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自然中的设计  

2009-02-02 10:12:44|  分类: 工艺美术理论 |  标签: |举报 |字号 订阅

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作者:[英]艾伦·鲍尔斯著 

  自然是“被设计的”,这一猜想可以为事实证明。事物呈现出各种图案,如在动物皮、树叶或树皮的表面上,或在头状花序、雪花、壳的螺旋或天空中行星和恒星的几何排列中。这些图案更细微的形式可以通过显微镜看到。人们能从自然中获得多如泉涌的启发与灵感。设计师们经常借鉴自然中事物的结构来解决问题或仅仅来形成他们的秩序感。

  自然的巧妙给了我们许多启示,特别是植物撤播种子的方式。尼龙刺粘褡裢的设计灵感来自粘在人衣服上寻求繁殖新场所的刺果。同样,豆荚启发奥地利设计理论家维克多·帕帕内克(1925—1998)制作出一系列独立剂量的药物容器。像这样特殊的借用还有几例,但自然给设计的启示大部分是视觉上的而不是技巧上的。

  为什么自然中图案如此丰富?完全是物种适应环境和努力得以生存的一种方式吗?是什么图案形成机制构成了物质结构的基础以至于一个物种或物质的图案会跟另一个物种或物质的很相似?近些年,这些问题开始得到解答。其答案能改变人们许多臆断,同时促使人们重新回到自然中认识美和智慧,对美和智慧的认识有重要的文化甚至政治含义。

  生态运动引起人们对人与自然关系的焦虑。它激发人们更多关注自然世界的教训。因为自然秩序不是都能看得见的。它包括生、长、死的循环、日夜的交替、四季的更迭。自然不仅涉及到物体,它也涉及到系统,涉及到物体与其环境不断变换的关系。自然存在许多周期。这是古老的智慧,但要用现代科学的方式重新认识它则需要很长时间。

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图: 这株肉汁植物的螺旋形表明了许多植物和壳表现出来的生长规律。

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图:从5号气象卫星上看到的风暴。自然中最大和最小的形式揭示了生长和变化的过程。

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图:线叶茅膏菜卷曲的叶子和美洲变色蜥蜴卷曲的尾巴显示了自然应用合理设计原则。

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  科学诞生前的秩序与变化  

  大多数文化中都有开天辟地的神话。《圣经》里七天创世纪的故事是一个很完美的神话。尽管现在没有人会完全相信这种神话,但人们却很难对创造自然美的外在力量完全不相信。新达尔文主义声称,生命完全来自偶然的巧合。这似乎不大可能。当代美国生物学家斯图亚特·考夫曼提出,生命是固存于生命起源之前的物质特性,很多情况下不经外力诱发就能自发地产生。这和新达尔文主义的主张相反,但似乎更合理些。   

  探索宇宙结构时,古希腊人寻求的是大原则而不是细节。一些最著名的希腊作品论述了自然中不能预料的残酷力量和奇迹。柏拉图(公元前427-前347)在作品中表现了对立的观点。他把世界看作是一个才子创造的一系列排列有序的几何结构。五个“正立体”分别和当时被看作构成宇宙的五种因素相对应。立方体对应土,八面体对应空气,角锥体对应火,二十面体对应水,十二面体把所有这些成分总结成宇宙。位于混乱表象之下的永恒结构带有很强的神学寓意:人类高于其他创造物之上,并被赋予理解这种模式的本能。亚里士多德(公元前384-前322)在他的书《自然》中说明变化实际上是世界结构的一部分,从而使柏拉图提出的固定结构和较早期的变动理念一致起来。“自然当然渴望对立物并从中实现她的和谐,”他说,“宇宙的结构——我是指,天、地和整个世界的结构——是糅合了最对立的原则以一种和谐方式布置的。”

  另一思想传统来自罗马哲学家柏罗丁(公元前204-前70),他在作品《溢说》中综合了基督教、柏拉图、亚里士多德和早期希腊哲学。柏罗丁没有揭示自然机制而是传达了一种方式,在这种方式下,个体的灵魂透过自然这扇窗户可注视伟大宇宙的灵魂。他让自然说话,“数学家从他们的视角画图形,可我什么也不画。我凝视,物质世界的图形好像就是自我的凝视中滑落而存在的”。他的话表达了自然神秘的特征。这种特征不能通过分析来理解而要通过我们脱离自然时仍能感受到的和自然之间的一种默契来理解。

