基于形狀文法的傣族民居元素民宿家具設計

喻俊南，黃素涌，鄭詩佳，馬文文

基于形狀文法的傣族民居元素民宿家具設計

喻俊南，黃素涌，鄭詩佳，馬文文

（西南林業大學，昆明 650224）

傣族民居建筑具有獨特的造型特點與藝術價值，從家具設計角度對其元素進行傳承與應用，實現傣族民居元素在民宿家具設計中的創新。以地域性民居建筑——西雙版納傣族民居建筑為對象，通過分析西雙版納傣族傳統民居建筑特征，提取其造型和裝飾要素后，利用形狀文法進行造型和裝飾的分析，演化結果形成新的造型和裝飾素材庫，利用庫中元素并結合約束規則進行方案初步設計，得到相關設計成果后，運用模糊評價法對設計方案進行評價，選出初步設計方案中的最優解并進行融合設計，得出最終設計成果。通過設計推導驗證了形狀文法在民宿家具設計中的可行性。結合設計師主觀意向和客觀方法指導，輔助設計師在家具設計中更科學、全面地獲得相關的設計結果，能夠保證民宿家具外觀既具有原始元素形態特征的同時又符合現代審美的新方案產生，對傳承和創新地域文化具有積極意義。

西雙版納傣族；民居建筑元素；形狀文法；民宿家具；設計

傣族是云南特有民族，干欄式建筑在中國建筑歷史上極具代表意義，被譽為上古民居建筑活化石，西雙版納傣族分布地區從古至今一直延續使用著這種建筑形式。在鄉村振興戰略中，鄉村旅游是地方經濟增長的重要支撐，民宿成為各地政府發展鄉村旅游的策略之一，但伴隨著民宿的迅速發展，民宿間的同質化問題和民宿家具不能展現地域文化特征等問題變得越發嚴重?；诖?，從家具設計角度探討如何將地域文化融入民宿家具的設計中，提出基于形狀文法將傣族民居建筑元素應用于民宿家具的設計方法，該方法能夠保證在典型特征衍生的同時，促進家具設計新方案的產生[1]，為民居元素運用于民宿家具設計提供參考依據。

1 民宿家具的創新設計流程

1.1 形狀文法

1.1.1 形狀文法概述

形狀文法是基于規則的系統，可以生成各種各樣的設計，同時保持風格的一致性的計算機輔助設計方法。形狀文法被認為是一種生成和分析幾何構圖的形式主義方法，應用形狀規則生成設計，規則本身將生成的設計描述為設計語法[2-4]。形狀的樣式是通過在一組對象中重復出現的公共特性來標識的，這些特征可以指結構、形狀、大小、顏色、紋理、裝飾、材料等[5]，通過設計推導能夠對選定對象的造型和裝飾特征進行創新。

麻省理工學院George Stiny教授和波士頓學院計算科學James Gips教授于1971年首次提出形狀文法理論[6]，其在國外被廣泛應用于二維和三維設計中，如汽車風格設計、椅子設計、建筑設計、紋樣設計、陶瓷設計等。清華大學孫家廣[7]于1986年在國內首次對形狀文法進行具體介紹，舒慧林[8]認為在產品概念設計中形狀文法具有優勢，其后借助形狀文法進行設計實踐的案例逐漸增多。以往對家具設計大多是從設計師的角度以造型、裝飾、色彩、設計手法等單一的切入點探討設計，運用形狀文法對西雙版納傣族民居建筑特征進行創新設計，可以在保留傳統建筑元素特色的同時獲得大量創新設計方案，且易形成統一的風格[9]。

1.1.2 規則描述

仿射變換（Affine Transformation）：在保持共線、共點且相互平行的基礎上，可進行角度上的任意傾斜，長度上可任意伸縮。對應規則為平移、縮放、旋轉、錯切命令。

貝塞爾曲線（Béziercurve）：在保持仿射不變性和幾何不變性的基礎上，曲線通過四個點任意拉伸。

1.2 民宿家具設計方案

民宿家具設計地域化、個性化是行業發展趨勢，尤其是少數民族聚集地區，文化和原材料資源豐富，如何設計、選取哪些特征、采用哪種設計方法都值得去探索和嘗試。在對傣族民居建筑特征應用于民宿家具設計的思考中，筆者將嘗試運用形狀文法將民居建筑特征與民宿家具進行融合，具體創新設計流程為，通過分析傣族民居建筑特征，運用形狀文法進行分解與推演，從而產生大量家具設計素材，為設計師的后續設計提供靈感和素材。整個設計均以民宿建筑中柜類家具為對象，對其造型和裝飾特征進行推演和設計，以期實現建筑與家具的設計、人文、環境達到和諧統一的目的。

