浅谈基于视觉认知的产品设计方法

刘敬慧

（ 河海大学 机电工程学院，江苏 常州 213000 ）

0 引言

随科技进步和社会发展，产品市场的竞争愈加激烈，产品的寿命周期亦在缩短。在对基本物质需求标准不变的情况下，消费者倾向于根据自身的情感需求和潜在的精神需求来选择[1]。在这种转变下，设计者应顺应设计发展和消费趋势，从用户的角度出发和以人为本的原则，结合消费者的精神需求去进行设计活动。因此探索一种科学的设计方法显得尤为重要[2]。与此同时，眼动追踪技术也在不断发展和进步。设计经常是被看作创造性的思维活动，表达设计者的主观意图，并非一种严谨的学科体系。眼动实验为设计科学化和严谨化提供了契机。目前视觉追踪技术已经趋于成熟，视觉认知在人机交互领域中的应用及前景十分广阔。视觉认识是人接受信息的主要方式，人类从外界得到的信息量80%来源于视觉，承担着用户与信息交互的桥梁作用。许多学者已将工作重点转移至探索基于视觉认知的科学的设计方法。设计者可以通过眼动数据统计和分析，以了解用户针对产品信息群集的认知加工特性，为产品造型设计提供科学指导和设计方法，从而能够提升产品设计的品质。

2 研究现状

2.1 产品形态与感性意象的关联

产品形态设计涉及形态线条，色彩等因素，相互作用关系将影响到产品最终的视觉信息群像。目前研究主要集中在提取产品意象造型运用多尺度刻画提取关键要素，观察分析用户对于不同元素组合的评估并量化。

产品的感性意象是在视觉认知的基础上，非理性的感性信息群像加工形成的主观感受，不同消费者的感性意象往往不同。产品的感性意象往往是通过视觉达到较为直观感受的。因而一开始重点放在感觉认知方面。

在感觉认知上，罗仕鉴研究了用户和设计师在产品形态形成感性意象时的相似点及差异，提出和讨论了用户与设计师的产品形态感知意象概念，建立了用户与设计师之间的基于视觉认知感性意象的匹配模型[3]。在感性意象的提取中，部分学者倾向于将情感反应数据化和参数化，该方法得到的结果更为明晰，如陈月芬等运用信号分析采取生理信号特征，探讨了建立生理信号与感性关系的模型实验，改进建立了可用于情感分类器特征向量的可行性方法[4]，使得用户情感能够量化呈现。但是量化数据会导致情感意象的个人化属性增强不够准确，部分学者则采用建立匹配模型或合集的方式，如乔现玲等通过多维尺度分析和聚类分析等方法分析出适合于描述质感调和的代表性感性意象词汇集[5]。在产品形态要素与感性意象提取时，情感化意向具有强烈的个人属性，为了减少此种影响，张云帆等在进行意象提取时利用对目标意象词汇构成的对象集采用了模糊评价[6]。Tamirat Abegaza等提出产品的设计要素如色彩、线条等以及组合可以使用作为视觉情感刺激的潜在替代品，而不是以单独的产品形态，以便影响用户的情感反应[7]。除了视觉认知，Joana Vieira等提出了新的“点击”触觉量化参数，其参数效果优于常用的捕捉比，并将该方法作为以用户为中心的车内橡胶键盘设计指导[8]。

初步得到产品形态要素与感性要素之后，部分学者将研究重点转移到情感化设计的评估方法，探讨好的情感化设计作品特点，从而探索科学的感性设计方法。夏雅琴针对基于多维感官的产品设计评估方法进行了研究，内容有多重维度感知的评估信息捕捉和预加工，提出产品设计评估信息感官来源多样化原则，建立了一种可用于不同维度感官评估初始数据体系案例[9]。苏建宁等针对用户对多维意象形态表达的需求，在分析产品形态设计全过程的基础上提出产品多维意象形态的进化设计模型、实现方法，确定了多图像目标的要求和产品样本的形态参数[10]。此外，苏建宁等学者直接使用潜在语义分析法提高评估出形态的美观满意程度的效率，建立了较为高效的形态美度综合评价方法[11]，以及产品形态造型的神经网络评价系统。图1列出了基于视觉认知的产品优化设计流程。

2.2 优化产品设计

在提取了相应的产品形态与用户情感反应的一定联系之后，研究重点是如何进行运用。产品形态的优化设计呈现出多元化趋势，不再是简单地基于视觉认知，而是与感性工学、情感化设计结合在一起。产品形态作为消费者视觉认知，形成感性意象的重要因素。

