產(chǎn)品形態(tài)情感化設(shè)計(jì)研究

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摘要：在產(chǎn)品造型中快速解決用戶日益傾向多樣化和個(gè)性化的感性需求問(wèn)題。通過(guò)研究用戶參與設(shè)計(jì)的模式，提出了感性信息“轉(zhuǎn)嫁-映射”概念，即利用超橢圓方程提取形態(tài)橫截面特征，通過(guò)用戶對(duì)單體形態(tài)橫截面特征的風(fēng)格感知評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)建形態(tài)橫截面原型風(fēng)格特征庫(kù)，將感性信息轉(zhuǎn)嫁到單體形態(tài)橫截面特征參數(shù)中。用戶可通過(guò)語(yǔ)義檢索獲取自己所需的形態(tài)橫截面原型，并通過(guò)調(diào)整原型參數(shù)將感性信息與產(chǎn)品形態(tài)特征進(jìn)行映射，構(gòu)成新的形態(tài)原型。由設(shè)計(jì)師在形態(tài)原型的基礎(chǔ)上完成設(shè)計(jì)方案，解決了產(chǎn)品情感化設(shè)計(jì)決策的科學(xué)依據(jù)，為產(chǎn)品的情感化設(shè)計(jì)提供了研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì);情感化設(shè)計(jì);轉(zhuǎn)嫁-映射;感性需求;決策

產(chǎn)品造型中快速解決用戶日益傾向多樣化和個(gè)性化的感性需求問(wèn)題是當(dāng)前智能設(shè)計(jì)關(guān)注的熱點(diǎn)。有創(chuàng)造力的設(shè)計(jì)師與未接受過(guò)設(shè)計(jì)培訓(xùn)的人在數(shù)據(jù)分析和計(jì)算機(jī)輔助的情況下共同完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)已成為可能[1]。滿足用戶感性需求的產(chǎn)品不僅僅取決于物理層面的功能屬性，還需要通過(guò)構(gòu)建“意義”的形式來(lái)激發(fā)愉悅和情感。[2]由于用戶對(duì)產(chǎn)品的需求表達(dá)，并不是一種理性的、可定量的信息，而是模糊的、多數(shù)以定性為主的感覺(jué)性的信息[3]，所以，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)滿足用戶感性需求，需要在開(kāi)發(fā)過(guò)程中能夠準(zhǔn)確地影射用戶的感性需求，即在用戶的感知中獲得比較優(yōu)秀的形態(tài)[4]。在傳統(tǒng)情況下，積極有效的方法是設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)設(shè)計(jì)多種方案來(lái)迎合用戶的感性需求，工作量大，方案決策不確定性因素大，在具體實(shí)施面向用戶感知的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，很難將這些感性類的語(yǔ)言與造型的特征直接轉(zhuǎn)化[5]。因此，在造型過(guò)程中，如何有效獲取產(chǎn)品感性需求信息、提取產(chǎn)品造型特征，并將感性需求信息轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品造型特征中是面向用戶感知的產(chǎn)品情感化設(shè)計(jì)與決策中的關(guān)鍵問(wèn)題[6]。關(guān)于用戶需求方面的研究，Otto等用基本型、期望型和興奮型三種需求類型描述了用戶需求[7]。1984年，日本卡諾博士建立了KANO模型[8]，以直觀描述不同產(chǎn)品階段的動(dòng)態(tài)需求。以外觀個(gè)性化設(shè)計(jì)為主的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是影響用戶對(duì)產(chǎn)品情感化感知的主要因素。文中提出了感性信息“轉(zhuǎn)嫁-映射”概念，即用戶根據(jù)自己的感性需求，通過(guò)“調(diào)整產(chǎn)品造型特征原型參數(shù)”將感性需求信息經(jīng)“轉(zhuǎn)嫁媒介（原型設(shè)計(jì)）”與產(chǎn)品造型特征進(jìn)行映射，從而實(shí)現(xiàn)“面向用戶參與的產(chǎn)品情感化設(shè)計(jì)”，為后期以用戶為核心的產(chǎn)品情感參數(shù)化的智能設(shè)計(jì)與決策提供研究基礎(chǔ)。

