Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы пространственно-временного преобразования природных мотивов в проектной деятельности 19
1.1. Анализ процесса зрительного восприятия человеком объектов природы и искусственной среды 20
1.2. Методы преобразования и геометрического анализа природных форм... 34
1.2.1. Преобразование природных образов в геометрические символы народов мира 36
1.2.2. Геометрическое моделирование природных образов в искусстве и костюме 39
1.2.3. Методы геометрического структурирования природных форм 43
1.3. Проектные уровни выявления природных аналогий в архитектуре и в объектах дизайна 50
1.3.1. Аналогии формы в природе, архитектуре и объектах дизайна 52
1.3.2. Аналогии пропорций в природе, архитектуре и объектах дизайна 65
1.4. Этапы восприятия и преобразования природной формы в костюм 70
Выводы по главе 73
ГЛАВА 2. Методика бионического анализа процесса формообразования костюма 75
2.1. Анализ трансформирующихся систем в природе и костюме 76
2.2. Метод геометрического анализа процесса формообразования в природе и костюме 86
2.2.1. Процесс формообразования костюма с точки зрения эволюционного развития формы 86
2.2.2. Процесс формообразования костюма с точки зрения морфокинетического развития формы 92
2.3. Мегод тектонического анализа природных систем и форм костюма 94
2.3.1. Тектоника складчатых систем формообразования 96
2.3.2. Тектоника модульных систем формообразования 101
2.3.3. Тектоника спиралеобразных (винтовых) систем формообразования 109
2.3.4. Каркасные системы формообразования 114
2.3.5. Практическое применение тектонических приемов формообразования природных структур в костюме 120
2.4. Метод структурного анализа оболочек природы и костюма 124
2.4.1. Спиралеобразная структура оболочек 130
2.4.2. Структура оболочек «типа ветвления» 133
2.5. Методика выявления закономерностей пространственно-временного преобразования природной формы в костюме 137
Выводы по главе 158
ГЛАВА 3. Теория и методология трехмерного моделирования природных оболочек и костюма 160
3.1. Анализ основных принципов работы трехмерного редактора 161
3.2. Анализ методов моделирования оболочек природы и костюма в трехмерном редакторе 164
3.2.1. Метод моделирования оболочек природы и костюма на основе сплайнов 165
3.2.2. Метод моделирования оболочек природы и костюма на основе сеток с многоугольными ячейками 166
3.2.3. Метод параметрического моделирования оболочек природы и костюма 167
3.2.4. Метод моделирования оболочек природы и костюма на основе кусков поверхностей Безье 168
3.2.5. Мегод моделирования оболочек природы и костюма на основе неоднородных рациональных В-сплайнов 169
3.3. Выбор программного продукта для трехмерного моделирования природных оболочек и костюма 171
3.4. Анализ технологий построения криволинейных поверхностей природных оболочек и костюма в трехмерном редакторе 174
3.4.1. Технологии последовательных построений в 3D природных оболочек и костюма 175
3.4.2. Технология построения природных оболочек и костюма лоскутными поверхностями 176
3.4.3. Технология формирования природных оболочек и костюма сетчатыми структурами 177
3.4.4. Технология трансформаций природных оболочек и костюма 178
3.4.5. Технология назначения материала природным оболочкам и костюму 181
3.5. Анализ технологий проектирования костюма 183
3.6. Технология моделирования трехмерных бионических структур костюма 189
3.6.1. Трехмерное моделирование спиралеобразных структур природных оболочек и костюма 191
3.6.2. Трехмерное моделирование структур ветвления природных оболочеки костюма 203
Выводы по главе 217
ГЛАВА 4. Перспективы и пути реализации бионического подхода в художественном проектировании костюма и текстильной промышленности 220
4.1. Научное прогнозирование биотехнологий производства модной одежды 220
4.2. Системы проектирования «свободного пространства» костюма 233
4.2.1. Проектирование системы взаимодействия фигуры человека и костюма 234
4.2.2. Система проектирования «незавершенной» формы костюма 240
4.2.3. Система проектирования деконструктивных форм костюма 244
Выводы по главе 250
Общие выводы по работе 252
Словарь терминов 256
Список литературы 265
Приложения
- Анализ процесса зрительного восприятия человеком объектов природы и искусственной среды
- Геометрическое моделирование природных образов в искусстве и костюме
- Метод геометрического анализа процесса формообразования в природе и костюме
- Анализ основных принципов работы трехмерного редактора
Введение к работе
Современный процесс художественного проектирования костюма предлагает широкий спектр информационных кодов формообразования и функционирования. Способность воспринимать необходимую информацию из окружающей среды во многом зависит от социальной установки общества. Значение проектной культуры общества и роль дизайна в формировании фактора визуального и функционального комфорта объектного мира трудно переоценить.
