文/蘇建寧 劉志君(蘭州理工大學(xué) 設(shè)計藝術(shù)學(xué)院）

基于感性工學(xué)的傳統(tǒng)器物形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計方法研究

文/蘇建寧 劉志君(蘭州理工大學(xué) 設(shè)計藝術(shù)學(xué)院）

DOl編碼：10.3969/J.lSSN.1674-4187.2016.06.014

一、前言

傳統(tǒng)器物反映著先民的生活習(xí)俗、倫理道德等，具有明顯的文化特征[1]，其設(shè)計元素與承載的豐富意象成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的重要靈感源泉[2]。

產(chǎn)品設(shè)計作為一種人造物的活動，其形態(tài)方面的創(chuàng)新是設(shè)計的重要方面之一。產(chǎn)品形態(tài)的“形”是產(chǎn)品的物質(zhì)形體，單指外顯的產(chǎn)品的形；產(chǎn)品形態(tài)的“態(tài)”則是可感覺的產(chǎn)品神態(tài)，也可理解為內(nèi)隱的產(chǎn)品表情因素。作為人造形態(tài)的不同產(chǎn)品，對于人們的視覺感官都有不同的沖擊，因而呈現(xiàn)出不同的表情模樣。當人們接觸不同表情模樣的產(chǎn)品時，在生理和心理上都會因此而產(chǎn)生不同的反應(yīng)。所以在產(chǎn)品設(shè)計中，要賦予產(chǎn)品何種性格的表情，就需要在形態(tài)上創(chuàng)新表現(xiàn)出來。

產(chǎn)品設(shè)計的理念經(jīng)歷了“追隨功能—追隨形式—形式追隨情感—追隨體驗”的演變過程，如今的人們購買產(chǎn)品時更需要獲得自身價值的存在感和精神層面的心理體驗，或者自己的感性需求能夠得到滿足?！扒橐晕锱d、物以情觀”，如果一個產(chǎn)品的形態(tài)能夠喚起消費者的美好情感，那它將是一件成功的產(chǎn)品。所以，本研究應(yīng)用感性工學(xué)的理論和方法，以傳統(tǒng)器物的現(xiàn)代設(shè)計為對象，將人的感性反應(yīng)定性推理產(chǎn)生產(chǎn)品原型，然后在定量層面建立一套滿足用戶體驗的智能進化設(shè)計系統(tǒng)，為傳統(tǒng)器物形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計提供一種新的輔助設(shè)計方法。

二、傳統(tǒng)器物形態(tài)的創(chuàng)新設(shè)計

伴隨著創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的興起，傳統(tǒng)器物的現(xiàn)代設(shè)計迎來了新的發(fā)展熱潮[3]，它強調(diào)體現(xiàn)設(shè)計的人文內(nèi)涵、地域性、故事性、教育性、獨特性、價值性以及審美體驗等，適宜地將“物與人”、“物與物”以及“人與人”聯(lián)系起來。

傳統(tǒng)器物形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計的核心是分析形態(tài)元素并轉(zhuǎn)化應(yīng)用于現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計中，主要分為三個層次：一是外在形態(tài)層次上的設(shè)計，是將外顯的色彩、線條、材質(zhì)、形態(tài)、細節(jié)構(gòu)造等元素應(yīng)用到現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中，保留明顯的文化特點，多用于旅游紀念品設(shè)計，如圖1所示運用敦煌飛天元素設(shè)計的餐具；二是功能行為層次上的設(shè)計，是在分析傳統(tǒng)器物功能性、便利性、操作性、結(jié)構(gòu)性等的基礎(chǔ)上，進行功能行為的創(chuàng)新轉(zhuǎn)換，為傳統(tǒng)器物賦予新的內(nèi)涵，傳遞原有的社會價值和情感意義，如圖2所示基于馬家窯尖底瓶創(chuàng)作的茶具；三是意識形態(tài)層次上的設(shè)計，是提取文化內(nèi)隱的深層內(nèi)涵，外顯轉(zhuǎn)化進行文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)，使其本身能訴說故事，對消費者的心理情感產(chǎn)生影響。

圖1 “飛動”的餐具（設(shè)計者：劉志君）

圖2 傾斜的餐具（設(shè)計者：屈龍斌）

圖3 感性工學(xué)系統(tǒng)

圖4 酒樽

三、感性工學(xué)

感性工學(xué)（Kansei Engineering）概念是由馬自達汽車集團前會長山本健一于1986年在密西根大學(xué)發(fā)表題為《汽車文化論》的演講中首次提出[4]，是一種運用工學(xué)技術(shù)來探討“人”的感性意象與“物”的設(shè)計特性間關(guān)系的理論方法[5]。在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，是將人對“物”（包括已有產(chǎn)品、數(shù)字或虛擬產(chǎn)品）的感性意象定量、半定量地表達出來，與產(chǎn)品設(shè)計特性相關(guān)聯(lián)，如圖3所示，以實現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計中體現(xiàn)“人”（包括用戶、設(shè)計師、工程師等）的感性意象，設(shè)計出符合“人”的感覺期望的產(chǎn)品[6]。

