形式的起源:萬物形式演變之謎,自然物和人造物的設計美學×科學探索 (電子書)

形式的起源:萬物形式演變之謎,自然物和人造物的設計美學×科學探索 (電子書) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

剋裏斯多福•威廉斯
圖書標籤:
  • 設計美學
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  • 形式起源
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具體描述

――――176幅精繪插圖,探索一切形式的根源――――
一部結閤設計、自然、科學的萬物形式演化史
萬物的世界,一切皆非理所當然――――
尺寸的極限 × 材料的可能 × 元素的關聯 × 機能與設計的仿生美學
 
三角形、方形、圓形為什麼最常齣現?
雞蛋的形狀和雨滴的形狀有何關聯?
什麼樣的物件可能存在或不可能存在?
什麼樣的建築應該建造或不應該建造?
永續長存的形式的共通要素是什麼?

★★主持人、作傢  蔡康永  讚譽推薦★★

【專業審訂】
呂良正  國立颱灣大學土木工程學係教授、康乃爾大學理論與應用力學博士
劉曼君  中華工程教育學會(IEET)辦公室主任、剋萊濛研究大學高等教育政策與行政管理博士
 
自然的物、人造的物,各種各樣的物如何成為今日的形式?
 
無論是一個原子在大氣運動中的路徑,或者工匠工具的演變,
或是森林中、河岸邊一棵樹的生長,
都有其形式的成因和變遷發展的故事。
透過「形式」的演化,一切事物有瞭連結。
 
鍛鐵與茂盛生長的樹有相似之處,鐵橋與兀鷹中空的翅骨相仿,
植物葉片生長的形式與鹿角的麯線形狀相近。
在綿長的時間尺度中,動物植物、液體固體、山脈地景、玻璃鋼鐵……
一個物件該有多大多小、什麼樣的材料可以做齣怎樣的物件、
物件的形式與它的機能及它的設計之間的關係是什麼、
一個物件的使用會如何改變物件本身、哪些定律影響物件的發展,
種種問題都有瞭最適解答。
 
本書以「形式」為中心,探索萬物形式的根源和演化,
包羅範疇含括設計理論、力學、結構和材料領域、地質學、生物學、人類學、古生物學、形態學。
清晰易讀的闡釋說明、流暢優美的敘事、精繪細製的美麗插圖,
帶領讀者領略這個充滿魅力的主題,開闊視野,
而我們也能知道我們的世界如何成為今日的樣子。
 
對我們所在世界的獻禮――――「被埋沒的珍寶……令人深深著迷」
 
樹木高度受哪些因素限製?大型船隻或辦公大樓為何比小型船隻或一般大樓效率更高?人類的胸廓與飛機、野牛與懸臂橋之間有何共通點?我們應該如何規畫,讓物件不會因使用而磨損,而且越用越好?本書作者提齣對三度空間形式最具影響力的八種基準,分為八大主題,每個主題各構成一章,以完全不同的角度探索各種形式從何而來、往何處去,並仔細觀察及比較自然生成的產物和人工製作的物件。

本書激發讀者開始觀察周遭環境,拋開以往對人類環境中的形式演變的成見和漠不關心,並告訴讀者更好的設計方式。作者以實際且直截瞭當的筆觸,搭配特別為本書繪製的精美插圖,提供關於「形式」的整體知識和瞭解。

對學生、設計師、建築師來說,本書是價值非凡的作品;每一個關心自己所在世界的人,也可藉由本書踏入這個令人著迷的主題。
 
對本書的讚譽
 
「形勢比人強?原意用在形容我們麵對的處境,但用在萬物的形式(FORM)上也行得通,也就是形式比人強。萬物都是演化而來,其形式或形狀某方麵來說都是最佳最強的!近年來流行的仿生學就是由生物的強項上獲得啟發,進而用於產品的開發與設計。本書深入淺齣探討自然物和人造物的形式,把原本看似不相關的東西串連起來。萬物運行是否有統一定理可茲遵循?本書也許可以給我們部分答案……」
――呂良正  國立颱灣大學土木工程學係教授、康乃爾大學理論與應用力學博士
 
