论分形几何学在首饰设计中的应用

论分形几何学在首饰设计中的应用

论分形几何学在首饰设计中的应用作者：来源：浏览次数：5909标签：分形设计饰设

随着人们生活水平的提高和消费观念的改变,珠宝首饰在人们心目中的地位越来越高。传统的首饰是由设计人员先在头脑中构思,再通过图纸和计算机表现出来。设计者往往在阅读大量资料的基础上,对传统的图形进行修改和变换,设计思路受到较大的限制,越来越难以满足人们求新、求美、求异的要求。

针对目前首饰设计领域的“瓶颈”,亟待在艺术构思、图案设计、制作工艺等方面进行创新。如果将分形图形与首饰设计结合起来,把抽象的分形理论应用到实际的首饰设计中去,可以给首饰设计人员提供新的创作灵感。

1 分形几何学理论及应用

分形几何学简称分形,分形一词由法国数学家B. B. Mandelbrot在1967年的“英国的海岸线有多长———统计自相似性与分数维数”论文中首次提出。作为分形,其最显著的特征就是自相似性,即在分形上任选一个局部,无论是将其放大或缩小,其形态、复杂程度、不规则性等均不会发生变化,所得到的图形仍显示原图的特征。这种自相似性可以是近似的,也可以是统计意义的。

分形大致可分为两类:一类是几何分形,它不断地重复同一种图案;另一类是随机分形,它抽象地描述了大自然的许多不规则形态。应用分形理论既可以产生由直线、圆、多边形等构成的较为规则的图形,体现出传统美学中的平衡与对称,还可以产生奇妙的非线性图形,超越标准的新的表现形式。分形图案作为技术与美学的结合,对首饰设计具有特别重要的意义,把它引入首饰设计领域,将挑战传统的设计理念,使设计者的思路和视野得到更广泛的拓展。作为研究和处理不规则图形的强有力工具,

目前分形几何学已在物理学、化学、地质学、生物学、材料学等领域取得了较大的进展。近年来,随着对准晶体物质的深入研究,分形理论在微观领域的应用也逐渐引起了人们的重视。分形理论在计算机仿真、艺术设计、室内装饰等领域也逐渐显示出其极高的应用价值,特别是分形几何学在服装设计领域取得了突破性进展,为分形理论在首饰设计领域的应用奠定了基石。

2 在首饰设计中的应用

首饰设计一般分为手绘和电脑设计,前者主要是用手工绘制的方法将设计思想在图纸上表现出来,后者则是借助计算机辅助设计软件得以实现。无论采用哪种方式,设计者在整个设计过程中都必须遵循对比与调和或者对立与统一的原则,因为首饰设计作为一种艺术创作,它不单是造型元素的简单叠加,更多的是通过对不同材质与色彩的有机组合,营造整体的和谐与统一,从而真正体现首饰的艺术价值。

2.1 作为构成元素参与首饰设计

传统首饰设计的构成元素主要是欧氏几何中描述的具有整数维数的规则图形,设计出的首饰往往比较单一、朴素。而分形作为大自然的几何抽象,能给设计者提供一种新的设计思路。把分形中自相似性的某一重复单元作为一种新的构成要素参与首饰设计。当经过与传统几何要素相同的拉伸、旋转、变形后,新的首饰将呈现出一个更加复杂、精美的分形式造型,从而实现首饰设计的创造性和新颖性。和传统的首饰设计相比,分形首饰的特点[5 ] 在于: (1) 和谐性分形表现最多的是形状的重复,应用到首饰设计中就是造型元素的重复。这就打破了完全对称产生的呆板,给人和谐统一的视觉感。当然,仅仅借助单一结构不能达到对比的效果,

可以在设计中采用多重分形,即几种分形结构的共同组合,同时对首饰的材质和色彩进行合理的搭配,使首饰整体表现和谐,而部分存在对立; (2) 自然性分形首饰的创作题材可以来源于大自然中具有自相似性的图形,这种以自然为基础又超越了简单意义上的自然形态的首饰,能够满足现代人渴望回归自然的心理需求; (3) 分数维在此之前,人们对首饰设计图形的认识都是建立在整数维传统的空间思维体系上,一旦把分形理论引入设计领域,人们就会意识到很多首饰设计作品已经具备了分形的某些特征,它们既不以二维的平面、也不以三维的球面形态呈现,而是介于二维与三维之间或一维与二维之间。当设计师有意识地把分形特征引入创作中,人们就会惊讶于分数维带给他们的不仅仅是一件首饰,更多的是新颖独特的视觉体验和佩带效果; (4) 学科交叉性分形首饰的设计来源非常广泛,可以将首饰制作与数学、物理学、艺术设计、计算机图形学、材料学中的任何具有自相似性的图形结合起来,在交叉中发掘新的素材和灵感,使首饰设计不再局限于艺术角度上的创作。

2. 2 参与计算机辅助首饰设计

用计算机生成分形图形,能使人们获得外观新颖奇特、内容丰富多彩的各种图形。分形图形具有无穷细节的自相似性,体现了自然界的无序和变幻无穷的美。应用分形的自相似性,在造型或构图的过程中引入递归、迭代等数学方法,结合传统美术图案的设计原理,可以为电脑首饰设计人员提供全新的构思来源和方法。