  柏罗丁的观点显示了人与自然的和谐。人从自然中汲取难以用语言表达的灵感。这种灵感没有实际用途,但它毫无疑问会通过对美与和谐的追求影响任何艺术作品的创作。罗马人卢克莱修(约公元前99-前55)比柏罗丁晚一世纪,是哲学家伊壁鸠鲁的诗人门徒。他认为生命是不断变化着的:人就像接力赛跑一样,传递着生命的火炬。物理科学告诉人们,存在的事物只有原子和空间。死后生命不复存在,众神不能支配世界,追求快乐是人生惟一合理的目标。伊壁鸠鲁哲学和西方主流思想是格格不入的,后者假定,宇宙中的设计必然包含一种严格的数学化的顺序。可是,伊壁鸠鲁的原子世界在现代科学和社会思想中有许多回声,如原子在自身生成物质的渴望推动下飕飕地移动。

  宇宙是由理性构成的,这是西方思想的一个基本假设,证明规则和支配是自然秩序的一部分。这也许就解释了现代科学为什么起源于西方。同时,“规则”这个词在自然领域是个比喻,规则是描述自然的原义概念,如物理学或生物学中使用的“规则”,而规则可以验证决策是否科学。自然规则起源于所有存在都是“宇宙有机模式”的一部分,所有存在必须遵循自身内在类型。

  根据自然的设计,人类推断出自身在宇宙中的地位。这一推论对人类行为产生巨大的影响。古希腊人对有序和混乱相对性的争论颇具独创性。这些争论的结果通常都是支持秩序,因为人们往往害怕,混乱会产生不可预料的后果。但近代科学证明,对秩序过度的遵从会损害我们的利益,因为它制约了发展的可能性。要对自然有个整体的认识,就要理解秩序和混乱是相互关联的。

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图:传统宇宙观将人和地球看成是宇宙的中心,如1535年,格莱戈里乌斯·赖施为玛格丽持哲学画的插图就是这样描绘的。

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图: 菊石的螺旋生长为许多壳类所特有。它鲜艳的颜色是在石化过程中由无机物晶化形成的。   

  形状和结构  

  我们在看自然界各种各样的物体时会发现,一些相同的图案和比例关系是秩序的标志。被称为黄金分割的比例在许多自然形式中都存在。黄金分割是指把一直线分为两段,使其中小段和大段之比等于大段和全长之比。一条直线上只有一个点能实现这种分割,但这种划分可以无限进行下去。因此,在许多自然形状里,例如马和青蛙的骨骼中可以找到一系列的黄金分割比。这些黄金分割可以发生在不同的腿骨间,脊柱、颈部和头颅间。黄金分割也可以按照神秘的正方形和长方形图案,以向外卷曲的螺旋形式出现。大多数植物和壳的螺旋形式和这种原型的变体是一致的。

  黄金分割这种“被设计的”自然特征已被人们有意识或无意识地使用在物体设计中,这些物体就像古希腊的罐子和美国印第安部落编制的帽子,种类繁多。黄金分割比也是构成音乐和声的基础,通常被看作是美的自然标准。黄金分割比是一个无理数,也就是说,它的末尾只能是循环小数的无穷极数。13世纪意大利数学家列奥纳多·达·比萨发现的斐波纳契数列,是类似黄金分割的整数序列。这个数列中每个数都等于前面两数之和:0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,等等。

  斐波纳契数列是叶序,即叶和花器官的上升螺旋排列的基础,叶序吸引着设计师去观察自然世界。人们在太阳花的头状花序中看到的螺旋线是“对数式的”螺旋,它们在中心盘绕得更紧,倒伏着伸展开来。这些线在某一个方向上显得长些,每个方向上螺旋数目之间的比例是斐波纳契数列中相邻数字之间的比例。不同品种的太阳花螺旋数目不同,但它们总是斐波纳契数列中的数字。

  斐波纳契数列的产生不仅归因于进化或环境,而且也归因于自然结构的基本表现。种子数目不如种子间的恒角那么重要。1837年,这个角被发现是137.5度,它实现了组合的最高效能。实际上,无理数被证明为物质提供了最好的组合条件,因此黄金分割的广泛出现也就不那么让人惊奇了。

