视觉重量感知下的大型印刷装备CMF设计研究

王毅 魏晨宇 杨剑威 薛志成

摘要：从工业装备CMF设计研究入手，将人们对装备精密、沉稳等视觉感知转化到设计方案的同时以提高装备的色彩功效。在研究视觉重量感知特征要素的基础上提出了基于视觉重量感知的大型装备CMF设计方法。利用多维度语意空间对印刷装备CMF设计的视觉感知进行了标定。以一款大型印刷装备的CMF情感化设计为例，将视觉重量感知作为CMF情感化设计的首要需求，进行了层次化分析，清晰地表达出用户对产品的多维感性需求，并验证了运用视觉重量感知因素指导大型印刷装备CMF设计的可行性。

关键词：视觉重量感知 印刷设备 CMF 设计 联觉

中图分类号：TB47

文献标识码：A

文章编号：1003-0069 （2020） 08-0124-04

引言

“感知”是指人通过感官感受客体信息，经大脑和神经系统对这些可感信息进行处理后所产生的生理知觉以及心理感受。一般情况下，人们通过视觉可以识别物体的色彩、形态、纹理等信息;通过触觉可以感受物体的重量、质感等信息。在人通过视觉、触觉综合感受物体重量后，会形成人对物体重量判断的经验和知识，这些经验和知识会影响人后期在不触碰物体的情况下，通过视觉观察物体而产生“重量感知”，这一现象可以称作“视觉重量感知”[1]，如：深色会比浅色感觉重。同样的色彩，纹理不同，视觉重量感觉也不相同，如金属质感的塑料会比木纹质感的塑料重等。在产品设计领域，视觉重量感知常被应用于产品的形态和色彩设计当中，以塑造产品沉稳、安定或轻快、活泼等风格形象。大型装备因为其体量感和所处的工作环境，稳重的风格一直是主导趋势。在当前工业装备研发快速发展的时期，如何通过设备的外延设计展现其内核技术，塑造品牌形象成为装备创新设计关注的焦点。本论文基于大型印刷装备的设计，研究视觉重量感知的基本规律，引入视觉重量感知下的CMF设计，以更好地指导大型印刷装备的CMF设计，有效地提升色彩功效，塑造产品品牌形象。

一、大型装备CMF设计中的视觉重量感知

（一）视觉重量感知特征要素。视觉重量感知的特征要素包括客体本身的特征，如色彩、形态、材质、纹理以及附着在形态上的色彩组合、布局、面积及对比关系等，也包括人的视、触觉认知经验和知识。先前的经验和知识不同，视觉重量感知则不同。在产品设计领域，根据不同的产品属性，合理利用CMF的视觉重量感知，是提升色彩美度和色彩人机工效的重要手段。例如利用色彩的轻量感，可以提升搬运工从事搬运工作中的积极特征。

（二）联觉效应下的视觉重量感知。从生理学角度来理解，联觉是大脑神经系统的某种现象，联觉通常是由两种及以上不同的感知经验汇合而形成的，是一种实际的直接感觉刺激与另一种非现实刺激进行串联的多感官体验过程[2]，形成感官体验的升级。这种生理上的联觉反应在心理層面有所投射，会引起更加真切的心理感受。视觉重量感知以视觉感知为主要方式，在触觉非现实刺激的背景下，结合不同材质的触觉经验，形成的对物体重量判定的联觉反应。如图1所示，首先由视觉和触觉感受，形成大脑对客体重量的认知，并形成认知经验和知识（先验）。然后在先前认知经验和知识的基础上，又通过视觉观察，获取客体的重量感知特征要素，在触觉非接触客体的情况下，产生对客体的重量感知。

（三）大型装备CMF设计的视觉重量感知。在中国装备制造技术发展迅猛的背景下，企业越来越重视产品外延与内核的协调发展。增强装备品牌辨识度，进一步要求设计者通过提升CMF内涵设计以强化品牌形象的品质感。工业装备的色彩风格受到材质、加工工艺和行业特征的影响。目前，多数装备的主体色以灰、白、黑等中性色为主。少数装备的主体色中，有较大面积的有彩色，如图2大型装备的色彩现状分析。大型装备的外观壳体多以金属钣金加工为主，重量大。所以，外观表面易采用涂覆工艺形成不同的纹理，来提升触觉体验，且看上去不致过于沉重。主体色通过灰、白、黑三者的布局和面积大小的对比来调整视觉的“轻、重”感知。

