基于序关系熵权的文化特征提取方法

尚忠安，陈 香

基于序关系熵权的文化特征提取方法

尚忠安，陈 香

(江南大学设计学院，江苏 无锡 214122)

基于博物馆的文创产品开发过程中缺乏客观、快捷地对设计要素进行评估和提取的方法，提出针对馆藏文物基于序关系熵权法的文化特征提取及应用的设计方法。首先，选取馆藏文物对其显性、隐性特征进行拆解，并建立文化特征释义表；同时，分析用户并收集有关用户体验的感性词对，进行聚类分析。其次，将感性词对和显性特征可拓展性与辨识度因素作为评估的指标，运用序关系法进行权重分析与综合评估，求得各类型下的文化特征优度排序；在此基础上运用熵权法计算出代表性的显性特征并作为关键特征。最后，以关键特征和特征优度为依据，通过元素的交叉、重组、隐喻，产生最终优选的设计方案。通过儿童智能点读笔设计实例，证明该方法在博物馆文创产品开发阶段将会提高文化特征提取的效率及设计上的合理性，为博物馆文创开发提供了一种参考方法。

博物馆；文创；文化特征；序关系法；熵权法

近年来，我国对于文化产业给予了更多重视，随着一系列政策的深入，该产业已经具备了一定的国际竞争力[1]。博物馆及馆藏文物因其承载了一个国家、城市、地方的独特文化与记忆，而体现出成为文创产品开发主体的可行性与必要性。文创产品的开发和销售，除了为博物馆带来额外收入，也能更好地起到文化的推广和教育作用，实现其社会价值。博物馆进行文创产品设计时，无论是强调趣味性还是强调营销手段，都须将馆藏文物作为设计和创新的灵感源泉[2]，保证文创产品具备文化属性，且和其所代表文化之间保持一致性与关联性。博物馆数以万计的藏品为文创产品的设计提供了丰富的素材，但仅靠风格元素的糅杂和堆叠，并不足以设计出优秀的文创产品[3]。文创产品销量如何，能否得到市民的认可，取决于设计中能否将文化符号与特定的设计载体相契合。

在以博物馆为主体进行文创产品设计的研究中，LIU等[4]基于定性访谈和定量问卷调查，提出博物馆文创产品不仅具有象征性作用，而且通过与博物馆保持一致性，带给公众一种文化认同感；同时，文创产品与博物馆中展品相关性越高，其被观众接受的可能性就越大。PRAMESWARI等[5]从文化图式的角度，探讨了文创产品的认知过程，并构建了文化识别的框架，即通用模式、情节输入和实例化模式。高崇等[6]指出藏品具有系统性并可利用其关联与组合进行系列化设计。

因藏品中相同题材的系列文物数目较多且复杂度较高，相关文化因子的提取就显得尤为重要[7]。王伟伟等[8]提出一种盐土文化创意产品设计思路，从代表性的文物中提取设计因子，并结合眼动实验关联与感性工学对因子评价、筛选，最终设计出一套茶具。李争和王金凤[9]提出了一种基于模糊集合理论的文化创意产品造型评价方法，通过层次分析法建立了产品造型设计的评价指标体系，模糊评价的实例表明，该方法能有效地反映用户的满意度且对设计要素进行分析和筛选能够提高设计结果的质量。

然而在上述研究中，尚缺乏一种针对馆藏资源的设计要素评估与提取方法。作为文创开发主体，博物馆在自身资源的利用上存在模糊性。因此，设计过程中首先要围绕某一主题对博物馆馆藏文物进行挖掘，分析得出与设计命题最相符或最具有延伸价值的文化特征，并将文化因素赋予文创产品。该过程通常由设计人员走访调查获取，专家给出的意见往往缺少对整个创意产品开发全程的考虑而具有主观性。所选取的文化特征，即源于文物内涵与外在的设计元素是产品中表达地域文化的重要因素，并间接决定了设计成果的优劣。为此，需要应用科学的方法对其进行分析和评估，避免研发人员的主观意愿过强导致文创产品最终不能够传达基本的语义。