Одним из важнейших условий оптимального функционирования искусственной среды, а значит и костюма, является органическое единение ее с природной средой. Решение комплекса проблем, связанных с установлением гармоничных отношений между природой и обществом, предполагает постоянное взаимопроникновение этих сред, которое выражается посредством оптимизации и экономии использования природных ресурсов и материалов при производстве объектов дизайна, формирования единого формообразующего начала на основе выявления специфики структурно-функциональных отношений объектов природы и дизайна.
Обзор литературы по вопросам взаимодействия природной и искусственной среды позволил выделить следующие направления художественного проектирования объектов дизайна, в том числе и костюма:
Экологическое направление
Экологическое направление в художественном проектировании основано, прежде всего, на сохранении, а в некоторых случаях, и восстановлении баланса искусственной и природной среды, поиске средств гармонизации отношений на уровне физико-химических реакций взаимосуществования этих сред. Предпосылкой возникновения экологического направления стали причины глобальных проблем XX века, связанных с техноцентрическими ориентациями науки и техники /1 - 7/, что способствовало «нарушению меры», прежде всего в производстве и потреблении изделий текстильной и швейной промышленности, «разрыву культурных традиций» 131.
М.Тиль определил техницизм как принцип универсального практицизма в «не мыслительной сфере» 141. По словам В. Гропиуса «технические новшества, первоначально расцветавшие как изумительные средства для достижения целей, сепаратно воспользовались своей мощью и противопоставили себя всему сущему в качестве самоцелей» 151.
Реакцией на стихию технологической революции стал возникший в 70-е годы XX века «экологический дизайн», явившийся одним из направлений всемирного экологического движения, в задачи которого входило, прежде всего, охрана и восстановление окружающей природной среды. Экологическое направление в дизайне костюма ориентировано на экологически - чистые технологии крашения и обработки текстиля, максимальную экономию природных ресурсов и материалов: использование энергетических ресурсов и материалов восполнимого и восстановимого типа, учет долговечности изделия с тем, чтобы соотношение затрат и продолжительность жизни изделия было оптимальным.
Экологизация процесса художественного проектирования костюма в XX веке осуществлялась в три основных этапа:
- гуманитарная критика отрицательных последствий и тенденций технократически-потребительской концепции природопользования, доминирующей в производстве текстильных и швейных изделий;
- формирование экологического движения и экологической ориентации общественных организаций с целью разрешения отрицательных последствий «негуманной» концепции природопользования;
- разработка общих принципов и целей экологической стратегии производства текстильных и швейных изделий.
Таким образом, экологическое направление основывается на триаде -экономической, технологической и функциональной экологизации процесса проектирования костюма.
Кроме того, поиск профессиональных средств разрешения экологических проблем сопровождается осознанием дизайнера морально-этической ответственности перед обществом. Кроме того, для достижения конкретных резулыатов в дизайне костюма, ориентированного на социальный заказ, необходимо не только консолидировать использование новейших технологий, иметь финансовые ресурсы и поддержку общественности, но и решить проблему экологического сознания потребителя.
Теоретические разработки в области семантики промышленного изделия, понимаемые как «символические свойства предметов, проявляющиеся в психологическом и социальном контексте их потребления» /8/, порождают экспериментально-практические решения и в дизайне костюма. Экологическое направление по-новому поставило вопрос о месте и значении «природного фактора» в формировании предметно-пространственной среды человека /9 -11/.
Направление «одушевленного» дизайна
Направление «одушевленного» дизайна основано на стремлении идентификации искусственных и естественных оболочек, разработке систем костюма аналогичных по своим физиологическим свойствам природным системам. Появление дизайнерских школ, ориентируемых на симбиоз культурных традиций, скрещение мировоззрения с генетическим (биологическим) кодом формообразования, стало предпосылкой формирования направления «одушевления» предметной среды и костюма.
Критерием «одушевления» предмета, по мнению дизайнерской группы Джи-Кей /GK/, является установление интимных отношений между человеком и предметом: «душа - вещам, мир - людям». Подобное отношение к объектному миру связано с философией конфуцианства и даосизма, согласно которой невозможно расчленить мир, где все существует в едином потоке становления, изменения и преобразования.
Концепция «одушевленного дизайна» в силу единства биологической составляющей «человек - микрокосмос - макрокосмос» в контексте высокотехнологического, информационно-интенсивного общества заключается, в достижении гармонии взаимоотношений и общего жизненного ригма искусственных и природных оболочек. Создание нового универсального, жизненного стиля во многом зависит от гибкости системы этих отношений.
Система «Природа - Человек - Костюм» должна стать творческим универсумом, объединяющим экспертов широкой сферы знаний о законах развития и существования экосистемы, ее информационного поля.
Разработки в этом направлении ведутся с 1954 года, когда впервые в мировой науке были заложены основы фундаментального направления современной естественной науки «распределения отношений, процессов обработки информации в живых и биотехнических средах, структурах и системах», а также бионики.