一、感性信息的“轉(zhuǎn)嫁-映射”概念

如何讓用戶在產(chǎn)品概念早期參與到設(shè)計(jì)當(dāng)中，并將感性需求在關(guān)鍵設(shè)計(jì)與決策環(huán)節(jié)中反映出來(lái)，是當(dāng)前產(chǎn)品情感化智能設(shè)計(jì)與決策的發(fā)展基礎(chǔ)。用戶參與設(shè)計(jì)的積極性決定了產(chǎn)品映射用戶感性需求的準(zhǔn)確性。讓用戶在設(shè)計(jì)過(guò)程中扮演積極的角色可以有效地將感性需求量化并納入設(shè)計(jì)過(guò)程[9]。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，消費(fèi)者參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的程度更加深入，大大減少了產(chǎn)品與消費(fèi)者真正需要之間的差距。[10]從目前的設(shè)計(jì)方法來(lái)看，根據(jù)用戶參與設(shè)計(jì)的程度和方式，可以將用戶參與設(shè)計(jì)的模式分為直接參與和間接參與。用戶直接參與可以讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)更能夠準(zhǔn)確地反映用戶需求。間接參與，則需要設(shè)計(jì)師將獲取到的用戶需求根據(jù)自己的設(shè)計(jì)手法反映到產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中。無(wú)論是用戶直接還是間接參與設(shè)計(jì)，都需要將模糊的、不確定的，甚至隱含的感性信息以可視、可觸等物理要素呈現(xiàn)出來(lái)。作為承載可視信息的產(chǎn)品造型（產(chǎn)品形態(tài)、產(chǎn)品色彩），文中提出感性信息“轉(zhuǎn)嫁-映射”的概念，是指首先通過(guò)用戶對(duì)形態(tài)的感知評(píng)價(jià)，建立可通過(guò)語(yǔ)義檢索的“造型特征原型庫(kù)”，這樣庫(kù)中的“原型”便成為感性信息與產(chǎn)品造型特征的“轉(zhuǎn)嫁媒介”。用戶在參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)語(yǔ)義檢索調(diào)出“造型特征原型庫(kù)”中的形態(tài)原型（Form）[F]或色彩原型（Color）[C]，“調(diào)整產(chǎn)品造型特征原型參數(shù)”將自己對(duì)產(chǎn)品的感性需求信息經(jīng)“轉(zhuǎn)嫁-媒介(原型設(shè)計(jì))”映射到產(chǎn)品造型特征中，即直接將自己的感性偏好轉(zhuǎn)化到新的形態(tài)原型設(shè)計(jì)[F']或新的色彩原型設(shè)計(jì)[C']中，然后交由設(shè)計(jì)師完成后期的設(shè)計(jì)深入，從而將用戶感性信息轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品造型當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)用戶參與的產(chǎn)品情感化設(shè)計(jì)，如圖1。

