基于感性意象的概念汽车车身造型评价研究

鞠清绘，刘炜祯，阮景奎

基于感性意象的概念汽车车身造型评价研究

鞠清绘，刘炜祯，阮景奎

（湖北汽车工业学院，湖北 十堰 442002）

为了减小汽车造型设计过程中对抽象感性意象的主观描述误差，提出一种主客观相结合的科学造型评价方法。以层次分析法（Analytic Hierarchy Process）和熵权法（Entropy Weight Method）相结合的汽车造型评价方法，通过感性语义空间的建立，将抽象的语义描述定量化，建立汽车造型意象评价体系，对所建立的判断矩阵进行一致性检验，获得各层次评价指标的主观权重，利用熵权法计算各评价指标的信息熵，进而求得各评价指标的客观权重，通过拉格朗日乘子法优化得到组合权重，将其运用到车身造型设计评价中以确定最终设计方案。该方法以4种概念轿车车身初步造型方案为评价对象，筛选出最优设计方案，评价结果同时反映汽车造型主观评价与客观评价，提升了权重的准确性与科学性，为后续汽车造型设计方向提供可靠参考。

层次分析法；熵权法；汽车造型；设计评价

目前传统汽车造型设计多以设计师的主观喜好为主，并未从用户的角度出发，未能了解用户的造型需求及哪些设计因素对用户的选择产生影响，使传统造型设计不能满足现代消费者审美需求。感性意象作为人们通过视觉等感官捕获物体外观，综合情感、联想形成符合内心预期的一种认知活动，将感性意象设计运用于传统概念车设计，使汽车造型更好的贴合用户心理期望，满足当代消费者的需求。一些潜在的造型逻辑模式规则在我国现代汽车造型的设计中普遍存在，景春晖[1]通过构建汽车造型多目标优化规则模型，提出一种汽车造型原型特征抽取方法；陈金亮等[2]利用语义差分法获取SUV汽车前脸感性意象评价，将用户模糊情感意象转化为具体设计要素，使汽车前脸造型更加人性化；季曹婷等[3]针对汽车造型智能设计领域中如何有效提取用户需求的问题，提出一种融合多特征TFIDF（词频–逆向文件频率）文本分析的汽车造型需求提取方法；程永胜等[4]通过汽车造型意象词汇获取确定汽车造型评价样本，利用层次分析法建立造型评价指标体系，采用模糊隶属度函数对各评价结果进行了量化处理，筛选最佳汽车造型方案。以上研究都对汽车造型质量评价有一定成效，但未考虑客观权重对评价结果的影响，鉴于此，将主观的感性意向与产品造型相映射，提出一种将主观权重与客观权重相结合的汽车设计造型意象评价模型。

1 理论基础

1.1 感性工学理论

感性工学将包含个人经验、回忆、想象等模糊意象，通过意识活动归纳整理形成具体意象，以语言、文字、图案等方式具象表达[5]，是一种将用户抽象的感性特征因素具体化为定量数据并应用于产品设计中的理论[6]。

1.2 语义差分法

语义差分法通过对用户进行心理感受测定的感性语义词汇提取，将其抽象的感知反映在李克特量表上，运用统计学方法分析其规律[7]。通常采用语义量表对互为反义词的感性词汇进行主观评分，在产品造型与感性词汇间构造定量化数据。

1.3 层次分析法（AHP）

层次分析法将复杂多目标决策问题根据不同目标及准则分为不同的层次结构，通过构造判断矩阵求解特征向量，将不同层次结构目标相对于高层总目标赋予权重，能有效解决多目标综合评价问题，定量描述无序的评价指标。

2 基于感性意向车身造型设计评价过程

2.1 造型方案设计

一个好的造型设计能够为汽车开拓更加广阔的消费市场，随着技术的发展，个性化的需求和差异将更多地反映在汽车造型设计中[8]。汽车设计是广义上的大型产品设计，产品设计的时尚一直在追求人情味的有机形和强调现代感的几何形之间、在复杂与简洁、曲线与直线之间螺旋上升[9]。把握用户情感需求和个人认知，能够有意识地充分考虑和运用各零部件的功能结构和其他技术条件中所具备的差别和统一性等影响因素，把它们有机地联合在一起，各部分相互关联和呼应，力求达到造型变化与统一的完美融合[10]是汽车造型设计的主要任务。以概念轿车为例，人们在观察汽车造型时视觉首先注意到汽车的整体轮廓，通过前期认知形成对事物的第一印象，产品特征线最能影响人们对产品的直观感受，其中又以车身侧面顶线，腰线最具表现能力，将对产品外观造型的主观意象用一些形容词描述，针对用户期望进行设计，可有效降低新产品的开发风险[11]。

