宋明亮 修安行 張路 李寶軍

關(guān)鍵詞：重型卡車(chē) 品牌家族化 圖像形變技術(shù) 形狀文法 造型設(shè)計(jì)

引言

在現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，概念車(chē)是一種介乎于構(gòu)想和現(xiàn)實(shí)之間的存在，各汽車(chē)品牌通過(guò)概念車(chē)型向人們展示其獨(dú)特性與創(chuàng)新性，代表了設(shè)計(jì)師對(duì)未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)判與思考。然而概念車(chē)通常只處于設(shè)計(jì)探索與開(kāi)發(fā)試制，短時(shí)間無(wú)法轉(zhuǎn)化為量產(chǎn)車(chē)型，在現(xiàn)有車(chē)型與概念車(chē)型之間存在著較長(zhǎng)的產(chǎn)品迭代過(guò)程，可以說(shuō)下一代量產(chǎn)車(chē)型是現(xiàn)有車(chē)型向概念車(chē)型邁出的一小步。在現(xiàn)有車(chē)型向概念車(chē)型發(fā)展迭代的過(guò)程中，為了尋求品牌造型特征的繼承與創(chuàng)新的平衡，體現(xiàn)出整體性和延續(xù)性的產(chǎn)品形象，一般會(huì)使用品牌家族化造型這種具有高度識(shí)別性的外形特征體現(xiàn)代際車(chē)型之間的繼承和延續(xù) [1]。因此如何在保持品牌家族化特征的基礎(chǔ)上尋求現(xiàn)有車(chē)型到概念車(chē)型的最佳融合點(diǎn)，預(yù)測(cè)下一代量產(chǎn)車(chē)型是現(xiàn)階段面臨的主要問(wèn)題。

一、研究綜述

（一）形狀文法

形狀文法（shape Grammar）是現(xiàn)代汽車(chē)品牌家族化造型特征設(shè)計(jì)的常用方法。形狀文法最初發(fā)端于建筑設(shè)計(jì)，1972 麻省理工學(xué)院教授喬治·斯蒂尼（George Stiny），完整描述了形狀文法的概念和結(jié)構(gòu)，奠定了形狀文法的理論基礎(chǔ)。其認(rèn)為形與規(guī)則是構(gòu)成形狀語(yǔ)法的核心，具有強(qiáng)大的形式分解和生成功能，通過(guò)形狀文法，基本形狀依規(guī)則可生成新的形狀，也可以從復(fù)雜的形中抽象還原出基本形狀。形狀文法能很好地傳承家族化特征，使產(chǎn)品原有的設(shè)計(jì)內(nèi)涵在新的時(shí)代環(huán)境下得以保留和發(fā)展，將家族化基因融入到新的產(chǎn)品研發(fā)當(dāng)中，達(dá)到延續(xù)性創(chuàng)新的目的。面向汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，形狀語(yǔ)法被廣泛地應(yīng)用于分析理解和描述不同的風(fēng)格特征，Cagan研究了哈雷摩托造型形狀語(yǔ)法；McCormack，Cagan研究了別克汽車(chē)品 牌造型基因的形狀語(yǔ)法分析。Ducla闡述了BMW寶馬汽車(chē)品牌形狀語(yǔ)法；Arida研究了大眾甲殼蟲(chóng)造型形狀語(yǔ)法；Aqeel A B描述了保時(shí)捷汽車(chē)品牌造型形狀文法。國(guó)內(nèi)學(xué)者盧兆麟、張文泉等人同樣借助形狀文法規(guī)則研究了基于特征線(xiàn)的品牌造型基因特征，并以此對(duì)車(chē)輛品牌造型趨勢(shì)做出符合邏輯的形式預(yù)判[2]。在應(yīng)用形狀文法的過(guò)程中，需要把握形狀規(guī)則應(yīng)用的“度”：變化程度不夠會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品形態(tài)老舊，缺乏新鮮感；變化過(guò)度會(huì)造成產(chǎn)品脫離既有家族化的造型特征，不被消費(fèi)者認(rèn)可[3]。因此需要一種能夠在短時(shí)間內(nèi)生成大量線(xiàn)性迭代方案的方法從中尋求最佳的設(shè)計(jì)方案。