  蛋白质分子的组合结构为DNA双螺旋链提供了决定性的几何结构。DNA双螺旋链是詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克于1953年发现的。这是20世纪最重要的科学革命之一。然而,作为视觉形式,双螺旋的科学结构早在发现之前就为人所知了。在自然和人造物体中都可以找到较大的双螺旋。一个典型的例子是由小桑迦洛(1483—1546)设计的位于意大利奥维多的双螺旋梯。

  多少世纪以来,人体提供了一种比例和设计的准则。人的许多“经过设计的”特征和其他动物相同,例如两侧对称。但它也提供了一系列计量方式,例如寸(拇指的长度)、英尺革寻(张开双譬的宽度)和肘尺(前臂的长度)。这种计量方式在许多文化中自发产生。

  公制缺少和身体的这种直接联系,公制摒弃了数字序列(经常以十进分制为特征),而实现整数分割。人体,特别是脸,很大程度上也影响设计过程中我们潜意识里的合适感和对称感,引导我们追求平衡和向心性,告诉我们设计作品的正上部或正底部不应承受太多的视觉重量。

  古代文明中数字系统远不只是计量的工具,它是联系物理世界可见比例和不可见精神结构的象征领域。1到12的每个数都有多重含义,例如,3不同地代表了三维空间;时间,包括开始、中间和结束;许多宗教制度,包括圣三一体(指圣父、圣子、圣灵三位一体——译者注)。传统习惯把数字和人类生活的周期(例如一星期的七天和人的七世)及星体如北斗星)联系在一起。

  在采用公制的年代,建筑师勒·科比西埃醉心于复兴比例制,目的是想恢复人体标尺在建筑和设计中的应用。他把自己的计量制命名为金模数(由金和“模数”两个单词结合而成)。它恢复了起源于古典世界盛行于文艺复兴时期的传统潮流,在今天占典的和仿中世纪的建筑中都有体现,但只保留了抽象的要素。

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图:雏菊的头状花序显示了呈现斐波纳契数列数字关系的螺旋排列。

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图:海蜗牛壳内腔的X光照片,揭示了一种“对数式的”螺旋形的螺旋。这种递增的曲线被描述为“围绕垂直轴卷曲的锥体”。

  颜色、质感和图案

  黄金分割模式可用来描述自然界许多结构,但它不能用来描述看自然时的感觉。艺术家或设计师对自然的关注大部分是在形状和形式的效果上。在设计中就已被复制或甚至转变(比如真皮)成新事物构造的最显著最突出的一个例子就是动物毛皮和羽毛图案。它们的特征之一是颜色和色调的高度反差,也正是这一特征使得这些自然形式成为特别有价值的设计材料。叶和花的形状也可由园林设计师设计,或在织品和其他材料上再现。设计师希望通过这些样本实现整体不变前提下的根本变化,以吸引人们的视线。

  自然形状的形成原因有多种多样,如为了伪装、性吸引、指示危险等等。长颈鹿皮上的花纹很像干硬土地表面的裂纹。自然界无数图案以黄金分割为基础,类似长颈鹿皮上的花纹这样的图案可能是着重线三向连接的倾向造成的。在这种情况下,自然中这些线条的设计“功能”也许仅次于设计效果所具有的装饰价值。

  晶状是自然界中最吸引人也是最复杂的式样,像雪花这样常见的晶状体总是以60度和120度角分岔。水晶如果以宝石形状出现,则在风景中尽情地展示优美的结构;水晶如果以我们常见的切割宝石形式出现,则把我们带入纯粹的抽象几何图形世界。不管以什么式样出现,水晶的最迷人之处在于其“轮廓”和“背景”的交替。眼睛从大量视觉信息中选择一个轮廓作为式样,而把不是轮廓的剩余部分视为背景。对轮廓和背景的划分似乎深深扎根于我们看待事物的方式和自然构建视觉语言的方式之中。一些理论家声称,按照轮廓和背景模式阅读和理解世界的能力同样也是语言表达的基础。

