城市形态学研究关心形态形成和变化过程中的一般性建成形态,这种形态比城市设计能够表达的要复杂得多,也很难被清晰、准确地描述。不同于字符串重写系统,形状语法借助图形重写和图形运算迭代出复杂的涌现形态,为揭示肌理尺度的空间形态形成过程提供了方法学途径。形状语法自1971年提出,在70年代后期至90年代中期理论发展十分活跃,但近20年进展缓慢,城市语法的方法学研究尤为稀少。为此,本文做了两部分工作:1)经典理论的再解读与分析,2)方法学的拓展与应用。论文首先从形状语法的两个经典定义出发,比较了基于形式语言的四元组格式和子形重写格式的语言学本质。随后系统梳理了几种形的精确表示方法,为了凸显不同表示法的特性,构造了极大线表示和图论表示两种极简语法;为了阐明既有表示法的局限及自动实现“图形涌现”的困难,构造了一种仅可由视觉识别子形的Knight式语法。通过构造若干原创语法,论文图解了形状语法的主要本质属性——运算中的图形涌现、形的表示的歧义、规则使用的随意性。在理论解读中发现,形状语法开创性论文(1971)中的案例——一种由分形结构的空间填充曲线生成的绘画,并没有直指形状语法的本质。在形状语法的方法学拓展与应用部分,本文面向形态要素相互交织的自组织肌理,构造了两个城市语法——上下文有关和上下文无关语法,并试图回答:如何构建一个通用的、自下而上的城市语法揭示形态发生过程?如何借助规则、规则参数、规则条件与使用方式表示给定形态或生成新形态?两个语法均给出了定义、无歧义的形的表示、规则的符号和图形表示,及确定性规则使用方式。上下文无关语法由子形驱动,仅包含2条擦除—重写规则,通过两种不同终止方式可分别获得代表抽象街道网络和城市肌理的正交网格结构和斑块结构。上下文有关语法由标识驱动,规定了形态要素概化方法、拓扑关系、对象编码和遍历方案,包含初始化、延伸和生长、交汇等三组规则,用于模拟路段和地块交替生长的自组织构形过程。相比以往的自下而上非正交城市语法,本文的上下文有关语法实现了规则总数更少、规则表示和使用方式更严格。本文重新挖掘了形状语法在城市形态研究和设计中的方法学潜力,提出了保持自组织结构的量化方法和生成式算法,试图推进城市语法的形式化描述,并启发过程式城市设计的方法创新。