设计形态学研究与应用(第二版)

前言

设计的历史可追溯到距今260万年的石器时代，其悠久程度远超人类文明史和科技发展史。设计的核心是为人类服务，从最初只为解决人们生活中遇到的困难和需求，逐渐扩大到如何协调人与物（造物）、人与人（社会）、人与环境（生态）的关系，乃至人与未来（趋势）的关系……由于涉及的问题越来越复杂，需要的知识也越来越广阔，于是设计的重心便逐渐从“创新”转向于“整合”，并最终融合为“协同创新”。而设计研究工作的重心也从专注于“技”（解决实际问题的能力）的巧思与善用，逐渐上升至“道”（指导实践的理论与方法）的研修与运筹。尽管矗立于艺术与科学之间，但设计并未因此而尴尬，相反在两者间游刃有余，令人甚感庆幸。因为，设计既可借助艺术的感知和灵性去化解人文认知上的冲突；也能依托科学的思维与逻辑去攻克复杂事物中的难题，而这恰恰是其他学科较难平衡的。至于与其他学科的交叉与融合，设计则更具有优势。实际上，它能与绝大多数学科建立起联系，并通过交叉融合实现以共同目标为导向的协同创新。
事实上，“设计形态学”正是基于这一背景应运而生。设计的载体是“造型”，造型的核心是“形态”，而形态的“本源”便是设计形态学研究的关键内容。由设计形态学主导的设计思维与方法，不仅延续了设计学的根脉，而且融合了科学与工程思维方法的精髓，并与传统设计形成了完美互补。此外，它还为协同创新设计提供了理论依据，极大地拓展了创新思维。而理论体系与思维方法的创建，又为设计形态学的建设奠定了基础，开了先河。设计形态学的研究成果不仅给设计带来了灵感和源泉，更为原型创新带来了突破与提升，同时，也为基于未来的协同创新设计构建了学术研究平台，并为学科之间的交叉融合开辟了途径、树立了典范。本书精选了18个“设计形态学”典型案例，系统且深入浅出地阐述了设计形态学的形态研究方法和协同创新过程。通过理论与实践的探索，研究与应用的结合，力求让读者能够完整、全面地了解“设计形态学”研究与创新的思维、方法、流程和模式，并针对其学术价值、意义进行客观研判。当然，也希望本书能为广大读者的研究与创新带来帮助和提升，并期待大家也能参与其中，携手共建“设计形态学”这门新学科。
本研究课题非常荣幸获得了国家社科基金重大项目（项目号：17ZDA019）的鼎力资助，确保了项目的顺利进行，借此深表谢意！同时，也非常感谢众多专家的参与指导，以及课题组成员不畏艰辛、齐心协力完成了这一艰巨且意义非凡的学科建设项目。尽管本书仍可能存在不完善之处，但我们终于实现了突破，让设计形态学有了清晰的学科雏形，并开始逐渐崭露头角！

本书是专门针对设计领域“形态学”研究的学科。其内容主要是围绕形态的“造型规律”和“创新方法”进行的实验性研究（理论与实践结合），涉及的范围既包括形态固有的功能、原理、结构、材料以及工艺等科学知识，也涵盖了形态承载的视觉、知觉、心理、情感、习俗和文化等人文知识。它以形态研究为基础，通过“造型”将诸多相关知识整合起来，运用“设计思维与方法”系统、科学地进行形态研究与创新。 此外，本书还十分注重造型的过程研究，强调在过程中认识和理解材料、结构及工艺对造型的影响和制约，系统学习和掌握相关的理论知识和技能，并将“设计思维与方法”贯穿于整个研究过程中。通过该过程的研究与实践，既是对设计方法的灵活运用和检验，也是对生产方式的深入理解和认识。

邱松,清华大学美术学院教授、博士生导师。清华大学美术学院基础部主任、工业设计系教授，博士生导师，“创新设计与品牌战略”专家、国家社科基金重大项目首席专家、中国工业设计十佳教育工作者。北京工业设计促进会理事，国际设计管理协会会员，中国流行色协会理事，国际可持续设计联盟会员，武汉纺织大学特聘“楚天学者”，全国自学考试委员会委员，中国工业设计协会资深会员，北京市朝阳区党外知识分子联谊会理事，广西艺术学院、湖北美术学院、武汉纺织大学客座教授。

