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摘要：針對目前家具行業競爭激烈、創新不足的現狀，構建以形狀文法為主要演化工具，同時運用產品語義、用戶研究相關知識的推演模型，進行基于形態原型演化的家具產品設計。模型通過形態原型研究、形態推演及方案設計完成產品創新。通過對形態原型的收集、篩選，確定符合設計定位的目標參考形態及同類參考形態，對其形態特征進行分析、提取得到形狀文法推演的輸入值。根據推演規則及設計約束進行推演，并以其結果為設計依據，設計方案群，從中篩選、評價，得出最優解，進行方案細化及效果展示。最后以鳳凰為原型，以扶手椅為設計載體，對該模型加以驗證。
關鍵詞：設計原型；設計演化；形狀文法；家具設計
家具行業發展迅速，競爭激烈，家具業面臨的新問題不斷涌現，不斷需要新的、與之相適應的理論予以解釋和指導，傳統家具設計在繼承的同時需要創新[1-4]。目前家具設計的重點多在造型、技術、工藝等方面，缺乏對歷史、文化、精神的挖掘[5-8]，導致產品多為已有成品的復制，新意不足。在設計領域，形狀文法常被用于產品的創新、演化。目前針對形狀文法的研究主要以參考產品為輸入，如文獻[9]中以智能手表為概念輸入，文獻[10]與文獻[11]中以滑板車為輸入，文獻[12]中以瓷器為輸入。此類研究和應用的局限性在于：由于初始產品的限制，文法推演獲得產品自由度不高，對產品語義的把控不足，對于家具行業的適用度較低。因此，構建以形狀文法為主要演化工具，同時結合產品語義、用戶研究相關知識的推演模型。模型基于特定形態原型輸入，構建形態原型演化的路徑，為家具產品創新設計及原型演化提供指導。
1基本概念
1.1形狀文法
文法，原意指的是詞、句之間的組成規則。形狀文法（ShapeGrammar，SG）即形狀之間規則、關系的研究，由GeorgeStiny和JamesGips提出。該觀點首先服務于繪畫與雕塑創作[13-14]，之后作為設計方法延伸到產品創新設計領域。形狀文法作為一種計算機輔助設計方法，通過研究形狀的文法規則及關系進行運算，從而產生新的產品造型。根據Stiny和Gips的定義，形狀文法可以表示為：其中，S為形狀集合，SG指S經過各種推演操作衍生的形狀集；L為標記的有限集合；R表示推理規則的集合；I表示初始形狀。
1.2形狀文法推演規則
形狀文法步驟為：1）確定基本形狀；2）設定形狀變化規則與區間；3）結合設計需求產生新的形狀。常見的形狀文法推演規則有縮放、置換、增刪、復制、鏡像、旋轉、錯切以及微調。縮放指放大或者縮小基本形狀的部分或全部曲線；置換指利用產品族部分形狀來替換基本形狀的部分的變化；增刪指增加或刪除基本形狀的部分或全部形態曲線；復制指對基本形狀曲線進行復制和移動；鏡像指基本形狀的部分或全部曲線沿某一軸線進行翻轉的操作；旋轉指對基本形狀進行角度的變化；錯切指改變基本形狀坐標值的方法；微調為基本形狀坐標值的微調。幾種方法不斷交叉和重復以獲得理想效果。
1.3產品語義
產品語義通過對產品形態在使用情境中象征特性的研究，使產品造型有特定內涵。其可分為外延性語義和內涵性語義。外延性語義表征用戶特征、產品功能、產品用途等；內涵性語義表征工藝、文化、意境、心理等，多為象征價值[15-16]。家具產品除了滿足基本使用需求外，同時還需考慮其內涵性語義的構建。因此在家具產品設計中，產品語義分析是必要的環節。
2模型構建
2.1模型基本概念
所述推演模型主要用于解決基于一定形態原型的家具產品創新問題。通過對產品設計演化路徑的研究，構建科學合理、普適性強的適用于家具設計的推演模型。其中主要研究方法有：形狀文法，用于原型演變分析；產品語義分析，用于設計定位及設計評價；語義差分法，用于方案篩選等。用戶研究方面：在定位分析、方案評價等階段進行用戶問卷調查，推演約束中根據人機工程學考慮產品尺寸，保證產品符合用戶使用需求及心理期望[17]。
2.2模型構建解讀
