眼动跟踪技术在明式家具满雕靠背造型认知中应用

牛晓霆，黄嘉玺

(东北林业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)

明式椅类家具在中国古代家具中独具特色，是具有浓厚东方文化底蕴的“璀璨明珠”，其纹饰艺术更是人文美和技艺美的统一，不但具有装饰功能，还有实现结构牢固的作用，以充满寓意的装饰形式来呈现人文思想及传统文化内涵。明式椅类家具的靠背板是最具魅力的装饰部位，大体可分为独板光素、局部雕刻、独板满雕、攒框装板。其中独板满雕是指在整个靠背板上雕刻一组或满面纹样，表现技法多种多样，如浮雕、透雕、镶嵌、髹漆等[1]。

图1 实验样本Fig. 1 Samples of the experiment

就目前相关的研究成果而论，许敏[2]通过分析明清圈椅类家具的材质、造型及装饰纹样，归纳出其形态规律和艺术特征；高伟霞等[3]运用SPSS软件中的卡方检验探讨了苏作家具木雕艺术在装饰题材、装饰部位和装饰技法方面的时代差异特征，结果表明，明清家具木雕在装饰题材和装饰部位的种类上存在显著的统计学差异，在雕刻技法上则无统计学差异；詹秀丽等[4]从明式家具榫卯的精妙组成形式和结构类型角度对其工艺美进行研究，从现代实木家具结构形式的创新等角度探讨现代榫卯的技术美；陈原川[5]对明式家具所承载的设计与审美理念研究后得出结论，明式家具的明韵思想展现了中国文人与文化之间的联系；孙昕等[6]探讨了龙凤纹样在明清家具雕饰中的视觉表达；孙巍巍等[7]总结出明清家具的符号学语言形式，并运用横组合与纵聚合等符号学原理创作新中式家具。以上研究可为眼动跟踪技术在明式家具满雕靠背造型认知与传承方面的科学研究提供参考。

研究显示，人类可以依靠眼睛来获取80%～90%的外界信息[8]，眼睛对样本做出什么反应取决于很多心理和生理因素[9]，就明式椅类家具而言，传统技艺是其内核和灵魂，工艺是否到位，装饰美观与否，这些直观的心理感受都会影响人们对明式家具整体美感的体验。因此，笔者结合眼动跟踪实验和语义微分法对明式家具独板满雕靠背装饰纹样的造型认知展开试验研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验采用ACT-eyelab便携式眼动仪，分辨率为1 280×1 024像素，基于Analysis one眼动仪分析软件系统对受试者的眼动轨迹进行有效记录，实验地点在东北林业大学古家具研究中心。从相关书籍、图册、雅昌艺术网等途径展开样本搜集，利用多元尺度分析及Ward聚类分析法对样本进行筛选[10]，最后选取清晰度高、角度一致(正面视角)且搭脑形制大致统一的明末清初椅类家具(满面浮雕靠背)图片共3张，所有实验图片经Photoshop软件截取靠背板部分且保留部分的尺寸大致统一，以降低其他造型因素的影响，更有针对性地研究靠背板的造型美，背景为白色，图片处理成黑白色，使之在背景、灰度、亮度及大小这些参数上保持统一，尽量减少干扰因素的影响。3张样本图片的雕刻技法相同，均为浅浮雕，装饰题材不同，分别为缠枝双螭纹、缠枝花卉纹、寿字八宝纹(道八宝寿字纹)，问卷测试部分所用样本图片与眼动跟踪实验相同，但问卷测试部分采用其彩色图片，如图1所示(图片引自《故宫明式家具图典》[11])。

选取东北林业大学本科生、研究生及教师共30人进行眼动跟踪实验，男女各15人，其中“专业组”15人，“非专业组”15人，裸眼或矫正视力大于1.0，无色盲或色弱人员，测试前眼部无不适症状。

1.2 实验变量的层次设计

根据Treisman的“特征整合理论(feature integration theory，FIT)”[12]，人们的视觉在认知过程中首先进行平行、序列加工，在眼动上的体现则是扫视与注视，随后进行特征整合处理。因此本次实验主要设置视觉注意与视觉搜索两组变量[12]。将每张样本图片分别划分为5个兴趣区(AIO)，分别代表满面浮雕靠背的5个部位：上部、中上部、中部、中下部、下部；将其编号为兴趣区1～5，在语义微分法评价问卷中，利用五级量表对被试者的主观意向进行表征。实验的变量层次设计详见图2。

