基于形狀文法的敦煌藻井紋樣創新設計研究

劉悅 胡潔 王伶羽 白睿

關鍵詞：敦煌藻井 圖案結構 形狀文法 紋樣設計 創新設計

引言

傳統文化藝術是設計靈感來源的重要途徑。敦煌藻井圖案是敦煌藝術寶庫中的精華，其紋樣豐富、色彩保存完好，且具有歷史沿革的系統性，具有極高的學術研究及使用價值。然而，關于敦煌紋樣的創新轉化設計研究和應用卻寥寥無幾，迫切需要運用更具創新的思維方法深入挖掘與研究。

圖案的構形指的是圖案元素之間的排布關系[1]。敦煌藻井圖案的構形在統一之中富于變化，圖案既具有穩定的風格又具備多樣性。傳統圖案經形狀文法相關理論分析構形后，根據其紋樣組織關系衍生的設計既繼承了原有藝術風格的典型形態要素，又留有一定的創新空間。據此，本文引入形狀文法分析與重構敦煌藻井圖案，挖掘可供再設計的元素并生成新的形狀，輔助設計師高效分析和汲取敦煌藻井圖案設計中的精髓，從而更好地發散設計思維。

一、形狀文法及其研究概述

（一）形狀文法的基本概念

形狀文法是一種基于規則、以形狀為基本要素、用語法結構分析并產生新的形狀的設計推理方法[2]，由George Stiny于1972年提出。形狀文法是基于規則語法的系統，既可作為分析工具，將復雜形狀化繁為簡，也可用于圖案圖形描述和生成設計[3，4]。它最初應用于室內建筑設計，后逐漸擴展至圖案紋樣設計以及工業設計領域，現已成功應用于眾多設計領域[1，5]。

形狀文法規則分為兩類：生成性規則和修改性規則[6]。生成性規則是從無到有的過程；而修改性規則包括拉伸、縮放、移動、鏡像、錯切、變形等方式[7]。根據Stiny的定義，形狀語法（SG）可表示為：

式中S為形狀的有限集合，SG為S經移動、旋轉、鏡像等操作衍生的形狀集，L為標記的有限集合，R為推理規則有限集合，I為初始形狀[8]。

（二）基于形狀文法的研究現狀

形狀文法以其語法規則庫、遞歸運算機制和直觀的可視化，形式化地描述與解釋設計。目前的研究主要包括兩個方向：一是關于設計風格的分析、描述與歸納；二是再現某種風格或創造全新且具有原創性的風格[9]。受到國內外諸多學者的廣泛應用。王偉偉等[8]提出一種適用于傳統紋樣的演化設計方法，并通過設計案例驗證了該方法的可行性；孫斐[10]運用形狀文法，設計出具有辨識度的秦繡抽象幾何衍生圖案；羅茜在現代文創產品設計中，引入漢代漆器云紋紋飾，并運用形狀文法對提取的初始紋樣進行推演設計[11]。另外，胡濤等[12]提出了一種基于形狀文法的蠟染圖案生成設計方法。Manuela Ruiz-Montiel等[13]使用了分層形狀文法，減少了形狀生成的計算成本。

現有研究運用形狀文法保留了原有藝術風格特征，具有延續設計風格的優勢，但對于構形具有一定規律性的傳統圖案而言，鮮有涉及構形規則的研究分析。為此，本研究提出在設計早期運用形狀文法分析藻井圖案構形規則，并根據構形規則制定出的規則來衍生設計，為設計師豐富敦煌藻井藝術表現形式提供了數據來源方式，為敦煌藻井圖案和現代設計的創新融合拓寬了思路。

二、敦煌藻井圖案研究

藻井圖案結構是指藻井形制和紋樣之間的空間組織關系。對收集的敦煌藻井圖案進行結構分析，得到紋樣種類和數量以及空間分布特點，包括紋樣的大小、密度及方向性，總結得到其結構類型和圖案的構形規則，并以典型敦煌藻井圖案紋樣蓮花紋進行形態分析。

