談　衛(wèi)　孫有朝　徐爭(zhēng)前　郭云東

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院　南京　211106)

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基于視覺(jué)意象的飛機(jī)座艙內(nèi)塑料材質(zhì)設(shè)計(jì)方法研究*

談衛(wèi)孫有朝徐爭(zhēng)前郭云東

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京211106)

為增加飛行員駕駛時(shí)的視覺(jué)舒適性,根據(jù)感性工程學(xué)的設(shè)計(jì)流程提出了基于視覺(jué)意象的飛機(jī)座艙內(nèi)塑料材質(zhì)設(shè)計(jì)方法。首先,選取擬采用的材質(zhì),利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)法渲染生成材質(zhì)樣本;其次,收集描述視覺(jué)意象的意象詞匯,設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷,以勾選頻率為指標(biāo)對(duì)意象詞匯進(jìn)行初步篩選;再次,利用多元尺度法及階層聚類(lèi)確定出代表性的意象詞匯;然后利用語(yǔ)義差分法量化代表性視覺(jué)意象詞匯與材質(zhì)視覺(jué)意象的符合程度;最后構(gòu)建材質(zhì)的渲染參數(shù)與材料質(zhì)感視覺(jué)意象的關(guān)聯(lián)模型,并進(jìn)行泛化能力檢驗(yàn),最終基于該模型進(jìn)行材質(zhì)設(shè)計(jì)。以不透明塑料材質(zhì)為例對(duì)座艙左右操縱臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì),說(shuō)明了方法的可行性與適用性。為座艙內(nèi)部裝飾設(shè)計(jì)提供參考。

視覺(jué)意象; 飛機(jī)座艙; 材質(zhì)設(shè)計(jì); 感性工程學(xué); 虛擬現(xiàn)實(shí); BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

Class NumberV37

1　引言

飛機(jī)座艙是人機(jī)交互節(jié)點(diǎn),是航空工效領(lǐng)域研究的重要對(duì)象。座艙內(nèi)部裝飾設(shè)計(jì)的優(yōu)劣影響著飛行體驗(yàn)。

環(huán)境心理學(xué)[1]的研究表明,人對(duì)不同環(huán)境的心理和生理感受是不同的,環(huán)境中的色彩、造型、材質(zhì)等因素會(huì)影響環(huán)境中的人,故而飛機(jī)座艙中采用不同的材質(zhì)會(huì)對(duì)飛行員執(zhí)行飛行任務(wù)造成影響。良好的座艙內(nèi)飾設(shè)計(jì)能夠增加飛行員的感受,提供工作效率。

目前在座艙內(nèi)部裝飾的材質(zhì)設(shè)計(jì)中主要關(guān)注材質(zhì)的結(jié)構(gòu)(剛度、強(qiáng)度)、安全(阻燃、煙霧、毒性)、性能(堅(jiān)固、耐磨、耐潮濕、耐污染、耐老化、不易褪色)的特征[2],并沒(méi)有考慮材質(zhì)本身的質(zhì)感對(duì)用戶(hù)視覺(jué)舒適性的影響。目前座艙中多采用金屬材質(zhì)作為裝飾材料,但相比金屬塑料材質(zhì)具有易成型、質(zhì)輕及比強(qiáng)度高、易著色、耐腐蝕、絕緣的特點(diǎn)[3]。得益于科技的發(fā)展,塑料[4]越來(lái)越多的被用于座艙內(nèi)部裝飾設(shè)計(jì),甚至是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

感性工程學(xué)是一種用戶(hù)導(dǎo)向技術(shù),以工程學(xué)的方法分析用戶(hù)的感性,并將用戶(hù)模糊不清的感性需求及意象進(jìn)行量化,再找出感性量與物理量之間的關(guān)系,最終服務(wù)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

感性工程學(xué)廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域,如孫凌云等[5]利用感性工程學(xué)構(gòu)建了材料質(zhì)感意向模型;孔琳琳等[6]利用感性工程學(xué)進(jìn)行汽車(chē)座椅的視覺(jué)舒適性設(shè)計(jì);韓挺等[7]結(jié)合感性工程學(xué)構(gòu)建了基于特征匹配的產(chǎn)品意象認(rèn)知模型并應(yīng)用于汽車(chē)草圖設(shè)計(jì);王黎靜等[8]提出了一種基于感性工程學(xué)的駕駛艙內(nèi)飾感性評(píng)價(jià)方法,將感性工程學(xué)應(yīng)用于飛機(jī)座艙的內(nèi)飾評(píng)價(jià)。