  自然能启发人们的三维艺术,但带给人们更多的是平面装饰的灵感。自然很独特的一点是使轮廓与背景的关系不明朗,观察自然的方法无所谓“对”和“错”。我们可以从不同的角度观察同一片叶子,叶子边缘的深浅或嫩芽全都相同又都不同,每一片都有自己的深浅。这种现象有时可从功能上解释,但大多数情况下,这是一种无法解释的最激动人心的自然设计。这样的不明确性同样也能赋予人造图案最令人满意和生动的特点。

  在人们把自然转换成设计的过程中,自然的一些无序被人类的有序替代。不管怎样,最成功的以自然为基础的一些设计式样在整体保留了被我们认为是自然精髓的生动性情况下,成功地抽象了自然形式。土耳奇地毯就是一个好例子,此外如许多所谓的原始设计形式,比如波刹尼西亚的树皮布和非洲陶器。以叶和花为基础的平面图案设计是中国、日本、中东和西方文化的特点,不同文化下的平面图案设计有些显著的相似性。有些看起来很抽象。但它们都源于自然形式。

  我们能通过对各时期以自然为基础的手工艺品的研究及参考自然本身来理解自然的设计性,这种理解比我们对功能进化、遗传学、微生物学或适应性行为的理解更为深入。我们很强烈地感觉到这是我们观察世界应取的方式,即使仅仅因为这种方式能让人如此满意。把自然看作轮廓和背景交换的模式就让我们贴近了神秘主义者的沉思体验。这并不是要否定科学给予我们的知识,而仅仅是在整体基础上附加一些额外的意义。

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图:眼镜蛇皮在拉紧状态下呈现出的图案.拉绷状态使最薄弱地方的线产生了蜂窝状效果。

  深层意义

  自然不仅能让人接触个体形式,而且能让人对形状有种全新和整体理解,因此,自然总是对设计师有一种吸引力。1952年,英国出生的工程师阿夫·埃拉普(1895—1988)在谈到混凝土的壳体时给“有机”下了一个较恰当的定义:“人可以在自然中找到设计方案,如在叶子、海贝壳、皂泡结构中,尽管我并不是说自然总是具有组织头脑,但是人们本能地感觉到,如果有广博的结构知识,如果能把材料摆放在恰当的地方,那么,我们设计的结构就可能出现完全不同的形状。加上褶纹、拱肋等,就会像甘蓝叶子一样复杂,也可采用形状微妙的壳形式,如厚度变化,加固薄弱部分,尽管加固这个说法可能本身就错了。人们几乎能够从简单的设计中感觉到,什么是符合逻辑的,什么是'有机的'结构。”

  在工艺上,自然告诉人们光亮的价值。法国工程师罗贝·勒·里克莱(1894—1997)认为,建造高效结构的艺术是“在适当的位置最大限度地分布孔眼”。他对放射虫特别感兴趣,这种细小的海洋生命也曾令达尔文着迷。罗贝写道:“你不能把这些海洋生命转化成建筑结构,但你可以从中欣赏理解很多东西。你看到的是一种协调、一种纯粹的设计,令人惊奇、令人惊骇。”

  弗兰克·利奥得·莱特从美国各地大量的自然形式中寻找灵感。他认为,树形仙人掌是“加固建筑结构的完美典范,……是比建筑者迄今为止建造的摩天大楼更理想的摩天楼”。他发现大多数仙人掌都“利用”了连续的管状结构,结构上相当简洁。在对1929年建造亚利桑那州的沙漠帐篷进行反思时,这位草原式建筑风格的主要代表感到:“我们几乎从不注意把小建筑造得很漂亮,而把漂亮的建筑造得小一点”。

  在现代所有伟大的建筑人物中,芬兰建筑师阿尔法·阿尔托以最富创造力和最多样的方式显示了建筑设计是如何同自然联系起来的。他的建筑深深扎根于他的家乡,那里既有湖泊,又有森林。他同时受到20世纪20年代现代主义理性化的技术和社会建筑的影响,不过,他看到20年代现代主义的不彻底性,因为它不去追求在人类社会里创造人和自然的新关系,而是很快变成了一种象古典主义那样的形式语言。他的作品对那些认为现代建筑太冷淡太理智的人们具有普遍的感染力。阿尔托设计的建筑,例如维堡城图书馆和塞纳特萨洛市政厅,通过质感和材料吸引人的感官,另外,他受自然启发,使用光和空间来展现整体协调下的复杂成分。