1 文化特征提取及应用流程

文化特征提取及应用流程如图1所示，首先基于特定的文创产品开发主题，通过走访调查、搜集相关文物信息，将文化特征按照显、隐性因素拆分，即文化特征释义。其次，将目标用户作为分析对象，探究其使用和感受产品的过程，由此得到感性词汇。博物馆文创产品开发的关键是从馆藏资源中提取文化特征，因此设计过程的前期阶段需要对众多文化特征进行综合性的提取。该过程包括：结合感性词汇及其他指标因素，对文化特征进行优度评估，获得每一类别的代表特征；运用熵权法求得最具价值的文化特征，即关键显性特征。基于特征提取的结果，指导设计师对文化特征进行设计，即转化过程。最后，通过儿童文创产品设计实例验证方法的有效性。

图1 研究流程

2 馆藏文物的文化特征提取及转化过程

2.1 馆藏文物的文化特征提取

2.1.1 文物显性特征与隐性特征

在博物馆文物的设计要素提取中，需全面考虑所评价的文物多方面属性对创意产品设计结果的影响，如产品外在形态美度的显性特征和有关文物自身文化属性的隐性特征[10]。

文物藏品的显性外观承载了人们对于过往文化的直观体验，如外形、色彩、材质、肌理、纹样、图饰等[11]。通过相关文献及实地调研，确立了包括形态、色彩、材质、肌理4个维度的显性特征。隐性特征则提供了博物馆文创产品重要的文化价值，其具有一般商品所不具备的传统文化内涵。隐性特征包括语义层和内涵层2个维度(图2)。文物的语义层面反映了其基本意义和精神风貌，是在创作之时融入的特殊感情，观众在欣赏文物和浏览介绍的过程中能够有所体会；内涵层面指隐藏在文物背后的语境、典故、历史等更深层面的文化信息[12]。这些文物背后的故事反映了时代的精神内核，因而需在文创产品设计中集中体现。

2.1.2 文化特征评估指标构建

文化特征提取首先需要建立评估指标，并考虑如下因素：①用户使用文创产品过程中的态度和情感偏好，与文化特征感性意象之间的匹配程度：更高的匹配度能避免文创产品语义不明确的问题，用户在使用中可感受到藏品的内涵和气质。②特征可拓展性：指在产品设计阶段，可以提供方案造型线条、轮廓、色彩等方面拓展性的要素。文物外在形态越是复杂多变，文创产品的设计就越有据可依，最终结果也更具观赏性。③特征可辨识度：文化特征是否具体、直观，易被大众所了解。可辨识度越高，特征代表性与显著性就越明显，就更容易在创意产品设计中得以体现，并激起用户的文化认同感(图2)。

图2 显、隐性特征及其评估指标

由于隐性特征的辨识度和可拓展度不具有外在形式，是一种抽象的内涵意指。因此，对2种隐性特征的评估只考虑感性语义的关联度，故可拓展性和可辨识度将不纳入评价指标中。

最后，对馆藏文物的显性和隐性文化特征进行释义，列出各个特征的图例和文字描述。同时，邀请有产品造型设计经验的设计师，对初步选定的系列文物及文化特征(4组感性词对及可辨识度、可拓展性)进行打分，分值均采用李克特七级量表。

2.2 基于序关系法的文化特征评估

对文化特征各指标进行分析评估，实现对馆藏文物文化特征的提取。提取辨识度高、可拓展性强，且与文创产品用户情感偏好贴合的文化特征，以保障文创设计结果的合理性。通过主观赋权法确定权重系数，随后求得各类型的文化特征的总体评估值，分别进行整理，得到特征优度排序[13]。

主观赋权法包括集值统计迭代法、层次分析法、G1法(序关系法)与G2法等，其中层次分析法与序关系法最为常用，本文采用后者进行文化特征评估。序关系法改善了层次分析法的一些缺陷，能够做到无需构建判断矩阵，也无需进行一致性检验，从而使计算量大幅减少[14]，且方法可操作性强，评估步骤如下：

(2) 确定重要程度。设专家关于文物文化特征评价指标x–1与x之间的重要程度之比w–1/w的理性判断为

r=w–1/w,=,–1,…, 3, 2 (1)