当前，大型印刷装备的主色调也多以无彩色系中的黑、白、灰色为主，其色彩布局和设备结构的结合十分紧密。如图3所示，沉稳的色调为当前印刷装备的色彩设计趋势。由于视觉重量感知主要受色彩面积大小和布局的影响，所以基于视觉重量感知的CMF设计是系统处理色彩组合、布局以实现装备沉稳风格的关键。

二、基于视觉重量感知的大型印刷装备CMF设计

（一）研究现状。从设计角度看，印刷装备品质感是功能、形态、材料、工艺、色彩等众多要素平衡的结果。长期以来，印刷装备制造行业进行设备研发设计时，关注的重点是功能、印机效率、印刷精度和质量等，对装备的造型和CMF情感化设计近几年逐渐得到重视，有关情感化设计的研究和设计方法虽然被应用到设计当中，但将一些语言都难以描述的心理感受等感知类的信息，获取与转化到产品设计当中，仍然比较困难。利用“感性工学Kansei Engineering”将这些感性的信息量化，从定性和定量的层面上让用户的感性意象中辨认出设计特性[3]，在设计过程中量化用户对产品的、模糊不清的情感需求，形成设计决策时的参考数据[4]。Kreutler等基于模拟领域专家与用户进行智能对话的方式来获取用户需求，提出了咨询系统的体系结构，但在细节操作上面，还需进一步深入[5]。“扎尔特曼隐喻技术”通过情景刺激的形式，让被访者在不受限制的情形下自然而然地表达内心的情感，以挖掘出潜在的产品需求，但获取的感性需求在设计转化方面需要深入[6]。文献7以感性工学的理论为出发点，运用层次分析法和模糊评价法，将用户对产品材质感性需求进行量化，用于产品材质的情感化设计[7]。有关产品色彩意向与情感导向性研究方面，色彩调和、产品配色比例计算、色彩提取法等被广泛地应用到色彩设计当中[8]。相关研究得出通过色彩的语意分析和量化评价，可以将色彩用二维坐标的形式来标定色彩的情感。在色彩情感研究方面，如冷暖度、软硬度等，以客观地得出产品色彩情感的基本趋势[9]，但对于用户的多维度感性需求转化方面还需深度研究。

Nakanishi等人[10]指出，色彩设计应考虑色彩面积与色彩调和，以提高设计方案的准确率。设计师用不同色彩及不同面积设计出的色彩搭配的二维图形来快速且直观地表达配色方案，把这种图形定义为“配色示意图”。通过用户对配色示意图的感知评价，简单直白地将用户的感性需求映射出来，用于产品的配色参考，从而实现了感性需求的设计转化。

（二）基于视觉重量感知的大型印刷装备多维度需求表达的色彩设计。衡量产品色彩感性需求可运用意向尺度法来评价产品色彩的可感知要素做出量化评价””。由于色彩的感知与先前的经验和知识有关，受过设计专业培训的专业设计师对色彩的通感相对准确[12]，因此通过专家评价法完成对配色示意图的评价具有一定的代表性。如图4所示，将设备的色彩视觉重量的心理感受描述为“很轻、较轻、有点轻、正常、有点重、较重、很重”，并以[-3，3]作为视觉重量感知标尺的意向标度，通过设计师对色彩方案进行评价获得视觉重量感的语意测评数值，实现色彩视觉重量感知需求的量化。

由于用户在描述产品感性需求的时候，往往需要多个语意词汇描述。图3是一种二维的产品色彩情感表达方式。本论文通过意向尺度法完成用户主要的感性需求测评，构建三维感性语意需求空间Mr，和Mr1，Mr1和Mr1是一对互补的语意词[13]。如图5，产品方案Pi（Mr1，Mr2，Mr3）在三维感性需求语意空间中语意的位置，其中Mr1，Mr2，Mr3代表着用户对产品的感性语意测评数值构成的三维语意坐标。

利用意向尺度法对产品的多维感性需求进行量化评价实验后，将评分赋值到Mr1，Mr2，Mr3中，构成产品方案的三维坐标。但是由于三维的语意空间不利于直观表达，所以，把用户最倾向的感性需求作为产品设计着重考虑的“首要需求FR（ First Req uest）”。利用层次分析法将首要需求划分为N个层次。当N=3时，可将首要需求评价指标划分为“高（FRh）、中（FRm）、低（FR1）”三个层次。将图5的三维表达转化为直观的、扁平式的“三维”语意空间形式，从视觉上更加直观清晰地表现出用户对产品的三维感性需求，如图6所示的是三维感性需求语意空间。

