全 文 ：西北林学院学报 ２０１４，２９（４）：２２２～２２６
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
　　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－７４６１．２０１４．０４．４０
阴香木超微观构造分形美学图案设计研究
　收稿日期：２０１３－１０－０８　修回日期：２０１４－０１－０９
　基金项目：广西林业科技项目（桂林科字［２０１３］第１９号）；广西大学科研基金项目（ＸＢＺ１２０８８６）。
　作者简介：孙静，女，讲师，博士，研究方向：木材科学与技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｊｉｎｇ４１３＠１２６．ｃｏｍ
＊通信作者：符韵林，男，教授，研究方向：木材科学。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｙｌｉｎ＠１２６．ｃｏｍ
孙　静１，郑义海１，覃林海２，符韵林１＊
（１．广西大学 林学院，广西 南宁５３０００５；２．广西壮族自治区国有维都林场，广西 来宾５４６１００）
摘　要：利用阴香木的扫描电镜图像做为设计原始素材，在Ｊｕｌｉａ公式环境下，通过分形软件 Ｕｌｔｒａ
Ｆｒａｃｔａｌ的公式迭代，设计一组木材分形美学图案。结果表明，阴香木材横切面、径切面及导管图像
的分形图案结构优美，图案形式变化丰富、自由，色彩斑斓，具有极强的装饰效果。该研究可为木材
美学的研究提供一个新的方向，并具有一定理论意义和参考价值。
关键词：分形图学；木材美学；阴香木；超微观构造
中图分类号：Ｓ７８１．１　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１－７４６１（２０１４）０４－０２２２－０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐａｔｔｅｒｎ　Ｄｉｓｉｇｎ　ｂｙ　Ｆｒａｃｔａｌ　Ａｒｔｓ　ｏｆ　Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ　ｂｕｒｍａｎｎｉｉ
ＳＵＮ　Ｊｉｎｇ１，ＺＨＥＮＧ　Ｙｉ－ｈａｉ　１，Ｑｉｎ　Ｌｉｎ－ｈａｉ　２，ＦＵ　Ｙｕｎ－ｌｉｎ１＊
（１．Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｎａｎｎｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ　５３００５，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｗｅｉｄｕ　Ｓｔａｔｅ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｆａｒｍ，Ｌａｉｂｉｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ　５４６１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｍａｇｅｓ　ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ｏｆ　Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ　ｂｕｒｍａｎｎｉｉ　ｔｉｍｂｅｒ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ
ａｓ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｒａｃｔａｌ　ａｅｓｔｈｅｔｉｃ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ａｉｄｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｉｎ　Ｊｕｌｉａ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ
ｆｏｒｍｕｌａ　ｏｆ　ｆｒａｃｔａｌ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｆｒａｃｔａｌ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｒａｎｓ－
ｖｅｒｓｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｔｈｅｔｅｒ　ｉｍａｇｅ　ｈａｄ　ｆｉｎｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｒｉｃｈ　ｆｏｒｍｓ，ｆｒｅｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｕｒｅｄ　ｉｍａｇｅｓ，ａｎｄ　ｈｉｇｈｌｙ　ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｃｏｕｌ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｎｅｗ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
ｔｏ　ｗｏｏｄ　ａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ，ａｎｄ　ｈａｄ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｃｔａｌ　ａｒｔ；ｗｏｏｄ　ａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ；Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ　ｂｕｒｍａｎｎｉｉ；ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
　　木材是一种天然的可再生材料，也是人类历史
上应用最早的材料之一。木材因其构成细胞的种
类、大小、排列、分布和组合方式的多样化，在不同的
切面上形成了不同的纹样图案，通过木材解剖技术
将这些纹样图案显现出来，根据美学原理提取美学
元素，再经计算机加工处理形成木材美学图案［１］。
传统的木材美学图案设计由设计人员根据自己的美
学评价标准进行美学元素的选取［２－４］，结合计算机软
件ＰＨＯＴＯＳＨＯＰ将美学元素重复排列形成美学装
饰图案。因此在设计时设计师受到美学素养的限
制，美学装饰图案的设计往往周期长，缺乏新意、效
率较低等问题逐渐被显现出来［５－７］，传统的设计模式
已不能满足人们对具有个性化、设计精良的图案的
需求。
而利用分形理论进行分形艺术图案的创作在近
年来广受关注，分形的自相似性可构造出千变万化
的、多种色彩的、精细的、随意的、美观而富有创意的
无穷无尽的图案。分形作为一门新兴科学，不但受
到科研人员的青睐，而且因其广泛的应用价值，受到
各行各业人士的关注［８］。本研究以阴香木扫描电镜
图片做为设计原始素材，应用分形理论，在Ｊｕｌｉａ公式
环境下，通过分形软件 Ｕｌｔｒａ　Ｆｒａｃｔａｌ的公式迭代，进
行一组木材分形美学图案的设计，以期能丰富木材美
学装饰图案的创作方法，拓展图案设计思路。
１　材料与方法
１．１　阴香木样本
在广西国营维都林场采集阴香木试材。阴香
（Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ　ｂｕｒｍａｎｎｉｉ），３２年生，樟科乔木树
种。阴香木为散孔材，材色淡红褐色，心边材区别不
明显；生长轮略明显，宽度均匀，晚材带色略深。木
材纹理直结构细，具有光泽。
１．２　方法
１．２．１　阴香木材超微观构造分析　制作阴香木标
本的立体横、径、弦三切面标准试件，尺寸规格为１５
ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ，后利用 ＨＭ４３０滑动切片机
对试件先进行干燥，再进行平整切修和喷镀处理，保
证扫描电镜能更好的感应试件微观结构，最终获得
阴香木超微观构造图案。
１．２．２　建立微观结构图片分形维数分析数据库　
将第１阶段试验得出的阴香木材图案经过分形维数
计算体系，按一定数据跨度整理分类，建立木材宏微
观图案分形维数分析数据库。
１．２．３　木材分形美学设计　将第２阶段整理进入
分形维数分析体系中，分形维数较高的木材美学原
始图案结合分形艺术设计理念和形式美构图法则，
创作设计木材分形美学图案。
１．２．４　建立木材分形美学图案分形维数分析数据
库　将第３阶段的分形美学图案经过分形维数计算
体系，整理取得数据，对木材美学图案美学价值进行
量化，为今后评价木材美学图案美学价值提供数据
层面的参考。
２　结果与分析
２．１　阴香木超微观构造美学分析
扫描电镜可以提供十分清晰的木材超微构造，
阴香木横截面导管多为复管孔形态出现，无形中形
成了一种迭代附加之美，管孔内常含有内含物，且结
构十分特殊；弦切面结构致密，体现了形式美中的排
列秩序之美，难见螺纹加厚，射线细胞群落成纺锤状
居多，仿佛设计元素中的点缀元素，新奇特别；径切