其中，r的赋值见表1。

表1 rk赋值参考表

(3) 计算权重系数w，即

(4) 计算各特征总体评估值为

其中，b为文物文化特征各评价指标的数值。

2.3 熵权法确定关键显性特征

不同类型文化特征的最优评估结果之间无绝对联系，若将其直接叠加应用，将会造成设计的不合理，甚至元素间的相互冲突。因此还需要对显性特征(形态、色彩、肌理、材质)进行整体评估，明确何种特征最具表征价值，从而将其作为关键显性特征，且在文化特征转化过程中重点关注。

考虑到主观权重计算方法不可避免的存在受主观因素影响的风险，故采用基于差异驱动原理的赋权法，即客观赋权法，来评估各显性特征的表征价值。常用的客观赋权法有均方差法、极差法、拉开档次法和熵权法。本文运用熵权法，根据指标信息量大小决定相应权重系数，可避免专家主观因素对指标权重的影响[15]。设X为第个评估文化特征的第项指标(=1,2,3,…,;=1,2,3,…,)。对给定的指标，X的差异越大，其包含和传输的信息量就越多，同时对整个系统的影响程度越大[16]。用熵权法进行显性特征评估的步骤如下：

(1) 将决策矩阵规范化为=(x)·。

(2) 计算熵权。设第个指标的熵权为e，则有

其中，P为第项指标的第个评估对象的特征比重。

(3) 计算各指标元素的客观权重

(4) 计算各显性特征的总体评估值

2.4 文化特征转化

文物之所以能够延续和传播文化价值，是因为其特征具有符号功能，从而共同构成了文物的文化符号。对馆藏文物进行文化特征提取的目的，是将表征文物语义的符号进行重构，并应用于文创产品的开发上。

步骤1.由熵权法得出关键显性特征的最优结果，且作为文创产品造型核心要素。经过特征变异、延伸等操作，同时与其他显性特征优选结果进行交叉、组合式的实验[17]，形成产品外观设计方案；

步骤2.利用隐喻、象征与夸张的方法，将隐形特征和产品的使用、交互形式相结合，使其作为一种附加价值而融入文创产品的设计要素中。

3 实例研究

3.1 馆藏文物文化特征释义

基于上述流程与方法，将其应用到实际设计案例中加以验证，以无锡博物馆的馆藏品——“文房四宝”作为文创产品开发对象，设计一种儿童学习用品。经过实地走访和调查挑选出馆藏文物 9件，见表2。根据显、隐性特征的涵义对文物的文化特征进行释义。例如：可将样本文物的文化特征拆分并命名为造型特征11、色彩特征12、肌理特征13、材质特征14以及隐性的语义特征15和内涵特征16，建立馆藏文物文化特征释义表，以便后续对其评估，见表3。

表2 馆藏文物初选

表3 文化特征释义表

3.2 产品感性意象分析

设计初期，需对目标年龄段(6~12岁)的儿童对于文具产品的态度和感性意象进行分析，为文化特征的评估和提取提供合理依据。通过查阅书籍和文献，从网络平台用户评论中搜集能够表示儿童对文具类用品感性态度的词汇223个，剔除其中相似和重复的词汇，初步选出包括正反面态度的有效词汇79个。采用K-Means聚类分析法将感性词汇分为4类，按其分类选择与中心欧几里得距离最近的样本，分别得到表4中4组词对。

表4 感性词对分析

3.3 文化特征提取

3.3.1 文化特征优度分析

通过序关系法对文物的各类文化特征进行评估，将4组感性词对以及特征辨识度、特征可拓展度依次记为1,…,6。如上所述，邀请10位有文创产品设计经验的设计师对文化特征释义表中的各特征元素按6个指标打分。以形态特征为例，将专家对9件文物的形态文化特征的评分进行平均值和方差计算，结果见表5。

