基于感性工学的眼镜设计方法研究

张迪婧 侯增选 肖扬

摘要：为满足眼镜用户多样化、差异化、模糊性的审美偏好与感性需求，提出一种基于感性工学的眼镜设计方法，采用主成分分析法、因子分析法、聚类分析法将眼镜感性意象归纳为风格意象，并对造型及CMF设计要素分别与风格意象进行关联性分析。构建了眼镜美学设计要素与风格意象之间的映射关系。为眼镜及其他产品设计开发过程中的美学表现提供了切实可行的设计方法。

关键词：审美偏好感性需求感性工学造型设计CMF设计风格意象

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2021）01-0114-04

引言

产品的造型、色彩、材质等设计要素共同塑造了产品的美学特征，通过在视觉、触觉等方面带给用户直观的感受，加深用户对产品的理解，引發情感共鸣。眼镜作为日常消费品，能给特定人群的眼睛带来某种有利特性的使用功能已不再是消费者单一的需求，逐渐成为能够表达情感、彰显个性的面部装饰产品。因此，探究眼镜美学设计要素与用户感觉特性之间的关系，对眼镜产品设计重点的选择至关重要。

一、理论概述

（一）感性工学

感性工学通过对用户感性意象需求分析，将用户提出的模糊的、不确定的复杂感性意象采用工学手段进行整理、分析，转化为定量的数据信息，实现产品设计要素的转译”。常见的研究方法包括语义差分法（SD法）、感性工学系统构建、调查实验法等【2】。田正清等【2】在感性工学的基础上建立造型语义空间，运用主成分分析和多重线性回归相结合的方法，得出各感性需求与自行车整体造型评价之间的关系。苏建宁等【3】将感性工学与神经网络结合，建立了感性意象与设计参数之间的非线性对应关系。宋明亮等面向房车内饰造型审美诉求，采用因子分析与聚类分析方法建立房车内饰设计风格语义词汇与CMF设计元素的关联映射，获取本土用户对不同风格的房车内饰CMF审美偏好数据。由于产品的感性意象是不同设计要素综合作用的结果，因此需对影响感性意象的要素进行综合探究。此外，部分感性意象形容词较抽象，容易造成用户理解偏差，不适宜直接用于产品设计要素的描述，因此需对感性意象词汇进行特征归纳，形成易于描述和理解的词汇。

（二）CMF设计

CMF设计是设计师基于对色彩（Color）、材料（Material）、工艺（Finishing）的认知，对产品外观进行再设计的过程。CMF作为产品设计的重要要素和用户情感体验的重要载体，为设计师与消费者架起了沟通的桥梁【5】。CMF以美学为基础，创新为准则，依托工程学技术方法，制定色彩、材料及工艺相结合的产品设计策略，真正做到设计创意到现实产品的转化【6】。目前，国内外对CMF的研究主要集中在汽车、家电、手机等电子产品领域，如国外的苹果、三星、西门子、LG、MaterialConnexion、MOTO、Tesla、IDEO、WGSN等企业均设有专门的CMF数据库或实验室，国内小米、华为、海尔、海信、格力、美的、科沃斯等企业也相继成立CMF部门。CMF设计在丰富产品形象、延长生命周期上起到了重要作用，有助于产品系列化、品牌化发展，提升产品的附加价值及市场竞争力。

二、基于感性工学的眼镜造型风格意象研究

产品造型特征是辨别产品的关键因素，设计师通过产品不同的造型特征传达不同的感性意象，如形态规则的产品造型往往呈现出规矩的、严谨的意象感受，形态组合多变的造型往往呈现出个性的、丰富的意象感受。认知心理学的研究结果表明，人类通过视觉、听觉、触觉等生理器官对产品的形态会形成一定的心理感知，并在大脑中形成对产品形态的意象认知，在审美方面的认知被称为造型风格意象认知7。产品造型常以外显的几何特征展现，产品造型风格常以意象语义词汇描述和表达，引导内隐的、模糊的感性需求外显化是产品设计过程中的重要环节。本节通过研究眼镜造型与感性意象的关系，建立造型设计要素与造型风格意象间的映射模型。

（一）眼镜样本空间建立

眼镜主要由镜框、镜腿、鼻梁、鼻托、桩头、铰链等构成，眼镜造型主要由镜框正面形态决定，因此本研究选取镜框造型作为眼镜整体造型设计要素。眼镜造型按镜框形态可分为基本形态、组合形态和仿生形态，其中基本形态包括圆形、椭圆形、矩形、多边形，组合形态包括方圆形、D形及其他不规则几何图形，仿生形态包括猫眼形、蝶形、蛤蟆形。通过走访眼镜实体店、浏览国内外眼镜品牌网站及各大购物平台，从15个知名眼镜品牌中搜集样本285个，由专家组成的焦点小组进行相似样本剔除和聚类分析，最终筛选出代表性样本30个。为避免色彩、材质等要素对眼镜造型的影响，将样本进行去色处理，如图1所示。