（二）圖像形變技術(shù)

圖像形變技術(shù)是指把一幅數(shù)字圖像以特定的規(guī)則變換成另一幅數(shù)字圖像[4]。圖像形變技術(shù)在影視特技、教育和娛樂(lè)等方面有著廣泛的應(yīng)用，是一種達(dá)到特殊視覺(jué)效果的有效方法[5]。最早進(jìn)行圖像形變技術(shù)研究的先驅(qū)是紐約理工學(xué)院的 Tom Brigham，他最先使用圖像形變技術(shù)將一個(gè)女人圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)獵豹的圖像，實(shí)現(xiàn)了圖像與圖像之間關(guān)鍵幀的變換。圖像形變技術(shù)應(yīng)用的是圖形交叉溶解變形原理，通過(guò)將圖像不斷設(shè)置為不同的透明度，在對(duì)特征點(diǎn)的標(biāo)記的基礎(chǔ)上，逐漸將兩張圖像的特點(diǎn)融合在一起，在源圖像A向目標(biāo)圖像B不斷融合的過(guò)程中會(huì)自動(dòng)生成一系列的新圖像。圖像形變技術(shù)僅可實(shí)現(xiàn)源圖像到目標(biāo)圖像之間的自動(dòng)化推演，但是無(wú)法從無(wú)到有的產(chǎn)生一個(gè)新的獨(dú)立形態(tài)。

綜上所述，結(jié)合形狀文法和圖像形變技術(shù)的各自特點(diǎn)，文章提出利用形狀文法提取家族化特征并生成概念方案，其次凍結(jié)家族化特征，結(jié)合圖像形變技術(shù)自動(dòng)生成現(xiàn)有造型與概念造型之間的連續(xù)迭代方案，實(shí)現(xiàn)在保持家族化造型特征和造型創(chuàng)新的基礎(chǔ)上快速找到現(xiàn)有車(chē)型與概念車(chē)型之間的最佳融合點(diǎn)，為下一代量產(chǎn)車(chē)型的設(shè)計(jì)提供參考，有效解決量產(chǎn)造型和概念造型之間的過(guò)渡融合，提高設(shè)計(jì)效率，縮短研發(fā)周期。

二、研究框架

首先，應(yīng)用形狀文法提取目標(biāo)品牌的家族化特征，并制定目標(biāo)品牌的形狀文法推演規(guī)則；其次，以家族化特征作為形變約束條件，結(jié)合變量影響因素，如競(jìng)品車(chē)型、流行元素等，利用圖像形變軟件Abrosoft Fantamorph來(lái)完成現(xiàn)有車(chē)型與概念車(chē)型之間連續(xù)迭代方案的自動(dòng)生成；最后結(jié)合專(zhuān)家測(cè)評(píng)探索現(xiàn)有車(chē)型與概念車(chē)型在造型上的最佳融合點(diǎn)，具體研究框架見(jiàn)圖1。