2 設計分析

2.1 西雙版納傣族民居建筑特征

西雙版納地處我國西南邊陲，屬亞熱帶雨林氣候，形成炎熱、潮濕、多雨、利于竹木生長的生態環境，西雙版納傣族民居建筑被傣族人稱為“烘哼”（鳳凰房）[12]，其造型以“披檐”、重疊式、上實下虛為主要特征。建筑整體呈方形，上下兩層，屋頂采用歇山頂，屋脊呈“人”字型，脊短而坡陡，屋檐坡面用掛瓦，平整光潔，整個屋頂呈包覆遮蓋狀將下方空間完全覆蓋，相對其他地區歇山頂建筑，傣族建筑的屋頂更大，重檐最低處離地面更低。上層以竹、木、磚合圍墻體，作主人居住空間，下層以20根以上100根以下的木柱、磚混柱做樁，構成底架，用以畜養牲畜或作他用，遠看上實下虛的建筑外觀掩映在花間林中，彰顯出一種古樸輕盈的自然美。在木柱、房頂（“貢”）、房屋（“約”）上少裝飾或不裝飾，建筑材料喜用竹、木及自制的瓦、磚等，建筑色彩整體呈現出古樸素雅的民居風格，見表1。

2.2 版納傣族民居建筑與家具的關系

傣族傳統民居史稱“竹樓”，最典型的就是竹木干欄結構，由于建筑與家具的相互制約和相隨性，傣族家具的生產時間應在傣族竹樓建造之后，而且傣族建筑的竹樓和傣族家具的結構、用材和裝飾特征極其相同[13]。受地理位置和社會結構影響，傣族長期保持著以家庭為單位的手工技藝傳承模式，民居建造由村寨中以男性為主、女性為輔互助完成，家具則由屋主自主完成制作。傣族民居建筑發展到近代，“竹樓”建造轉變為以木材作為主要承重結構材料，竹材作為非必要承重結構材料進行搭建，而屋主在進行家具制作中仍以竹材為主，結構上輔以少量的木材，使家具與建筑的內、外結構融合，與建筑連為一體，成為建筑的一部分。

表1 傣族民居建筑特征

Tab.1 Characteristics of Dai people's residence building

傣族民居建筑在裝飾方面對家具有較大的影響。傣族民用家具造型簡單大方，具有一種工藝美感，以方形、圓形竹制家具較為常見，也有少量木制儲藏類家具。裝飾上，傣族家具擅長結合結構與裝飾進行制作，男女都擅長竹編工藝，相較“竹樓”建筑，傣族家具的竹編工藝更為精細，他們把表現本民族審美情趣、文化藝術、風俗習慣的竹編紋樣結合家具功能完美地應用在家具的不同部位，使家具或空靈剔透，或婉轉悠揚，或流暢舒展，或動或靜，使人得到不同的審美享受[14]。

3 傣族民居建筑特征的提煉與應用

基于形狀文法對民居建筑造型和裝飾特征進行推演進行民宿家具設計是此次應用設計的核心階段，以民宿建筑中柜類為對象分別對民宿家具造型和裝飾進行推演和設計實踐，并利用模糊評價法選出兩個初步方案中最優方案進行組合設計。設計師需對傣族民居建筑造型和裝飾特征進行分析，在對特征的提煉與設計中，始終堅持家具設計、人文、環境這三個方面的統一性。家具是文化傳承的重要載體[15]，在民宿家具設計中，立足本土化家具設計目標，在融入西雙版納地區傣族人文特色的同時也要考慮到使用者以“外鄉人”居多，也要符合現代人的審美與使用習慣。因此，傣族民宿家具設計既要符合地域化特征又要符合當代審美的設計目標。

3.1 形狀文法推演—民宿家具造型設計

將西雙版納傣族傳統民居建筑造型看作一個產品的整體固有形態，從三視圖角度分析傣族民居建筑造型，得到構成傣族民居建筑的顯性特征，確立初始形狀I。為保留民居建筑中可識別特征，運用修改性規則中的仿射變換（平移、縮放、旋轉、錯切）和貝塞爾曲線的修改方法進行非精準性的修改、重置和刪除。值得注意的是傣族民居建筑空間特征明顯，在家具造型設計過程中，需要注意平衡造型與空間的關系，從傣族建筑的典型單體原型中提取“虛實”“比例”“對稱”來表達空間關系。流程如下。

1）對象特征分析。以西雙版納傣族傳統民居單體建筑模型為對象進行幾何特征分析（見圖1），由圖可見，空間關系以上實下虛的輕盈建筑結構為主，且傣族民居單體建筑幾何特征明顯，以三角形、對稱六邊形、梯形和長方形共同組成。