（二）眼镜意象空间建立

通过查询互联网、眼镜相关文献、广告宣传词汇、行业报告等途径搜集眼镜造型相关感性意象词汇98个，选择具有3年以上工作经验的眼镜设计师及工业设计专业师生，通过近义词缩减加以整理，最终确定表1所示的14个感性意象词汇作为初始语义评价指标。

（三）感性评价实验设计

采用李克特五级量表，以14个感性意象词汇分别对30个眼镜造型样本进行评分，评分1-5分别代表从非常不符合到非常符合5个等级，设计评分问卷，选取包含眼镜设计师、销售人员、眼镜使用者等在内的群体作为调研对象，发放200份问卷，回收有效问卷189份，有效回收率94.5%，其中男性107人，女性93人。

信度是根据评价结果的前后一致性判断量表的可信赖程度，在对问卷数据进行处理之前，需进行信度分析。克隆巴赫系数（CronbachsAlpha）是心理测验中最常用的信度评估工具，其测量结果可作为实验设计可靠性的依据。克隆巴赫系数的统计原理为：

其中n为量表中测度项的数目，为所有项目第i个测度项的得分方差，是为所有项目总分值方差，由此可得量表内部一致性Alpha系数为0.945，各题项的克隆巴赫Alpha值均大于0.7，说明此问卷数据信度质量较高，可靠性良好。现对30款眼镜样本造型进行评分，计算各样本的感性意象词汇评分均值为：

其中m为样本数量，n为感性意象词汇数量，取评分均值构建样本-意象评价矩阵，如表1所示。

（四）数据分析与处理

感性意象空间中的形容词具有错综复杂的关系，给研究带来不便，因此需将初始意象转换为少数几项综合语义指标。本节采用因子分析法，利用降维的思想，提取出互不相关的综合指标作为公因子来解释各初始意象间的相关性和依赖关系，尽可能地覆盖初始意象信息。

1.效度分析：采用SPSS25.0对问卷评价数据进行KMO检验与Bartlett球形度检验，其中KMO测度值为0.785，大于0.7，说明问卷设计的变量间具有一定的相关性，问卷设计有效;Bartlett球形度检验显著性概率值为0.000，低于显著性水平0.01，表明问卷适合进行因子分析。

2.主成分提取：采用主成分分析法，首先将表1中的评价矩阵标准化，得到各初始意象指标的相关矩阵，并计算矩阵的特征值和方差贡献率，得到如表2所示的初始意象指标总方差解释。采用基于特征值的因子提取方法，选取特征值大于1的成分作为公因子，并对照图2所示的感性意象成分碎石图，可看出初始意象指标的绝大多数信息集中在前3项成分中，且累积方差贡献率达97.791%，因此将前3项成分作为主要成分。

3.因子旋转：采用最大方差正交旋转法进行因子旋转，旋转后的因子载荷矩阵如表3所示。根据各成分因子载荷较高的类别及其包含的共有语义，将3项主成分归纳为眼镜设计的三类风格：第一主成分在8、9、10、11、12、13类别中载荷较大，综合语义与质朴的、经典的、沉稳的、成熟的、气质的、典雅的强正相关，归纳为商务休闲风;第二主成分在5、6、7、14类别中载荷较大，综合语义与摩登的、自由的、潮流的、独特的强正相关，归纳为时尚个性风;第三主成分在1、2、3、4类别中载荷较大，综合语义与文艺的、古典的、清新的、纯粹的强正相关，归纳为文艺复古风。

4.聚类分析：根据表1的样本-意象评价矩阵，采用组间平均联接法对30个样本进行Q型系统聚类，采用平方欧氏距离作为聚类统计量，得到样本聚类分析谱系图，如图3所示，当距离为15时，30个样本可分为3类，对照图4所示的主成分得分图，得出样本隶属风格类型：第一类（1、2、6、13、15、19、20、23、26、27、29）聚集了11个样本，多以简单形态为主，镜框多呈矩形、椭圆形、D形等，整体造型较为规则，属于商务休闲风;第二类（3、4、5、8、9、10、11、17、18、22、25、28、30）聚集了13个样本，多以不规则的形态表现，且变化多样，镜框多以不规则几何图形、猫眼形、蝶形、蛤蟆形等为主，整体造型较为自由，属于时尚个性风;第三类（7、12、14、16、21、24）聚集了6个样本，镜框造型多为圆形，整体造型较为单一，属于文艺复古风。由此可得出眼镜意象风格与造型设计要素的映射关系，进一步了解了用户对眼镜风格的理解，为设计师针对性的造型设计提供了指导。