Бионическое направление
В отличие от экологического и «одушевленного» дизайна, бионическое направление в художественном проектировании костюма основано на установлении структурно-функционального единства процесса формообразования природных и искусственных систем, следствием чего является возможность визуальной и эргономической гармонизации объектов и субъектов мироздания. Мимезис (желание подрожать) стал объективной предпосылкой возникновения бионического направления в архитектуре, технике и дизайне.
Взгляд на деятельность человека, как на своеобразное продолжение природной организации присутствует в суждениях Демокрита об искусстве, положившего начало теории, согласно которой искусство (техника, ремесло и т.д.) - это «подражание» природе, прежде всего деятельности животных. Теории подражания придерживались Платон и Аристотель, рассматривая подражание в качестве определяющего признака искусства. А.Смит /21/ положил идею бессознательного подражания в основу своего нравственного учения. И.М. Сеченов /27/ отмечал инстинктивную склонность человека подражать тому, что попадает в поле его зрения. Леонардо да Винчи в «Трактате о живописи», подчеркивая один из существенных моментов художественного творчества, рекомендовал художникам как бы «подстерегать» красоту природы, наблюдая ее в те мгновения, когда она наиболее полно выявляется в них /28/. Для Гегеля человек, художественно творящий, представляет собой «...целый мир содержания, которое он похитил у природы» /29/.
Кибернетика впервые расширила представление о взаимосвязи биологических и технических структур, установив зависимость конструктивного сходства от их функционального подобия, открыв закон конструктивного гомоморфизма изофункциональных систем. Установление функционального тождества биологических и искусственных систем позволило выявить «закон совершенства», первоначально абсолютизирующий живой субстрат (белковое гело живой природы), а затем, специфику структурных и функциональных свойств биологических конструкций. Объективное единство законов формообразования и функционирования биологических и искусственных систем является основанием для бионических исследований. Исходным в структурно-функциональном анализе биологических и искусственных систем является понятие «целесообразной функциональности систем». Для достижения цели своего существования любая целесообразная система выполняет определенные функции, взаимодействуя с окружающей средой, то есть, развивает целенаправленную деятельность. Следовательно, целесообразная система характеризуется совокупностью функций, материальным носителем которых являются структуры.
Бионические структуры формообразования костюма дают возможность бесконечного балансирования между искусственной и естественной формой, определяют новые условия промышленного производства швейных изделий. В результате копирования структур природы могут быть созданы системы, во-первых, выполняющие заданные функции, во-вторых, выполняющие эти функции с максимально возможным совершенством, в-третьих, являющиеся органично целостными пространственными системами. Оптимальная конструкция, в этом случае, представляет собой материальный носитель заданных функций проектируемой природной системы. Следовательно, бионический подход предполагает выявление законов формообразования и функционирования систем природы, специфики структурно-функциональных отношений и последующее использование этих законов в художественном проектировании костюма.
И так, в результате анализа перспективных направлений взаимодействия природных и искусственных систем выявлены уровни взаимодействия этих систем. Уровень взаимодействия в экологическом направлении представлен гуманитарным фактором сосуществования, в «одушевленном» дизайне -биологическим «копированием материала», в бионическом направлении -структурно-функциональным преобразованием формы. Исходя из того, что основной категорией художественного проектирования костюма является «форма», а бионическое направление основано на формообразующем взаимодействии природных и искусственных систем, можно свидетельствовать о целесообразности выбора бионического направления в исследовании проблем, связанных с гармонизацией и оптимизацией процесса производства текстильных и швейных изделий. Анализ процесса саморазвития биологических систем, принципов формообразования, структурирования и моделирования форм является основополагающим в формировании теоретических и практических основ бионического формообразования костюма.
Таким образом, актуальность обусловлена:
- современными тенденциями проектной деятельности в аспекте взаимодействия искусственной и природной среды;
- необходимостью решения проблемы оптимизации и совершенствования процесса производства текстильных и швейных изделий;
- необходимостью решения научной проблемы поиска новых методов формообразования, направленных на повышение эстетических, эргономических и экономических показателей изделий модной индустрии;
- отсутствием методики бионического формообразования костюма, открывающей перспективное направление научных исследований и практических разработок в области художественного проектирования костюма.
Структурно-геометрический метод анализа формы костюма, основанный на аппроксимации контура, заключается в характеристике фронтальной и саггитальной проекциях этой формы. Для того чтобы исследовать форму как систему пространственной взаимосвязи ее элементов (тектонических приемов организации внешней поверхности, внутренней структуры, функционального пространства между фигурой человека и костюмом), необходимо разработать методику анализа системы «костюм» и принципы формообразования элементов этой системы. Поэтому, целью работы является:
1) системный анализ процесса формообразования в природе;
2) разработка методики бионического формообразования костюма в системе художественного проектирования текстильных изделий.