（一）敦煌藻井圖案結構類型

通過分析藻井圖案結構特征，發現不同紋樣間的組織形式之間存在相似性，總結其異同點，可歸結傳統藻井圖案為5種結構類型，如圖1所示。

圖1中的顏色代表不同區域，對比分析可得敦煌藻井圖案構形規則：從外層到內層一般包括中心主題圖案、填充井心的適合紋樣、邊飾、垂幔等幾個層次，不同時期的紋樣繁簡程度有所不同；相同顏色區域內的紋樣類型基本相似；藻井井心的圖案通常為多層組合圖案，呈發散狀；圖中的線框和箭頭僅代表圖案的大概框架和整體動向，不代表具體紋樣的線條或點；無箭頭區域紋樣呈均勻分布。

敦煌藻井圖案的結構框架演變分為三個歷史階段，分別是北朝至隋初時期、隋朝末年至唐朝時期、唐朝至元朝時期[14]：

1.北朝至隋初時期：通過對北朝時期多個藻井框架結構進行個例研究得出，北朝時期敦煌藻井圖案結構主要是三重套斗式。

其特征是中心由三個逐漸縮小的方形邊框互為45°套疊而成，如圖1（a）所示。

2.隋末至唐朝時期：中心柱窟形制從隋朝開始減少，覆斗形洞窟逐漸變多，藻井圖案結構開始慢慢變為中心方井式。其特征為井心一個方框，井心外繪制多層邊飾，邊飾外繪制垂幔，如圖1（c）所示。

這一時期的藻井樣式最為豐富，除三重套斗式結構與中心方井式結構之外，還有其他幾種樣式，如圖1（e）的單一方井，中間繪大蓮花，井中常繪飛天，莫高窟第407窟的三兔蓮花紋藻井即這種結構；圖1（b）的二重套斗式方井；以及圖1（d）所示的大蓮花藻井，中心方井占比較小，只繪一朵大蓮花，邊飾層次多。

3.唐朝至元朝時期：敦煌藻井圖案框架結構發展日臻成熟，此時結構已經跳脫了木結構建筑藻井的影響，固定為中心方井式，從內到外一般由井心、邊飾和垂幔組成。這種樣式在唐代成為固定樣式，此后藻井皆延續繼承這種框架結構。

（二）典型敦煌藻井圖案紋樣形態分析——以蓮花紋為例

藻井中心的主題圖案是視覺的中心，主要是蓮花紋、團花紋；井心空白處輔以云氣紋、飛天、祥禽瑞獸、火焰紋等紋樣填充；邊飾層數不定。紋樣元素的豐富使用，以及紋樣間構成形式的和諧秩序感，使得藻井圖案豐富多彩又極富韻律美；主次紋樣之間疏密有致，相互襯托；紋樣布局既富有條理又有節奏感。

敦煌藻井圖案具有明顯的方圓格式，圖案的形式感和規律性強。奠定圖案基調的主題紋樣位于藻井井心，蓮花紋及其演變紋樣居多，其形態組織類型見表1。蓮花紋常在藻井中作為中心和邊飾紋樣，作為主題圖案的蓮花一般為中心放射狀結構，形態類型分為：多瓣大蓮花紋、平瓣蓮花紋、纏枝蓮花紋、桃型瓣蓮花紋、卷瓣蓮花紋。

（1）多瓣大蓮花紋裝飾藻井井心，藻井井心通常以一朵大蓮花為主要紋飾，蓮花樣式有圓輪式、十瓣式、十二瓣式、十六瓣式等多種；（2）平瓣蓮花花瓣平展，有八瓣或多瓣；（3）纏枝蓮花紋的纏枝為波狀連續，一波一簇花，花簇由多種葉紋組合而成；（4）桃型瓣蓮花蓮瓣兩側向內包合，呈多裂生長，瓣內繪有葉形裝飾，分為六瓣和八瓣；（5）卷瓣蓮花紋在五代運用最多，常與團龍、翔鳳等動物紋組合出現[15，16]。