為提高飛機(jī)座艙內(nèi)飾的視覺(jué)舒適性,本文以塑料材質(zhì)為研究對(duì)象,提出基于視覺(jué)意象的飛機(jī)座艙內(nèi)飾塑料材質(zhì)設(shè)計(jì)方法,為飛機(jī)座艙內(nèi)部裝飾設(shè)計(jì)提供參考。

2　感性工程學(xué)分析

2.1感性工程學(xué)的定義分析

感性工程學(xué)(Kansei Engineering)是由日本學(xué)者Nagamachi于20世紀(jì)70 年代提出的,是以消費(fèi)者導(dǎo)向設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù),不同的機(jī)構(gòu)或者學(xué)者對(duì)它有著不同的定義,如日本材料工學(xué)研究聯(lián)絡(luò)委員會(huì)所作的定義為：感性工程學(xué)是解析感性,有效地結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù),在產(chǎn)品眾多特性中體現(xiàn)感性的因素;廣島大學(xué)教授長(zhǎng)町三生[9]所作的定義為：感性工程學(xué)是一種以用戶(hù)為導(dǎo)向的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù),一種將用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品所產(chǎn)生的感覺(jué)或意象予以轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要素的技術(shù);我國(guó)黃崇彬教授[10]的所作的定義為：感性工程學(xué)就是以工學(xué)的手法,將人們各種感性因素定量化,再找出該感性量和工學(xué)中相關(guān)物理量的聯(lián)系,建立關(guān)聯(lián)關(guān)系,作為工程發(fā)展的基礎(chǔ)。綜上,感性工程學(xué)是一種用戶(hù)導(dǎo)向技術(shù),以工程學(xué)的方法分析用戶(hù)的感性,并將用戶(hù)模糊不清的感性需求及意象進(jìn)行量化,再找出感性量與物理量之間的關(guān)系,最終服務(wù)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。感性工程學(xué)的定義如圖1所示。

圖1　感性工程學(xué)定義

2.2感性工程學(xué)的設(shè)計(jì)流程分析

感性工程學(xué)是一種將用戶(hù)感受應(yīng)用于設(shè)計(jì)的方法,能夠建立設(shè)計(jì)要素與用戶(hù)感受的關(guān)聯(lián)關(guān)系。感性工程學(xué)的一般流程：明確設(shè)計(jì)目標(biāo),在明確設(shè)計(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上,收集描述待設(shè)計(jì)產(chǎn)品的感性意象詞匯和產(chǎn)品樣本,篩選獲得代表性感性意象詞匯,確定待設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要素,構(gòu)建典型的產(chǎn)品樣本,獲取典型樣本的感性詞匯評(píng)價(jià)值,構(gòu)建感性詞匯評(píng)價(jià)值與設(shè)計(jì)元素的關(guān)系模型,將關(guān)系模型應(yīng)用于工程,完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。感性工程學(xué)的設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2　感性工程學(xué)的設(shè)計(jì)流程

3　設(shè)計(jì)方法研究

3.1代表性材質(zhì)樣本獲取

塑料材質(zhì)從視覺(jué)質(zhì)感的角度可分為不透明塑料、雜點(diǎn)塑料、透明塑料,不同視覺(jué)質(zhì)感的塑料可用于不同的裝飾部位。

采用真實(shí)塑料進(jìn)行視覺(jué)質(zhì)感的研究具有耗時(shí)長(zhǎng)、成本高的缺點(diǎn),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠解決上述問(wèn)題,為快速獲取塑料的視覺(jué)質(zhì)感,采用操作簡(jiǎn)單且效果優(yōu)異的KeyShot軟件生成材質(zhì)樣本。

塑料的不同視覺(jué)質(zhì)感都可以通過(guò)設(shè)置材質(zhì)的渲染參數(shù)經(jīng)渲染后得出。與KeyShot適配的材質(zhì)庫(kù)中塑料材質(zhì)的視覺(jué)質(zhì)感由漫反射、漫反射傳播、鏡面反射、鏡面反射傳播、粗糙度、折射率這六個(gè)參數(shù)構(gòu)成。