二、感性信息“轉(zhuǎn)嫁-映射”下的形態(tài)原型情感設(shè)計(jì)方法

（一）基于形態(tài)橫截面特征提取的“形態(tài)原型”設(shè)計(jì)。產(chǎn)品形態(tài)原型設(shè)計(jì)可以利用最貼近產(chǎn)品形態(tài)的簡(jiǎn)單幾何體來(lái)概括，例如用球體、柱體、方體對(duì)形態(tài)圍合。相對(duì)復(fù)雜的產(chǎn)品形態(tài)，可將其分解為不同的、單一的、子形態(tài)的組合，同樣可以用球體、柱體、方體來(lái)概括這些“子形態(tài)”。這樣，復(fù)雜產(chǎn)品的“形態(tài)原型”是由多種簡(jiǎn)單幾何體按照復(fù)雜產(chǎn)品形態(tài)的拓?fù)潢P(guān)系重構(gòu)組合而成的三維模型[12]。通常，這些長(zhǎng)方體、球體、柱體被定義為包圍盒。1976年Clark提出包圍盒技術(shù)概念，采用簡(jiǎn)單的幾何形體將復(fù)雜的幾何物體圍住的方式，通過(guò)對(duì)兩個(gè)幾何物體的包圍盒是否相交，來(lái)判斷它們是否碰撞。目前包圍盒技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到剛體觸碰、變形體觸碰、機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別、圖像分析以及形態(tài)信息獲取、形態(tài)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域當(dāng)中[12]。包圍盒技術(shù)在形態(tài)信息獲取與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。包圍盒圖作為幾何模型具有簡(jiǎn)單和緊湊的特性，便于形狀風(fēng)格分析。為了解決用戶直接參與形態(tài)設(shè)計(jì)，所以，將構(gòu)成產(chǎn)品形態(tài)的包圍盒轉(zhuǎn)化為參數(shù)化設(shè)計(jì)，這樣用戶就可以通過(guò)參數(shù)調(diào)整影射出自己的感性需求。對(duì)稱形態(tài)的美感是人類所共知的，所以多數(shù)產(chǎn)品的形態(tài)中，對(duì)稱的形態(tài)很多。為了實(shí)現(xiàn)感性設(shè)計(jì)的“參數(shù)化”文中提出用超橢圓方程來(lái)獲取對(duì)稱形態(tài)的橫截面二維造型特征[14]，這樣用戶可以通過(guò)參數(shù)化調(diào)整把自己的感性需求映射到新的形態(tài)原型當(dāng)中。把X、Y項(xiàng)的指數(shù)看成橢圓方程的變量，則得到“超橢圓”的笛卡爾表達(dá)式（1），即（1）a，b分別是橢圓的長(zhǎng)半軸、短半軸的長(zhǎng)，當(dāng)=1時(shí)，為一般橢圓方程。設(shè)p，q為任意正實(shí)數(shù)，并替代，且p≠q，上述橢圓方程的表達(dá)公式變?yōu)槌瑱E圓方程式（2）。（2）式（2）克服了x，y只適應(yīng)于典型橢圓形的問(wèn)題，可以形成不同曲率、曲線特征的圖形[14-16]。用超橢圓方程提取形態(tài)的截面圖形，可解決產(chǎn)品形態(tài)截面中較為復(fù)雜的曲線特征提取。如果用不同的“半橢圓”進(jìn)行組合來(lái)提取形態(tài)截面曲線，則能滿足更多圖形的特征提取，如圖2。取a為1/2的產(chǎn)品子形態(tài)橫截面寬度w，b可與b’取不同的值，具體參數(shù)設(shè)置標(biāo)注見(jiàn)圖2中的（a）。文中用MATLAB開(kāi)發(fā)了超橢圓提取與輸出產(chǎn)品子形態(tài)截面特征圖形的程序，模擬輸出的橢圓a相同，不同長(zhǎng)軸b，b’，及不p，同q和p’，q’組成的圖形，圖2中的（b）。用超橢圓將產(chǎn)品關(guān)鍵部位的橫截面特征提取，是一種二維的圖形。通過(guò)建立z坐標(biāo)，并將指定圖形Cij（u）在坐標(biāo)空間內(nèi)進(jìn)行平移T、繞z軸旋轉(zhuǎn)Rz(θ）、縮放S等方法建立三維幾何體Cij（u）‘，即（3）（二）用戶感知評(píng)價(jià)下的形態(tài)橫截面原型風(fēng)格特征庫(kù)創(chuàng)建。有關(guān)形態(tài)風(fēng)格方面的研究，日本色彩設(shè)計(jì)研究所小林氏在對(duì)“形態(tài)和聯(lián)想”的調(diào)查發(fā)現(xiàn)“外凸的形狀表示溫暖，內(nèi)凹的形狀表示寒冷；帶角的形狀表示堅(jiān)硬，去角的形狀表示柔軟”等，且這些感知在一定的時(shí)期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，可適用于不同的產(chǎn)品情感化設(shè)計(jì)。