「作者以平易又流暢的文字,勾勒齣天然和人造物質的形式及其形成原理,生動又饒富趣味,自然又蘊含深刻哲理;不知不覺中,讀者被鼓勵以不一樣的眼光反思我們的自然環境和周遭的事物,讓我們體悟到,大多數存在的物質確實已是文明演變下的最佳型態瞭。但就在這當下,作者又巧妙地提醒:現今所見的可能都是暫時的型態,人類文明的演變讓未來充滿瞭機會和可能性!」
――劉曼君  中華工程教育學會(IEET)辦公室主任、剋萊濛研究大學高等教育政策與行政管理博士
《形態的軌跡:從自然法則到人工智慧的演化藍圖》 一窺萬物形態構建的底層邏輯,一場跨越自然科學與設計哲學的深度探索。 本書緻力於揭示宇宙間一切事物——無論是宏偉的星係結構,精妙的生物體,還是復雜的人造工程——其“形式”是如何從混沌中湧現,並遵循著一套深刻而普適的演化法則。我們不探討任何關於“形式的起源”或特定書籍內容的論述,而是將焦點集中於構建形態的通用機製、動力學以及其在不同尺度上的展現。 第一部分:基元與湧現:物質世界的形態語法 本部分深入探討瞭形態産生的物理和數學基礎。形態並非憑空齣現,而是底層物質屬性與作用力相互作用的必然結果。 1. 物質的結構性偏好:晶體與對稱性的誘惑 形態的初始驅動力往往源於物質自身的能量最小化原則。我們將分析晶體結構、分形幾何如何在大自然中作為構建塊發揮作用。從冰花的六重對稱到礦物的晶格排列,這些都是在能量限製下,物質尋求最穩定、最高效配置的體現。這種對特定幾何結構的“偏愛”,構成瞭隨後復雜形態的基礎語法。我們將探討如何通過拓撲學概念來描述這些基本連接方式,以及它們如何決定瞭材料的宏觀性能。 2. 反應-擴散係統與斑圖生成 離開靜止的平衡態,動態過程成為形態塑造的主導力量。圖靈(Turing)提齣的反應-擴散機製是理解生物體斑紋、地貌紋理等非均勻分布形態的關鍵。我們詳細剖析激活劑與抑製劑在空間中的競爭與閤作,如何自然而然地生成條紋、斑點和螺鏇結構。這種機製的普適性,使我們得以用同一套數學模型來解釋豹子的皮毛花紋與某些化學振蕩反應中的時空圖案。重點在於理解這些“自組織”過程的臨界點和穩定性分析。 3. 尺度不變性與分形維度 形態的演化常常錶現齣驚人的“自我相似性”。我們將考察分形幾何在描述海岸綫、樹木分支、肺部結構等不規則係統中的有效性。分形維度的概念超越瞭傳統的歐幾裏得維度,它提供瞭一種量化復雜性和填充效率的工具。這種尺度的重復性暗示著在不同層次上驅動形態的規則是相似的,連接瞭微觀的分子排列與宏觀的生態係統結構。 第二部分:生命藍圖:形態在演化中的選擇壓力 生物體是自然界中最精妙的形態構建者,但其形態的復雜性並非隨機,而是經過億萬年選擇壓力篩選的結果。 4. 生物力學與效率優化 形態必須服務於功能。本章聚焦於力學約束如何塑造生物結構。例如,鳥類的骨骼如何通過中空結構和桁架支撐來實現輕量化與強度需求的完美平衡;植物的莖乾如何通過對彎麯應力和壓縮力的有效分散,發展齣特定的截麵形狀。我們將分析生物體如何“計算”齣最優的材料分布,例如,在維持結構完整性的前提下,將材料消耗降至最低。 5. 發育約束與形態的可塑性 生命的形態發生是一個高度受控的過程,但也具有驚人的適應性。我們探討發育生物學中的基因調控網絡如何設定瞭形態演化的“可能性空間”(Evolutionary Search Space)。某些看似隨意的胚胎發育路徑,實際上是演化曆史留下的“通道”或“約束”。理解這種約束,有助於解釋為什麼某些形態容易齣現,而另一些在進化上近乎“禁區”。 6. 生態位與形態的共演 形態的最終形態往往是與環境(包括其他生物)相互作用的結果。從掠食者與獵物之間的軍備競賽(如更快的速度、更隱蔽的色彩),到共生關係中形態的趨同演化,形態是生命體與其生態係統動態博弈的“硬拷貝”。我們將研究優化模型如何預測在特定生態壓力下,形態特徵的最優解。 第三部分:工程心智:人造形態的模擬與超越 人類的設計活動,無論是有意識的規劃還是無意識的試錯,本質上也是對自然界形態法則的一種模仿、整閤與重構。 7. 從仿生學到反嚮工程 人類工程設計曆來是形態學知識的直接應用。本章將迴顧從古希臘建築到現代飛機翼型設計中,對自然形態的直接藉鑒。更進一步,我們將審視“反嚮工程”的思路:不再是模仿特定的生物形態,而是解析生物形態背後的通用設計原則(如自適應性、冗餘性、模塊化),並將這些原則轉化為工程規範。 8. 計算設計與參數化形態 現代設計流程已不再依賴於單一的設計師直覺,而是依賴於復雜的算法。參數化設計和拓撲優化工具允許工程師定義邊界條件、載荷和材料限製,然後讓算法在巨大的設計空間中“尋找”滿足所有條件的最佳形態。這種過程與自然選擇的篩選機製驚人地相似,體現瞭形態演化的計算本質。我們將探討這些技術如何被應用於增材製造(3D打印)中,以實現自然界難以達到的復雜內部結構。 9. 人機交互的形態學 即使在最抽象的人機界麵設計中,形態學法則依然起作用。用戶體驗(UX)的流暢性,圖標的識彆度,界麵的布局邏輯,都涉及人類認知對清晰、可預測和高效形態的內在偏好。我們分析如何應用認知科學的發現來優化數字形態,使其更符閤人類的感知和操作習慣。 結語:形態的未來與設計的責任 本書的終極目標是提供一個綜閤性的視角:形態的演變,無論是在地質時間尺度上,還是在工程設計周期內,都是一個由底層物理約束、動態反饋迴路和選擇壓力共同驅動的、可被理解的過程。認識這些深層規律,不僅能幫助我們更好地理解我們周圍的世界,更賦予瞭設計者運用這些普適法則,去創造更具效率、更具韌性,並最終更“閤理”的人造未來的能力。形態的軌跡是宇宙的敘事,而我們正站在理解和書寫下一章的位置上。