В качестве объекта исследования рассматриваются формообразующие принципы природных систем, а также искусственных оболочек - архитектуры, объектов дизайна, включая костюм, основанные на анализе внешних признаков формы (тектоника), внутренней организации (структура) и «свободного пространства».
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
• анализ современного уровня бионических исследований и определение перспектив пракіического применения;
• геометрическое структурирование природных форм;
• выявление природных аналогий в процессе формообразования костюма;
• тектонический и структурный анализ природных систем и форм костюма;
• анализ методов моделирования поверхностей в трехмерном редакторе;
• разработка технологии моделирования криволинейных поверхностей природных оболочек и костюма;
• разработка прогнозной информации функционирования бионических принципов формообразования костюма;
• учебно-методическое внедрение и производственная апробация научных результатов работы.
Методы исследования.
Геометрическое структурирование природных форм и костюма основано на методике фотометрического анализа и расчета. На определенных этапах работы использованы методы литературного, структурно-графического анализа, методы
математической статистики и моделирования, методы трехмерного моделирования форм. Применены общенаучные методы анализа и формальной логики, необходимые для формулировки заключений и выводов, полученных в процессе теоретических и экспериментальных исследований. На защиту выносятся:
• методика бионического анализа природных форм и костюма;
• технология моделирования природных оболочек и костюма в трехмерном редакторе;
• методика бионического формообразования костюма. Научная новизна работы состоит в следующем:
- теоретически обоснована и решена научная проблема, состоящая в разработке методики бионического проектирования костюма, в рамках общей стратегии художественного проектирования, системного анализа современного уровня бионических исследований;
- проанализирован механизм геометрического структурирования природных форм;
- разработан механизм выявления природных аналогий в процессе формообразования костюма;
- разработана усовершенствованная на основе предложенного метода тектонического и структурного анализа природных систем, структурно-функциональная модель процесса формообразования костюма;
- впервые проанализированы методы моделирования поверхностей в трехмерном редакторе в контексте их использования при бионическом формообразовании костюма;
- впервые разработаны алготитмы моделирования криволинейных поверхностей природных оболочек и костюма;
предложен объективный метод анализа формы костюма, как системы пространственной взаимосвязи внешних (тектонических), внутренних (структурных) характеристик формы и функционируемого «внутреннего» пространства между фигурой человека и искусственной оболочкой костюма;
- осуществлена производственная апробация научных результатов работы по бионическому формообразованию костюма.
Практическая значимость работы.
Результаты работы являются научной базой для текстильной промышленности при создании конструкторских разработок на основе бионических принципов формообразования костюма.
Осуществлено внедрение в производство швейных изделий (спортивная одежда и экспериментальная серия молодежных комплектов) на предприятиях г. Тольятти. Апробация результатов диссертационной работы проведена в ООО «ТОРГМАШ» и 000 «Советник плюс» (Приложение 8), а также в научных лабораториях кафедры «Дизайн и художественное проектирование изделий» и факультета техники и технологий сервиса Тольяттинской государственной академии сервиса (ТГАС) (Приложение 7).
Кроме того, экспериментально доказана эффективность использования в костюме бионических принципов формообразования в рамках курсового проектирования дисциплины «Бионика костюма», входящей в учебные планы специальностей 281300 «Художественное проектирование костюма» и 052400 «Дизайн» (специализации 052403 «Дизайн костюма») и дипломного проектирования данного профиля. Учебное пособие «Бионика костюма» (1999 г.) с грифом Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Дизайн» от 22.12.98 г. № 98-124-604/27-11. Практическое внедрение результатов исследования в учебный процесс подтверждено актом внедрения. (Приложение 7)
Основные результаты исследований изложены в 43 научных публикациях, в том числе в монографии «Бионическое формообразование костюма» (2005 г.), обсуждены и получили положительную оценку на международных и всероссийских научно-технических, методических конференциях, среди которых:
- Всероссийская конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». Тезисы доклада «Проблемы современного процесса дизайн-проектирования». - М., МГТА им. А.Н.Косыгина, 1998.
- Международная научно-методическая конференция «Новые формы и технологии профессионального образования в области сервиса». Тезисы доклада «Синтез визуально-логических построений». - М., МГУС, 1999.
- Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». Тезисы доклада «Приемы схематической абстракции в биомоделировании». - М., МГТА им. А.Н.Косьп ина, 2000.
- Международная научно-методическая конференция «Новые формы и технологии профессионального образования в области сервиса». Тезисы доклада «Математический метод исследования бионического процесса формообразования костюма». - М., МГУС, 2000.
- Всероссийская научная конференция «Прогрессивные технологии в обучении и производстве». Тезисы доклада «Биотехнологии в текстильной промышленности».- Камышин, КТИ ВолгГТУ, 2003.