塑料材質(zhì)質(zhì)感的渲染參數(shù)由范圍值和固定值構(gòu)成,如不透明塑料視覺(jué)質(zhì)感的渲染參數(shù)的值如表1所示。在研究某一塑料的視覺(jué)質(zhì)感舒適性問(wèn)題時(shí),其渲染參數(shù)值的區(qū)域較寬,若直接構(gòu)造樣本則工作量較大、不可操作,且大部分樣本由于渲染參數(shù)的值差異小導(dǎo)致樣本的質(zhì)感區(qū)分度不大。

表1　KeyShot中不透明塑料渲染參數(shù)范圍

正交試驗(yàn)法[11]是研究多因素多水平的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),這些有代表性的點(diǎn)具備“均勻分散,齊整可比”的特點(diǎn),是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法?？衫谜辉囼?yàn)法構(gòu)造樣本空間,獲取代表性塑料視覺(jué)質(zhì)感的樣本。

3.2代表性視覺(jué)意象詞匯獲取

材質(zhì)質(zhì)感的視覺(jué)意象模糊且感性,只能通過(guò)描述的方式去表達(dá),為此收集描述材質(zhì)質(zhì)感的視覺(jué)意象詞匯,通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)理論篩選能夠描述該視覺(jué)質(zhì)感的代表性意象詞匯。

描述材質(zhì)質(zhì)感的視覺(jué)意象詞匯可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、雜志、訪談、論文等渠道收集。收集到的視覺(jué)意象詞匯是描述材質(zhì)質(zhì)感的總和,并不針對(duì)具體塑料材質(zhì),為此設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷以勾選頻率為指標(biāo)篩選能夠描述具體塑料質(zhì)感的視覺(jué)意象詞匯。勾選頻率指標(biāo)采用心理學(xué)統(tǒng)計(jì)理論[12]中常用的小概率事件的標(biāo)準(zhǔn)即5%。

經(jīng)過(guò)調(diào)查問(wèn)卷篩選過(guò)的視覺(jué)意象詞匯是針對(duì)某一具體材質(zhì)的質(zhì)感,但剩余的詞匯可能會(huì)存在語(yǔ)義相似度過(guò)高的情況。為獲得高典型性和互斥性的視覺(jué)意象詞匯,可采用多維尺度法結(jié)合階層聚類(lèi)法進(jìn)行代表性視覺(jué)意象詞匯的獲取,利用判別分析法對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3材質(zhì)質(zhì)感的視覺(jué)特性量化

在獲取代表性塑料材質(zhì)樣本和描述材質(zhì)的視覺(jué)意象后,需要將材質(zhì)的質(zhì)感進(jìn)行量化。語(yǔ)義差分法(SD法)常用于感覺(jué)特性的量化,具有操作簡(jiǎn)單、效果直接的特點(diǎn)。本部分通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷獲取代表性材質(zhì)樣本的質(zhì)感與代表性視覺(jué)意象詞匯的符合程度。

為保證結(jié)果的信度且便于后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析,符合程度的等級(jí)分為五級(jí),采用5級(jí)李克特量表的形式進(jìn)行采集。

3.4視覺(jué)意象與渲染參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型構(gòu)建

通過(guò)量化材質(zhì)質(zhì)感的視覺(jué)特性后,能夠獲得材質(zhì)質(zhì)感與視覺(jué)意象詞匯的符合程度值,按照感性工程學(xué)的一般流程,此時(shí)需要構(gòu)建材質(zhì)渲染參數(shù)與各視覺(jué)意象詞匯符合程度間的關(guān)系。

在構(gòu)建材質(zhì)渲染參數(shù)與視覺(jué)意象詞匯符合程度間的關(guān)系時(shí)應(yīng)先進(jìn)行線性相關(guān)的驗(yàn)證,若具有線性關(guān)系則構(gòu)建線性關(guān)聯(lián)模型,若不存在明顯的線性關(guān)系則構(gòu)建非線性關(guān)聯(lián)模型。構(gòu)建關(guān)聯(lián)模型后應(yīng)該進(jìn)行模型泛化能力的驗(yàn)證,由于主要用于材質(zhì)質(zhì)感的設(shè)計(jì),還需要進(jìn)行主觀趨勢(shì)的驗(yàn)證。

采用皮爾遜系數(shù)[13]進(jìn)行線性相關(guān)驗(yàn)證,若存在線性相關(guān)的關(guān)系則關(guān)聯(lián)模型采用線性回歸分析方法,若不存在線性相關(guān)關(guān)系則采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行視覺(jué)意象與渲染參數(shù)關(guān)聯(lián)模型的構(gòu)建。