专家对各项评估指标的排序为：趣味的-枯燥的>特征辨识度>特征可拓展度>动感的-沉稳的>亲切的-冷淡的>新奇的-保守的，建立序关系：2>5>6>1>4>3，比例为：2=1.4，3=1.0，4=1.5，5=1.2，6=1.2。结合式(1)~(3)，得到权重系数1=0.131，2=0.275，3=0.091，4=0.109，5=0.19，6=0.197。专家打分过程具有主观性，表5中较大的方差值反映了专家对某一指标意见不一、存在争议。当特征21，41，71的评分结果中出现多项方差大于整体数据的上四分位数2时，则视为不可靠评分，故将其排除。

表5 专家打分表(形态特征)

将筛选后的打分结果带入式(4)，得到各文物的形态特征总体评估值(1=4.8963，3=4.1897，5=4.3654，6=3.9314，8=3.1657，9=3.5725)。其优度排序为11>51>31>61>91>81，说明文物宋代狮形石书镇的形态特征优度评估结果最佳，最适宜运用到儿童文创产品设计中。

同理，运用序关系法对其余的显性文化特征(色彩、肌理、材质)进行评估处理。在对隐性特征进行评估时，略去了辨识度、可拓展度2个指标，只考虑文物语义和内涵与4组感性词对的匹配度。对所有文化特征的评估结果见表6。

3.3.2 关键显性特征分析

运用熵权法对4个显性特征进行评估，分析重要程度。首先按各特征将9件样本文物的专家打分结果进行平均，重新整理得到表7所示的特征整体评估分值。

表7 各显性特征总体评估

将分值带入式(5)~(7)可得6个评价指标的权重为：1=0.107，2=0.147，3=0.126，4=0.120，5=0.100，6=0.396。将评价指标的权重值和各显性特征的分值代入式(8)，可得各显性特征的总体评估值：1=3.904，2=3.717，3=3.699，4=3.870。于是得到显性特征的排序：造型>材质>肌理>色彩，即造型和材质为关键显性特征，所对应的特征11(石狮造型)和74(青瓷材质)最值得运用到文创产品设计中。

3.4 文化特征转化与应用

基于文化特征提取的结果，为博物馆开发了一款儿童智能点读笔的文创产品。儿童点读笔是一种有声阅读工具，用点读笔扫描印刷品上(如读本、绘本)的隐形识别码，图书的内容将以更有趣生动的语音形式呈现给儿童。设计从产品功能和造型2个方面入手，分别对隐性、显性文化特征加以转化和应用，以验证博物馆文创产品开发的新途径(表8)。

(1) 儿童点读笔功能。根据前文所述，隐性特征赋予创意产品重要的文化内涵。儿童点读笔从功能入手，在功能特点、内容玩法、交互方式等方面融入文化内涵。图3为儿童点读笔的功能模块。

结合博物馆相关读物，儿童点读笔可以作为文化传播、文化教育的有效载体，成为“可以带回家的博物馆”，更好地向儿童普及文化和历史知识。将内涵特征的“山水自然”作为产品读物的主题，通过点读笔了解文物中体现的自然之美，修身养德；在产品交互方面，设计了互动底座，将点读笔置于底座，左右扳动笔体，实现播放、重播、暂停的功能，仿佛在和狮子做游戏，体现“生动灵活”的语义特征。

(2) 造型设计。将显性文化特征的评估结果进行转化，以2个关键显性特征(74，11)为设计核心元素重点表达；为保证产品造型的和谐与美观，应根据特征优度排序并结合实际情况合理选择文化特征。在设计实例中，因需要重点表现出陶瓷材质，产品壳体采用仿陶瓷的涂层工艺来还原青花瓷的色泽；同时，为突出“石狮”形态，将文化特征11的轮廓线条抽象化(图4)，以简化后的线条作为文创产品设计的造型元素。

表8 文化特征转化

图3 文创产品功能模块总结

图4 形态特征转化与产品草图

最后，设计师在色彩特征中分别选择52和22(咖啡色和深、浅卡其色)，在肌理特征中选择43的扭曲线条纹理，运用在儿童点读笔手握处，以增加摩擦力，更适合儿童抓握。最终得到设计方案如图5和图6所示，该方法有效利用馆藏资源，同时提升了设计效率。