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图:狼能在积雪的森林中很好地隐藏。这不仅是赁借其颜色。而且也借助于动物和栖息地之间轮廓和背景的含糊不清。

  整体论和新自然科学

  整体论的概念和笛卡尔的观点(即把事物分解成更小的部分能最有效地发现事物的真相)相对立。整体论要求每个事物都应被看作环境的一部分,是轮廓和背景的总和,因为如果环境变了,任何生命物体也会变,我们对它的感知也会变。每译部分都包含真相的因素,但只有在整体中,“真正的”真相才能被找到。艺术家和设计师对此体验很深,因为他们经常要聚焦画内外或设计内外以交替地看部分和整体,想象某点变化可能会产生的效果。这是“自然的设计”讨论的另一层意义,它揭示了一种与到目前为止人们头脑中的设计不同的“设计”。

  眼睛和心灵怎么以这种特殊方式“观察”呢?我们选取约翰·罗斯金对法国一条乡村小路的描述为例:“进入小树环绕的乡村小路,除了透过稀稀疏疏的树枝我可见的蓝天,没有什么可看的,……以蓝天映衬下的树枝开始吸引我的注意力,它们像画在彩绘窗户上的教堂树的树枝动不动,……倦怠,但不懒散。我开始画眼前的事物,画着画着,倦怠消失了,完美的线条被勾画出来,不知疲倦。每一根线条从其他线条中抽出,呈现在空中,变得越来越美丽……我越来越惊奇地看到,它们 以无与伦比的更完美法则'勾画'自己。最后,每棵树都画出来了,而我曾经对树的种种担心都荡然无存了。

  这种直觉“观察”是一般分析意识之外的另一种意识。设计师在解决特殊问题时,意识状态经常在这两种形式间转换,因为通常正是通过水平思考,把问题放在头脑里,而去想完全不同的问题时,最完美和最有创意的解决方式才会出现。在日常生活里,整体的或非分析的意识是一种次要的意识状态。但因为纯粹的理性分析不能揭示自然的许多真相,所以非分析意识应被看作是接触自然的必要方式,不管我们接触自然是为了科学探索还是为了视觉灵感和纯粹的快乐。

  轮廓和背景在自然里互动,我们自身也能以同样的方式和自然互动,我们不应把自然看成我们自身以外的事物。我们很难简单地描述这种能力,但它是人的头脑里固有的。理论家认为,这种能力的消失完全是因为另一体系的压制造成的。我们惯有的分析意识让我们相信,在我们看到的现象后面存在某种理想世界或一系列的技巧,包括那些为现代人所欣赏的整体意识遗传学和进化论。

  整体意识反对依赖看不见和高度抽象的事物,我们可用“现象学”这个词描述它。现象学认为,自然现象如果用恰当的方法看,本身就包括我们想要知道的任何东西。现象学这一哲学运动自20世纪初以来变得日益重要。它支持主观和本能,批评科学反自然和过度理性化造成的危害,从而为艺术和科学的统一提供了可能性,这是这场运动的重要方面。德国的科学家和哲学家特别强烈地意识到理性主义存在的问题和其他各种主义的潜能。这种意识可以追溯到诗人和科学家沃夫冈·凡·歌德(1749—1832)时代,直到后来格式塔心理学的创立。格式塔心理学致力于思想研究的整体性,论述地球整体性和生态科学的出现。前几百年,许多科学研究都想推翻牛顿的确定性世界,建立整体论的新世界。尼尔斯·波尔(1885—1962)、艾伯特·爱因斯坦(1875—1955)和沃纳·海森伯(1901—1976)用相对论和量子力学改变了我们对物理世界概念的理解。古希腊人已掌握的秩序和混乱二元论从消亡的秩序的废墟上重新出现,同时人们开始理解混乱,欣赏混乱的创造潜能。20世纪20年代的德国魏玛共和国出现了理解自然的革命和这个世纪一些最激动人心的视觉艺术活动。正如奥地利裔美国科学家弗里特约夫·卡普拉所写,“整个文化……把自己看作抵抗日益严重的人类自然分裂和异化的运动。“理解自然的革命在最近30年取得了最令人振奋的进展,复杂的新数学也使人们清楚地认识到,用唯理论科学术语对自然进行恰当的描述是不可能的。