三、基于风格描述的眼镜CMF设计研究

（一）眼镜CMF设计要素感性解析

1.镜架色彩要素解析：色彩作为视觉符号的重要构成元素，产生的视觉冲击力在产品外观表现中具有“先声夺人”的艺术效果，是表现产品风格的一种重要手段。色彩同时融合了客观存在与主观感受，在增强产品表现力、传达产品语意、引发情感共鸣中发挥着至关重要的作用【8】。色彩通过影响人的视觉和心理感受引发审美意识，传达给用户不同的心理效应。

通过调研国内外著名眼镜品牌主要色彩分布，总结出不同品牌与款式的眼镜主要采用黑色、灰色、银色、金色作为通用色。随着流行色的更新和材料加工工艺的发展，新增的玫瑰金、香槟金、古铜色、棕褐色及其他彩色丰富了眼镜的配色选择。此外，不同材质的选择也会影响色彩的表现，如采用天然材料（竹木、玳瑁、角质等）制作的框架保持了材料的天然色彩及质感，满足了不同用户群体的需求。

2.镜架材料要素解析：材料是产品形态存在的物质基础9。不同材料以其自身具有的色彩、光泽、肌理、质地等物理属性及传递给人的触觉、视觉等生理心理属性，使产品呈现出截然不同的面貌并影响用户的使用体验，成为影响产品风格表现的重要因素之一。

目前眼镜按制作材料主要分为金属镜架、非金属镜架和混合材料镜架（以大部分结构部位用材为准）。最早的镜架材料为天然材料，保持了材料的天然质感，由于材料稀缺、加工制造难度高、价格高昂等原因，一般为定制生产。随着金属材质的发展和应用，不同特性的金属被大量应用到眼镜行业，并成为眼镜中的主力，主要经历了由金、银、铜到铜、镍等金属的合金再到钛及钛合金的发展历程，不断提升眼镜的体验感。随着塑料、树脂合成加工技术的发展，塑胶镜架以其轻便、耐用、易加工、易着色等优良特性得以广泛应用。此外，金属与塑料混合制成的混合材料镜架使镜架造型、色彩更丰富，给用户提供了更多的选择。

3.镜架表面加工工艺要素解析：表面处理是在基体材料上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层工艺方法【10】。在产品设计中，纹理、光泽、质地等设计意图需通过表面加工工艺得以展现。表面加工工艺是影响产品风格的重要因素之一，在产品防护、装饰方面发挥重要的作用。

金属镜架表面加工工艺主要包含金属电镀、阳极氧化、包金等;塑胶镜架的加工主要分为板材切割和注塑成型，其表面加工工艺以喷涂为主;天然镜架往往为定制手工制作，不进行批量生产;混合镜架需根据不同零件的材料采取不同的表面加工工艺。通过不同的表面加工工艺，不仅可以使相同的材料呈现不同的质感，而且可以使不同的材料呈现相同的质感【11】。此外，表面加工工艺的选择和搭配需考虑造型、色彩、材料等相关要素及技术的可行性、经济性、环保性，以期满足用户的审美需求。

（二）眼镜CMF样本库的建立：通过浏览国内外著名眼镜官方网站及购物平台、眼镜相关文献、书籍，走访线下眼镜店，实现眼镜CMF设计要素解析。由于眼镜CMF设计中材料和表面加工工艺的选择具有局限性，色彩的选择灵活多变，并且眼镜作为体现用户身份、个性、偏好的时尚单品，其色彩往往需要与服饰颜色、配饰颜色、发色等进行合理搭配，因此收集服饰、珠宝、发色等相关流行色元素，由工业设计专业师生组成焦点小组，对色彩要素进行补充、分类、筛选。此外，为平衡用户对天然镜架图案的喜爱和天然镜架制作过程中材料稀缺、加工制造难度高、价格高昂的矛盾，采用具备天然材料图案的塑胶镜架備受消费者欢迎，本研究将其图案作为色彩要素的扩充，建立最终的CMF样本库，分别见图5、表4、图6。