- Международная научно-методическая конференция «Новые формы и методы подготовки специалистов образования для сферы сервиса». Тезисы доклада «Информационная среда и биотехнологии в дизайне костюма». - М., МГУС, 2003.
- Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». Тезисы доклада «Бионическое проектирование костюма». - М., МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2003.
- Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». Тезисы докладов «Трехмерное моделирование природных оболочек и костюма».- М., МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2004.
- Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». Тезисы докладов «Перспективы и пути реализации бионического подхода в художественном проектировании костюма и текстильной промышленности».- М., МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2005.
На основе бионических принципов формообразования разработаны модели одежды, новизна и производственная применимость которых подтверждена свидетельствами на полезные модели (Приложение 6):
- «Трубчатый модуль женской одежды», № 4446, с приоритетом от 21.05. 1996 г.
- «Плоский двухсторонний модуль женской одежды», № 18885, с приоритетом от 12.01.2001 г.
- «Модульные сетки швейных изделий», № 19723 с приоритетом от 12.01. 2001 г.
Автор защищает конструктивные положения и практическую целесообразность внедрения в производство научных положений работы при проектировании одежды на основе бионических принципов формообразования.
Структура работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, словаря терминов, списка литературы, приложений.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена ее цель, сформулированы задачи исследования, научная и практическая значимость работы.
В первой главе, обзорно-аналитической, выявлен механизм зрительного восприятия природных и искусственных форм, сделан системный анализ современного уровня бионических исследований, проанализирован механизм геометрического структурирования природных форм.
Во второй главе, экспериментально-теоретической, сделан тектонический и структурный анализ природных форм в контексте использования их закономерностей в системе художественного проектирования костюма, осуществлено математическое моделирование процесса формообразования костюма.
В третьей главе, экспериментально-теоретической, проанализированы методы моделирования криволинейных поверхностей природных оболочек и костюма в трехмерном редакторе, разработана технология бионического моделирования костюма в 3D МАХ.
В четвертой главе, экспериментально-аналитической, излагаются результаты эксперимента по прогнозированию и внедрению технологий бионического формообразования в текстильной промышленности.
Объем диссертации.
Работа изложена на 279 страницах машинописного текста. Список литературы состоит из 225 наименований. 8 приложений представлены на 62 страницах.
Анализ процесса зрительного восприятия человеком объектов природы и искусственной среды
В первой главе диссертационной работы систематизированы и проанализированы результаты исследований на предмет специфики бионического проектирования объектов искусственной среды с целью выявления закономерностей формообразования при художественном проектировании костюма, формирования методики бионического анализа формы костюма.
Обзор литературы по вопросам взаимодействия и влияния природы на проектную деятельность человека показал, что с ранних стадий своего развития человек стремился к постижению законов природы, к анализу сущности прекрасного. Результатом чего явилось и желание подражать (интуитивно или осмысленно) принципам организации и функционирования природных форм в пространстве при сооружении жилища (в последствии - архитектуры), изготовлении одежды, предметов быта и т.п.
Стремление человека подражать животному и растительному миру объясняется наличием ряда объективных факторов, позволяющих с максимальной пользой и эффективностью применять «патенты» природы при формировании предметной среды, сохраняя при этом необходимый баланс и композиционную целостность с окружающей средой.
Одним из значимых факторов предрасположенности человека к бионическому творчеству является особенность зрительного восприятия объектов природы. Специфика зрительного восприятия заключается в объективной и субъективной способности человека анализировать форму с целью дальнейшею применения выявленных закономерностей в практике дизайн-проектирования.
Кроме того, анализ стадий зрительного восприятия человеком окружающего мира - выделение из природы объекта исследования (наблюдения), трехмерный обзор объекта, сравнительный анализ с ранее известными объектами и его идентификация с геометрическими фигурами - указывает на способность человека геометрически структурировать природный и предметный мир и, соответственно, его объекты. Эта биологическая способность человека уже на этапе зрительного восприятия объекта исследования геометрически идентифицировать и обобщать, в совокупности с аналитическими и проектными навыками, позволяет создавать объекты предметного мира (в том числе и костюм), несущие в себе конструктивные, образные характеристики природных аналогов.
Исходя из особенностей проектирования системы «костюм», формирование методики бионического формообразования костюма предполагает критическое осмысление опыта архитектурного проектирования и предметного дизайна в этом направлении. Специфика проектирования костюма заключается, прежде всего, в учете фактора морфологической зависимости формы от фигуры человека, характера движения (пластики тела) и функционального назначения.
Однако наряду с особенностями бионического формообразования костюма, которые необходимо учитывать при выборе природного аналога и определении характера конструктивного заимствования, существуют единые для всех объектов проектирования законы композиционного, структурного, тектонического анализа форм. Поэтому, в этой главе, рассмотрены и проанализированы приемы и методы архитектурной бионики, в основе которых лежит анализ форм природы, необходимый для адаптирования и последующего применения выявленных закономерностей формообразования и функционирования в системе художественного проектирования костюма.