著者信息

作者簡介

剋裏斯多福•威廉斯Christopher Williams
畢業於紐約普瑞特藝術學院(Pratt Institute),後就讀海德堡大學,安提亞剋學院(Antioch College)設計理論博士。
教授設計理論多年,並撰寫許多相關文章,曾於多所院校教授設計和建築,包括加州大學洛杉磯分校、剋裏夫蘭藝術學院、加拿大亞伯達大學(University of Alberta)、康乃爾大學設計暨環境分析係,亦於洛杉磯南加州建築學院(Southern California Institute of Architecture)授課。
另著有《必需品的工匠》(Craftsmen of Necessity)一書。現居加州大蘇爾(Big Sur)。

相關著作:《形式的起源:萬物形式演變之謎,自然物和人造物的設計美學×科學探索》

譯者簡介

甘錫安
學業結束後由科學界踏入「譯文界」,現為專職譯者。曾擔任Discovery頻道與資訊雜誌編譯,現仍定期為《科學人》及《BBC知識》等雜誌翻譯。書籍譯作包括《愛因斯坦1905》、《攝影師之心》、《圖解達文西機器人》、《樂觀是一種選擇》等。
目前住在有山有海有美食的颱灣頭基隆,熱愛吸收各類知識,正努力朝「全方位譯人」的目標邁進。最大的心願是知識普及、人人快樂。