面在导管解剖处可见梯状纹孔，与周围的其他纹孔
类型形成对比之美，导管穿孔多为单穿孔。
２．２　阴香木分形艺术图案的计算机生成
分形是基于现代数学理论发展而来的，其自相
似性来源于数学公式的多次迭代，现代计算机科学
的发展使得分形计算更加快捷高效。国内已经有不
少学者和艺术家运用计算机实验方法研究Ｊｕｌｉａ集，
绘制Ｊｕｌｉａ集图像，以分形和Ｊｕｌｉａ集图像为基础，进
行艺术设计［９］。下面利用阴香木扫描电镜图片做为
设计原始素材，在Ｊｕｌｉａ公式环境下，通过分形软件
Ｕｌｔｒａ　Ｆｒａｃｔａｌ的公式迭代，设计一组木材分形美学
图案。
２．２．１　生成原理　Ｊｕｌｉａ集是由法国数学家Ｇａｓｔｏｎ
Ｊｕｌｉａ和Ｐｉｅｒｒｅ　Ｆａｔｏｎ在发展了复变函数迭代的基础
理论后获得的。它也是一个典型的分形集，它是复
数经过迭代得到的。在复平面上，实数用水平的轴
线代表，虚数用垂直的轴线代表。Ｊｕｌｉａ集由一个复
变函数ｆ（ｚ）＝ｚ２＋ｃ（ｃ为常数）迭代生成。Ｊｕｌｉａ集
由于ｃ可以是任意值，所以当ｃ取不同的值时，生成
的Ｊｕｌｉａ集的图形也不相同。尽管这个复变函数看
起来很简单，然而它却能够生成很复杂的分形图
形［１０－１１］。
２．２．２　生成过程　在后面使用的分形图案设计软
件Ｕｌｔｒａ　Ｆｒａｃｔａｌ中内置了许多分形集合以及相应
函数公式表达，Ｊｕｌｉａ集合就是其中一种。我们将导
入的木材原始图案进过Ｊｕｌｉａ集合的对应公式功能
进行分形的变形和二次创作，生成分形美学图案。
如图１就是ＵＦ软件截图。
以阴香木管孔内含物的超微观图像为例，分形
图案设计流程如下：
１）选定基础图像。以前期在电子显微镜下观测
到的木材超显微图案作为设计原素材，由于扫描电
镜图案输出格式为ＴＩＦ格式，ＵＦ软件不能直接识
别，需要将图案格式进行转换为ＪＰＥＪ格式。选用
放大４００倍的阴香木横切面管饱内含物超显微构造
图像为设计原素材（图２）。
２）导入原始图案。打开 ＵＦ软件，在右上角功
能区的Ｏｕｔｓｉｄｅ选项下选则Ｉｍａｇｅ功能，此时在软
件右边或出现图案导入的提示区，点击后浏览选择
所需的设计原素材，这里指的是阴香木的超微构造
图案（图３）。
３）ＵＦ软件图案设计。对导入的超微观木材图
案进行分形设计需要在 ＵＦ软件公式对映的 Ｍａｐ－
ｐｉｎｇ选项下加入标准化公式，并在Ｆｏｒｍｕｌａ公式选
项下加载Ｊｕｌｉａ集合公式，根据软件预览窗口观察分
形图案设计变化，直至最终设计确定（图４）。
４）图案格式的导出。设计部分结束后就是将图
案按照可用ＪＥＰＧ格式导出的过程（图５），这一步
操作可以在 Ｕ 软件的左上角 Ｆｉｌｅ工具选项下的
Ｉｍｐｏｒｔ　Ｉｍａｇｅ中进行，可导出的图案格式也不只限
定于ＪＥＰＧ，根据需要还可以选择相应的图案格式，
如ＢＭＰ和ＴＩＦ等格式。
３２２第４期 孙　静 等：阴香木超微观构造分形美学图案设计研究
图１　ＵＦ软件分形图案设计截图
Ｆｉｇ．１　Ｓｃｒｅｅｎｓｈｏｔ　ｏｆ　ＵＦ　ｓｏｆｔｗａｒｅ
图２　设计原素材
Ｆｉｇ．２　Ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ
根据此过程，分别对阴香木旋切面上的木射线和
导管解剖超微构造图案（图６）、细胞内含物超微观构
造图案（图８）及薄壁纹孔超微观构造图案（图１０）进
行了分形，分形的图案分别如图７、图９和图１１。
２．３　阴香木分形艺术图案的美学分析
通过ＵＦ软件的设计介入，原本枯燥的木材超
微观结构被赋予了丰富的构图关系，图７～图１１为
基于阴香木微观构造设计的分形美学图案，为保留
木材本身的结构特征与材质美，构图形式都采用了
单元式的拼接构图，但根据所选用木材特征部位的
不同，所得出的美学图案也各具特色：如图７所示，
集团化的设计元素表现出画面的活泼感，主要以点
元素的构成为主，但是通过点的大小和疏密关系，展
现出画面的层次感；图９是木材细胞内含物特征分
形图案，保留了内含物完整的结构，灰度变化的色差
显现出一定的立体感，细胞壁充当图案的分隔线，依
然是木材原本的结构位置；图１１为细胞壁纹孔构造
分形图案，画面整体偏向于灰暗，正负交替的构图形
式使得画面结构井然，给人以宁静的美学感受，可以
用于室内大面积的装饰，装饰效果好，立体感强。
图３　设计素材的导入
Ｆｉｇ．３　Ｉｍｐｏｒｔｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ
４２２ 西北林学院学报 ２９卷　
图４　分形公式与原素材图案的嵌套
Ｆｉｇ．４　Ｎｅｓｔ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔａｌ　ｆｏｒｍｕｌａ　ａｎｄ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ
图５　分形美学图案的适合格式导出（ＪＰＥＧ格式）
Ｆｉｇ．５　Ｅｘｐｏｒｔ　ｆｒａｃｔａｌ　ａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ　ｐａｔｔｅｒｎ　ａｓ　ＪＰＥＧ
图６　阴香木弦切面木射线和导管解剖超微观原始构造图案
Ｆｉｇ．６　Ｗｏｏｄ　ｒａｙ　ａｎｄ　ｃａｔｈｅｔｅｒ　ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｐａｔｔｅｒｎ
ｏｎ　ｓｔｒｉｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃ．ｂｕｒｍａｎｎｉｉ
图７　木射线和导管分形图案设计
Ｆｉｇ．７　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｆｒａｃｔａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｂａｓｅｄ
ｏｎ　ｗｏｏｄ　ｒａｙ　ａｎｄ　ｃａｔｈｅｔｅｒ
图８　阴香木弦切面细胞内含物超微观原始构造图案
Ｆｉｇ．８　Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｏｆ　ｃｅｌ　ｃｏｎｔｅｎｓ
ｏｎ　ｓｔｒｉｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃ．ｂｕｒｍａｎｎｉｉ
３　结论与讨论
分形艺术赋予图形创作新的形式，将公式化的
数学思维融入到了抽象化的图案设计当中，用奇异
的线条和美轮美奂的色彩勾画图形，超乎人的想象，
是技术、艺术与自然浑然一体的新的图形创作方
式［１２］。将分形艺术与木材超微观构造图案结合起
来，进行木材美学装饰图案的设计，除了能展现分形
５２２第４期 孙　静 等：阴香木超微观构造分形美学图案设计研究
图案本身的艺术价值外，这给木材美学图案创作提
供了一个新的设计思路，丰富了木材美学图案种类
的同时，也创造了一种独特的图案类型。随着分形
图案在艺术学领域的广泛应用，必将会为木材美学
的发展提供一个新的研究方向。
图９　细胞内含物分形图案设计
Ｆｉｇ．９　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｆｒａｃｔａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｂａｓｅｄ
ｏｎ　ｗｏｏｄ　ｃｅｌ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ
图１０　阴香木导管穿孔和薄壁纹孔超微观构造原始图案
Ｆｉｇ．１０　Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ　ｐａｒｅｎｃｈｙｍａ　ｐｉｔ　ｏｆ　Ｃ．ｂｕｒｍａｎｎｉｉ
图１１　木材纹孔分形图案设计
Ｆｉｇ．１１　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｆｒａｃｔａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｄｅｓｉｇｎ
ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｉｔ　ｏｆ　ｗｏｏｄ　ｃｅｌ
参考文献：
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６．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）
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ＳＵＮ　Ｑ　Ｈ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒａｃｔａｌ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｔｏ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｄｅ－
ｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，１４（２），１５４－１５７．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）
６２２ 西北林学院学报 ２９卷