图2 实验变量层次设计Fig. 2 The experimental variables hierarchical design figure

1.3 实验流程与方法

1.3.1 语义微分法实验流程

实验参与者共50名，其中专业组23人，非专业组27人；年龄18～55岁。实验所用图片与眼动跟踪实验相同，要求被试者将靠背的5个造型因素(雕刻技法、装饰题材、靠背纹理、造型形态、靠背色彩)按满意程度-2(极其不满意)～2(非常满意)排序评分，并对3款不同装饰纹样的满面浮雕靠背按喜爱程度排序，分别做出美度5级评分，按照从低到高等级划分-2、-1、0、1、2分值(分别表示非常不喜欢、不喜欢、一般、喜欢、强烈喜欢)进行数据统计分析。

1.3.2 眼动跟踪实验流程

首先将样本图片输入眼动仪专用软件中，编辑实验素材，使其以原比例放大并符合屏幕大小，设置图片各项参数及结束条件。对被试者进行实验任务说明后指导其坐在距离显示屏约60 cm的位置进行五点校准程序，随后进行预实验，充分了解实验目的后即可开始正式实验，请被试者集中注意力观看显示屏幕中呈现的明式椅类家具满面浮雕靠背样本图片。图片依序自动播放，每张呈现15 s，每张图片中间会呈现3 s屏蔽素材图片(图3)，用于专业实验中用户记忆清除的中继画面。

图3 眼动实验资料Fig. 3 Eye movement experiment data

2 结果与分析

2.1 语义微分法调研分析

1)对所有参与问卷调研人员(共50名)对整体靠背5个造型因素的满意程度进行数据统计分析， 3款不同装饰纹样的满面浮雕靠背样本图片的主观评价指标对比结果见图4。

图4 造型因素认知主观评价指标对比Fig. 4 Comparison of cognitive subjective evaluation indexes of modeling factors

由图4分析可知，被试者对3款满雕靠背的造型因素认知度具有一定共性，普遍对靠背板的装饰题材、雕刻技法及纹理的满意度和感兴趣程度较高，对造型形态和靠背色彩具有较低的兴趣度，其中以装饰题材的平均值最高，说明装饰题材最能吸引被试者的注意力，装饰题材及纹样是否生动传神、雕刻技法运用是否合理、纹理的走向与疏密关系都会直接影响用户对满雕靠背的审美体验与视觉感受。因此，在明式椅类家具独板满雕靠背设计中应重视兴趣度较高的造型因素，着重考虑靠背板装饰题材的选取及构图方式、雕刻技法的运用、雕刻纹样与靠背纹理之间的位置关系，设计出最符合用户主观审美趋向的家具产品。

2)专业组与非专业组对3款不同装饰纹样的满面浮雕靠背样本的认知喜好度均值见图5，认知喜好度方差分析计算过程及结果见表1。

经分析可知，专业组与非专业组均对缠枝双螭龙纹表现出较高的喜好，均值分别为4.30和4.41，标准差分别为1.18和0.69，F=0.146，P=0.704，且对于缠枝双螭龙纹、缠枝花卉纹、寿字八宝纹均不会表现出显著性差异，P值均大于0.05。在明式椅类家具传承设计时可以优先考虑喜好度较高的螭龙纹作为主体装饰纹样。

图5 认知喜好度均值Fig. 5 Mean values of cognitive preference

表1 喜好度方差分析结果Table 1 Results of variance analysis of preference

2.2 眼动跟踪实验结果分析

2.2.1 热点图分析

将专业组的15人(组1)与非专业组的15人(组2)被试者对单一样本的全部眼动实验数据分别叠加，获得不同专业知识背景的被试者对单一样本的眼动热点图(图6)。颜色越深越偏向红色代表此区域是关注的集中点，获得更多的视觉关注度；颜色越偏向蓝色则代表此区域的关注时长与关注次数较少。

图6 热点图Fig. 6 Heat map

对输出的热点图分析，通过样本一的热点图分析发现两条螭龙对应的靠背板中上部及中下部的关注热度明显高于其他部位，说明浮雕的主体纹样双螭龙会让人更加感兴趣，更具吸引力；样本二的热点图表明，被试者对位于靠背板中上部及中部的花卉纹样有较高的视觉关注度，此处的热点图颜色最趋于红色，对其他部位的缠枝纹样注视时间较短；通过对样本三热点图的分析，发现位于靠背板中部的“寿”字纹样的关注热度明显高于其周围的道八宝纹及其他辅助纹样。通过对所有样本的热点图对比分析后得出，被试者对不同装饰纹样靠背板的视觉焦点及最感兴趣区域有一定的差别，但是大多集中于靠背板的中部及以上居中的位置，说明主体纹样及辅助纹样的位置不是随意选取的，浮雕纹饰的组织构图规律很重要，在纹样设计时可将主体纹样置于关注热度较高的靠背板中上部居中的位置，辅助纹样置于视觉关注度较低的靠背板四周边缘或中下部区域。装饰纹样越复杂，视觉关注度越高，对造型审美认知具有重要的引导作用，在纹样创新设计中应引起重视。