例如基于视觉重量感知的大型印刷装备色彩设计，通过设计师根据装备结构、布局分析，将视觉重量感知融入色彩组合当中，并将可行的装备配色方案通过配色示意图Pi表达出来。由用户对配色示意图进行装备风格感知评价。选择视觉重量感知作为首要需求，并划分为重量感知“高”（FRh），重量感知“中”（FRm），重量感知“低”（FR1）三个层次。在其他两个语意维度中，选择比较倾向的空间，如图7方框所示，在以Mr1，Mr2象限中选择了重量感知“高”和“中”以上的配色示意图作为最终设计参考，完成后期的深入设计。这种方法较为科学地将用户的感性需求转嫁到了配色示意图当中，并由配色示意图将感性需求转化到设计方案中。

（三）基于视觉重量感知的大型印刷装备材料与表面处理工艺设计。与一般产品相比，印刷装备体量更大，装备外附件表面越平整视觉重量感越强。印刷装备中最常用外附件就是钣金件，附件厚度小于1.2mm面积大于1.5m2，加工出来的表面在自然光下呈現出不均匀的视觉感知和不坚实的触觉感知，从而给人以轻薄、不可靠、品质差、价格低廉的心理感受;在装备色彩的整体布局上，应根据板金结构的特点，尽可能地将色彩相连贯，形成较大的面积感;从材质的表面处理而言，装备的处理方式为亚光，亚光的表面处理手段更易形成精密感与高端感，符合大型装备整体的设计风格需求;装备的色彩面积感与材质及表面处理工艺须保持着平衡的关系，若局部的深色使用的面积过大时，可对部件的材料运用进行调整，更换材料或者半透明处理来调节视觉重量感，在具备精密感、高端感的同时，达到视觉体验的平衡。

三、视觉重量感知下的FR400EL机组式凹版印刷机CMF设计实践

（一）印刷装备的基本功能构架分析。FR400ELS机组式凹版印刷机械设备，基本功能架构如图8所示。印刷速度为400m/min，印刷幅宽1050/1250mm，套印精度纵向≤±O.lmm、横向≤±0.1mm，承印材料BOPP/PET/BOPA/LDPE等塑料薄膜。圆盘收放料，可配备自动上下料装置，操作简捷方便，适用于食品包装、药品包装、日化包装、PVC标签印刷等行业。主视图8所示，主要构造包括进料机构、放料机构、收料机构、印刷控制单元、操作面板、主控柜、走梯、走台、工作预警装置及钢构支架。

（二）基于视觉重量感知的大型印刷装备的色彩设计。北人FR400ELS印刷设备有11组印刷控制单元、走台和收放料机构组成，基础构架呈现出上重下轻的视觉感。设备造型整体运用几何形态进行呈现，突出设备的秩序、效率和工业感。由于CMF设计注重突出产品的沉稳、可靠、安全、精密、高端的特点。所以本论文将色彩设计风格选择精密感、高端感作为横、纵坐标构成二维情感语意空间。把沉稳、可靠、安全归于视觉重量感，再将视觉重量感知作为首要需求，并划分为强、中、低三个层次。具体实例如下：首先根据印刷装备的基本功能架构，进行色彩布局的分析，确立主体色、辅助色与点缀色分布（图9），并完成于之匹配的配色示意图设计12款，如图10所示。

其次，根据印刷装备的色彩趋势和企业要求选择“高端感、精密感、重量感”为感性需求的语意描述。利用意向尺度法，选择20名工业设计学生与1 0名设计师对1 2个印刷设备的配色示意图进行评分，将评分的数据进行平均值计算，获得表1的数据。

在表1中，记录12个配色示意图关于“高端感、精密感”所对应的评分均值，以“精密感、高端感”作为二维语意空间坐标轴，将每个配色示意图所得均值在二维坐标中准确定位。选取其中“高端感高、精密感高”对应的配色示意图，如图11中红色圆圈所圈定的范围，就是符合该条件的配色示意图。

装备的配色方案通过配色示意图表达后，由用户对配色示意图进行装备风格感知评价。选择视觉重量感知作为首要需求，划分为重量感知“高”（FR h），重量感知“中”（FR m），重量感知“低”（FR l）三个层次。观察表1中12个配色示意图所对应的均值打分数据，将所求得的均值数据，将数据按照区间进行等分，数值在（0.967，1.767]区间内代表着重量感知“高”，数值在[0.033，0.967]区间内代表着重量感知“中”，数值在[-0.767，0.033）区间内代表着重量感知“低”，将图10中的配色示意图按照视觉重量感知的区间进行排布，如图12所示。选择“高端感高、精密感高”象限中、且“重量感”较高的配色示意图12号、10号。考虑到企业的品牌LOGO的色彩中有橙色，所以确定10号配色示意图为参考配色方案。

