葉 歡

(廣州美術(shù)學(xué)院，廣州 510260)

0 引言

隨著現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化程度的提高，人們對于拖拉機(jī)的使用要求越來越高，如果拖拉機(jī)設(shè)備的形狀和外觀過于粗糙，在進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)時(shí)，人們不能夠從農(nóng)業(yè)作業(yè)過程中收獲愉快的工作體驗(yàn)，更不能夠緩解高強(qiáng)度作業(yè)帶來的疲勞感。如果將綠色設(shè)計(jì)理念引入到現(xiàn)代拖拉機(jī)設(shè)計(jì)過程中，不僅可以提高拖拉機(jī)的外觀藝術(shù)設(shè)計(jì)水平，也可以使人們從拖拉機(jī)的外觀和色彩藝術(shù)上獲得更多的愉快和輕松的體驗(yàn)，從勞動(dòng)中獲得成就和滿足感，從而提高拖拉機(jī)產(chǎn)品的市場競爭力，對于現(xiàn)代拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 綠色設(shè)計(jì)理念和現(xiàn)代拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)

1.1 綠色設(shè)計(jì)理念

綠色設(shè)計(jì)理念是當(dāng)前最熱門的設(shè)計(jì)理念，該理念倡導(dǎo)最大限度地節(jié)省不可再生能源，最大限度地使用自然資源，并利用一些綠色植物來調(diào)整的環(huán)境參數(shù)，利用綠色基調(diào)來調(diào)節(jié)裝修裝飾的色彩氛圍，通過溫度、濕度以及感官等各方面的調(diào)節(jié)，為人們提供一個(gè)生態(tài)環(huán)保的居室環(huán)境。

1.2 生態(tài)設(shè)計(jì)理念

該設(shè)計(jì)方案主要是考慮對生態(tài)環(huán)境的影響，比如使用的油漆需要甲醛含量少的，不使用污染程度高的裝修裝飾材料，最好避免使用一次性材料，多使用可以循環(huán)使用的低碳環(huán)保材料。

1.3 智能設(shè)計(jì)理念

基于綠色設(shè)計(jì)理念，拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)時(shí)可以結(jié)合現(xiàn)代智能化和實(shí)用性的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合心理學(xué)、人體結(jié)構(gòu)學(xué)，使農(nóng)業(yè)設(shè)備外觀和勞動(dòng)作業(yè)者以及拖拉機(jī)作業(yè)環(huán)境相協(xié)調(diào)。如圖1所示：在拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)過程中，可以充分利用綠色設(shè)計(jì)理念，完成拖拉機(jī)的初始化設(shè)計(jì)，然后采用3D渲染技術(shù)，創(chuàng)建拖拉機(jī)作業(yè)環(huán)境，將設(shè)計(jì)好的拖拉機(jī)外觀利用圖像融合技術(shù)融入到作業(yè)環(huán)境中，驗(yàn)證環(huán)境和拖拉機(jī)的和諧統(tǒng)一，為后期拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)修改提供參考。

2 圖像融合技術(shù)與拖拉機(jī)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)

拖拉機(jī)產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)完成后，可以采用圖像融合技術(shù)，將其置于作業(yè)環(huán)境中，以驗(yàn)證其和環(huán)境的協(xié)調(diào)一致性。圖像融合技術(shù)的算法有很多，加權(quán)平均算法是常用的算法之一。該方法采用時(shí)間序數(shù)作為權(quán)數(shù)，將同一目標(biāo)在不同時(shí)間序列的觀測值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取加權(quán)平均值作為融合圖像的像素值，從而得到更加清晰完成的圖像，其計(jì)算公式為

F(m,n)=ω1A(m,n)+ω2B(m,n)

(1)

其中，m=1,2,…,M表示融合圖像的像素的行序列；n=1,2，…，N表示融合圖像的像素的列序列；w表示加權(quán)系數(shù)。加權(quán)平均算法對于多幅圖像的融合處理效果較好，但對于信噪比較高的較少圖像進(jìn)行融合時(shí)，不能夠達(dá)到完美的效果。在圖像數(shù)量較少時(shí)，可以采用INS變換的方法，假設(shè)原始的多光譜源圖像為TM，高空間分辨率圖像為PAN，在TM的3個(gè)波段進(jìn)行賦值后實(shí)行GRB-IHS變換，可以得到分量以及兩個(gè)中間量V1、V2的表達(dá)式為

(2)

其中，V1、V2表示在笛卡爾坐標(biāo)系下的橫軸與縱軸，其亮度I用z軸表示，則色度H和飽和度S的表達(dá)式為

(3)

采用RGB-IHS變換后，可以使圖像在亮度、分辨率方面都有明顯的提高，使融合圖像更加勻稱協(xié)調(diào)。對融合圖像需要進(jìn)行質(zhì)量檢測，以得到最佳的融合效果。目前融合圖像的質(zhì)量評價(jià)主要有4種，包括信息熵、均方根誤差、信噪比及平均梯度。

圖像在進(jìn)行融合過程中，融合前后的圖像信息量會發(fā)生改變，因此可以用信息熵量來衡量圖像融合的質(zhì)量。依據(jù)香農(nóng)準(zhǔn)則，用信息熵可以表示一幅2的n次冪級的圖像，其表達(dá)式為

(4)

其中，Pk表示總的灰度級數(shù)。信息熵的量越大，表示圖像融合后信息含量越多，圖像的效果越好；除了信息熵之外，還有均方根也可以對圖像的融合效果進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)圖像融合的原理，可以根據(jù)融合圖像和標(biāo)準(zhǔn)圖像之間的均方差來表征圖像的融合質(zhì)量，即

