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生物結構形態的仿生學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新思維和方法為基點，以生物結構形態為依托，通過對仿生生物的結構形態分析和研究，結合材料學、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和結合點，總結出最符合仿生形態，又滿足產品結構的游艇設計方案。
關鍵詞：生物結構形態；仿生學；游艇造型設計
一、游艇設計概述
游艇的設計可以分為形態設計、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設計的基礎上對結構處理與材料運用上面的優化設計。結構設計方法有以下幾種：經典優化設計的數學規劃方法、多目標模糊優化設計方法、基于可靠性的優化設計方法、智能型優化設計方法、船舶結構性能綜合評估。形態設計包括船殼與船室的造型設計。
基于生物結構形態的仿生學應用于游艇造型設計中，可以使游艇造型設計與自然環境更為融合，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態美。同時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、基于生物結構形態的仿生學在游艇造型設計中的研究
（一）游艇造型設計中的形態仿生
在工業產品造型設計上。許多產品是利用形態仿生的。比如英國知名游艇設計師AlexMcDiarmid設計的概念游艇，其設計靈感的來源跟航海沒有一點關系，而是悉尼歌劇院的造型、折紙和汽車造型設計等。AlexMcDiarmid設計的100米豪華游艇“Penna”，這艘游艇市設計師觀察了鳥類尾羽和飛羽的特征，經過創新完成了一個新的游艇輪廓。再比如Innespace公司研制出了很強大的仿真鯊魚游艇，這款快艇命名為Seabreacher，長約5米，和真實的鯊魚非常接近。船身設計有鯊魚鰭、鋸齒牙等象征大白鯊的設計，背部也有象征背鰭的設計。
形態仿生又可分為具象形態和抽象形態仿生。
1.具象形態仿生
具象形態是自然界生物形態，經過對眼睛的視覺神經產生刺激而產生的生理反應，它是一種感覺存在。具像仿生過程并不是對模仿對象的直接套用，而是從刺激產生到形態的運用都需要對模仿對象進行處理，但是在形態上會與生物原型比較接近。具象仿生設計的產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，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·夢露的唇來設計的、是意大利后現代主義仿生設計的代表作。火紅的嘴唇原型、雕塑般的質感，非常符合意大利人熱情浪漫的性格。
2.抽象形態的仿生
抽象形態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和特殊的心理加工活動。它通過提取生物結構形態中最具代表性的特征，通過從對形態的“感知”到“認知”，然后進行外延性心理編碼，得出該生物的心理形態，然后經過設計人員的工業化生產考慮，將心理形態抽象化直到符合具體的設計需求。
（二）游艇造型設計中的結構和材料的仿生
隨著仿生學的深入開展，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。其中海洋動物，由于獨特的形體結構、運動方式、形體幾何參數、組織系統形態及皮膚構造肌理符合流體動力學的特征，常被用做汽車、飛機、游艇等仿生設計的模仿對象。如魚類具有流線型輪廓，可以減少運動時水流對身體的阻力；它們的急轉和起動速度無與倫比，且轉彎空間不到身體長度的一半，且具有高速高效、高機動性、低噪聲等優點而深受設計師青睞。
比如自然界中最常見的六角蜂窩，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下設計出來并且得到廣泛的應用。
三、基于生物結構形態的仿生學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調，才能設計出既符合游艇使用功能又滿足人們美的享受。
此外，外形設計也包括游艇的工藝技術方面的設計，任何一件產品的完成都要有精湛的工藝和成熟的技術來支撐，通過技術手段來實現其使用功能和藝術造型。游艇雖然不是單純的藝術品，但也給人藝術的感染力和休閑娛樂的享受功能，體現了技術與藝術的和諧美。
�。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，它能直觀的表達游艇的主題和風格，還能反映獨特的地域文化和風土人情。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，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。外觀上多采用富有運動感和整體性的色條來裝飾，且不宜與艙室整體色調差異太大，要有一定的協調關系，可選用艙室主色調的補色。不同類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、靈活的特征，色彩上采用鮮艷、明快的色調，如黃、紅、白；休閑游艇以娛樂和休閑為主，外觀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、黑色或與水線區同一顏色。
�。ㄈ┯瓮г煨驮O計中的材料要素
游艇材料關系到游艇性能、安全、人機、美學等多領域科學，要綜合考慮各方面因素，通過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）和相關造船規范的要求來選用船舶材料，以保障船舶正常運行和人員生命財產安全。先進復合材料性能優異，既可大幅度減重結構材料，又兼有高耐腐蝕的特點，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，制造過程中會大量采用RTM技術，特別是西曼復合材料樹脂熔塑成型法，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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