汽车发展最大的障碍已由技术上的限制转变为设计思维的限制，概念车设计正是基于汽车本质的一种具有预见性的创新设计，以东风概念轿车四种初步设计结果作为汽车造型评价对象，具体造型，见图1。

图1 4种汽车造型设计

方案1尾部车灯的设计采用了贯穿式车灯设计，车身整体流畅自然，圆润的驾驶室设计十分符合空气动力学，前车大灯设计采用了LED灯条，增加汽车整体的科技感和时尚感。方案2应用仿生学，将觅食状态的青蛙应用于整车设计，进气格栅设计灵感源自蛙类张鼓的气囊，将四足特点用于车轮外形，采用包覆性材料将轮胎覆盖，当车辆转向时，材料会随车轮伸缩摆动将车轮包覆在内，使车身更为流线，减小风阻。前脸饰条和车尾灯带融合东风的双飞燕设计，汽车尾部沿袭了风神D53的溜背式设计，侧身设计成了隐匿式车门，整体线条硬朗而不失柔美。方案3创意来源于中国的龙元素，全顶天窗的设计使汽车室内更加明亮，车门采用剪刀式开启方式，车门开启犹如一条腾飞的巨龙。方案4中，在汽车造型线中加入了更多的直线，加入这些直线后，汽车显得有棱有角，又不失圆润，直与曲的对比，方与圆的对比，使汽车的整体造型符合形式美学。

2.2 感性语义空间构造

为了准确获取用户对汽车造型的感性认知，通过各大汽车杂志、论坛、网站收集品牌价值靠前的概念性汽车图片共计127张，邀请行业内设计人员以访谈、问卷调查等方式筛选出8款最具代表性的概念轿车，以“品牌形象、结构特征、设计风格”三个准则层为评价依据，统计收集与其相关的感性评价词汇共40个[12]。通过语义差分法对感性意象空间内确定的40个语义词汇进行反义词配对，根据李克特量表构建5级语义量表（–2，–1，0，1，2），评分分别对应于“完全不满足”“部分不满足”“较少满足”“基本满足”“完全满足”5个不同的评价词汇，建立与4种不同车身造型设计方案相匹配的汽车感性意象认知调查问卷，采用问卷打分形式，被访者根据个人心理期望对不同造型方案对应的各评价指标进行评价打分。向行业内设计人员与用户发放问卷共130份，针对回收的127份有效问卷进行聚类分析，对问卷结果进行词汇筛选，剔除语义相近或类似的形容词，得到与准则层各指标最贴近的评价词汇12对，构成感性意象语义空间，即高端的–低端的、原创的–仿造的、前卫的–守旧的、协调的–失调的、流线的–凌厉的、轻巧的–厚重的、仿生的–几何的、时尚的–落后的、简洁的–复杂的、动感的–稳重的、豪华的–简约的、智能的–传统的。

3 权重计算方法

采用层次分析法[13]和熵权法作为汽车造型质量评价方法[14]，对各方案评价结果进行量化处理，利用层次分析法得到汽车造型评价指标及其主观权重，运用熵权法对模糊综合评价矩阵计算汽车造型客观权重。综合主客观权重值与四种造型设计方案进行打分，最高得分方案即为最优车身造型设计。