感性工學(xué)依據(jù)研究的不同而分為類目層級法、感性工學(xué)系統(tǒng)、復(fù)合式感性工學(xué)系統(tǒng)、感性工學(xué)數(shù)學(xué)模型、虛擬感性工學(xué)、交互式感性工學(xué)系統(tǒng)等類型[7]。其主要應(yīng)用一是用戶決策輔助系統(tǒng)，即由用戶輸入其偏好的感性意象，系統(tǒng)經(jīng)過推理而了解他們的需求，然后輸出符合感性需求的產(chǎn)品；二是設(shè)計師決策輔助系統(tǒng)，用于協(xié)助設(shè)計師掌握產(chǎn)品的特性，了解產(chǎn)品設(shè)計要素與用戶感性意象的關(guān)系。本研究首先以用戶對傳統(tǒng)器物的現(xiàn)代設(shè)計偏好為基礎(chǔ)，應(yīng)用類目層次法定性推理產(chǎn)生原型；然后應(yīng)用進化算法，建立交互式感性工學(xué)系統(tǒng)，基于用戶體驗進而展開細化設(shè)計。

四、定性推理設(shè)計

中國傳統(tǒng)器物品類繁多，對現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計有著深遠的影響和啟示作用[8]。如圖4所示的酒樽在中國酒文化中有著舉足輕重的地位，通常使用于文人雅客會面的正式場合，是古人飲酒、倒酒的禮器。

發(fā)展到現(xiàn)代，人們對于高雅場所使用的盛酒、倒酒器物有了新的要求，其中的醒酒器是一類典型的產(chǎn)品。類目層次法是從用戶對產(chǎn)品的感性需求（即0級感性概念）出發(fā)，以定性推論的方式進行依次分解，從而得到設(shè)計細節(jié)的過程[9]。本研究以醒酒器為設(shè)計目標，應(yīng)用該方法提取內(nèi)隱的傳統(tǒng)酒文化內(nèi)涵，定性推理出外顯的設(shè)計要素，如圖5所示。

確定“品樽酒器”為0級母概念，為了凸顯設(shè)計目標的高雅感、品質(zhì)感，以及傳統(tǒng)器物文化的特征，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)、期刊、書籍、專家訪談等多途徑收集，整理出四個1級子概念：高雅感、美觀感、現(xiàn)代感和舒適感。2級和3級子概念根據(jù)專家訪談法和小組討論法確定，如將高雅感進一步分解為文化感、意境感和高檔感，而文化感又分解為凸顯酒樽造型特征和酒樽文化內(nèi)涵體現(xiàn)等。可以看出概念的深入呈階梯式地增長，在推論至3級子系統(tǒng)概念時與醒酒器相關(guān)的訴求陸續(xù)出現(xiàn)。如從意境感推出使用方式優(yōu)雅、與環(huán)境相映襯等。將每個訴求對應(yīng)到設(shè)計要素上，推理出其中一款如圖6所示的設(shè)計原型樣本。該樣本傳承了酒樽的使用意境，具有較好的人機環(huán)境協(xié)調(diào)性；開口形狀采用敞口設(shè)計，把手單獨掛于腰腹部，其曲面符合手掌握姿，與手掌貼合，具有良好的親和感和人機交互性；整體造型錯落有秩、形態(tài)生動、比例勻稱，且型面過渡平滑，美觀性好；使用先進工藝制成的玻璃材質(zhì)，凸顯出產(chǎn)品的現(xiàn)代感?；诖祟愒O(shè)計樣本，可依據(jù)用戶體驗，進一步對方案進行定量細化設(shè)計。

五、定量進化設(shè)計

一般的產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計主要依賴于設(shè)計師的創(chuàng)造性思維，而由于設(shè)計思維的疲勞性和認知范圍的不全面性，使得設(shè)計存在一定的局限性[10]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算機憑借高效率、強大的圖形衍化能力和邏輯性，可有效地輔助設(shè)計師進行形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計[11]。遺傳算法是模擬生物界“優(yōu)勝劣汰、適者生存”思想而產(chǎn)生的一種進化算法，其一般操作流程如圖7所示，在產(chǎn)品形態(tài)進化設(shè)計中有比較廣泛的應(yīng)用12]。

圖5 類目層次法獲取醒酒器設(shè)計要素的過程

圖6 依據(jù)類目層次法定性推理出的醒酒器設(shè)計原型樣本

圖7 遺傳算法操作流程

圖8 醒酒器樣本形態(tài)設(shè)計關(guān)鍵點

以定性推理設(shè)計得到的醒酒器原型作為初始樣本，基于遺傳算法建議輔助設(shè)計系統(tǒng)，進行形態(tài)定量進化設(shè)計：首先，設(shè)計師對樣本進行設(shè)計分析，設(shè)置形態(tài)設(shè)計關(guān)鍵點的變化范圍；然后依據(jù)算法要求進行編碼；最后用戶按照需求設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)將依據(jù)用戶選擇展開進化設(shè)計。