4　驗(yàn)證實(shí)例

以座艙左右操縱臺(tái)為對(duì)象,采用上述設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì),以此來(lái)說(shuō)明方法的可行性和合理性。

4.1總體思路

以座艙的左右操縱臺(tái)為設(shè)計(jì)對(duì)象不僅需要考慮視覺(jué)質(zhì)感的問(wèn)題還需要考慮座艙內(nèi)眩光問(wèn)題,故而只能選取不透明塑料進(jìn)行座艙左右操縱臺(tái)的設(shè)計(jì)。

根據(jù)設(shè)計(jì)方法,結(jié)合具體對(duì)象,可以得出如圖3所示的設(shè)計(jì)流程。

4.2代表性材質(zhì)樣本獲取

如表2所示,不透明塑料材質(zhì)的可變渲染參數(shù)為漫反射、粗糙度、折射率,其中漫反射參數(shù)的范圍為0～255,粗糙度參數(shù)的范圍為0～2,折射率參數(shù)的范圍為1.4～1.6。故而,正交實(shí)驗(yàn)中的因素個(gè)數(shù)為3,因素水平先確定大概范圍再根據(jù)實(shí)際渲染樣本的區(qū)分度確定,本實(shí)例中因素水平定為5,試驗(yàn)次數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定,本實(shí)例中確定的試驗(yàn)次數(shù)為25。因此本實(shí)例中確定的正交符號(hào)為L(zhǎng)25(53)。構(gòu)建如表2所示正交計(jì)劃表。

圖3　實(shí)例流程

試驗(yàn)號(hào)列號(hào)試驗(yàn)號(hào)列號(hào)ABCABC1510.41.44141531.61.442510.81.48151532.01.483511.21.52162040.41.564511.61.56172040.81.65512.01.6182041.21.4461020.41.48192041.61.4871020.81.52202042.01.5281021.21.56212550.41.691021.61.6222550.81.44101022.01.44232551.21.48111530.41.52242551.61.52121530.81.56252552.01.56131531.21.6

這里僅研究不透明塑料的視覺(jué)質(zhì)感,故應(yīng)確定不透明塑料的色彩及座艙光環(huán)境,以排除色彩及光環(huán)境對(duì)不透明塑料的視覺(jué)質(zhì)感的影響。座艙色彩根據(jù)GJB 1192-91《軍用飛機(jī)內(nèi)部顏色要求》[14]確定樣本的表面色,表面色選擇灰色(B03);采用CIE提出的天空亮度模型[15]確定座艙內(nèi)光環(huán)境的亮度。確定樣本表面色及環(huán)境亮度后進(jìn)行代表性不透明塑料材質(zhì)樣本的渲染,渲染后的樣本(部分)如圖4所示。

圖4　不透明塑料材質(zhì)樣本(部分)

4.3代表性視覺(jué)意象詞匯獲取

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、雜志、訪談、論文的渠道獲取描述材質(zhì)質(zhì)感的意象詞匯共150個(gè)并對(duì)每個(gè)意象詞匯進(jìn)行編號(hào),設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷發(fā)放給調(diào)查對(duì)象,要求勾選能夠描述塑料尤其是不透明塑料的意象詞匯。統(tǒng)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷,分析各個(gè)意象詞匯的勾線頻率并進(jìn)行降序排列,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

圖5　勾選頻率分析

通過(guò)降序排列去除勾線頻率小于5%的視覺(jué)意象詞匯還剩余54個(gè)詞匯,設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷發(fā)放給調(diào)查對(duì)象,要求調(diào)查對(duì)象將語(yǔ)義相近的詞進(jìn)行歸類(lèi),統(tǒng)計(jì)每?jī)蓚€(gè)詞匯被分到一起的次數(shù),構(gòu)成一個(gè)54*54的相似矩陣。利用SPSS[16]軟件對(duì)矩陣進(jìn)行二到六維的多維尺度展開(kāi),發(fā)現(xiàn)在第六維展開(kāi)時(shí)擬合劣度指標(biāo)和擬合優(yōu)度指標(biāo)均表現(xiàn)較好。在進(jìn)行六維展開(kāi)后,以六維空間的分布為特征量,利用SPSS中的系統(tǒng)聚類(lèi)功能進(jìn)行指定聚類(lèi)系數(shù)的聚類(lèi)分析,發(fā)現(xiàn)在第59步時(shí)發(fā)生突變,結(jié)合聚類(lèi)樹(shù)狀圖可以發(fā)現(xiàn)將54個(gè)意象詞匯分為5組較為合適。得到組數(shù)后就可以進(jìn)行指定群數(shù)為5的系統(tǒng)聚類(lèi),并利用判別分析法對(duì)結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證,可得到各組感性意象詞匯的樣本分布。各組感性意象詞匯的樣本分布如圖6所示。

