學規劃項目（FJ2021C104）；福建省社會科學規劃項目（FJ2020C055）；福建省中青年教師教育科研項目（JAS20507）

周濤（1992—），男，碩士，講師，主要研究方向為設計學。

孫培賢（1991—），男，碩士，講師，主要研究方向為設計學。