（三）基于风格描述的眼镜CMF评价实验

选取包含眼镜设计师、销售人员、眼镜使用者等在内的群体作为调研对象，以3个眼镜风格描述词汇分别对CMF样本库中的元素进行评分，评分采用李克特五级量表，设计评分问卷。本次实验发放300份问卷，回收有效问卷276份，有效回收率92%，其中男性169人，女性131人。采用SPSS25.0对问卷进行信度分析，CronbachsAlpha值为0.841，大于0.7，问卷信度良好。将问卷评分结果进行整理，如图7所示。

（四）实验数据分析：根据眼镜CMF风格评分结果进行分析，选取不同类别下得分较高的CMF设计要素作为该风格眼镜的CMF设计依据。

1.色彩搭配：如图7（a）所示，在商务休闲风中，黑色、深蓝色、深灰色、深紫色得分较高，无彩色给人成熟、庄重之感，低明度的蓝色、紫色稳重而不沉闷，兼具商务与休闲的特点;在时尚个性风中，得分较高的色彩种类丰富，反映出此类风格的眼镜在色彩选择上的灵活性与自由性，其中雾霭蓝、玫瑰粉、樱花粉、青铜色、豆沙粉、香槟色、珊瑚橘、藕粉色、红棕色、浅棕色、薄荷绿、灰紫色评分均在4.5分以上，低纯度的有彩色不仅扩大了眼镜色彩的选择域，满足不同用户审美偏好，成为凸显个性的标签，而且更便于眼镜零部件本身及其与服饰、头发等的色彩搭配，在展现时尚、个性特点的同时，增添了精致美;在文艺复古风中，玳瑁图案、深黄色、木质图案、灰棕色、深棕色、黑色、牛角图案得分较高，暗色系色彩及天然材质的图案，均给人古朴之感，符合文艺复古风格的特点。

2.材料选取：如图7（b）所示，在商务休闲风中，钛及钛合金得分最高，金属带给人的庄重、理性之感，钛及钛合金质轻、高弹性的特点给人舒适之感，融合了商务与休闲的特点;在时尚个性风中，板材、塑料、贵金属得分较高，其中板材、塑料色彩表现丰富，搭配灵活，贵金属光泽度高，质地坚硬，且板材或塑料与贵金属的光泽、色彩对比映衬出时尚感，彰显独特个性;在文艺复古风中，镍合金、钛及钛合金、铜合金得分较高，兼顾轻便、易加工的特性，提供给眼镜佩戴者良好的触觉体验。同时，镍合金、钛及钛合金在三种风格下的评分相当且较高，说明这两类金属在眼镜材料选择上具有普适性。

3.工艺加工：如图7（c）所示，在商务休闲风中，金属亚光电镀、阳极氧化、金属亮光电镀得分较高，亚光处理的材料质感细腻，柔和，具有良好的触觉体验，具有品质感，亮光处理的材料光泽度高、表面光滑，展现出不同的金属美感;在时尚个性风中塑料亚光喷涂、包金、金属亮光电镀得分较高，其中塑料亚光喷涂色彩表现丰富，具有时尚感、品质感，包金和金属亮光电镀光泽度高，具有现代美感，塑料与金属的搭配可使光泽、色彩等呈现层次感，二者对比彰显出时尚与独特个性;在文艺复古风中，塑料亮光喷涂和金属亮光电镀得分较高，亮光处理的材料光泽度高，细腻光滑，给人清新、干净之感，另外，具有天然材料图案的镜架一般由塑料制成，极具古典的特性。同时，金属亮光电镀在三种风格下的评分相当且较高，说明该工艺具有普适性。

结语

采用感性工学对眼镜的美学设计要素进行深入探究，以眼镜造型为切入点，通过分析造型与感性意象的关系，将感性意象归纳为风格，并对照造型样本的特征，将造型设计要素与风格意象进行关联性分析，提取出不同风格下的造型特征。通过对眼镜色彩、材料、工艺的解析，研究CMF设计要素与风格意象的关系，提取出不同风格下的CMF特征。本文将眼镜的造型、色彩、材料、工艺四种主要美学设计要素进行综合研究，构建了眼镜美学设计要素与风格意象的映射关系，为迎合用户的审美偏好与感性需求提供了研究思路，为眼镜设计开发过程中的美学表现提供了切实可行的设计方法。

参考文献

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【2】趙秋芳，王震亚，范波涛.感性工学及其在日本的研究现状【J】.艺术与设计（理论），2007（07）：32-34.

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【10】孙然.基于CMF的学龄前儿童玩具情感化设计研究【D】.广州：广东工业大学，2019：1-88.

【11】张冰.手机CMF设计中用户审美与材质表达的关系研究【D】.徐州中国矿业大学，2016：1-92.