三、基于形狀文法的敦煌藻井圖案衍生設計

按照形狀文法的制定流程對敦煌藻井圖案進行形態觀察分析，過程分為5步：（1）確定藻井圖案組成的基本形狀，即篩選提取單元素，尤其是核心元素；（2）確定空間關系，可理解為確定藻井圖案的結構形態特征；（3）確定單元素之間的組織規則和排列規律；（4）確定特定圖案的形狀語言；（5）設計與應用?？偟母爬?，先將形狀文法作為圖案構形分析工具確定形狀語言，后將其作為指導規則以衍生設計。運用形狀文法分析敦煌藻井圖案構形并進行設計推演的過程如下。

（一）確定形狀規則

將基本形狀語法規則所定義的形狀集合稱為語言，其中的每一個形狀都是通過應用形狀規則從初始形狀衍生擴展而來[7]，文法規則見表2。不同于再設計中提取同種紋樣共同特征的方法，為確保后續生成圖案形態的多樣性，需要添加更加豐富的紋樣形式。因此，需要制定新的形狀文法規則，將提取出的基本紋樣進一步應用到衍生性規則當中，以擴充紋樣單元庫（S）的單元數量。

通過應用形狀文法的基本空間元素和觀察來設計制作圖案，執行過程需注意以下幾點[17] ：（1）不同的初始形狀、形狀規則及執行形狀規則的順序雖然相同，但所產生的形狀不同；（2）相同的初始形狀、形狀規則不同，執行形狀語法后產生的形狀也不相同；（3）相同的初始形狀和形狀規則，執行形狀規則的順序不同，則執行形狀文法后產生的形狀也不相同。如圖2，把單元素水平鏡像得到新元素，由于兩個新元素之間的位移大小不同，構成的四個新的單元素亦有所不同。

（二）基于形狀文法的藻井寶相花紋構成分析

寶相花是唐代敦煌藻井中的典型紋樣，又稱為寶仙花，是對團窼花卉圖案的一種稱呼。其紋樣花瓣層次多，花蕾相間，形態圓潤華美，以繁麗動人，流行廣泛。寶相花不是寫實性花卉，其原型是蓮花，結合其他紋樣元素，可通過添加、刪減或替換紋樣元素來豐富其樣式[18]。形狀文法作為一種圖形分析工具，能夠有效地適于這類規律圖案的解析和再設計。本研究以井心圖案為寶相花的莫高窟第335窟藻井（見圖3）為例，使用形狀文法對藻井圖案中的寶相花進行分析，確定其形狀語言。

1.分析寶相花紋的結構與形態特征。經研究，圖3整體結構屬于大蓮花式藻井類型，主題紋樣為寶相花，四角用與主題紋樣相同的紋樣填充，且方井內空白處用祥云紋填充，使整個畫面達到飽滿豐富，符合唐朝時期追求秩序和整齊的風格。截取該藻井的井心分析，如圖4所示：主題紋樣寶相花可分為三個層次，花瓣從里到外為對勾瓣、側卷瓣、云曲瓣，這些花瓣被稱為組成紋樣的基本單元，即圖案基元[19-21]。

2.確定單元素（因研究重點為圖案構形，所以用簡化圖形示意單元素）。運用形狀文法相關理論解構寶相花紋，提取得到6種紋樣元素，是能提取的最小設計特征，即最小的、完整的形狀單元，見圖5。

3.確定單元素之間的組織規則和排列規律。整體來看，敦煌圖案中蘊含著對稱與統一的規律，方和圓是敦煌圖案中常見的格式。經局部觀察分析，寶相花紋這類圓形構圖的圖案具備以下特性：（1）形狀均由基本元素組成；（2）可通過歐幾里德變換得到，呈現出嚴謹的秩序感；（3）多層蓮花瓣構成同心圓樣式，增強向心凝聚力，是整個藻井圖案的視覺中心。