通过对“专业组”与“非专业组”热点图的对比分析，发现热点图的差别不大，关注度最高的区域均位于靠背板的中上部，但是“专业组”表现出的眼动热度面积更大，说明其对多个部位均表现出了较高的兴趣，更易用专业的眼光观察分析装饰纹样的细节处理及比例特征。

2.2.2 轨迹图分析

为了更加直观准确地显示出不同专业程度被试者的眼动轨迹趋势及视觉关注度最高的区域，总结出全部受试者在观看不同装饰纹样时的视觉规律，按照受专业程度的不同将30名被试者的眼动轨迹分组叠加，将专业组编为组1，非专业组编为组2，如图7所示。不同的颜色代表不同的受试者，图中圆圈与线段代表注视点的位置和观察轨迹，以圆圈的大小来显示注视的时间长短，圆圈中的数字代表注视的顺序。

根据图7输出轨迹图结果的分析可知：1)被试者对装饰纹样为缠枝双螭龙纹浅浮雕的靠背板视觉审美焦点位于靠背板的中上部及中下部，中上部的注视点数量最多，注视点半径最大；其次是中部及中下部，此靠背板的主体纹样为两条螭龙，龙头恰好分别位于视觉关注度较高的中上部及中下部。由图7中数字可知，被试者会首先关注中上部的螭龙纹样，随后视线轨迹移动至中下部的螭龙纹样，最后关注缠枝纹及其他辅助纹样，且主体纹样会回复注视。2)被试者对装饰纹样为缠枝花卉纹的靠背板视觉审美焦点位于靠背板的中上部及中部，被试者的眼动轨迹围绕着位于靠背板中上部及中部的花卉主体纹样而移动。3)被试者对装饰纹样为道八宝寿字纹的靠背板视觉审美焦点位于靠背板的中上部、中部及中下部，其中以中部的注视点数量最多，注视点半径最大，说明靠背板中部具有特别的吸引力。被试者的眼动轨迹围绕着位于靠背板中部的“寿”字主体纹样而移动。

图7 所有受试者输出轨迹叠加图结果Fig. 7 Results of the output trajectory overlay of all subjects

经过综合对比分析可知：被试者的眼动轨迹跟随着主体纹样的位置而移动，说明满面浮雕靠背中主体纹样的位置选取是有规律的，装饰纹样的位置、面积大小和构图方式的差异都会对视觉审美产生影响，不同的装饰纹样均有着不同的侧重点，在具体的雕刻塑型过程中对不同装饰纹样特征与椅类家具整体造型之间关系的准确把握也是所雕刻装饰纹样是否能够蕴含神韵的关键。需以人工之纹的组织构图规律为基础进行整体的空间布局。不同专业知识背景受试者的眼动轨迹存在一定差异性，“专业组”的注视点较为分散，“非专业组”较为集中。

2.2.3 兴趣区眼动数据分析

根据语义微分法调研分析，选择造型认知与喜好度排第一的样本一“缠枝双螭纹”建立兴趣区域，对其进行后续的眼动数据统计分析。AOI1～5分别代表靠背板上部、中上部、中部、中下部及下部，如图8所示。分别从“总注视时间”“总注视次数”“首次注视时间”“兴趣区平均注视时间”“注视比例”等方面进行统计分析。

图8 兴趣区划分Fig. 8 Division of interest areas

1)专业组与非专业组视觉注意数据分析。

专业组与非专业组视觉注意数据统计详见表2，可见：专业与非专业组的总注视时间与总注视次数按照由高到低排列，均依次为靠背板中上部、中下部、上部、中部、下部，说明在进行造型特征认知时，上部、中上部、中下部由于主体纹样两条双螭龙的独特复杂造型而具有特别吸引力。

2)所有参与者视觉搜索数据分析。

对所有参与者的视觉搜索数据进行统计(表3)，可见：首次注视时间和兴趣区平均注视时间最高的是靠背板中上部及中下部，表明被试者在对这两部分(主体纹样双螭龙所在区域)进行特征分析时，信息处理量大。经统计各兴趣区平均注视时间依次为：中上部>中下部>上部>中部>下部。