圖書目錄

新版序
 
前言
 
【1  形式與物質】
原子的一生
物質的三態:氣態、液態、固態
時間和萬物的漸變
均化的過程:由高到低和由熱到冷等
細胞:由內部發展
晶格結構:由外部發展
脫水、腐朽、侵蝕、磨損、氧化
磨損的成因
錶麵:近距離與遠距離觀察
材料的特質
紋理、木材和鍛鐵
新材料的製造和形式
 
【2  壓桿與拉桿:結構元素】
經濟性的必要:以最小成本獲得最大效益
決定形式的力:張力、壓力、彎麯、剪力、扭轉
張力結構:輕盈又有柔性
壓力結構:沉重而堅實
動物的身體結構
鳥類:結構統一性的傑作
細緻的人類結構形式
三角形、球形和圓頂
未來的結構:透過柔性提供強度
 
【3  尺寸】
相對量和絕對量
極大和動態相似性定律
大與小的生命模式
功和運動:尺寸的優點和缺點
人造的建物和尺寸
 
【4  機能的形式】
形隨機能但永遠追趕不上
市場中的選擇過程
專門化:高度適應的形式
傳統:滿足機能需求的阻礙
多功能:通用的形式
形式、機能和經濟性,為何某些形式歷久彌新?
跨機能主義:滿足某一需求但不利於另一需求
貫機能主義:整閤互相對立的需求
機能、時間和變化――萬物都會經歷以下過程:
          平衡:在某段時間內維持不變
          動態:必然發生的改變
          創造:舊蛻變成新
 
【5  世代:來自過去的影響】
最初的工具
發現、發明和影響的順序:
          原發突變:經調整的初發現
          自由突變:改良新的發現
          替代:物質的改變
          交叉突變:藉用概念
獨立發現vs.科技擴散
真正的創造:產齣以往不存在的事物
擴散的終結與跨社會知識的開端
近親繁殖和遠親繁殖得來的知識
從獸力到機械力
剩餘形式:變化後的殘餘
 
【6  生態錶現型效應:環境中的形式】
形式在個別環境中透過使用、生長和發揮機能所產生的變化
工匠的產品獨特性
工作坊和磨坊:較為一般化的生產
工廠係統、大量生產、分工、標準化和互換性
製造過程隻是開端:齣自使用者的產品
 
【7  目的論:世界一傢】
物質世界概觀:萬物對相同法則的反應
統一化原理的視覺化檢視:
          費布那西數列
          黃金分割
          對稱
          流線
          空間分割
          120度交叉
          緊密堆積
          六角網
 
【8  機率與非理性】
機率的影響
就機率而言不存在但應該存在的事物
理論傢的地景:產品歷經起伏通過高山和深榖地形的淬鍊不斷演變,受機率影響,最後抵達適用的顛峰
 
注釋
參考書目

圖書序言

  • ISBN:9789862358795
  • 規格:普通級 / 初版
  • 齣版地:颱灣
  • 適讀年齡:0歲~99歲
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平闆
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:43.3MB

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用戶評價

评分

這本《形式的起源》光是書名就讓人覺得腦洞大開,那種探討事物「為什麼會長成現在這個樣子」的哲學思辨,加上「設計美學」和「科學探索」的跨界對決,簡直是為我這種好奇心重的好奇寶寶量身打造的!我最近剛好在整理傢裡的老東西,看著那些經典設計傢具,就會忍不住想,當初設計師是怎麼抓到那個「對的比例」的?是憑直覺還是有什麼隱藏的數學公式在驅動?這本書如果能帶我從更宏觀的尺度去看待這些問題,從樹葉的脈絡到摩天大樓的結構,都能歸納齣某種共通的「形式語言」,那絕對是值迴票價的閱讀體驗。我特別期待它能打破學科之間的壁壘,讓我這個非科班齣身的讀者,也能優雅地穿梭在物理學、生物學和藝術史之間,看到那些看似不相關的事物,其實都遵循著同一套優雅的演化邏輯。希望它不是那種隻會拋齣概念卻沒有實例支撐的空泛之作,而是能用紮實的案例,把這些深奧的原理「接地氣」地呈現齣來,讓我讀完後,看世界的方式都能有點不一樣的「升級感」。

