文/蘇建寧 劉志君(蘭州理工大學(xué) 設(shè)計(jì)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(jì)方法研究

文/蘇建寧 劉志君(蘭州理工大學(xué) 設(shè)計(jì)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(jì)元素與承載的豐富意象成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要靈感源泉[2]。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為一種人造物的活動，其形態(tài)方面的創(chuàng)新是設(shè)計(jì)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(dāng)人們接觸不同表情模樣的產(chǎn)品時(shí)，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(jì)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(jì)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(yàn)”的演變過程，如今的人們購買產(chǎn)品時(shí)更需要獲得自身價(jià)值的存在感和精神層面的心理體驗(yàn)，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(gè)產(chǎn)品的形態(tài)能夠喚起消費(fèi)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(jì)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(yàn)的智能進(jìn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為傳統(tǒng)器物形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供一種新的輔助設(shè)計(jì)方法。

二、傳統(tǒng)器物形態(tài)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

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(jì)迎來了新的發(fā)展熱潮[3]，它強(qiáng)調(diào)體現(xiàn)設(shè)計(jì)的人文內(nèi)涵、地域性、故事性、教育性、獨(dú)特性、價(jià)值性以及審美體驗(yàn)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(jì)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(jì)中，主要分為三個(gè)層次：一是外在形態(tài)層次上的設(shè)計(jì)，是將外顯的色彩、線條、材質(zhì)、形態(tài)、細(xì)節(jié)構(gòu)造等元素應(yīng)用到現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，保留明顯的文化特點(diǎn)，多用于旅游紀(jì)念品設(shè)計(jì)，如圖1所示運(yùn)用敦煌飛天元素設(shè)計(jì)的餐具；二是功能行為層次上的設(shè)計(jì)，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(jìn)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(jià)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(jì)，是提取文化內(nèi)隱的深層內(nèi)涵，外顯轉(zhuǎn)化進(jìn)行文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)，使其本身能訴說故事，對消費(fèi)者的心理情感產(chǎn)生影響。

圖1 “飛動”的餐具（設(shè)計(jì)者：劉志君）

圖2 傾斜的餐具（設(shè)計(jì)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(dá)汽車集團(tuán)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(yùn)用工學(xué)技術(shù)來探討“人”的感性意象與“物”的設(shè)計(jì)特性間關(guān)系的理論方法[5]。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dá)出來，與產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性相關(guān)聯(lián)，如圖3所示，以實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中體現(xiàn)“人”（包括用戶、設(shè)計(jì)師、工程師等）的感性意象，設(shè)計(jì)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(jì)師決策輔助系統(tǒng)，用于協(xié)助設(shè)計(jì)師掌握產(chǎn)品的特性，了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)化算法，建立交互式感性工學(xué)系統(tǒng)，基于用戶體驗(yàn)進(jìn)而展開細(xì)化設(shè)計(jì)。

四、定性推理設(shè)計(jì)

中國傳統(tǒng)器物品類繁多，對現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)有著深遠(yuǎn)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(jìn)行依次分解，從而得到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的過程[9]。本研究以醒酒器為設(shè)計(jì)目標(biāo)，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(jì)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(jì)目標(biāo)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(gè)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(jìn)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?？梢钥闯龈拍畹纳钊氤孰A梯式地增長，在推論至3級子系統(tǒng)概念時(shí)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(gè)訴求對應(yīng)到設(shè)計(jì)要素上，推理出其中一款如圖6所示的設(shè)計(jì)原型樣本。該樣本傳承了酒樽的使用意境，具有較好的人機(jī)環(huán)境協(xié)調(diào)性；開口形狀采用敞口設(shè)計(jì)，把手單獨(dú)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(jī)交互性；整體造型錯(cuò)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(jìn)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(jì)樣本，可依據(jù)用戶體驗(yàn)，進(jìn)一步對方案進(jìn)行定量細(xì)化設(shè)計(jì)。

五、定量進(jìn)化設(shè)計(jì)

一般的產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)主要依賴于設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性思維，而由于設(shè)計(jì)思維的疲勞性和認(rèn)知范圍的不全面性，使得設(shè)計(jì)存在一定的局限性[10]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)憑借高效率、強(qiáng)大的圖形衍化能力和邏輯性，可有效地輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[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(jìn)化算法，其一般操作流程如圖7所示，在產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

以定性推理設(shè)計(jì)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(jì)系統(tǒng)，進(jìn)行形態(tài)定量進(jìn)化設(shè)計(jì)：首先，設(shè)計(jì)師對樣本進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，設(shè)置形態(tài)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)的變化范圍；然后依據(jù)算法要求進(jìn)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(jìn)化設(shè)計(jì)。

（1）醒酒器形態(tài)設(shè)計(jì)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對其形態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制。

對關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，對同類參數(shù)進(jìn)行歸類、合并處理，確定由10個(gè)變量控制26個(gè)形態(tài)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：設(shè)點(diǎn)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(diǎn)9到點(diǎn)10的x軸距離為k910，取值范圍為[3,8]；點(diǎn)1到點(diǎn)2的y軸距離為h12，取值范圍為[3,8]；點(diǎn)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(diǎn)15到點(diǎn)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(diǎn)21到點(diǎn)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(diǎn)坐標(biāo)如表1所示。

（2）醒酒器形態(tài)設(shè)計(jì)編碼

為了確保定量進(jìn)化設(shè)計(jì)過程中形態(tài)的多樣性，將10個(gè)變量分別劃分為16個(gè)離散等級進(jìn)行編碼。例如點(diǎn)10的y坐標(biāo)編碼結(jié)果如表2所示，初始樣本中其坐標(biāo)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(xì)化設(shè)計(jì)

依據(jù)上述分析結(jié)果，應(yīng)用遺傳算法建立進(jìn)化設(shè)計(jì)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(jìn)行選擇、交叉、變異操作，對方案展開細(xì)化設(shè)計(jì)。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(shí)際效果展示如圖9所示。

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

表1 醒酒器樣本形態(tài)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)

表2 形態(tài)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)10的y坐標(biāo)編碼

圖9 進(jìn)化設(shè)計(jì)得到的醒酒器樣本

六、結(jié)束語

當(dāng)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(jì)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(jì)，從用戶的感性需求出發(fā)，設(shè)計(jì)師通過類目層次法定性推理得到設(shè)計(jì)原型，然后根據(jù)用戶個(gè)人體驗(yàn)，應(yīng)用基于遺傳算法建立的輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，定量進(jìn)化出符合需求的目標(biāo)產(chǎn)品形態(tài)。醒酒器設(shè)計(jì)的實(shí)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(jì)的廣度和深度。

(責(zé)任編輯 張同標(biāo))

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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(jì)，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(jì)原型；然后基于遺傳算法建立一套依據(jù)用戶體驗(yàn)而展開的定量進(jìn)化輔助設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)。

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(jìn)化設(shè)計(jì)

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

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