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生物結構形態(tài)的仿生學(xué)在游艇造型設計中的應用論文
摘要：本論文是以仿生設計的創(chuàng )新思維和方法為基點(diǎn)，以生物結構形態(tài)為依托，通過(guò)對仿生生物的結構形態(tài)分析和研究，結合材料學(xué)、形式美法則和游艇造型設計原理，找出與游艇造型設計的共通點(diǎn)和結合點(diǎn)，總結出最符合仿生形態(tài)，又滿(mǎn)足產(chǎn)品結構的游艇設計方案。
關(guān)鍵詞：生物結構形態(tài)；仿生學(xué)；游艇造型設計
一、游艇設計概述
游艇的設計可以分為形態(tài)設計、內室設計與結構設計。內室設計包括所有船體內部艙室布局、室內擺飾、裝飾風(fēng)格、色調、燈光等；由于本論文是對游艇造型設計的分析研究，所以在這里對內室設計將不做闡述。結構設計考慮的是在形態(tài)設計的基礎上對結構處理與材料運用上面的優(yōu)化設計。結構設計方法有以下幾種：經(jīng)典優(yōu)化設計的數學(xué)規劃方法、多目標模糊優(yōu)化設計方法、基于可靠性的優(yōu)化設計方法、智能型優(yōu)化設計方法、船舶結構性能綜合評估。形態(tài)設計包括船殼與船室的造型設計。
基于生物結構形態(tài)的仿生學(xué)應用于游艇造型設計中，可以使游艇造型設計與自然環(huán)境更為融合，也增加了游艇造型的趣味性，使它更加具有人情味和自然的動(dòng)態(tài)美。同時(shí)也為游艇設計特別是造型設計提供指導，為設計師提供更為理性的仿生設計方法。
二、基于生物結構形態(tài)的仿生學(xué)在游艇造型設計中的研究
�。ㄒ唬┯瓮г煨驮O計中的形態(tài)仿生
在工業(yè)產(chǎn)品造型設計上。許多產(chǎn)品是利用形態(tài)仿生的。比如英國知名游艇設計師AlexMcDiarmid設計的概念游艇，其設計靈感的來(lái)源跟航海沒(méi)有一點(diǎn)關(guān)系，而是悉尼歌劇院的造型、折紙和汽車(chē)造型設計等。AlexMcDiarmid設計的100米豪華游艇“Penna”，這艘游艇市設計師觀(guān)察了鳥(niǎo)類(lèi)尾羽和飛羽的特征，經(jīng)過(guò)創(chuàng )新完成了一個(gè)新的游艇輪廓。再比如Innespace公司研制出了很強大的仿真鯊魚(yú)游艇，這款快艇命名為Seabreacher，長(cháng)約5米，和真實(shí)的鯊魚(yú)非常接近。船身設計有鯊魚(yú)鰭、鋸齒牙等象征大白鯊的設計，背部也有象征背鰭的設計。
形態(tài)仿生又可分為具象形態(tài)和抽象形態(tài)仿生。
1.具象形態(tài)仿生
具象形態(tài)是自然界生物形態(tài)，經(jīng)過(guò)對眼睛的視覺(jué)神經(jīng)產(chǎn)生刺激而產(chǎn)生的生理反應，它是一種感覺(jué)存在。具像仿生過(guò)程并不是對模仿對象的直接套用，而是從刺激產(chǎn)生到形態(tài)的運用都需要對模仿對象進(jìn)行處理，但是在形態(tài)上會(huì )與生物原型比較接近。具象仿生設計的產(chǎn)品有很高的趣味性和可接受度，所以常被運用在玩具與日用品設計中。
例如：唇形沙發(fā)，仿的是嘴唇的上半部分與下半部分，分別作為椅子的靠背和座椅，從正面看就是人的嘴唇，色彩上選用了鮮紅色，以達到更為仿真的效果；它是根據馬蓮·夢(mèng)露的唇來(lái)設計的、是意大利后現代主義仿生設計的代表作�；鸺t的嘴唇原型、雕塑般的質(zhì)感，非常符合意大利人熱情浪漫的性格。
2.抽象形態(tài)的仿生
抽象形態(tài)是在具象仿生的基礎上更高層次的仿生設計，是高層次的思維活動(dòng)和特殊的心理加工活動(dòng)。它通過(guò)提取生物結構形態(tài)中最具代表性的特征，通過(guò)從對形態(tài)的“感知”到“認知”，然后進(jìn)行外延性心理編碼，得出該生物的心理形態(tài)，然后經(jīng)過(guò)設計人員的工業(yè)化生產(chǎn)考慮，將心理形態(tài)抽象化直到符合具體的設計需求。
�。ǘ┯瓮г煨驮O計中的結構和材料的仿生