三、重卡司機(jī)室前臉造型設(shè)計(jì)實(shí)例分析

（一）家族化造型特征分析與提取

品牌家族化造型特征是延續(xù)品牌生命力的重要設(shè)計(jì)要素，是現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)始終遵循的一種理念。通過(guò)對(duì)品牌造型特征的提取，建立品牌家族化造型基因，能夠?yàn)槠?chē)造型設(shè)計(jì)提供明確的設(shè)計(jì)參考[2]，會(huì)培養(yǎng)起消費(fèi)者對(duì)品牌的認(rèn)同感，這為汽車(chē)企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展和提升品牌競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。家族化造型特征提取是通過(guò)使用形狀文法規(guī)則對(duì)品牌要素以標(biāo)準(zhǔn)化圖形表達(dá)的過(guò)程[6]，這個(gè)過(guò)程需要對(duì)目標(biāo)品牌量產(chǎn)車(chē)型進(jìn)行分析，特別是已經(jīng)在用戶(hù)心中形成視覺(jué)識(shí)別特征的車(chē)型[7]。從這些案例中提取產(chǎn)品的典型特征，即顯性特征分析。車(chē)型收集階段要按照車(chē)型的迭代發(fā)展建立品牌造型數(shù)據(jù)集，并且剔除相似車(chē)型以保證家族化特征提取的準(zhǔn)確性。對(duì)于重卡而言，前臉造型匯聚了汽車(chē)品牌的主要視覺(jué)識(shí)別特征，構(gòu)成了汽車(chē)設(shè)計(jì)風(fēng)格的基調(diào)[8]，是家族化造型的設(shè)計(jì)著力點(diǎn)，因此文章選取重卡前臉造型作為設(shè)計(jì)研究對(duì)象。

德國(guó)MAN（曼恩）發(fā)展歷史較長(zhǎng)，重卡車(chē)型具有明晰的產(chǎn)品迭代過(guò)程。為保證家族化特征提取的準(zhǔn)確性，文章選取了MAN 80年代至今的重卡車(chē)型，剔除相似款車(chē)型共得到7款最具代表性的車(chē)型前臉。使用形狀文法規(guī)則對(duì)前臉的中網(wǎng)、進(jìn)氣格柵、大燈組、霧燈、導(dǎo)風(fēng)槽、前踏板口等部位分別進(jìn)行歸納與提取，建立家族化造型特征集合（圖2），以此為基礎(chǔ)歸納出該品牌的家族化造型演變規(guī)則（圖3）。 以中網(wǎng)為例，曼恩的四邊形上邊緣帶有矩形缺口的中網(wǎng)造型最初出現(xiàn)在1986年推出的F90車(chē)型上，這個(gè)分形特征貫穿了曼恩的所有重卡車(chē)型，時(shí)間跨度較長(zhǎng)，造型表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定，其造型特征在相同的概念語(yǔ)義下表現(xiàn)為“變”中有不變的視覺(jué)模式[1]。通過(guò)對(duì)車(chē)型縱向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)，中網(wǎng)的造型規(guī)律是呈現(xiàn)出由上下寬度一致的圓角矩形變?yōu)樯蠈捪抡牡固菪?，并且上部邊緣線(xiàn)有朝曲線(xiàn)發(fā)展的趨勢(shì)。

（二）概念車(chē)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.變量元素文法規(guī)則的制定

車(chē)輛的造型設(shè)計(jì)是一個(gè)受到復(fù)雜多因素影響的設(shè)計(jì)過(guò)程，在新的車(chē)型設(shè)計(jì)研發(fā)時(shí)，企業(yè)會(huì)根據(jù)公司策略、產(chǎn)品定位、品牌戰(zhàn)略等通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研提出設(shè)計(jì)規(guī)范[9]。其造型變化除保持品牌獨(dú)有的家族化造型特征基礎(chǔ)上，會(huì)受到相關(guān)外在因素的影響，形成變量影響因素，諸如新技術(shù)對(duì)造型的影響、競(jìng)品造型、流行元素、文化元素等。整合形成新的文法規(guī)則。當(dāng)前汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域越來(lái)越注重對(duì)民族傳統(tǒng)元素的提煉與運(yùn)用，國(guó)潮風(fēng)格的回歸是民族文化自信的體現(xiàn)，既是文化元素也是流行元素。文章選取中國(guó)古代石獅子形象為設(shè)計(jì)靈感來(lái)源，石獅子中所蘊(yùn)含的線(xiàn)條以及動(dòng)態(tài)美感是傳統(tǒng)審美的一種代表，將其形態(tài)特征融入到MAN的品牌造型中也更加符合中國(guó)市場(chǎng)的審美需求。另一方面MAN被譽(yù)為德國(guó)雄獅，在品牌標(biāo)志上也有獅子的形象出現(xiàn)，選擇石獅子作為造型意象符合該品牌的精神內(nèi)核。應(yīng)用形狀文法對(duì)石獅子的眉毛、眼睛、鼻子、嘴進(jìn)行分析提取特征線(xiàn)，并標(biāo)定文法規(guī)則（圖4）。