图5 “锡博灵狮”文创产品效果图

图6 产品功能模块与交互方式

4 结束语

博物馆利用馆藏资源进行文创产品开发和营销，让文化和展览内容生动地呈现给公众，是博物馆自身和社会2方面的共同需求。针对某一主题进行文创产品设计，除了要在造型中融入文化符号，还应使其贴合目标人群情感偏好。因此，需将感性因素纳入文物特征的评估中。

本文以无锡博物馆为例，将序关系熵权法运用到文化特征的提取中。基于序关系法的特征优度评估，旨在对特征的表征价值做出初步评判。同时，引入熵权法在文化特征的各个类别间进行决策。2种方法结合使特征提取过程兼具客观性与科学性，又保证所选取设计元素之间主次分明、互不冲突。

文化特征应用以特征提取结果为设计依据，将石狮造型和青瓷材质作为设计中所要表达的重点内容，依托人机交互手段，使所设计的产品展现出“生动灵活”的语义特征。最终设计实例证明了序关系熵权法能够有效地进行馆藏文物的文化特征提取和转化，为博物馆的文创产品开发提供了参考。

[1] 高晗, 闫理坦. 中日文化创意产业国际竞争力比较分析: 基于创意产品及服务贸易变化的新测度[J]. 现代日本经济, 2017(1): 66-80. GAO H, YAN L T. Comparative analysis of international competitiveness of creative industries between China and Japan: new measurement based on the change of creative products and service trade[J]. Contemporary Economy of Japan, 2017(1): 66-80 (in Chinese).

[2] 王玲. 博物馆藏品与文化产品的创意开发[J]. 中国博物馆, 2016, 33(4): 49-52. WANG L. Creative development of museum collections and cultural products[J]. Chinese Museum, 2016, 33(4): 49-52 (in Chinese).

[3] 汪瑞. 中国元素未必等于中国设计[J]. 装饰, 2010(1): 78-79. WANG R. Chinese elements are not necessarily equal to Chinese designs[J]. Art and Design, 2010(1): 78-79 (in Chinese).

[4] LIU S L, LIN F S, YANG C I. On emotional design of culture products and consumption in national museum of prehistory[J]. International Journal of Affective Engineering, 2013, 12(2): 317-324.

[5] PRAMESWARI I, HIBINO H, KOYAMA S. The role of cultural schema in developing culture-based product design[J]. Journal of the Science of Design, 2017, 1(1): 57-66.

[6] 高崇, 卜立言, 孙明磊. 馆藏品文化符号在系列化产品设计中的应用[J]. 包装工程, 2017, 38(4): 47-50. GAO C, BU L Y, SUN M L. Application of museum collection cultural symbol in serial product design[J]. Packaging Engineering, 2017, 38(4): 47-50 (in Chinese).

[7] ZHOU Y X, YANG L L. An attempt of using the national color culture on product design[J]. Applied Mechanics and Materials, 2010, 37-38: 94-97.

[8] 王伟伟, 刘音, 王毅. 基于视觉关联分析的盐土文化设计因子提取[J]. 图学学报, 2016, 37(1): 60-65. WANG W W, LIU Y, WANG Y. Extraction of design factors of saline soil culture based on visual correlation analysis[J]. Journal of Graphics, 2017, 37(1): 60-65 (in Chinese).

[9] 李争, 王金凤. 模糊评价法在文化创意产品造型设计中的应用研究[J]. 现代电子技术, 2019, 42(13): 131-133.LI Z, WANG J F. Application of fuzzy evaluation method in cultural and creative product style design[J]. Modern Electronics Technique, 2019, 42(13): 131-133 (in Chinese).

[10] 葛畅. 文创产品设计过程中的需求分析及转化[J]. 装饰, 2018(2): 142-143. GE C. Analysis and transformation of requirement in the design process of cultural creativity product[J]. Art and Design, 2018(2): 142-143 (in Chinese).

[11] 段金娟, 张峰, 周鑫. 基于非遗和可拓语义的服务产品设计[J]. 图学学报, 2019, 40(4): 783-789. DUAN J J, ZHANG F, ZHOU X. Service product design based on intangible cultural heritage and extension semantics[J]. Journal of Graphics, 2019, 40(4): 783-789 (in Chinese).