目前,在首饰设计领域已经出现了很多辅助设计软件,如3Ds Max , Photoshop , Corel Draw 以及香港最新开发使用的J ewel CAD 三维或平面图形软件。这些软件在单独使用的过程中,在很大程度上往往都局限于传统或者现有的设计模式,不能真正发挥出设计者的想象力和创造力。

将分形设计软件与计算机辅助软件相结合进行分形首饰设计,既考虑到加工材料的工艺性能, 又能充分发挥二者的优点,可以说是一举两得。首先,分形图案的生成需要反复的迭代计算,只能依靠计算机来完成;其次,现有的辅助首饰设计软件,特别是J ewel CAD 为电脑创作建立了平台, 如果能开发出融二者于一体的珠宝首饰设计软件,就可以制作更加复杂、新颖的体现分形特征的首饰。

分形几何图案可以通过以下手段引入到电脑首饰设计中:读取在其它软件中产生的格式兼容的分形图案;将生成分形图案的过程做成子程序插入到已有的电脑首饰设计软件中,如直接在3Ds Max 系统中创作图案。对于设计者而言,在进行自相似性的分形首饰图案设计时,完全不必考虑分形几何学的数学基础,而只需要掌握生成元的确定和构成要素的迭代过程。

2.3 应用

分形具有精细的结构,在制作过程中考虑到材料的加工性能和成本因素,所以在首饰设计中更多的应该是对分形特征的应用,其中最重要的是自相似性的应用。图1 为一项链的吊坠部分,造型新颖。把分

形几何学中常见的Koch 雪花(图2) 运用于该设计中,使整个吊坠部分的结构更加精细,从而增强了首饰的艺术表现力。

将分形应用于手链的设计时,可以将手链的一个结构单元设计成图3 所示的具有自相似性的结构。为了避免结构的单一,在中心部位镶主钻的同时,可以在其余较小的圆心部位搭配彩色宝石或碎钻,从而在整体中体现对立。

图4 为奥地利珠宝首饰公司设计的戒指,色彩艳丽,加工精美,具有浓厚的艺术色彩。主要原料为珐琅、24 K 黄金、铂金及黄金金粉、铑和不锈钢等。珐琅色彩丰富,视觉效果清晰,是一种很好的首饰装饰材料。将分形艺术引入首饰设计,完全可以发挥珐琅的优点,使更多的分形图形在首饰设计领域得以实现。

目前在胸针的制作过程中,主要以大自然中的景物为创作源泉,如树叶、蜻蜓、蝴蝶等,利用K 白金或铂金作底,绿色翡翠作为创作的主题。很多珠宝公司都在不断地推陈出新,如台湾大东山珠宝有限公司曾经推出绿色翡翠为叶、红珊瑚为花饰的“红花绿叶”系列,深得消费者的喜爱。因此,利用大自然中的分形几何图形进行胸针类首饰设计,不仅可以满足人们回归自然的心理需求, 也能够充分体现首饰的独特设计理念和风格。

首饰设计的材料非常广泛,除了传统的宝玉石外,各种K金、非贵金属材料、塑料、玻璃、贝壳等都可以用于装饰材料,经过设计师的精心设计和工艺师高超的加工,其装饰效果不亚于钻石、红、蓝宝石。分形领域最早的Mandelbrot 集合(图5) 就能在贝壳、玛瑙的加工中体现其美仑美奂的色彩效果。

3 前景

随着分形理论的发展以及计算机科学技术的进步,目前已经出现了很多分形图形生成和处理软件。以Fractal for Windows 为例,该软件存储了大量的分形图形,可以为设计者提供丰富的参考模型。它与目前首饰设计中常用的J ewel CAD 软件在功能上十分相似,不同的是分形图形在一定程度上超越了传统设计者的思维限制,其设计的图形具有很大的随机性和任意性。对于首饰设计者而言,因为分形模型本身是在遵循一定规则的基础上建立起来的,看似复杂的图形其实蕴涵着非常简单的数学关系,所以掌握分形特征并运用到首饰设计中去并不是一件很难的事情。

将分形理论引入到首饰设计中,可以充分发挥计算机快速灵活、设计性强的特点,减少设计者的工作量,提高效率,使设计别出心裁、尽善尽美。尤其在当前消费者讲求装饰品的品位、特色以及艺术性的时代,当设计师苦于寻找艺术灵感时,这些令人叹为观止的分形图案一定会使人耳目一新。当然,分形理论只能作为首饰设计的一种创作方法,设计者在运用分形时,不能脱离首饰设计最根本的原则———对比与和谐。这就需要利用其它材质和色彩,共同发挥分形首饰的潜在价值。

在撰文的过程中,得到了中国地质大学(武汉) 珠宝学院卢筱、狄敬如老师的热情帮助和指导,在此表示衷心的感谢。

作者：罗泽敏,陈瀛,曾祥汉,张荣红,陈敬中