3.1 建立判断矩阵

图2 汽车造型评价指标体系

各层级判断矩阵，见表1—4。

表1 准则层判断矩阵

Tab.1 Criteria layer judgment matrix

注：=0.001 9；=0.003 7。

表2 品牌形象评价指标判断矩阵

Tab.2 Brand image evaluation index judgment matrix

注：=0.019 2；= 0.0369。

表3 结构特征评价指标判断矩阵

Tab.3 Structural characteristic evaluation index judgment matrix

注：=0.025 5= 0.028 7。

表4 设计风格评价指标判断矩阵

Tab.4 Design style evaluation index judgment matrix

注：=0.011 7；=0.010 4。

3.2 一致性检验

3.3 计算主观权重

采用几何平均法计算各评价指标在汽车造型中的权重。

表5 汽车造型评价指标权重值

Tab.5 Vehicle styling evaluation index weight values

3.4 计算客观权重

通过感性语义空间的建立，对获取的造型风格词汇运用层次分析法赋权这一过程偏向主观性。为了减小因个人认知与审美水平差异带来的主观因素上的影响，采用熵权法对主观造型评价结果进行计算以确定客观权重。熵值理论反应系统指标的离散程度，若某项指标的信息熵越小，其变异程度越大[15]，该指标提供的信息量越大。根据汽车造型指标变异性的大小来确定各评价指标的客观权重，这一过程依赖于数据本身的离散性，避免了人为因素的干扰，保证权值结果的客观性，可有效减少人为因素带来的赋权误差。

3.4.1 评价矩阵建立

3.4.2 评价数据标准化

3.4.3 各方案下评价指标所占比重

3.4.4 造型评价指标信息熵

3.4.5 计算熵权

通过计算信息效用值，进而求得各指标熵权，计算公式见式（12）。

3.5 计算组合权重

各评价指标信息熵及权重，见表8。

表6 指标层模糊综合评价矩阵

Tab.6 Fuzzy integrated evaluation matrix of index layer

表7 指标层归一化评价矩阵R

Tab.7 Normalized evaluation matrix R of index layer

表8 各评价指标信息熵及权重

3.6 计算评价结果

四种造型方案计算结果，见表9。

表9 4种造型方案评价结果

Tab.9 Evaluation results of four styling schemes

4 结语

为了使汽车造型设计在贴合用户心理需求的同时，保证造型指标权重的合理性与科学性，文章以4种汽车造型方案设计为例，基于感性工学理论建立汽车造型评价指标体系，运用层次分析法计算各评价指标对应的主观权重，将抽象的意象评价指标定量描述，但由于判断矩阵受被访者主观决策得到，客观性较差。同时利用熵权法建立客观权重，通过各指标包含的信息量大小来确定各评价指标熵权，克服了主观因素带来的误差影响，进而通过拉格朗日乘子法优化主观权重和客观权重，使主、客观相融合，计算得出四种造型设计方案排名，以确定最终设计方案，验证了该评价方法的可操作性，通过组合权重的计算可更全面地保证评价指标的可信度，对组合权重进行分析，以明确未来汽车造型设计过程中的重点方向。总体而言，此方法提升了造型方案评价权重的准确性与科学性，为后续设计人员充分挖掘评价指标中的主观经验信息与各准则层设计指标样本值的客观差异信息进行造型设计提供了可靠参考。

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Evaluation Study on Conceptual Vehicle Styling Design Based on Perceptual Image

JU Qing-hui, LIU Wei-zhen, RUAN Jing-kui

(Hubei University of Automotive Technology, Hubei Shiyan 442002, China)

The work aims to put forward a scientific styling evaluation method combining subjectivity and objectivity, so as to reduce the error of subjective description of abstract perceptual image in the process of vehicle styling design. With the vehicle styling evaluation method combining Analytic Hierarchy Process and Entropy Weight Method, the abstract semantic description was quantified through the establishment of perceptual semantic space. The evaluation system of vehicle styling image was established, and the consistency of the established judgment matrix was tested to obtain the subjective weight of evaluation index at each level. The Entropy Weight Method was used to calculate the information entropy of each evaluation index, and then the objective weight of each evaluation index was obtained. The combination weight was optimized by Lagrange multiplier method and applied to the evaluation of vehicle styling design to determine the final scheme. The method takes four preliminary styling schemes of conceptual vehicle as the evaluation object, and selects the best design scheme. The evaluation results reflect both subjective evaluation and objective evaluation of vehicle styling, which improves the accuracy and scientificity of the weight and provides reliable reference for the subsequent vehicle styling design direction.

Analytic Hierarchy Process; Entropy Weight Method; vehicle styling; design evaluation

TB472

A

1001-3563(2023)04-0270-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.04.033

2022–09–10

鞠清绘（1963—），男，硕士，教授，主要研究方向为工业设计、汽车造型设计。

阮景奎（1963—），男，博士，教授，主要研究方向为计算机辅助设计及其一体化。

责任编辑：陈作