所以研究具有共同感知特性的形態(tài)及其所對(duì)應(yīng)的感性信息可以很好地反映出用戶群的需求傾向。形態(tài)橫截面原型風(fēng)格特征庫(kù)的創(chuàng)建可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)語(yǔ)義檢索得到用戶感性需求所對(duì)應(yīng)的形態(tài)設(shè)計(jì)特征。創(chuàng)建步驟如下：步驟一提取產(chǎn)品橫截面形態(tài)特征；步驟二通過(guò)感知評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)獲取用戶對(duì)產(chǎn)品橫截面形態(tài)特征的感知評(píng)價(jià)信息等；步驟三將獲取的感性信息進(jìn)行量化并將橫截面形態(tài)分類處理；步驟四將量化好的分類信息映射到產(chǎn)品形態(tài)特征參數(shù)中；步驟五構(gòu)建可語(yǔ)義檢索的形態(tài)特征原型庫(kù)。由于用戶對(duì)產(chǎn)品形態(tài)風(fēng)格的感知主要來(lái)自于三維形態(tài)體的感知，并不能直接感受到形態(tài)橫截面的風(fēng)格。因此，本研究文中根據(jù)市場(chǎng)上收集的支架產(chǎn)品12個(gè)，用式(1-2)獲取相關(guān)的橢圓參數(shù)，輸入到MATLAB程序中，輸出提取的橫截面的造型特征。通過(guò)用戶對(duì)形態(tài)橫截面的風(fēng)格感知評(píng)價(jià)構(gòu)成“形態(tài)橫截面特征原型風(fēng)格特征庫(kù)”。如圖3中的樣本以及表1中的“圖形”。確定“清新的——沉悶的（F-D）”、“動(dòng)感的——安靜的（M-Q）”、“流行的——淘汰的（P-O）”、“舒適的——不適的（Co-Uc)”等4對(duì)感性詞匯作為用戶對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化感知評(píng)價(jià)語(yǔ)義詞對(duì)，分別對(duì)應(yīng)1-0的分值。通過(guò)打分實(shí)驗(yàn)，利用加權(quán)平均法得出單體橫截面特征||M-Q||、||F-D||、||P-O||、||Co-Uc||的風(fēng)格感知值，如表1。按照風(fēng)格語(yǔ)義評(píng)價(jià)進(jìn)行排序，得到如圖3所示的支架橫截面特征風(fēng)格感知情況。圖3中，橫排并列的截面圖形表示通過(guò)評(píng)價(jià)獲取的用戶感性信息近似。并以此構(gòu)成“形態(tài)橫截面特征原型風(fēng)格特征庫(kù)”。如果參與感知評(píng)價(jià)的人數(shù)越多，感知評(píng)價(jià)越準(zhǔn)確。（三）基于形態(tài)橫截面原型語(yǔ)義檢索的產(chǎn)品形態(tài)情感設(shè)計(jì)。首先將產(chǎn)品復(fù)雜形態(tài)拆分為子形態(tài)，子形態(tài)橫截面原型風(fēng)格特征庫(kù)的建立是根據(jù)用戶感性需求語(yǔ)義評(píng)價(jià)構(gòu)建的，每種截面原型都對(duì)應(yīng)著用戶的感性評(píng)價(jià)值。基于橫截面原型語(yǔ)義檢索的產(chǎn)品形態(tài)情感化設(shè)計(jì)讓用戶根據(jù)自己的感性需求找到合適的語(yǔ)義及其閾值對(duì)應(yīng)的原型，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)一步直接反映自己的需求，設(shè)計(jì)出新的子形態(tài)原型，組合新的形態(tài)原型，進(jìn)而構(gòu)成新的產(chǎn)品形態(tài)原型。然后由設(shè)計(jì)師在新的產(chǎn)品形態(tài)原型基礎(chǔ)上完成相應(yīng)的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)。如果用戶滿意，設(shè)計(jì)師完成后期產(chǎn)品深入設(shè)計(jì)，如果不能滿足用戶感性需求，則可以返回，重新獲取產(chǎn)品形態(tài)原型，繼續(xù)設(shè)計(jì)流程。設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