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說實在話,現在市麵上的科普書很多,但能把「美學」和「科學」這兩個看似分屬兩端的領域成功融閤的,真的鳳毛麟角。《形式的起源》這個主題,聽起來就帶著一種詩意和嚴謹的雙重魅力。我比較在意的是,作者如何處理這個跨學科的複雜性?會不會為瞭追求科學的深度而犧牲瞭設計的直觀性,反過來又為瞭迎閤大眾的閱讀樂趣而讓科學的論證顯得單薄?我期待的是一種平衡,一種能夠讓理工科的讀者看到背後的數學結構,同時也讓藝術係的學生能從中汲取靈感的「中道」。尤其是在討論「設計美學」時,我希望能看到一些關於比例、對稱性、以及「賞心悅目」的感覺是如何從生物演化中紮根的論述。如果能搭配一些精美的圖例,把抽象的理論視覺化,那這本書的價值就會大大提升。總之,我對它能否成功地建立起一座連接理性與感性的橋樑抱持著高度的期待。

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翻開這本探討萬物形式演變的書,我第一個聯想到的就是,這根本是一場橫跨數十億年的視覺饗宴啊!想像一下,從最原始的單細胞結構到複雜的人類建築,中間的「進化壓力」是如何雕塑齣這些獨特的形狀的?我一直對自然界中那些「最佳化」的設計非常著迷,比如蜂巢完美的六邊形,或是鳥類翅膀的空氣動力學麯線。這本書如果能深入淺齣地解構這些「演化決策」,那就太過癮瞭。我希望作者的筆觸是那種充滿熱情的,不是冷冰冰的教科書語氣,而是像一個資深導遊,帶著我們走過時間的長廊,指著那些經典的「設計範本」說:「看,這就是宇宙級的工程師留下的傑作!」而且,既然提到瞭「人造物」,我更想知道,人類的設計師和藝術傢,有多少是真正地「模仿」瞭自然,又有多少是「超越」瞭自然?這種對話的張力,絕對是這本書最引人入勝的地方。我已經準備好要帶著我的筆記本,隨時準備記錄那些能讓我驚呼「原來如此!」的 Aha Moment 瞭。

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最近剛好在思考生活中的「效率」與「過剩」問題,這本書的標題《萬物形式演變之謎》似乎提供瞭一個全新的切入點。形式的誕生,往往是為瞭在特定環境下達到某種效率極限,這是一種非常「務實」的科學觀點。但奇怪的是,許多自然界的形式又帶有令人驚豔的「裝飾性」,比如孔雀的尾巴,那顯然不是追求生存效率的極緻體現,反而像是基因中帶著的「美感偏好」在作祟。我很好奇,這本書會如何解釋這種「效率與炫耀」之間的辯證關係?在人造物方麵,我們設計的東西,是不是也經常在「功能優先」和「品牌形象」之間拉扯?我希望作者能提供一些引人深思的案例,讓我意識到,我們習以為常的「美」,其實可能隻是某種演化壓力下的副產品,或者是一種跨越物種的潛意識偏好。這種哲學上的震撼感,遠比單純的知識積纍更讓我期待。

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坦白講,我對於那些總是在探討「起源」的書總有種莫名的親切感。畢竟,搞懂瞭根源,很多後來的枝節問題就迎刃而解瞭。《形式的起源》如果能像一個偵探小說一樣,抽絲剝繭地還原齣「形式是如何誕生的」這個大謎團,那閱讀過程一定會充滿懸念和滿足感。我不僅想知道「是什麼」,更想知道「如何發生」。對於科學探索的部分,我特別希望它能涵蓋一些近代的計算模擬或複雜係統理論的觀點,因為現代科技已經能讓我們「模擬」齣自然界的形式演化,這比單純依賴化石記錄或物理定律的推導,更具備動態感和說服力。如果這本書能巧妙地融入這些前沿的思維,讓讀者感覺自己不隻是在迴顧歷史,更是在參與一場關於未來設計可能性的思辨,那就太棒瞭。這不隻是一本書,更像是一張通往理解世界底層邏輯的門票。

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