2）推演分析。對民居建筑三視圖幾何特征的基礎造型進行分解，見圖1中造型特征①、②、③，形狀中三角形1、對稱六邊形2、梯形3、長方形4作為初始形狀，其中，1為屋頂側視圖形狀，2為屋頂正視圖形狀，3為屋身形狀，4為臺基形狀。設定推演規則：仿射變換中平移1、縮放2、旋轉3、錯切4，貝塞爾曲線中修改15、修改26，以及重置7，刪除8，對選取的初始形狀進行設計推 演。

3）確定約束條件。隨著形狀推演的深入將產生大量衍生形狀，為了保證最終家具造型推演結果與民居建筑特征相符，故設立造型位置約束。由圖1空間關系和造型特征可知：①=1+3+4、②=2+3+4、③=2×2+2×1+3×3，基于每個形狀之間互相聯系的約束條件和民居的顯性特征條件，形狀組合順序不能亂序或顛倒，即1和2衍生形狀居上，3居中，4居下。

4）形狀文法演化過程。以初始形狀1為例進行規則推演（見圖2），圖中的規則為形狀1的形狀文法生成規則，均可以通過坐標點以仿射變換和貝塞爾曲線的形式進行參數化表示。對初始形狀1各線段進行編碼，由分段線集合{,,,,,}構成，基礎衍生單元演化結果見圖2。1每次選取不超過2條編碼線段執行1次或2次規則R，分別生成新的形狀單元，從而得到家具頂部形態1的雛形資料庫，隨后由設計師根據需求對衍生結果進行選取和設計。

圖1 傣族民居建筑視圖幾何特征分析

5）基于以上民居素材原型分析與演化，推演幾何形狀1的結果，對初始形狀2、3、4執行規則1→8命令，結果匯總見表2。

6）根據以上西雙版納傣族民居建筑分析、衍生幾何形狀演化的結果，融合現代設計理念，在表2中隨機選取衍生形狀，并在遵循上文約束條件的基礎上進行傣族民宿家具的創意設計方案生成，生成結果見表3。優秀的民宿家具其特色的造型，能使游客在使用過程中體驗到當地的文化氛圍[16]。家具內涵地域性的精神風貌、獨特的美學觀點及一些獨具特色的習俗。根據傣族建筑與家具制作習慣，在設計過程中選用本地竹木制作，并且在柜體正立面部分增加一些原材色的竹編或欄桿裝飾，整體延續民居樸素輕盈的視覺效果，以保留傣族民居建筑和裝飾特征為主，增加家具的節奏感和實用性，設計結果見表3。

3.2 形狀文法推演—民宿家具裝飾設計

為了使民宿家具外觀設計更美觀，與傣族民居建筑風格更統一，以上文民宿家具造型設計為依托，選取屋角和檐口的裝飾對家具裝飾進行設計實踐。以傣族民居建筑特征為原型的民宿家具裝飾設計的形狀文法構建過程分2個階段：第1階段為對調研資料圖形處理并確立初始形狀；第2階段為運用修改性規則將初始形狀進行進一步的演化，產生更為復雜的圖案。流程如下。

表2 初始形狀結果匯總

Tab.2 Summary of the initial shape results

表3 家具造型生成

Tab.3 Furniture modeling generation

第1階段：通過對對象特征的分析，確立初始形狀。傣族民居建筑裝飾相較于佛寺建筑更為質樸克制，呈現出小而精致的特點。在屋角和檐口部位的裝飾題材，借鑒了傣族佛寺裝飾中常用紋樣并進行重新排列組合，如孔雀、象鼻鳳凰、火焰紋、菩提葉、卷草紋等，許多裝飾都是由這些圖案變形、組合產生的，以對稱和二方連續的形式構成傣族建筑的屋頂裝飾圖案?？傮w表現為屋角裝飾呈對稱向上伸展，檐口裝飾呈排列向下垂落的態勢。分別選取傣族民居建筑裝飾中的典型代表紋樣火焰紋和菩提葉紋作為提取對象，通過直接應用和簡化的方法，使其符合現代審美，初始形狀提取見表4。

確定約束條件。與家具造型約束動因相同，為了保證最終家具裝飾推演結果與民居建筑裝飾特征相符，故設立裝飾的形狀約束。由前文中對傣族民居普遍裝飾特征分析可知：1呈對稱向上伸展的態勢，2呈排列向下垂落的態勢。即1和2衍生形狀不能隨意使用仿射變換中的旋轉3和錯切4命令，并且由于初始形狀1和2以曲線為主，故貝塞爾曲線和刪除命令將成為最優運行規則，即修改15、修改26，刪除8。