（三）執行形狀文法

以藻井寶相花紋樣構成規則為例，分析藻井圖案結構，歸納得到包括空間關系和空間規則在內的形狀語言（R1），即紋樣基元間的空間約束關系；提取紋樣的顯性特征，提取輪廓得到紋樣基元，即形狀文法中的初始形狀I1。I1在衍生的形狀規則（R2）的指導下生成新的紋樣基元（記為I2）；將新紋樣元素與原始的紋樣元素匯入紋樣數據庫，根據寶相花紋形態構成規則重組設計紋樣。圖案構圖規則、紋樣語義和紋樣基元組成具有語義的紋樣基本單元庫；總結制定圖案結構和紋樣分布規律的形狀文法規則，通過形狀文法衍生規則生成具有敦煌藻井圖案特點的圖案。

執行形狀文法展開推演設計的過程如下：（1）從紋樣單元庫中選取具有特定語義的紋樣基元，以1個反向“C”字型的紋樣元素作為初始形狀；（2）通過水平鏡像規則（B1）變為心形紋樣，水平移動（A1）得到3個心形紋樣排列的圖案；（3）經垂直鏡像和旋轉得到“十”字型圖案，再加上其他幾種紋樣元素。根據其結構形態規則進行的衍生設計過程如圖6所示。

由該方法流程推演設計出的圖案內層輪廓大致為方形，而外層輪廓大致呈圓形，具備大蓮花式圖案“圓中有方，方中有圓”的典型特征；中心呈發散狀；且花瓣的數量符合敦煌藻井中的常規數量的特征。該方法推演規則生成了一定程度上保留敦煌藻井藝術風格延續性的圖案。重組的圖案具有明顯的敦煌藻井圖案特征，視覺上具備敦煌藝術風格特征，識別性強；內涵上具有富貴吉祥之意。其圓形構圖作為一種正圓形適合紋樣，能適應多種裝飾區域。紋樣色彩的處理上，選取土黃色為主色，藍綠色和紅橙色為輔助顏色，色彩溫和清新。衍生的設計作品在風格上具有延續性，如圖9所示。

此外，經過形狀文法的復制、移動、鏡像等一系列形狀基本演化規則后，將圖5中的單元素自由組合變換得到新的紋樣，見圖7、圖8。例如圖7，一個元素經水平鏡像后，形成“兩葉相對”的新形狀（即圖2中的單元素1），若干個新形狀通過陣列形成簡單的重復圖案。設計師后續可將形狀輸出矢量文件，利用Adobe Illustrator等矢量軟件對紋樣進行編輯和附色，最終應用于現代文化創意產品、紡織品和工藝品等的設計領域中，如圖10所示。

結語

敦煌藻井作為敦煌莫高窟非物質文化遺產中的精髓，是中華民族數千年歷史和文化內涵的積淀和反映，是民族設計崛起并屹立于世界民族之林的不竭動力和創作源泉。身處人工智能時代，通過創新設計方法解析敦煌藻井的藝術形態，具有深刻的意義。本文的重點在于引入形狀文法，對敦煌藻井圖案構成規則進行解析和程式化，為敦煌藻井紋樣創新設計提供一個可行性較高的設計方法，研究的具體貢獻如下：

（1）深入研究敦煌藻井圖案中的傳統紋樣和構圖形式，在保留傳統藻井紋樣藝術特色的同時融入創新元素，且易形成穩定、統一的風格；

（2）運用形狀文法形式化的設計規則優勢，便于設計師創新設計研發，也有利于后續研究開發計算機支持系統；研究從本民族傳統藝術風格入手，以敦煌藻井紋樣為例，無論在外形上還是其蘊含的文化意義上均有重要價值。今后，將對藻井圖案結構及衍生方式，運用更智能的方式高效解析與設計，并構建系統設計模型。