三、用戶感性信息“轉(zhuǎn)嫁-映射”下的含支架產(chǎn)品形態(tài)情感化設(shè)計(jì)案例

在很多產(chǎn)品里，支架不僅僅作為支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是產(chǎn)品造型的主要元素，例如桌子、椅子的支撐腿、梯子的支撐桿和腳踏、自行車的車架、淋浴花灑的支撐架、扶梯、健身器的架構(gòu)等。所以，支架的形態(tài)風(fēng)格在整個(gè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)風(fēng)格中起到了決定作用。用戶對(duì)這些支架的外形、風(fēng)格的感知評(píng)價(jià)，反映著用戶對(duì)產(chǎn)品的情感化需求。目前，這類產(chǎn)品的支撐架多為標(biāo)準(zhǔn)型材，以降低加工成本。但是，型材品種及形態(tài)不能滿足當(dāng)前用戶對(duì)產(chǎn)品的情感化需求，因而，越來(lái)越多的以支架結(jié)構(gòu)為主體造型的產(chǎn)品開(kāi)始采用非標(biāo)準(zhǔn)型材，這無(wú)疑增大了加工成本和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。那么如何實(shí)現(xiàn)新研發(fā)的非標(biāo)支架有效滿足用戶感性方面的情感化需求，避免開(kāi)發(fā)研制風(fēng)險(xiǎn)，或者說(shuō)，生產(chǎn)型材的廠家能夠獲取用戶對(duì)型材風(fēng)格的需求趨勢(shì)，提前生產(chǎn)新型型材，以滿足市場(chǎng)需求或引導(dǎo)市場(chǎng)需求，就成為此類產(chǎn)品能夠快速滿足用戶需求，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策的關(guān)鍵技術(shù)。文中研究方法對(duì)支架風(fēng)格評(píng)判以及風(fēng)格特征庫(kù)的建立，可以更好地支持含支架產(chǎn)品的風(fēng)格化設(shè)計(jì)。案例一，首先將餐桌造型分解為支撐腿和桌面兩個(gè)子形態(tài)；讓用戶以“清新的-沉悶的”（||F-D||）作為一對(duì)風(fēng)格特征，進(jìn)行設(shè)計(jì)參與，通過(guò)語(yǔ)義檢索形態(tài)橫截面特征原型風(fēng)格特征庫(kù)（表1），得到子形態(tài)的截面特征原型5號(hào)樣本；然后再調(diào)整子形態(tài)的三維幾何構(gòu)造參數(shù)，即輸入坐標(biāo)上的變換距離tz，旋轉(zhuǎn)角度θz，縮小比例S，沿以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的圓弧軌跡移動(dòng)等復(fù)合變換，便得到了基于形態(tài)截面風(fēng)格特征的支撐腿基本形態(tài)（表2）；組合桌面和支撐腿的形態(tài)原型，由設(shè)計(jì)師對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，快速獲得設(shè)計(jì)方案，效果圖如圖5，設(shè)計(jì)過(guò)程將用戶感性需求“轉(zhuǎn)嫁映射”到了設(shè)計(jì)方案中。案例二為單人電動(dòng)車車架設(shè)計(jì)（電動(dòng)車的子形態(tài)）。同樣讓用戶以“清新的-沉悶的”（||F-D||）作為一對(duì)風(fēng)格特征，進(jìn)行設(shè)計(jì)參與，通過(guò)語(yǔ)義檢索形態(tài)橫截面特征原型風(fēng)格特征庫(kù)（表1），得到子形態(tài)的截面特征原型1號(hào)樣本；然后再調(diào)整子形態(tài)的三維幾何構(gòu)造參數(shù)，即輸入坐標(biāo)上的變換距離tz，旋轉(zhuǎn)角度θz，得到基于截面風(fēng)格的各種形態(tài)（圖6），再通過(guò)設(shè)計(jì)師的再設(shè)計(jì)表達(dá)，得到最終的設(shè)計(jì)方案，具體的風(fēng)格感知值與變形設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3“單人電動(dòng)車設(shè)計(jì)實(shí)例”。根據(jù)新的形態(tài)原型特征圖形，通過(guò)三維變化和組合，得到如圖7的新形態(tài)原型設(shè)計(jì)方案。當(dāng)參與的用戶增多時(shí)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)的采集，獲得用戶需求趨勢(shì)。而這一趨勢(shì)最終能夠以形態(tài)原型參數(shù)的取值范圍量化出來(lái)，這樣也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶群感性需求信息的量化并映射到造型中。

根據(jù)研究提出的感性信息“轉(zhuǎn)嫁-映射”的概念，通過(guò)用戶對(duì)單體形態(tài)橫截面的風(fēng)格感知評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，將感性信息映射到橫截面的特征參數(shù)中，并探討了形態(tài)橫截面原型風(fēng)格特征庫(kù)創(chuàng)建方法，使用戶可通過(guò)語(yǔ)義檢索獲取自己所需的形態(tài)截面原型的方法，從而實(shí)現(xiàn)了用戶通過(guò)調(diào)整截面原型參數(shù)將感性信息與產(chǎn)品形態(tài)原型特征進(jìn)行映射的思想。通過(guò)含支架產(chǎn)品形態(tài)原型開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了文中提出的“基于形態(tài)原型語(yǔ)義檢索的產(chǎn)品形態(tài)情感化設(shè)計(jì)”較好地將用戶感性需求信息映射到造型過(guò)程中，為后期面向用戶參與新產(chǎn)品形態(tài)情感參數(shù)化設(shè)計(jì)與決策奠定了基礎(chǔ)。為了更好地實(shí)現(xiàn)面向用戶感知的產(chǎn)品情感化設(shè)計(jì)，用戶直接參與的產(chǎn)品形態(tài)體特征的提取及其參數(shù)化設(shè)計(jì)以及基于截面風(fēng)格相似的形態(tài)變形設(shè)計(jì)方法、解決風(fēng)格一致性的產(chǎn)品形態(tài)系列化設(shè)計(jì)等值得進(jìn)一步研究。

作者: 楊前 王家民 單位:西安理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院