圖6　各組感性意象詞匯的樣本分布

通過(guò)感性意象詞匯的樣本分布就可以選取各組中離組質(zhì)心最近的樣本,最終可以確定出本實(shí)例中描述座艙環(huán)境下不透明塑料的視覺(jué)意象詞匯。確定的詞匯分別為：堅(jiān)固的、簡(jiǎn)約的、精致的、實(shí)用的、安全的。

4.4不透明塑料材質(zhì)的視覺(jué)特性量化

本部分利用語(yǔ)義差分法結(jié)合調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行不透明塑料的視覺(jué)特性量化,調(diào)查問(wèn)卷及填寫(xiě)示例如圖7所示。

圖7　視覺(jué)特征量化的調(diào)查問(wèn)卷及填寫(xiě)示例

對(duì)各不透明塑料樣本的符合程度值進(jìn)行平均,得到代表性不透明塑料樣本與代表性視覺(jué)意象詞匯的符合程度主觀評(píng)價(jià)表。

4.5視覺(jué)意象與渲染參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型構(gòu)建

利用皮爾遜系數(shù)及t檢驗(yàn)判斷渲染參數(shù)與符合程度間的線性關(guān)系,若t檢驗(yàn)的值小于0.01則兩個(gè)變量呈顯著線性相關(guān)。經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)本實(shí)例中渲染參數(shù)與意象詞匯符合程度間不具有顯性的線性相關(guān)性,故而采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建兩者間的關(guān)聯(lián)模型。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種構(gòu)建非線性關(guān)系的工具,是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò),雖然有收斂速度慢、學(xué)習(xí)和記憶不穩(wěn)定的缺陷,但仍然是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在基于感性工程學(xué)的設(shè)計(jì)中被廣泛采用,故采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建兩者間的關(guān)聯(lián)模型。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層和輸出層,本實(shí)例中的輸入層為渲染參數(shù)的值,輸入層的神經(jīng)元的個(gè)數(shù)3,分別為漫反射、粗糙度、折射率的值,輸出層為不透明塑料樣本與意象詞匯的符合程度,輸出層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)為5個(gè),分別為符合程度的值。

通過(guò)試訓(xùn)練以訓(xùn)練成功次數(shù)、平均耗時(shí)為指標(biāo)確定第一層激活函數(shù),第一層激活函數(shù)為tan-sigmoid。本實(shí)例中需要輸出的值域?yàn)閇1～5],故而需要對(duì)輸出值進(jìn)行反歸一化,所以第二層的傳遞函數(shù)采用線性傳遞函數(shù)purelin函數(shù)。

由于輸入層的3個(gè)神經(jīng)元的量綱不同,采用歸一化函數(shù)使輸入數(shù)據(jù)映射到[-1,1]。通過(guò)試訓(xùn)練的方式以成功次數(shù)、平均訓(xùn)練誤差、穩(wěn)定性、訓(xùn)練時(shí)間為指標(biāo)確定trainlm為訓(xùn)練函數(shù),采用可變速率算法[18](VLBP)控制學(xué)習(xí)率,設(shè)定誤差目標(biāo)為10-4,通過(guò)Matlab[19]自帶的NNTOOL命令打開(kāi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進(jìn)行,將20個(gè)樣本用于訓(xùn)練,5個(gè)樣本用于泛化能力驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)在171步時(shí)達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo),利用模型對(duì)剩余5個(gè)樣本進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)最大偏差率為14.438%,平均偏差為5.674%,該模型基本滿(mǎn)足精度需求。圖8為模型網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練收斂曲線。