根據形狀文法的研究步驟，構建模型如圖1所示。模型分三個模塊：1）原型研究：選擇原始形態，并收集、匯總一定量樣本。根據用戶需求分析產品定位，如用戶特征、產品風格等。根據定位的風格篩選樣本，可分目標參考形態和同類參考形態。對形態進行分析，提取有代表性的形態特征。2）形態推演：將提取的形態特征作為初始值輸入，根據形狀文法規則庫選擇合適規則進行推演，推演過程考慮各種設計約束，如：外觀尺寸、推理次數、設計風格、形狀約束、空間關系等，最終完成推演。3）方案設計：根據推演結果，設計方案群，對方案進行初選保留個別方案。運用SD法對方案進行評價，得到最優方案。對最優方案進行細化，完成設計。
3實例驗證
選取在傳統文化中寓意美好的鳳凰為形態原型，以中式扶手椅為設計載體。根據市場研究及用戶研究，確定目標用戶人群為：30~55歲中青年人群，產品意象定位為：祥瑞，端莊。
3.1原型研究
為了明確針對設計目標的主要造型要素，首先對扶手椅進行形態層次分析。扶手椅相對其他工業產品造型較簡單、部件相對較少。因此抽取其三視圖輪廓作為外形要素，進行分析。針對30~55歲中青年人進行問卷調查，獲取扶手椅主視圖、左視圖、俯視圖對祥瑞、端莊意象的貢獻值，分析影響產品意象認知的主要形態要素。調研實際發放問卷200份，有效問卷171份，統計結果如表1所示。由表可知，62.3%的被調查者認為左視圖更能體現扶手椅祥瑞的感覺，53.6%的被調查者認為左視圖更能體現扶手椅端莊的感覺。因此，筆者主要研究扶手椅左視圖的演化過程。對收集的鳳紋形態進行計算機軟件處理，在PHOTOSHOP中做去色處理，提取紋樣線條，并分類匯總，如圖2所示。將鳳紋分為：云鳳、草鳳、花鳳、翔鳳、拐子鳳、立鳳、夔鳳、團鳳、綜合鳳。
3.2形態推演
由于翔鳳紋樣表現了鳳凰飛舞時的動態特征，有美好吉祥寓意，符合扶手椅祥瑞的意象定位，因此選擇其為目標參考形態。拐子鳳紋樣相較圖2中其他樣本，有抽象簡化、線條明了的特點，便于設計推演，選其為同類參考形態。根據上述分析，選取翔鳳與拐子鳳紋樣樣本作為參考，對其形態進行分析，并以簡單線形提煉，如表2所示。以扶手椅基礎左視圖線形為初始目標S1，其曲線合計為{a1a4，a2a5，a5a7，a3a6}。表2中目標形態P2、P3的提取形態升騰感較強，O2的提取形態相對簡潔。因此，選取表2目標形態中P2、P3及其他形態O2所提取的形態，并抽取其部分線條與S1共同作為形狀文法輸入值，如圖3所示。推演過程中設計約束設為：406mm≤H(座高)≤445mm，380mm≤D(座深)≤420mm,200mm≤H'(扶手高)≤250mm，推演過程如圖4所示。其中，r1為置換命令，r2為增刪命令，r3為縮放命令，r4為鏡像命令，r6為旋轉命令，r7為錯切命令，r8為微調命令。
3.3方案設計
形狀文法推演后，進行方案群設計，含過程方案與最終方案，選取其中推演相對成熟且造型有差異的（7）、（9）、（10）三個方案進行扶手椅左視圖設計。對祥瑞和端莊兩意象，運用語義差分法5級評價尺度對用戶心理意象測試打分，如圖5所示。選擇35位30~55歲，裸眼或經校正后視力正常的中青年人進行測試。向被測者介紹測試內容及要求，為其分別展示三個方案的設計圖，每個方案圖停留30s。測試結束后對所得數據進行平均化處理，結果如表3所示。由測試結果可知：方案一祥瑞感較強，方案二端莊感較強，綜合得分方案二＞方案一＞方案三，因此選擇方案二為最優方案，對其細化并進行計算機軟件建模，得圖6所示最終效果圖。扶手椅名為“鳳鳴”，取其和睦吉祥之意。選用橡木與尼龍材質，橡木木質較硬，穩定性較強，紋理清晰，經久耐用。尼龍坐墊耐磨性能優良,吸濕性較好,彈性及彈性恢復性極好,耐用舒適。
4結論
基于形態原型演化路徑的家具產品設計可以文中所述推演模型較為清晰地表達出來。該模型通過形狀文法推演、語義分析及用戶研究，基于一定形態原型進行家具產品設計。通過該模型可得到具有一定風格意象且符合用戶認知的產品。在滿足家具產品使用需求的基礎上，更賦予了其與原型相關的象征寓意。設計實例中以鳳凰為形態原型，以扶手椅為設計載體，驗證了模型的可行性。模型的操作適用于注重意境構造的家具產品設計，對解決家具市場同類產品飽和，推動產品設計創新有一定指導意義。
作者:賀雪梅 曹廷蕾