  詹姆斯·拉夫罗克和里恩·马克里斯1972年发布的“盖亚假说”融合了核物理、生物和化学中的大量革命性科学思想,这些思想关注变化和运动,而不是一成不变。地球大气层受到像反馈环这类系统的控制呈现不稳定性。拉夫罗克认识到,正是地球大气层的这种不稳定性支持着生命,防止生命像传统科学预言的那样在混乱中消亡或削弱。

  这一深刻见解同整体论思想一致看到独立的部分都是在一个更大的整体里运作。同时在生态上也给我们一个启示:毁坏局部会打乱整体的平衡。盖亚假说不是在暗示人们,世界是经过设计的(更不用说“在其背后”有位设计师),但它确实承认自然是警觉的有才智的。

  思维科学在这次知识复兴中起了很大作用。智利神经科学家洪伯特·马图拉纳在1974年建立了“自创”概念——生命系统的组织方式。此概念的建立和其他几项研究活动紧密相连共同揭示:秩序怎样通过规律的周期和环路从混乱中而生,自然怎样依赖和更大网状系统相连的自生机制和自我维系机制。人们能从细胞结构生物学中推论得出自创是理解部分和整体关系的模型,甚至是理解社会结构中部分和整体关系的模型。

  较老的科学方法往往忽视小变化、小偏离并且倾向于把事物凑整,这是它的局限性。量子力学逐渐引起人们对粒子以线状系统排列这种观点产生怀疑。计算机的发展使我们有可能把这些小差别看作相关事物动态网的表现形式。在当代科学中,单词“混乱”被用来描述更大程度的复杂性而不是完全的任意性。在《自然的不规则碎片形状》(1984)一书中,法国科学家伯努瓦·芝代尔通过计算机发现揭示,自然形式具有视觉的复杂性。不规则碎片形在设计中没有得到特别的应用,但它却强化了人们对自然整体性的本能信念。反科学痕迹的艺术家和设计师经常为这种本能信念进行辩护。

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图:树形仙人掌让弗兰克·利奥德·赖特梦想出完美的摩天高楼。

  真与美

  自然是衡量“真与美”的传统标准,但是这些绝对的价值观念在不接受最终标准,把一切都看成是相对的世界里已开始受到怀疑。既然科学的变化正在转变我们的世界观,那么真与美是否会通过与自然更加紧密的联系得到再现,这是个有趣的问题。

  设计师享有特权,可以将头脑中对美好未来的憧憬塑造成形象。不理解人们的物质和精神需求,不理解人们比以往任何时候都渴望社会更加公平,就很难设想真与美的再现。这就像许多设计师一直坚持的那样,要不可避免地把政治放在设计问题的中心。不过还有许多设计师把人看作抽象概念,在有限的世界里为得到同行的赞许而工作,不是为了整体的社会而工作。

  如果发达国家的人必须很快经历大规模的生活方式变化,取得持续发展,那么就有必要向人们展示,未来比充满理想和不断奋斗的消费文化的现代工业社会好在什么地方。可以想象,从自然中衍生出来的真与美以一种比较简单的方式再次变得意义深远。

  奥地利艺术家和教师鲁多尔夫·兹代因埃(1861—1925)用自然精神将政治和创作形式联系起来,提出了世界各时代的构想,预测了一个美学趣味时代的出现。兹代因埃相信,这个时代会出现在第三个千年的初期(就是现在),那时:“具有智慧但不道德的作者的思维能力一定会衰弱”。在此之后的一个时代,“没有道德的智慧将不复存在”。这听起来像一个虔诚的愿望,但兹代因埃认为,通过向自然学习,借助艺术及设计的力量,这一愿望能够实现:“建筑会开始说话。它们将说一种迄今为止没人能听懂的语言。”这令人惊奇的预测涉及到最广泛意义上的设计,涉及到我们全球的人类组织、我们生活的全部方式。

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图:罗马方言中被称为球花甘蓝的小花在所有层次都是“同样”的。这是不规则碎片形的一个例子。

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左图:希思罗机场英国航空公司的湖滨办公室。由挪威建筑师尼尔斯·托普于1998年设计它不仅能节约能源,而且还照顾到机场工作人员的快乐和工作效率。

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