2.新文法規(guī)則的整合

根據(jù)湖南大學(xué)學(xué)者楊濤[10]提出的基于形狀文法的汽車(chē)前臉造型意向重組方法，將MAN的形狀文法規(guī)則與總結(jié)出對(duì)應(yīng)的變量形狀文法規(guī)則相互融合重組得到新的形狀文法規(guī)則，大燈組的形狀文法規(guī)則與獅子眼部的形狀文法規(guī)則進(jìn)行重新組合（圖5），重新組合后的規(guī)則兼具家族化特征和石獅子的形態(tài)。既符合家族化的造型特征又具有新的造型特點(diǎn)，達(dá)到了延續(xù)性創(chuàng)新的目的。根據(jù)圖中的演變過(guò)程，將前臉其他部位的文法規(guī)則與對(duì)應(yīng)的變量規(guī)則一一進(jìn)行重新組合可以得到新的文法規(guī)則。

3.概念車(chē)型的生成

根據(jù)形狀文法理論，將重組得到的新文法規(guī)則應(yīng)用在提取出來(lái)的家族化造型特征上可以得到前臉造型各部位的新方案。以大燈組為例，推演過(guò)程從最初出現(xiàn)矩形大燈開(kāi)始，按照MAN的品牌規(guī)則和新的重組規(guī)則執(zhí)行，即可得到新的造型方案。將前期提取出的其他家族化造型特征按照相同方法推演即可。最后將推演出的各個(gè)部位新的造型方案進(jìn)行造型重組既可得到概念車(chē)型。概念車(chē)型是在MAN-TGX系列重卡XXL駕駛室的車(chē)體標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)前文制訂形狀文法推演出來(lái)的。在此基礎(chǔ)之上，最終利用PS進(jìn)行二維效果圖渲染（圖6）。石獅子的神韻集中的體現(xiàn)在一雙圓睜的怒眼和張開(kāi)的血盆大口上。因此通過(guò)執(zhí)行新的文法規(guī)則，大燈融合了獅眼的造型特征向上揚(yáng)起，前踏板口由梯形變?yōu)樾嗡剖{嘴巴的倒梯形。概念車(chē)型整體造型上保持了MAN的“V”字形前臉布局特征，設(shè)計(jì)中融合了石獅子的造型意象，因此在視覺(jué)上給人帶來(lái)了一種不怒自威的感覺(jué)。