При анализе основных направлений взаимодействия природных и искусственных систем особое внимание уделено специфике восприятия человеком окружающей среды при мимезисе, а в последующем, при бионическом проектировании объектов искусственной среды; а именно - активному восприятию, включающему в себя избирательность, дифференциацию, анализ и функциональное копирование форм природы. По сути дела, человек генетически обладает способностью «творческого» восприятия и желанием подражать субъектам природы.
Проблема человека и активного отношения его к природе, взаимосвязь природного и социального в самом человеке всегда была актуальна и рассматривалась в философии и искусстве, как прошлых веков, так и настоящего времени. Целенаправленное формирование гармоничных взаимоотношений человека с миром природы на протяжении всей истории лежало в основе человеческого познания.
Именно поэтому, прежде чем приступить к анализу бионических приемов формообразования в архитектуре, технике и дизайне, наметив границы функционального копирования, необходимо структурировать процесс зрительного восприятия, а, соответственно, определить уровни исследования формы, как пространственно-временной системы.
Поскольку, в основе научно-исследовательской работы по бионическому формообразованию лежит определенная последовательность формирования теоретических основ и получения практических результатов дизайн-проектирования /31/, рассмотрим основные уровни исследования формы.
Биологический уровень является исходным, начальным и включает изучение различными средствами отдельных сторон живых объектов в плане поставленной задачи. В отличие от традиционных в биологии подходов, здесь с самого начала имеется в виду получение данных для формализации, построения модели формообразования природных объектов благодаря избирательной способности человека воспринимать окружающий мир и его объекты, дифференцировать их свойства.
Геометрическое моделирование природных образов в искусстве и костюме
Приведенные выше примеры использования природных образов, их значение в формировании символических основ народов мира, призванных декодировать знания о мироздании в простых геометрических знаках, трудно переоценить. «Концентрация» этих знаний органично проявляет себя в результатах деятельности человека.
Геометризация природных образов в искусстве, и главным образом, в архитектуре основано на стремлении человека создать модель мироустройства по принципу абсолютной подчиненности и власти аналогичную модели устройства Вселенной и объектов природы, в частности.
А.Филарету принадлежит идея «идеального» города Сфорцинду, имеющего форму восьмиконечной звезды, в центре которого - герцогский дворец, к которому сходятся все улицы и каналы города. Позднее этот принцип был воплощен при строительстве Версаля, где три луча дорог сходились в парадной спальне короля-солнца. Форму идеального круга стремились придать городам зодчие древней Хеттской империи.
Платон считал, что любая геометрическая фигура, и их сочетание имеет сходство с круговым перемещением звезд. Софийский собор, символизирующий вселенское начало, имел структуру концентрических кругов. Сфера купола символизирует Небо, от которого на концентрических кругах размещаются изображения апостолов и пророков. Человек, находившейся под куполом, ощущает себя в центре мира, символом которого является амфалий -выложенный на полу мозаикой круг. Кольцевой (космологический) характер архитектурной композиции и фасадной скульптуры нашел продолжение в системе фресковой живописи.
Египетские пирамиды, означающие «Единое Божественное Пламя», служат примером геометрического структурирования природных форм и образов в архитектуре. «Основание пирамиды представляет собой четыре материальных элемента, из комбинации которых создано четырехмерное тело человека. От каждой стороны квадрата поднимается треугольник, представляя божественное трехмерное существо, заключенное в четырехмерную материальную природу» /63/. Являясь архетипом Священной горы, местом Бога, квадратное основание пирамиды символизирует законы природы, стороны квадрата - стороны света.
Геометризация природных форм, их модификация, в живописи реализовано в художественном направлении, получившем свое название «кубизм». Для «кубизма» характерны формальные эксперименты, связанные с конструктивным изображением объемной формы на плоскости, разложением сложных форм реального мира живой природы на простые геометрические объемы - куб, конус, цилиндр. Можно сказать, что «супрематизм» XX века обобщил символ высшей геометрической реальности. «Черный квадрат» К.Малевича представляет собой структурированную модель мироздания. Квадрат заменил собой объем, глубину, перспективу и время. Так, познание действительности через геометрический анализ ее объектов легло в основу методологии искусства XX века.
Природные образы в геометрических символах нашли свое отражение в орнаментике костюма, которые обладали не столько эстетическими, сколько защитными (от злых духов и т.п.) свойствами. Например, орнаментика бразильских племен, включающая стилизованные изображения животных, отличается ярко выраженным геометрическим характером: ромб - рыба, крест -ящерица, зигзаги и точки - осиные гнезда, летучие мыши, змеи и т.п.