[12] 刘子建, 徐倩倩. 基于打散重构原理的文化创意产品设计方法[J]. 包装工程, 2017, 38(20): 156-162. LIU Z J, XU Q Q. Cultural and creative product design based on philosophy of scatter and reconstitution[J]. Packaging Engineering, 2017, 38(20): 156-162 (in Chinese).

[13] 陈香, 邱大鹏. 基于模糊Kano模型与TOPSIS法的产品设计研究[J]. 图学学报, 2019, 40(2): 315-320. CHEN X, QIU D P. Research of product design based on fuzzy-Kano model and TOPSIS[J]. Journal of Graphics, 2019, 40(2): 315-320 (in Chinese).

[14] 胡飞, 周坤, 麦永治. 面向产品服务系统的用户体验可拓评价方法研究[J]. 机械设计, 2018, 35(2): 109-114. HU F, ZHOU K, MAI Y Z. Evaluation method of user experience for PSS based on extenics[J]. Journal of Machine Design, 2018, 35(2): 109-114 (in Chinese).

[15] 刘敬, 余隋怀, 初建杰. 基于主客观综合赋权的民机客舱舒适性评价[J]. 图学学报, 2017, 38(2): 192-197. LIU J, YU S H , CHU J J. The comfort evaluation in civil aircraft cabin based on objective and subjective weighting method[J]. Journal of Graphics, 2017, 38(2): 192-197 (in Chinese).

[16] WEI Y Y. Form factors of modeling language under different color schemes with grey relational analysis based on entropy method[J]. International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence, 2019, 33(8): 1950011.

[17] 朱上上, 罗仕鉴. 产品设计中基于设计符号学的文物元素再造[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2013, 47(11): 2065-2072. ZHU S S，LUO S J. Re-creation of heritage elements based on design semiotics in product design[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2013, 47(11): 2065-2072 (in Chinese).

Method for cultural feature extraction based on rank correlation and entropy weight

SHANG Zhong-an, CHEN Xiang

(School of Design, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122, China)

In the process of developing cultural and creative products of museums, there is no objective and robust method to evaluate and extract design elements. In this context, this paper proposed a design method for the extraction and application of cultural features from museum artifacts based on rank correlation and entropy weight method. First, select the artifacts to disassemble their explicit and implicit features, and then establish a cultural feature interpretation table. At the same time, analyze the users and collect pairs of sensible words about user experience, so as to perform cluster analysis. Next, the sensible word pairs and the factors of extensibility and discernibility in explicit features were taken as indicators for evaluation. The rank correlation method was used to implement weight analysis and comprehensive evaluation, and the ranking of cultural feature goodness was obtained. Then the entropy weight method was used to figure out the key feature category. Finally, based on the key features and feature goodness rank, the optimal design was generated through the intersection, reorganization and metaphor of the elements. In conclusion, through an example of a smart reading pen design for children, it is proved that this method can improve the efficiency in cultural feature extraction and the usefulness of design, and provides an implication for the development of cultural and creative product of the museum.

museum; cultural and creative; cultural feature; rank correlation analysis; entropy weight

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2020040632

A

2095-302X(2020)04-0632-08

2019-12-26；

2020-02-08

8February, 2020

26 December, 2019；

中央高校基本科研业务费专项基金项目(JUSRP120109)；江苏省教育科学13-5规划课题(B-a/2016/01/20)

Fundament Research Funds for the Central University (JUSRP120109); Jiangsu Education Science 13-5 Task (B-a/2016/01/20)

尚忠安(1995–)，男，天津人，硕士研究生。主要研究方向为交互设计、人工智能与创新设计。E-mail：joeyzshang@163.com

SHANG Zhong-an(1995–), male, master student. His main research interests cover interaction design, artificial intelligence and innovative design. E-mail: joeyzshang@163.com

陈 香(1976–)，女，安徽天长人，副教授，博士。主要研究方向为系统创新与设计战略，人工智能与交互设计，设计管理。E-mail：chen6xiang9@163.com

CHEN Xiang (1976–), female, associate professor, Ph.D. Her main research interests cover system innovation and design strategy, artificial intelligence and interaction design, design management. E-mail: chen6xiang9@163.com