表4 民居裝飾初始形狀提取

Tab.4 Initial shape extraction of residence decoration

第2階段：運用修改性規則將初始形狀進行兩次演化，第一次為初始形狀I自身演化出新的基礎單元圖形庫，第二次根據設計需求選擇基礎圖形再次演化組合。將火焰紋利用形狀文法進行推演示例（見圖3），首先在建模軟件中通過操控線上的控制點獲得相應的曲線，在未改變其原始特征的基礎上進行紋樣的重新構建。為了便于對各部分實施修改，對初始形狀1各線段進行編碼，由曲線集合{,,,,,,,,,,,}構成，基礎衍生單元演化結果見圖3。1作為基礎單元對部分編碼分別應用“5”1次、“6”2次、“8”2次，結果見圖3。隨后由設計師根據需求對衍生結果進行選取和設計。

圖3 初始形狀I1形狀文法推演過程

Fig.3 Derivation process of shape grammar for initial shape I1

基于以上民居裝飾原型分析與演化，推演幾何形狀1的結果，對菩提葉紋樣的初始形狀2執行規則5、6、8命令，得到2衍生結果，見圖4。

圖4 初始形狀I2形狀文法推演過程

根據以上對火焰紋和菩提葉紋的初步推演，對演化出的新基礎紋樣再次進行衍生，在圖3—4中各選擇一個或兩個基礎紋樣進行設計衍生，擬設計兩組組合裝飾紋樣，結果見圖5。第一組裝飾B1，在1的新基礎紋樣中選取8衍生的第二個紋樣和I的新基礎紋樣中選取8衍生的第二個紋樣為一個組，結合約束條件1進行一次18+23對稱得到新衍生紋樣組合單元，再進行一次3旋轉180°，一次1平移得到新衍生紋樣；第二組裝飾B2，在2的新基礎紋樣中選取6衍生的第一個紋樣經過一次2縮放并結合約束條件2得到新的衍生組合單元，再進行一次1平移得到新衍生紋樣。最后根據以上經過形狀文法推演衍生的新紋樣，結合前文家具造型設計組合成一個完整的民宿家具。

圖5 裝飾紋樣衍生設計過程

3.3 設計評價

表5 造型評價結果

Tab.5 Modeling evaluation results

表6 裝飾評價結果

Tab.6 Decoration evaluation results

圖6 民宿家具設計結果

4 結語

傣族民居建筑是傣族標志性文化的重要組成部分，其文化中建筑與家具聯系緊密。通過對西雙版納傣族民居建筑特征進行整理，同時分析了民居建筑與家具的關系，探討在地域性、民族性民宿文化下民居建筑元素運用于家具設計中的可能性。在民宿家具設計實踐中，對傳統傣族柜類家具的造型和裝飾采用形狀文法的設計方法進行分析與設計實踐，探索在保持傣族特色的同時，對民宿家具進行創新的途徑。借此期望能促進多元設計途徑的探索，為家具設計研究提供更多的設計靈感，并不斷推動民族文化元素與民宿家具的融合，促進傳統民族文化的傳承和發揚。

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Homestay Furniture Design of Dai People's Residence Elements Based on Shape Grammar

YU Jun-nan, HUANG Su-yong, ZHENG Shi-jia, MA Wen-wen

(Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)

In view of that Dai people's residence buildings have unique modeling characteristics and artistic value, the work aims to inherit and apply the building elements from the perspective of furniture design, so as to realize the innovation of the Dai people's residence elements in the design of homestay furniture. With regional residence building-Dai people's residence building in Xishuangbanna as the object, through analyzing the characteristics of traditional residence building in Xishuangbanna, the modeling and decorative elements were extracted and the shape grammar was used to analyze the modeling and decoration. The evolution results formed new modeling and decorative material library and the elements in the library were combined with the constraint rules for preliminary design. After the relevant design results were obtained, the fuzzy evaluation method was used to evaluate the design scheme, the optimal solution of the preliminary design scheme was selected, and then the further fusion design was carried out, and the final design results were obtained. The feasibility of shape grammar in homestay furniture design is verified by design derivation. Combined with the designer's subjective intention and objective method guidance, it assists designers to obtain more scientific and comprehensive design results in furniture design and ensures that the appearance of homestay furniture not only has the original element shape characteristics, but also conforms to the modern aesthetic new scheme, which has positive significance for the inheritance and innovation of regional culture.

Xishuangbanna Dai nationality; elements of residence building; shape grammar; homestay furniture; design

TB472

A

1001-3563(2023)14-0354-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.14.040

2023–02–07

云南省科技計劃項目（2017YB236）

喻俊南（1995—），女，碩士生，主攻民族家具藝術。

黃素涌（1972—），女，博士，副教授，主要研究方向為木制品材料加工工藝與應用、民族家具藝術。

責任編輯：陳作