(5)

其中，M、N分別表示融合圖像的像素行和列序列，均方根的數(shù)值越小，表示圖像融合的質(zhì)量越好。采用均方根方法對圖像融合質(zhì)量進(jìn)行考察時(shí)，還可以利用信噪比來反映圖像的質(zhì)量。信噪比定義為

(6)

信噪比值越高，說明融合效果越好。圖像的清晰度還可以通過平均梯度來檢測，平均梯度是對融合圖像細(xì)節(jié)的考察，如式(7)所示，即

(7)

其中，f(x,y)表示融合圖像，該數(shù)值越大表示圖像融合效果越好。

圖1 基于綠色設(shè)計(jì)理念的現(xiàn)代化拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)Fig.1 The appearance design for modern tractor based on the concept of green design

如圖2所示，根據(jù)客戶的外觀設(shè)計(jì)需求，可以首先根據(jù)特征信息，對外觀進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，然后利用OpenGL渲染技術(shù)，構(gòu)建三維設(shè)計(jì)場景。將設(shè)計(jì)好外觀的拖拉機(jī)產(chǎn)品，放置于創(chuàng)建的拖拉機(jī)作業(yè)場景中，利用圖像融合技術(shù)對其色彩的協(xié)調(diào)性進(jìn)行驗(yàn)證，通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中存在的問題，并對問題做進(jìn)一步修改，最后得到最佳的設(shè)計(jì)效果。

3 基于綠色設(shè)計(jì)理念的拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證綠色設(shè)計(jì)理念在拖拉機(jī)外觀藝術(shù)設(shè)計(jì)上使用的可行性，本次采用圖片融合和虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)的方法，以實(shí)際作業(yè)的農(nóng)田為例，創(chuàng)設(shè)了如圖3所示的綠色虛擬背景。

本次創(chuàng)設(shè)的虛擬背景包括天空、田地、數(shù)目和農(nóng)作物等，農(nóng)作物主要以綠色農(nóng)作物為主要對象，可以在虛擬創(chuàng)設(shè)環(huán)境中添加任何的作物，如樹木，如圖4所示。

圖2 拖拉機(jī)產(chǎn)品圖像融合和藝術(shù)外觀設(shè)計(jì)框架Fig.2 The image fusion and art design framework of tractor product

圖3 綠色虛擬背景Fig.3 Green virtual background

圖4 虛擬創(chuàng)設(shè)環(huán)境添加樹木Fig.4 Adding trees in virtual creation environment

為了使添加的樹木特征更加明顯，選擇了紅色作為整體顏色。由圖5可以看出，通過情境融合后，樹木和農(nóng)作物互相形成了裝飾作用，同理將拖拉機(jī)加入創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境中。

圖5 添加拖拉機(jī)樣圖Fig.5 Adding sample tractor

利用圖像融合的方法，也可以將拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)圖融合到圖像中，然后根據(jù)綠色設(shè)計(jì)理念搭配拖拉機(jī)的顏色，使拖拉機(jī)的總體顏色既能和綠色的農(nóng)作物與紅色的數(shù)目相協(xié)調(diào)，又能給你人帶來較好的感官體驗(yàn)。

為了使拖拉機(jī)和樹木與農(nóng)作物相搭配，體現(xiàn)綠色協(xié)調(diào)的顏色基調(diào)，將車輪取紅色，車身裝飾為綠色，從外觀上散發(fā)出一種積極向上的綠色氣息，給拖拉機(jī)作業(yè)者營造了一種歡快積極的工作氛圍，如圖6所示。

圖6 綠色設(shè)計(jì)理論中拖拉機(jī)裝飾圖Fig.6 The tractor decoration drawing in green design theory

通過拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率和滿意度測評，得到了如表1所示的結(jié)果。測評結(jié)果表明：采用綠色設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)的拖拉機(jī)外觀不僅可以滿足作業(yè)環(huán)境的和諧一致，提高客戶的感官體驗(yàn)，而且拖拉機(jī)設(shè)計(jì)的效率和滿意度都較高，從而驗(yàn)證了綠色設(shè)計(jì)理念在拖拉機(jī)外觀藝術(shù)設(shè)計(jì)上使用的可行性，為拖拉機(jī)藝術(shù)外觀設(shè)計(jì)又提供了一種新的方法。

表1 滿意度和設(shè)計(jì)效率測評Table 1 The evaluation of satisfaction and design efficiency

4 結(jié)論

為了給拖拉機(jī)的使用過程帶來更多的愉悅感官體驗(yàn)，使農(nóng)業(yè)作業(yè)者獲得更多的成就感，營造積極向上的綠色作業(yè)氛圍，將綠色設(shè)計(jì)理念引入到了拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)過程中，有效地提高了拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平。在設(shè)計(jì)過程中，采用3D渲染技術(shù)創(chuàng)設(shè)了拖拉機(jī)的作業(yè)環(huán)境，并采用圖像融合算法將設(shè)計(jì)好的拖拉機(jī)外觀產(chǎn)品置于虛擬作業(yè)環(huán)境中，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)效果。最后，對該方案的設(shè)計(jì)滿意度與設(shè)計(jì)效率進(jìn)行了測評，測評結(jié)果表明：采用該設(shè)計(jì)方法可以獲得較高的客戶滿意度，且設(shè)計(jì)周期在6周以內(nèi)，設(shè)計(jì)效率較高。采用設(shè)計(jì)理念對拖拉機(jī)外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了拖拉機(jī)外觀設(shè)計(jì)的靈活性，對于現(xiàn)代拖拉機(jī)外觀藝術(shù)設(shè)計(jì)的研究具有重要的借鑒意義。