Наиболее распространенным элементом в вышивке русского народного костюма является изображение солнца в виде ромба. При чем, разновидность геометрической формы ромба указывает на время года: простой ромб - весеннее солнце, прямой крестообразный - зимнее. Гребенчатый ромб обозначает «слитое дерево», половина косого креста с ромбом между лучами - «деву». Геометрический знак «крест с крюками» у многих народов является символом солнца.
Изображение дерева в русской вышивке геометрически стилизовано и представляет собой два треугольника (треугольник, обращенный вершиной вниз -корень, вершиной вверх - крона) и вертикаль (ствол). Эта геометрическая трехчастность воплощает в себе структурность космоса и пространства вселенной: нижний мир - корень и ростки, средний мир - ветки и плоды, верхний мир - цветы и соцветия, что соответствует подземной земной и небесной сферам мироздания, а также - прошлому, настоящему и будущему. Кроме того, в узоре вышивки треугольник символизирует женское начало, связанное с землей, а изображение его с деревом является воплощением женского божества.
Метод геометрического анализа процесса формообразования в природе и костюме
Процессы развития и изменения геометрии формы с позиций художественного проектирования имеют первостепенное значение.
В первой главе отмечено, что определенная сложность проектной ситуации заключается именно в том, что при анализе процесса формообразования в природе необходимо учитывать фактор постоянного изменения, трансформации формы во времени. Здесь имеется в виду: развитие единичной структуры (собственно-формы) на протяжении жизненного цикла, названное в науке «морфокинезом»; и развитие вида, к которому принадлежит единичная структура, на протяжении более длительного отрезка времени, определяющего его эволюционный цикл.
И так, рассмотрим процесс формообразования костюма с точки зрения возможности выявления в нем природных аналогий, а значит с точки зрения эволюционного и морфокинетического развития формы.
Поскольку, процесс формообразования, с точки зрения эволюционного развития формы предполагает значительные временные интервалы, в рамках которых наблюдаются количественные и качественные изменения внутренней и внешней формы, применительно к костюму этот процесс можно соотнести с циклами моды или с цикличностью функционирования той или иной геометрической структуры костюма. Логично было бы предположить и о существовании определенной цикличности использования природных мотивов, аналогов формообразования в костюме.
В Московском государственном текстильном университете им. А.Н. Косыгина с 1994 по 1996 годы проводились исследования по вопросам выявления цикличности использования природных мотивов в костюме /144/, в ходе которых, установлено, что процесс заимствования представляет собой непрерывное движение, обращенное к трем стихиям: Земле, Воде и Небу, живым организмам, населяющим их. На рис. 2.4. синусоида выражает циклический характер процесса использования природных мотивов в костюме, а спираль - эволюционность этого процесса. В ходе статистического исследования /144, С.78/ установлено, что наиболее часто в костюме используются растительные и зооморфные мотивы. Временной ряд статистических наблюдений над процессом использования растительных и зооморфных мотивов в костюме является эмпирическим законом распределения (рис.2.4). Полученная графическая модель делает возможным систематизировать и обобщить наиболее характерные закономерности процесса использования природных мотивов в костюме. А именно, установлено, что между структурно-бионическими параметрами (растительными и зооморфными мотивами) существует определенная корреляционная зависимость, которая имеет вид: YR = 46,97+ 0,02X1-0,19X2 (2.1) где, Y- значение выходного параметра (бионическая модель); Л7-значение входного параметра (растительные мотивы); Х2- значение входного параметра (зооморфные мотивы).
На основе данных статистического исследования построена графическая модель, воспроизводящая циклический характер использования в костюме бионических принципов формообразования. Графическая модель (рис. 2.4) позволяет получить компактный графический образ процесса формообразования костюма; выявить тенденцию и скрытые закономерности; установить взаимосвязи наблюдаемых параметров процесса. Расположив несколько графических моделей на одной шкале, наблюдаем следующие зависимости: циклические изменения геометрических структур костюма совпадают с циклическим процессом использования в костюме бионических принципов формообразования; момент стабилизации геометрической структуры костюма совпадает с преобладанием использования бионического принципа формообразования; по мере уменьшения стабилизации геометрической структуры костюма уменьшается и влияние биоформ на костюм; момент деградации и гибели геометрической структуры костюма совпадает с преобладанием геометрического принципа формообразования.
Из анализа совмещенных графических моделей следует, что периоды использования бионических принципов формообразования обусловлены наличием прямой связи с циклическим развитием геометрических структур костюма, «пики» их развития совпадают.