第1部分　概述
1.1　设计形态学的定义与研究范围
1.2　设计形态学与“第一自然”
1.3　设计形态学与“第二自然”
1.4　设计形态学与“第三自然”
第2部分　第一自然
2.1　基于动物形态研究与设计应用
2.1.1　节肢动物外骨骼形态研究与设计应用
2.1.2　纳米布沙漠拟步甲形态研究与设计应用
2.1.3　猫科动物的肢体形态研究与设计应用
2.1.4　软体动物的贝壳形态研究与设计应用
2.2　基于植物形态及其他形态研究与设计应用
2.2.1　水环境中植物形态研究与设计应用
2.2.2　维管植物研究及设计应用
2.2.3　荒漠植物形态研究与设计应用
2.2.4　风环境中静止物体的形态研究与设计应用
2.2.5　基于菌丝体材料的产品造型设计研究
“第一自然”结语
第3部分　第二自然
3.1　基于新材料的建筑表皮形态研究与设计应用
3.1.1　基于材料和功能的建筑表皮设计研究
3.1.2　煤矸石空心球多孔陶瓷材料研究
3.1.3　设计过程与推敲
3.1.4　设计成果与应用
3.1.5　本节研究总结
3.2　基于温差发电技术的形态研究与设计应用
3.2.1　研究的目的和现状
3.2.2　研究框架
3.2.3　温差发电技术的基本原理
3.2.4　影响发电效率的形态规律研究
3.2.5　基于温差发电技术的设计形态应用研究
3.2.6　本节研究总结
3.3　虚拟形态研究与设计应用
3.3.1　虚拟形态概述
3.3.2　虚拟形态设计理论研究
3.3.3　虚拟形态生成方法研究与实验
3.3.4　虚拟形态综合设计实践
3.3.5　本节研究总结
3.4　视听联觉形态研究与设计应用
3.4.1　视听联觉形态实验研究
3.4.2　形态数字化模拟——三维驻波形态的视听联觉
3.4.3　视听联觉情绪映射的设计应用思考与准备
3.4.4　基于视听联觉形态研究的虚拟现实设计实践
3.4.5　本节研究总结
“第二自然”结语
第4部分　第三自然
4.1　参数化设计研究与应用
4.1.1　参数化关系的建立
4.1.2　参数的获取
4.1.3　研究的价值与意义
4.1.4　本节研究总结
4.2　个性化3D打印运动鞋设计研究
4.2.1　背景介绍
4.2.2　同类产品调研
4.2.3　设计方法
4.2.4　设计生产与实验室测试
4.2.5　本节研究总结
4.3　人工智能技术驱动设计创新研究
4.3.1　前沿人工智能技术应用的发展
4.3.2　渐冻症患者的需求
4.3.3　渐冻症患者辅助产品设计创新
4.3.4　本节研究总结
4.4　未来建筑探索研究——通天沙塔
4.4.1　设计简述
4.4.2　设计背景
4.4.3　设计理念和基本思路
4.4.4　设计过程
4.4.5　设计呈现
4.5　光与色的研究与设计应用
4.5.1　研究概述
4.5.2　研究方法
4.5.3　结构色原理
4.5.4　3D打印的优缺点
4.5.5　研究过程
4.5.6　设计应用
4.5.7　本节研究总结
“第三自然”结语
第5部分　项目与竞赛
参考文献
后记：基于设计形态学的协同创新设计

本书是专门针对设计领域“形态学”研究的学科。其内容主要是围绕形态的“造型规律”和“创新方法”进行的实验性研究（理论与实践结合），涉及的范围既包括形态固有的功能、原理、结构、材料以及工艺等科学知识，也涵盖了形态承载的视觉、知觉、心理、情感、习俗和文化等人文知识。它以形态研究为基础，通过“造型”将诸多相关知识整合起来，运用“设计思维与方法”系统、科学地进行形态研究与创新。 此外，本书还十分注重造型的过程研究，强调在过程中认识和理解材料、结构及工艺对造型的影响和制约，系统学习和掌握相关的理论知识和技能，并将“设计思维与方法”贯穿于整个研究过程中。通过该过程的研究与实践，既是对设计方法的灵活运用和检验，也是对生产方式的深入理解和认识。

邱松,清华大学美术学院教授、博士生导师。清华大学美术学院基础部主任、工业设计系教授，博士生导师，“创新设计与品牌战略”专家、国家社科基金重大项目首席专家、中国工业设计十佳教育工作者。北京工业设计促进会理事，国际设计管理协会会员，中国流行色协会理事，国际可持续设计联盟会员，武汉纺织大学特聘“楚天学者”，全国自学考试委员会委员，中国工业设计协会资深会员，北京市朝阳区党外知识分子联谊会理事，广西艺术学院、湖北美术学院、武汉纺织大学客座教授。