圖8　網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練收斂曲線

圖9　座艙仿真三維模型

利用3ds MAX[20]軟件構(gòu)建座艙三維模型并導(dǎo)入KeyShot[21],設(shè)置材質(zhì)的渲染參數(shù)及背景環(huán)境,進(jìn)行主觀趨勢(shì)驗(yàn)證,結(jié)果表明構(gòu)建的關(guān)聯(lián)模型能夠反映主觀趨勢(shì)的變化。用于趨勢(shì)驗(yàn)證的座艙仿真三維模型如圖9所示。

在上述工作后就可以利用構(gòu)建的模型進(jìn)行工程應(yīng)用,如設(shè)置渲染參數(shù)203,1.8,1.45,則可以得出視覺(jué)意象詞匯的評(píng)價(jià)值(2.0284,3.6756,2.2579,3.0174,2.4531)。

4.6討論

本實(shí)例在實(shí)施過(guò)程中的調(diào)查對(duì)象中部分為學(xué)生部分是飛行員,所以構(gòu)建的模型主要用于方法驗(yàn)證。若將該方法用于實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì),必須以實(shí)際用戶(hù)為研究對(duì)象進(jìn)行研究,按照方法的流程開(kāi)展工作,否則會(huì)出現(xiàn)偏差。

5　結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前座艙內(nèi)飾的材料設(shè)計(jì)中忽略視覺(jué)意象的問(wèn)題,結(jié)合感性工程學(xué)的設(shè)計(jì)流程,提出了基于視覺(jué)意象的座艙內(nèi)塑料材質(zhì)設(shè)計(jì)方法,構(gòu)建材質(zhì)質(zhì)感與視覺(jué)意象詞匯間的關(guān)聯(lián)模型,為座艙內(nèi)部裝飾設(shè)計(jì)提供參考。

以飛機(jī)座艙左右操縱臺(tái)的材質(zhì)設(shè)計(jì)為例,獲得了不透明塑料的渲染參數(shù)與視覺(jué)意象詞匯符合程度間的關(guān)聯(lián)模型。數(shù)據(jù)顯示該模型的誤差滿(mǎn)足工程應(yīng)用,且主觀趨勢(shì)一致,說(shuō)明了方法的可行性和適用性。

使用該方法能夠很好地將用戶(hù)的感性需求融入到座艙內(nèi)部裝飾的設(shè)計(jì)過(guò)程中,縮短設(shè)計(jì)周期,減少設(shè)計(jì)費(fèi)用,降低產(chǎn)品失敗風(fēng)險(xiǎn),提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

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Design Method of Plastic Material in Aircraft Cockpit Based on Visual Imagery

TAN WeiSUN YouchaoXU ZhengqianGUO Yundong

(College of Civil Aviation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing211106)

In order to increase the visual comfort of pilots,the design method of plastic material in aircraft cockpit based on visual imagery is put forward according to the design process of perceptual engineering. Firstly,the material to be used is selected. And the material samples are rendered by the virtual reality technology combined with orthogonal experimental method. Secondly,the imagery vocabulary describing the visual image is selected,and the questionnaire is designed to select the imagery vocabulary indexed by selected frequency.Thirdly,the representative imagery vocabulary is determined using the method of multiple scales and hierarchical clustering. Then the compliance of representative visual imagery vocabulary with the material visual imagery is quantified by the semantic difference method. Finally,the model of the realtionship between the material rendering parameters and the visual imagery of the material is constructed,while the generalization ability is tested. The material design is carried out based on the model. Taking the opaque plastic material as an example,the design of the left and right control console is carried out,which shows the feasibility and applicability of the method,providing an reference for cockpit interior design.

visual imagery, aircraft cockpit, material design, perceptual engineering, virtual reality, BP nerve network

2016年4月11日,

2016年5月23日

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與中國(guó)民用航空局聯(lián)合基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：U1333119,60979019,60572171)；國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：JCKY2013605B002)；工信部民用飛機(jī)專(zhuān)項(xiàng)(編號(hào)：MJ-F-2011-33)資助。

談衛(wèi)，男，碩士研究生，研究方向：航空器人機(jī)工效技術(shù)。孫有朝，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：人機(jī)工效技術(shù)、產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)、飛機(jī)可靠性與安全性工程、航空器適航技術(shù)與管理。徐爭(zhēng)前，男，博士研究生，研究方向：航空器人機(jī)工效技術(shù)。郭云東，男，博士研究生，研究方向：航空器人機(jī)工效技術(shù)。

V37

10.3969/j.issn.1672-9722.2016.10.042