（三）基于圖像形變技術(shù)的家族化造型迭代生成

概念車(chē)型是設(shè)計(jì)師對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的理想化超前設(shè)計(jì)，能夠體現(xiàn)出未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，但是在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法做到量產(chǎn)。在量產(chǎn)車(chē)型與概念車(chē)型之間有著較長(zhǎng)的產(chǎn)品迭代過(guò)程，因此將圖像形變技術(shù)與形狀文法相結(jié)合引入到設(shè)計(jì)過(guò)程中，快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)車(chē)型到概念車(chē)型的推演與生成，尋求量產(chǎn)車(chē)型與概念車(chē)型之間的最佳融合點(diǎn)。根據(jù)圖像形變?cè)碓趫?zhí)行家族化造型推演時(shí)需要兩張圖，分別是家族化造型推演的源圖像和目標(biāo)圖像。源圖像是現(xiàn)有產(chǎn)品原型既家族化造型推演的起點(diǎn)，目標(biāo)圖像是設(shè)計(jì)出的概念車(chē)型既家族化造型推演的終點(diǎn)。首先需要挑選出最新的量產(chǎn)車(chē)型A作為造型推演的源圖像，依據(jù)形狀文法和變量因素設(shè)計(jì)出來(lái)的概念車(chē)型B作為家族化造型推演的目標(biāo)圖像。在具體執(zhí)行推演過(guò)程時(shí)，需要對(duì)外輪廓和關(guān)鍵特征進(jìn)行約束，也就是對(duì)根據(jù)形狀文法提取出來(lái)的家族化造型特征進(jìn)行約束。這些關(guān)鍵特征作為車(chē)輛造型的顯性遺傳特征在推演的過(guò)程中是被鎖定保持不變的，這樣才能使最終推演出的方案符合家族化的造型特征。在品牌重卡司機(jī)室前臉造型數(shù)據(jù)集中，通過(guò)對(duì)各車(chē)型前臉造型的梳理最終選擇造型相對(duì)穩(wěn)定的TGX 18.510作為圖像形變的源圖像，選取前文生成的概念造型作為圖像形變的目標(biāo)圖像，利用Abrosoft FantaMorph軟件來(lái)完成既有車(chē)型到概念車(chē)型的造型推演。重卡前臉的造型自動(dòng)化推演過(guò)程，是在家族化造型特征提取的基礎(chǔ)之上對(duì)既有車(chē)型和概念車(chē)型之間對(duì)應(yīng)的家族化造型特征進(jìn)行約束，利用圖像形變技術(shù)快速得到既有車(chē)型至概念車(chē)型的一個(gè)漸變的圖像序列。

圖像形變技術(shù)中主要難點(diǎn)在于三角形的仿射變換。在圖形學(xué)中，經(jīng)常要進(jìn)行三角形之間的變換操作，即將一個(gè)三角形轉(zhuǎn)換到另一個(gè)三角形中。三角形是相鄰特征點(diǎn)之間連線(xiàn)構(gòu)成的，三角形的形態(tài)決定了特征點(diǎn)的位置。因此在執(zhí)行形變過(guò)程中要對(duì)源圖像和目標(biāo)圖像的整體輪廓以及相對(duì)應(yīng)的家族化特征分別進(jìn)行形態(tài)約束。源圖像與目標(biāo)圖像間的特征點(diǎn)對(duì)齊對(duì)于形變推演的最終效果影響很大，為了得到可以用于設(shè)計(jì)指導(dǎo)的圖像，首先要建立兩幅圖像之間的位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，源圖像中的每一個(gè)特征點(diǎn)在目標(biāo)圖像中都能找到并且位置一一對(duì)應(yīng)。最后分別在源圖像和目標(biāo)圖像家族化造型特征的位置上選取關(guān)鍵的特征點(diǎn)，用特征線(xiàn)進(jìn)行連接形成封閉圖形。在變動(dòng)較大的部位，需要添加大量的形態(tài)約束點(diǎn)以保證形變圖形輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性（圖7）。

最后設(shè)置輸出幀數(shù)為24幀，選擇靜態(tài)圖像輸出，共計(jì)生成靜態(tài)圖像24幅，用時(shí)4.38秒。圖8為靜態(tài)圖像輸出結(jié)果。圖中的第一個(gè)圖像和最后一個(gè)圖像分別是源圖像和目標(biāo)圖像，中間的圖像為自動(dòng)生成的形變迭代推演圖像，圖中2-23為形變過(guò)程中的關(guān)鍵幀，關(guān)鍵幀圖像描述了上述造型迭代的全過(guò)程，為最終設(shè)計(jì)方案的選擇提供了參考設(shè)計(jì)域。

四、造型方案的可用性評(píng)價(jià)