最后，依照上述印刷装备视觉重量感知分析的相关结论，将10号配色示意图作为印刷装备的配色参考。把印刷装备的主体色彩定为“浅灰、深灰、深黑”。而走台与印刷单元之间采用浅灰与深灰色彩进行间隔，走台下端视觉重量感会相应减弱，突出了主机的色彩，进而营造出走台整体的悬浮感，以此来削弱纵向的视觉高度从而减少视觉重量所带来‘上重下轻”的不平衡感。利用印刷单元柜体上的橙色装饰线，实现视觉引导的作用，凸显品牌色彩的差异化。如图13所示是FR400ELS印刷装备视觉重量引导示意。

（三）视觉重量感知下的大型印刷装备材料与表面处理工艺设计。印刷装备走台采用一体式包覆设计，最大限度地减少装备顶部的钢构外露。走台围板分段使用网孔板拼接而成，呈现出半通透感，从视觉感知的角度降低走台的视觉重量感，使装备的视觉重心下移在保持视觉稳定的同时还便于观察维护人员的基本活动动向。进一步分析走台，围板内倾，视觉上可以形成向装备中心流动的力，使视觉中心向内聚集，突出设备的稳定性。走台网孔围板之间的衔接使用的是梯形造型凸台盖板遮挡，视觉上梯形盖板作为纵向有型的线，将走台的视觉重量向下进行引导，分散走台的重量感，可以隐藏围板之间的分缝所产生的视觉混乱感，提高印刷装备的视觉稳定感如图14所示。

FR400ELS印刷装备视觉外观定义了4种主要色彩及质感如表2所示。在印刷单元和收放料柜体采用弧面处理，以“浅灰、深黑”作为主体色，并结合沙纹亚光工艺，营造出装备的精密感、可靠感与工业感。由设计师根据配色示意图完成色彩方案设计，如图15所示，最终投产效果如图16所示。

结论

近年来，大型印刷装备的设计研发越来越重视技术与设计的协调发展。CMF是大型装备呈现沉稳、可靠、安全、精密、高端感的视觉载体。本研究提出了以视觉重量感知为首要感性需求的大型装备多维感性需求设计决策方法与实施步骤，建立多维度需求感知的三维语意分析坐标，并通过一款大型印刷装备为例的分析过程，顺利将视觉重量感知作为首要需求融入到印刷装备的CMF的设计过程中来。同时得出视觉重量感知的分析手段是塑造产品“沉稳、可靠、安全”形象的重要方法之一。在工业环境下，视觉重量的心理感知在CMF设计过程中起到了关键作用，通过配色示意图将用户视觉重量感知转化到设计当中，为大型装备设计的视觉平衡的提供了科学决策依据。该方法不仅仅适用于印刷装备，同样可用于其他工业装备的CMF设计。。

参考文献

[1]汤强论感觉、知觉和联觉原理在展示设计中的應用[J].设计'2017，（7）：49-50

[2]徐楠，基于“联觉”感知的飞机客舱餐具体验设计研究[D]浙江理工大学，2019： 17-18

[3]陈莹燕，李蔓丽.现代包装设计中的多感官表达之探讨[J]装饰，2011，15 （2）：96-97

[4]刘欣悦，刘永翔.基于感性工学的电子商务APP交互设计的研究[J]设计2018，（1）：111-112

[5] KreutlerG，JannachD Personalized Needs Elicitation in Web based Configuration Systems[J]InternationalSeries in Operations Research and Management Science， 2006， 87 （10）： 27-42

[6] ZajtmanG，CoulterR Seeing the Voice of Lhe Customer： Metaph01-based Advertising Research[J]Journal of Advertising Research， 1995， 35 （4）： 35-51

[7]赵艳云，边放，李巨韬.基于感性工学的产品材质意象研究[J]机械设计2015，32 （8）：117-121

[8]张婧，姜峰，王文江.基于色彩意象的板壳工装设备滁装设计研究[J]设计，2017.（3）：17-19

[9]张婧.工业设计中的色彩情感导向性研究与实践[D]重庆大学，2015： 5-9

[10] NakanishiS，TakagiL NishiyamaT Color planning by fuzzy set theory [A] IEEE Internatimal Conference onFuzzy Systems. San Diego. USA， 1992， 5-12

[11]王毅.产品色彩设计[M]北京：化学工业出版社，2016： 76-77

[12]仇国芳，李怀祖专家评估中的不公正性及其解决途径[J]西安交通大学学报（社会科学版）2003，23（3）： 28-31

[13] Yi Wang，Si yin Lin Product Design Decision Oriented by Hierarchical Relevance of Users First PerceptualDemand[J]IOP Conference Series： Materials Science an Enpneering，2019，573 （2019）：012，043