Кроме того, структура организации форм природы и костюма может быть представлена графической моделью процесса формообразования, отражающей количественные и качественные изменения в структуре пространственных оболочек. В отличие от строго обусловленных природных временных циклов, циклы развития формы костюма (циклы моды) могут охватывать тысячелетие, столетие или десятилетие. На рис.2.5 представлена графическая модель процесса формообразования костюма, на примере XIX века и нескольких десятилетий XX века, отражающая структуру организации оболочек по принципу их наслоения друг на друга. Структурные исследования, в данном случае, направлены на то, чтобы вскрыть специфические законы существования и функционирования системы с целью управления процессом ее развития. Процесс формообразования костюма, рассмотренный в аспекте определения уровней покрова оболочками-слоями фигуры человека, представляет собой несколько стадий развития:
Анализ основных принципов работы трехмерного редактора
Несмотря на разнообразие и специфику 3D программ они имеют общие принципы создания и математического описания объектов трехмерного моделирования, которые необходимо учитывать при построении бионических моделей формообразования костюма. Различия же, в основном, заключаются в архитектуре программы, реализации функциональных возможностей и компоновке интерфейса.
С этой целью выявим основные принципы работы трехмерных редакторов, рассмотрев систему создания объектов, лежащую в основе формообразования природных оболочек и костюма: систему координат, вид модели, проекции, рендеринг.
1. Известно, что трехмерное приложение оперирует объектами, описанными в некоторой глобальной системе координат, чаще всего в ортогональной (декартовой) системе координат, в которой положение каждой точки задается ее расстоянием от начала координат по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y и Z. В некоторых случаях используется и сферическая система координат, в которой положение точки задается удалением от центра и двумя углами направления. В глобальных координатах приложение создает одновременно объекты и источники освещения, а также определяется точка зрения и направление взгляда наблюдателя.
2. Приложение 3D графики создает модель, в которой объекты задаются как совокупность тел и поверхностей. Тела могут иметь разнообразную форму, описанную каким-либо математическим способом. Наименее сложным описанием задаются многогранники, у которых каждая грань представляет собой часть плоскости, ограниченной полиюном, и тело - упорядоченный список вершин. Сложным описанием задаются объекты, имеющие не плоские, а криволинейные поверхности, такие как природные оболочки и костюм. В этом случае поверхности описываются сплайнами, кривыми, задающимися сложными нелинейными уравнениями. Однако для дальнейших построений их использование ограничено объемов вычислений, делающих процесс не достаточно эффективным. Поэтому криволинейные поверхности аппроксимируются полигонами, при чем, чем мельче полигоны, тем ближе аппроксимация к модели, но и тем более сложным становится описание объекта, а, следовательно, и больше времени требуется на его обработку. Представление криволинейной поверхности совокупностью плоских граней-полигонов -тесселяцией (tessellation, "teaser" - кубики из смальты), которые должны быть простыми (не пересекающими себя), плоскими или выпуклыми, значительно упрощает их дальнейшую обработку.
Поверхности в трехмерном редакторе могут быть описаны сплайнами, гладкой кривой, которая проходит через две или более контрольных точек, управляющих формой сплайна. Структура сплайнов представляет собой систему вершин (vertices) и сегментов (segments). Каждая вершина сплайна имеет касательные векторы (tangents), снабженные на концах управляющими точками, или маркерами (handles), которые управляют кривизной сегментов сплайна при входе в вершину и выходе из нее.
Наиболее общими типами сплайнов являются: кривые Безье (Bezier curves) и В-сплайны (B-spline curves), примером которых могут служить неоднородные рациональные В-сплайны (Non-Uniform Rational B-Spline - NURBS). Кривая Безье, полиномиальная кривая, задается набором наименьшего количества определяющих точек. В-сплайн, любая гладкая кривая, определенная в трехмерном пространстве, обладает способностью искривляться в любом направлении. NURBS (кривых или поверхностей) обладают различными свойствами (весами), значения которых не равны между собой. Объект NURBS может быть описан с помощью математических формул.
3. Для отображения трехмерного объекта на двумерный экран или другое внешнее устройство используется математическое преобразование, называемое проецированием. При этом точки, определяющие отрезки прямых или кривых, проецируются на двумерную плоскость, а воображаемая проекционная плоскость, называемая картинной плоскостью, помещается между объектом и наблюдателем, перпендикулярно направлению взгляда. Проекционными линиями являются линии, которые проводятся от точек объекта к наблюдателю. Точки, где эти линии пересекают картинную плоскость, называются соответствующими точками проекции. Проекции, в свою очередь, можно разделить на параллельные, когда проекционные линии идут параллельно взгляду наблюдателя, и перспективные, когда эти линии пересекаются на сетчатке глаза наблюдателя. Перспективные проекции, в отличие от параллельных проекций, выглядят более реалистично. Кроме того, следует иметь в виду, что, меняя место расположения наблюдателя, можно получить виды объекта с разных сторон.
4. Процесс преобразования объекта или сцены (рендеринг), созданного в приложении трехмерной графики для вывода на экран монитора, двухмерную плоскость, представляет следующую стадию описания поверхности, которые генерируются пикселями изображения.