表2 专业组与非专业组视觉注意数据统计Table 2 Visual attention data statistics of professional and non-professional groups

表3 所有参与者视觉搜索数据统计Table 3 Visual search data statistics of all participants

3 结论与讨论

3.1 不同装饰纹样满面浮雕靠背的造型审美认知共性

在对明式家具独板满雕靠背造型特征认知的过程中，以3款不同装饰纹样的满面浅浮雕靠背正面造型为样本，分别对“专业组”与“非专业组”被试者进行眼动跟踪实验，随后以语义微分法探究人们对靠背5个造型因素的满意程度及对3种靠背板的喜爱程度，研究表明：两组被试者对不同装饰纹样的满面浮雕靠背的视觉焦点均集中于靠背板中主体纹样所在区域，缠枝双螭纹的主体纹样位于靠背板中上部及中下部；缠枝花卉纹的主体纹样位于中上部及中部；寿字八宝纹的主体纹样位于中部。“专业组”表现出的眼动热度面积较“非专业组”更大，说明其对多个部位均表现出较高兴趣。

雕刻纹样的位置和构图方式极为重要，雕凿之纹不是随意而置，无序而雕的，雕刻技法在选取时需要着重考虑家具的整体造型及纹样的题材特征，在纹样设计时要注意纹样的面积大小与靠背整体造型的比例关系，避免造成两者之间的视觉冲突。满雕靠背纹样复杂，整面浮雕的构图比例关系与远近虚实关系是整个椅子的精髓。靠背板中部及中上部居中的位置受到的视觉关注度最高，因此，在设计制作时这一位置可以作为靠背板主体纹样浮雕透雕开光的首选位置，着重加强主体纹样的表现力，在传承创新中值得关注和延续。

3.2 影响明式家具独板满雕靠背造型特征认知的重要元素

不同题材及构图方式的纹样图案各具特色，新颖的题材、巧妙的构图方式、生动的造型元素均会给用户带来不一样的视觉审美感受，吸引人的东西最好用，情感元素在设计领域中扮演着越来越重要的角色，情感元素包含3个不同层面：本能的(产品的外观式样与质感)、行为的(产品的功能)和反思的(个人的感受与想法)[13]。因此，纹样的吸引力程度及视觉感受会直接影响用户情感体验的满意程度，在设计时需要把握好纹样图案的视觉审美规律及秩序感。

被试者对靠背板的装饰题材、雕刻技法的满意度较高，对缠枝双螭龙纹表现出较高的喜好度，说明装饰题材、雕刻技法等元素对靠背板的造型特征认知具有重要的引导作用。靠背板的纹理同样是关注度比较高的造型元素之一，纹理越密集视觉关注度越高，纹理走向与装饰纹样之间存在着一定的位置关系。因木材纹理多样性的变化，决定了不同切削方向纹理变化的差异性，在进行纹样雕刻时应仔细审视靠背板木纹走向和疏密的变化规律，与纹样形式特征相互对应，以确保二者的一致性，做到以纹塑型，既强化了纹样的流动性，又丰富了纹样的内容。如两者关系处理不好，纹样走向与木纹走向的交叉错落不仅会影响纹样的整体美感和自身线型的流畅感，而且会影响纹样与木材连接的牢固性。

在新中式家具传承设计中应着重考虑雕刻技法的运用、装饰题材的选取及构图方式，掌握纹理走向跟装饰纹样之间的位置关系及其视觉审美的内在规律，对于完善纹饰艺术理论、弘扬中国传统文化、修复明式家具和设计开发新中式家具有着非常重要的意义。

3.3 明式家具独板满雕靠背造型研究的不足与展望

对于明式椅类家具独板满雕靠背装饰纹样的研究仍然有诸多问题亟待分析和解决，因眼动的复杂性，存在“Midas接触”问题[14]，扩充实验样本和被试群体的范围，扩大实验样本数量，优化研究内容和方法，以期获得更为准确和客观的研究结果。在未来的研究工作中可将眼动与虚拟现实(virtual reality，VR)相结合[15]，构建受试者观看明式家具的现实世界或模拟环境，使其视觉体验和眼动行为尽可能接近现实，直接提取客户对明式家具靠背产生的交互数据，利用VR技术建立电脑、眼动数据与认知喜好度关注度之间的关系模型，对明式椅类家具的人性化及情感化设计具有重要的指导作用[16]，为实现明式家具靠背造型的客观性量化评价提供另一种更加精确科学的技术途径。