（1）醒酒器形態(tài)設(shè)計分析

定性推理的醒酒器樣本形態(tài)包含脖頸及開口、腰部、腹部、底部和把手等部分，其中腰部、腹部、底部瓶體是左右軸對稱。為保證形態(tài)變化的豐富性，設(shè)定如圖8所示的26個關(guān)鍵點對其形態(tài)設(shè)計進行控制。

對關(guān)鍵點設(shè)計參數(shù)進行分析，對同類參數(shù)進行歸類、合并處理，確定由10個變量控制26個形態(tài)設(shè)計關(guān)鍵點：設(shè)點10到y(tǒng)軸的距離為x10，取值范圍為[15,25]，到x軸的距離為y10，取值范圍為[145,155]；點9到點10的x軸距離為k910，取值范圍為[3,8]；點1到點2的y軸距離為h12，取值范圍為[3,8]；點11到y(tǒng)軸的距離為x11，取值范圍為[20,20.5]，到x軸的距離為y11，取值范圍為[185.5,186]；點15到點16的x軸距離為k1516，取值范圍為[3,7]，y軸距離為h1516，取值范圍為[15,25]；點21到點22的x軸距離為k2122，取值范圍為[13,13.5]，y軸距離為h2122，取值范圍為[2.2,2.7]，由此控制的關(guān)鍵點坐標如表1所示。

（2）醒酒器形態(tài)設(shè)計編碼

為了確保定量進化設(shè)計過程中形態(tài)的多樣性，將10個變量分別劃分為16個離散等級進行編碼。例如點10的y坐標編碼結(jié)果如表2所示，初始樣本中其坐標為（-19.97,150.98），y10取值范圍為[145,155]，150.98最接近151，則初始樣本y10的編碼為1001。

（3）醒酒器細化設(shè)計

依據(jù)上述分析結(jié)果，應(yīng)用遺傳算法建立進化設(shè)計輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)按照用戶設(shè)置的交叉概率、變異概率、遺傳代數(shù)等的約束，進行選擇、交叉、變異操作，對方案展開細化設(shè)計。如一名用戶操作過程中設(shè)置交叉概率為0.2、變異概率為0.3、遺傳代數(shù)為6，得出比較豐富的醒酒器子代樣本，經(jīng)解碼、建模和渲染后得到的實際效果展示如圖9所示。

最后由五名用戶依據(jù)個人偏好對醒酒器進行方案細化設(shè)計操作，結(jié)果表明基本上都能在比較豐富的進化結(jié)果中找到個人喜愛的產(chǎn)品形態(tài)。

表1 醒酒器樣本形態(tài)設(shè)計關(guān)鍵點坐標

表2 形態(tài)設(shè)計關(guān)鍵點10的y坐標編碼

圖9 進化設(shè)計得到的醒酒器樣本

六、結(jié)束語

當代對于產(chǎn)品的要求不再僅僅局限于功能，對精神文化層面的內(nèi)容越來越關(guān)注，因此傳統(tǒng)器物的現(xiàn)代設(shè)計有著良好的發(fā)展前景。本研究立足傳統(tǒng)器物的現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計，從用戶的感性需求出發(fā)，設(shè)計師通過類目層次法定性推理得到設(shè)計原型，然后根據(jù)用戶個人體驗，應(yīng)用基于遺傳算法建立的輔助設(shè)計系統(tǒng)，定量進化出符合需求的目標產(chǎn)品形態(tài)。醒酒器設(shè)計的實例表明，該方法可有效提升此類傳統(tǒng)器物現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計的廣度和深度。

(責任編輯 張同標)

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A Research of Innovative Design Methodology for the Modality of Traditional Utensils Based on the Methods of Kansei Engineering

立足傳統(tǒng)器物的現(xiàn)代設(shè)計，從用戶的感性需求出發(fā)，通過感性工學(xué)中的類目層次法定性推理出設(shè)計原型；然后基于遺傳算法建立一套依據(jù)用戶體驗而展開的定量進化輔助設(shè)計系統(tǒng)，從而快速獲得滿足用戶需求的產(chǎn)品形態(tài)。借鑒酒樽形態(tài)的醒酒器設(shè)計表明，該方法可有效輔助傳統(tǒng)器物的現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計。

This research is based on the modern design of traditional utensils and user's emotional needs, aiming to ratiocinate the design prototype qualitatively by means of category hierarchical algorithm from Kansei Engineering. The researchers establish a set of aided designing system which can carry on a quantitative calculation according to the user experience based on genetic algorithms so that they can quickly obtain the product modality which meets the need of users. The design of wine decanter which borrows the form of wine bottle indicates that this methodology is effectively helpful for modern innovative design of traditional utensils.

感性工學(xué)；傳統(tǒng)器物；形態(tài)創(chuàng)新；類目層次法；進化設(shè)計

Kansei Engineering; traditional utensils; modality innovation; category hierarchical algorithm; evolutionary design

蘇建寧，蘭州理工大學(xué)設(shè)計藝術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，研究方向：人機工程、數(shù)字化工業(yè)設(shè)計、感性工學(xué)、智能化設(shè)計理論及方法、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計等研究。