為探尋現(xiàn)有車(chē)型與概念車(chē)型的最佳融合點(diǎn)，達(dá)到保持家族化造型特征與創(chuàng)新性的平衡得出最佳的造型方案的目的，需要邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人士對(duì)圖像形變推演所產(chǎn)生的24款造型方案進(jìn)行專(zhuān)家測(cè)評(píng)。本次選取汽車(chē)設(shè)計(jì)公司相關(guān)從業(yè)者和汽車(chē)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)師生作為專(zhuān)家進(jìn)行可用性評(píng)價(jià)。評(píng)估共邀請(qǐng)到了40名汽車(chē)設(shè)計(jì)相關(guān)人員參與評(píng)價(jià)，其中一線(xiàn)車(chē)廠外造型設(shè)計(jì)師3人（線(xiàn)上評(píng)估），汽車(chē)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)教師9人，工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)學(xué)生28人。將24款造型方案平均分成四組，每組6款方案，每個(gè)人只能選取一個(gè)最佳造型方案，方案的評(píng)估是從家族化特征的繼承性和造型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性?xún)蓚€(gè)方面展開(kāi)的。評(píng)估人員需要根據(jù)自己的判斷選擇出源圖像（方案編號(hào)1）與目標(biāo)圖像（方案編號(hào)24）之間的最佳造型方案。最終評(píng)選結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出A、B組的選擇人數(shù)都較少，原因是這兩組方案都處于造型迭代的初始階段，雖然很好地繼承了家族化的造型特征但是在造型創(chuàng)新性上變化不大。C組處于造型迭代的中期階段，在繼承家族化造型特征的基礎(chǔ)上創(chuàng)新性的造型意向開(kāi)始逐漸變得明顯。D組位于造型迭代的末尾階段，這個(gè)階段整體接近概念造型，因此在造型上會(huì)顯得過(guò)于激進(jìn)。從評(píng)估結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)方案的選擇集中在了C組，其中選擇18號(hào)方案的人數(shù)最多，為7人。18號(hào)方案（圖9）在前臉的整體造型設(shè)計(jì)上，保留了MAN的“V”字形劃分，前踏板口、中網(wǎng)和大燈組分別融合了石獅子嘴部、鼻子和眼睛的造型意象，在造型上帶來(lái)了一定的新鮮感，但是在造型變化程度上，沒(méi)有過(guò)于激進(jìn)脫離原有的品牌家族化特征形象，具有良好的品牌特征識(shí)別性。最終方案處于連續(xù)迭代序列的中間值偏右一點(diǎn)，既承襲了現(xiàn)有造型的特點(diǎn)，又兼具概念造型的變化，其評(píng)選結(jié)果側(cè)面體現(xiàn)出本土中庸文化內(nèi)核。

結(jié)語(yǔ)

以重卡司機(jī)室前臉品牌家族化造型設(shè)計(jì)為例，將形狀文法與圖像形變技術(shù)相結(jié)合，所生成的連續(xù)的線(xiàn)性迭代方案，能夠?yàn)橄乱淮慨a(chǎn)車(chē)型的造型評(píng)估提供連續(xù)的可視化方案，能夠快速探尋現(xiàn)有車(chē)型與量產(chǎn)車(chē)型之間的最佳設(shè)計(jì)融合點(diǎn)，有效解決量產(chǎn)造型和概念造型之間的過(guò)渡融合，同時(shí)其自動(dòng)化生成技術(shù)可以提高設(shè)計(jì)效率。此方法對(duì)于面向品牌家族化特征的其他類(lèi)別產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)均具有一定的啟發(fā)意義。但是重型卡車(chē)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，文中只考慮了正面前臉造型一個(gè)維度，進(jìn)行整車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮車(chē)輛前臉與車(chē)身側(cè)圍等部分的造型一致性，在進(jìn)行家族化特征的提取以及文法規(guī)則制定時(shí)保持整體的統(tǒng)一性。