隨著(zhù)仿生學(xué)的深入開(kāi)展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結構和肌理中也得到不少啟發(fā)。其中海洋動(dòng)物，由于獨特的形體結構、運動(dòng)方式、形體幾何參數、組織系統形態(tài)及皮膚構造肌理符合流體動(dòng)力學(xué)的特征，常被用做汽車(chē)、飛機、游艇等仿生設計的模仿對象。如魚(yú)類(lèi)具有流線(xiàn)型輪廓，可以減少運動(dòng)時(shí)水流對身體的阻力；它們的急轉和起動(dòng)速度無(wú)與倫比，且轉彎空間不到身體長(cháng)度的一半，且具有高速高效、高機動(dòng)性、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)而深受設計師青睞。
比如自然界中最常見(jiàn)的六角蜂窩，就是典型的可以利用的結構仿生原型，它由排列整齊的六棱柱構成，底部由菱形組成，其結構緊密、精妙合理，以最少最小的材料贏(yíng)取最大的空間，材料少而小，但其空間可利用范圍大，可以最大限度的節省構建材料。再比如人們模仿蒼蠅的“復眼”結構制成了“蠅眼透鏡”；根據鯊魚(yú)鱗片的皮膚，泳衣制造商Speedo公司設計了一種新型連體游泳衣—“鯊魚(yú)皮”泳衣；還有尼龍搭扣的設計，就是在自然界植物種子蒼耳籽的粘黏性的啟發(fā)下設計出來(lái)并且得到廣泛的應用。
三、基于生物結構形態(tài)的仿生學(xué)在游艇造型設計中的應用
�。ㄒ唬┯瓮г煨驮O計中的外形設計要素
游艇造型設計的外形設計不只是純粹的表象美，而是在滿(mǎn)足功能的前提下，合理的運用形式美的原理，將各種美的要素與游艇的使用功能相協(xié)調，才能設計出既符合游艇使用功能又滿(mǎn)足人們美的享受。
此外，外形設計也包括游艇的工藝技術(shù)方面的設計，任何一件產(chǎn)品的完成都要有精湛的工藝和成熟的技術(shù)來(lái)支撐，通過(guò)技術(shù)手段來(lái)實(shí)現其使用功能和藝術(shù)造型。游艇雖然不是單純的藝術(shù)品，但也給人藝術(shù)的感染力和休閑娛樂(lè )的享受功能，體現了技術(shù)與藝術(shù)的和諧美。
�。ǘ┯瓮г煨驮O計中的色彩設計要素
色彩是游艇造型給人的第一感性印象，它能直觀(guān)的表達游艇的主題和風(fēng)格，還能反映獨特的地域文化和風(fēng)土人情。合理的色彩設計可以提高船員的工作效率、保持最佳工作狀態(tài)，也使游客有份輕松閑逸的心情。
游艇是水上運行的工具，其使用范圍和船體空間都有限，存在一定的安全隱患。為了避免危險、警示人們、保障安全，應該在容易發(fā)生危險的船體位置和各安全通道使用安全色或警示標志提醒人們。外觀(guān)上多采用富有運動(dòng)感和整體性的色條來(lái)裝飾，且不宜與艙室整體色調差異太大，要有一定的協(xié)調關(guān)系，可選用艙室主色調的補色。不同類(lèi)型的游艇又有不用的色彩需求，如：高速快艇，要突出高速、運動(dòng)、靈活的特征，色彩上采用鮮艷、明快的色調，如黃、紅、白；休閑游艇以?shī)蕵?lè )和休閑為主，外觀(guān)上要講究穩定性和安全性，色彩宜采用偏向中性的淺綠、淺黃和白色。此外，游艇水線(xiàn)區常被海水浸泡、沖刷和腐蝕，且易臟，所以常用深藍、鐵紅色等深色防腐防銹的涂料。船底可用棕色、黑色或與水線(xiàn)區同一顏色。
�。ㄈ┯瓮г煨驮O計中的材料要素
游艇材料關(guān)系到游艇性能、安全、人機、美學(xué)等多領(lǐng)域科學(xué)，要綜合考慮各方面因素，通過(guò)對各種材料的特性和工藝分析，并嚴格遵循SOLAS（國際海上人命安全公約）和相關(guān)造船規范的要求來(lái)選用船舶材料，以保障船舶正常運行和人員生命財產(chǎn)安全。先進(jìn)復合材料性能優(yōu)異，既可大幅度減重結構材料，又兼有高耐腐蝕的特點(diǎn)，因此在游艇設計上有廣泛的應用前景，應用的部位包括：船體、甲板、座艙結構、船舵等，制造過(guò)程中會(huì )大量采用RTM技術(shù)，特別是西曼復合材料樹(shù)脂熔塑成型法，大規模整體成型，并多用夾層結構，芯材可用蜂窩或閉孔泡沫材料。
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