2.2.1 感性工学与情感化设计

感性工学是将不同消费者对产品的感觉感性转化为设计要素，运用到设计中使得产品更加人性化[12]，有许多学者将其与情感化设计结合起来或用于提取情感化意象。与直接提取感情意象相同，部分学者采用建立匹配模型的方式，比如Yu-Ming Chang运用人机工程学以及感性工学建立了情感识别感知模型[13]，此类方法可用于评估情感设计产品的模糊界定标签，为产品优化设计方法研究时捕捉和分析用户视觉认知生理反映提供一定基础；白仁飞以空气净化器为实际案例开展相关设计及思路，以感性工学为基础采集感性词汇和产品样本以提取感性意象要素、语义要素、分解产品设计要素等方法，以提高用户感性以及精神需求与设计要素的匹配程度[14]；部分学者则以感性工学为基础将用户感性体验参数化，如熊艳等提出采用感性工学技术将用户对产品的形态感性认知进行量化，综合运用语意差异法、因子分析和多元线性回归等方法处理产品意象数据，从而确定意象与特征线之间的关系，用于符合用户感性意象的产品造型设计方案[15]。云轶舟等则以感性工学为理论基础对家电产品的点线面体四方面要素进行形态分析，构建了产品形态要素与用户感觉意象之间的量化关系模型，建立语意差分量表[16]。Zhou Yan等以感性工学理论为基础，在进行形态要素提取的基础上，研究了形态设计要素与主观感受的相关性，采用多尺度法、类聚类法等建立感情意象评价方法，得到了手机形态设计元素与主观评价值之间的对应关系[17]。

2.2.2 视觉与感性意象关联

由于个体差异和主观因素，设计师通过产品形态传达的信息无法有效地被用户获取，设计师也无法得到产品形态与用户视觉认知之间的关联反馈。眼动数据是用户视觉认知的直观体现，设计师从眼动数据出发能够较为直观的理解用户需求，因此将其与用户的感情意象相结合能够有效地降低用户个体差异和主观因素带来的影响，使得设计方法更为科学合理。林丽、高云坤等以眼动数据为基础，将眼动追踪与视觉理论相结合得到产品形态优化的设计方法[18]。方法大体遵循上述基于视觉认知的产品形态优化设计流程。先进行产品形态分析，提取意象要素后进行信息预处理：筛选与形态高度关联的眼动指标。对设计要素等感性因素进行参数化，建立眼动追踪指标与设计要素的关系模型，从而确定形态设计的优选方案。丁寅则提出，在对于产品感性意象分析时可分为工学式和感性式两种类型，在感性意象设计方面，运用创新性思维设计产品造型创新性应用流程，并对其方法实施实例运用[19]。在创新设计方面的工作，苏建宁等考虑用户的情感意象和潜在精神需求，将工作重点放在产品意象造型设计所涉及的感性意象挖掘、造型形态描述、产品造型设计要素辨识、产品感性意象与设计要素的关联及产品的意象形态设计等技术和方法，为产品意象形态设计提供了指导依据和整体思路[20]。针对创新性设计应用，吴通等研究了产品设计的可拓变换和推理的一般原则，并将机制应用于产品的功能设计和色彩设计中，为产品设计提供了创新解决方案[21]。

3 实践与展望

基于视觉认知的产品设计方法仍存在着一些问题，目前大多数研究围绕感性工学应用。在产品设计的研究过程中，产品意象的采集处理多依靠较为传统的方式，缺乏科学有效的提取处理方法。用户对于产品感性意象的理解不仅仅存在于眼睛注视，还包括其它生理反映等，除眼动实验的运用外还应当加入其它测试方法，以提高研究方法的效率和准确率。在今后的情感化设计探究中，不仅仅是视觉认知，还将包括触觉、听觉等多通道设计，从而增强用户的感官体验，使得设计者与用户之间达成情感交流。

在使用过程中获得更深层次的情感体验和反思层次能够提升用户对产品的忠诚度。如何将感性意象参数化，情感体验客观性描述是研究的难点，除形态，色彩等还应当注重材质在产品设计中的表达的重要作用。

从产品优化设计的方法研究和针对产品优化设计的研究两个方面探讨基于视觉认知产品设计的研究现状。首先是感性认知的研究，研究重点在视觉认知，探究感性认知与视觉之间的关联效应，主要方向是产品感性与形态要素的提取。

基于视觉认知，感性意象作为产品形态的一种设计要素的表达，与消费者潜在精神需求的匹配度受到越来越多的关注。常用方法有语义词汇总结，针对感性意象的模糊性，运用感性工程理论优化产品设计等建立评价体系，以满足消费者潜在内心需求。在运用相关方法研究时，需要考虑如何降低评估的主观性，从而获得较为准确的产品情感化设计评价。

针对感性产品造型的设计方法已经趋于明了，流程明确，见图2。在提取感性意象时，运用到产品优化设计方法研究中的分析方法，抽取产品关键的形态特征以及设计元素，建立评估标准与评测模型并进行评估测定。在评估测定过程中设计一定的眼动实验，捕捉数据等。评估模型的建立依靠优化设计研究中相关参数化方法，进行评估总结并运用到实际案例设计中。在此基础之上，未来基于视觉认知的产品设计会更加多元化，更注重情感化设计并且与服务体系相结合。

4 结语

运用科学的研究方法进行设计，最终应用在工业生产制造中以提高产品竞争能力，提升经济效益是产品设计的目的。目前国内的设计的研究方法仍带有较强的主观性、抽象性、经验性等人文色彩，缺少针对用户的人性化、感情化的科学研究方法。设计发展至今不再是简单的产品自身设计本身，应当系统化，将产品服务设计中的情感化设计考虑在内，积极地借鉴其他研究发展途径，利用现有的技术水平以及相关学科的研究方法，在理解设计科学内涵的基础上探究设计规律。