CMFP基因网络模型驱动的蜡染产品设计

梁焕超 潘伟杰 刘婷婷

关键词：基因表征 CMFP基因网络 关键基因 蜡染 创新设计

引言

蜡染记录和表达了中国少数民族文化的发展、变化与传播，蜡染产品创新设计对于蜡染文化保护具有重要意义。但目前蜡染设计存在产品同质化严重，传统文化与现代设计配适度低问题。针对该问题，当下学者引入了基因工程思想，提出“产品基因”的概念[1]。其中一部分学者通过对传统文化基因的提取、编译实现传统文化与现代设计的有机结合[2-4]。部分学者通过研究基因工程原理建立基因模型，有效表达设计过程，实现设计信息准确传递及快速重用[5，6]。其他学者利用基因的进化、遗传原理，利用遗传算法构建产品族设计基因与目标意象间的映射关系，保证产品进化方向符合用户期望[7-9]。

以上研究内容倾向于探索单一产品基因的关联性及其重要性，缺乏运用复杂网络思想系统性研究产品的色彩、材质、表面处理、纹样（Color-Material-Finishing-pattern，CMFP）；针对蜡染文化及其与现代设计的适配性研究不足。

综上，文章提出CMFP基因网络模型构建方法辅助设计创新。首先确定色彩、材质、表面处理、纹样的研究范围，在此基础上根据可拓基元表征方法构建基因表征模型，实现从产品元素到产品基因的转变；其次利用Person相关系数衡量基因间的关系，从而构建CMFP基因网络；最后验证该模型对蜡染创新的辅助作用。

一、CMFP基因网络驱动蜡染产品设计流程

文章基于可拓设计理论和基因工程概念系统性研究CMFP基因网络及关键子网络搭建，从而实现基因组合的优选，设计流程（如图1）分为3个步骤，①利用可拓基元表征方法对设计知识进行表征，以获得CMFP基因集；②根据研究内容确定基因网络的节点，分析节点间的相关性构建CMFP基因网；③通过基因网络析出基因的宏观知识，根据群集系数挖掘关键子网络，辅助产品方案优化。

二、CMFP基因网络驱动蜡染产品设计方法建模

（一）可拓基元表征理论

利用表征方法对产品色彩、材料、表面工艺、纹样进行“编码”的过程称为表征，通过表征方法可将这些产品元素转化为产品基因。本文基于可拓基元表征理论实现设计知识的表征。可拓基元表征方法是利用基元模型形式化描述设计过程中事、物、关系和知识的方法，其中基元（用符号B表示）作为描述事物的基本元，是事元、物元、关系元的统称[10]。通过有序三元组完成设计知识的质与量、动作与关系的统一，如式所示。

（二）CMFP基因网络构建方法

产品CMFP基因网络是基于图论理论建立的无向图，将色彩、材料、表面工艺、纹样等元素转化为设计节点，以节点之间的关联性为边构成网络形态，实现基因间的作用机制可视化。产品CMFP基因网络构建方法如下：

①确定形成蜡染意象的产品CMFP基因。组织实验人员（设计从业者和普通用户）观察目标产品，利用里克特量表法筛选出具备蜡染意象的产品，通过分解获得产品的CMFP基因集。

②分析基因之间的关联性。采用Person相关系数衡量节点间的相关度，其结算公式如式所示：

其中X和Y表示的两个不同基因的取值， 和表示两基因的均值，r表示Person相关系数，r越接近1或-1，相关度越强，反之越接近0，相关度越弱。

③建立CMFP基因网络。记蜡染意象基因记为W，与蜡染意象相关的任意一组CMFP基因所构建的网络是基因网络的一个子网，记为Gw1。多个子网共同组成CMFP基因网络。其构建过程如图2所示，其中图 2a表示组成蜡染意象的产品基因集合；图 2b是由一组CMFP基因与蜡染意象之间关联性构建的子网Gw；图 2c是结合多个子网形成的CMFP基因网络Ge（Ve，De）（Vei表示Ge中任意节点，Dei表示Ge中任意一条边）。

三、CMFP基因网络驱动蜡染产品设计实践

以加湿器为例（图3）进行论述考虑该实例作为研究对象是因为：①造型简单。大部分日常用加湿器外觀都是简单的几何形状，对产品意象影响有限，满足文章针对产品色彩、材料、表面工艺等要素的研究要求；②研究同时考虑加湿器色彩、材料、表面工艺、纹样，具备复杂设计特征，可用于检验CMFP基因网络辅助设计的有效性。示例图中包含各部分的CMFP参数、横向、纵向共16个参数来描述产品外观。

（一）确定加湿器CMFP基因

1.纹样基因：蜡染纹样是最具备蜡染意象辨识度的元素之一，主要包括花、鸟、鱼、虫、人物、器皿等纹样，记录了少数民族文化发展历史、信仰崇拜、审美风格等。是体现蜡染意象最重要的元素因此在蜡染创新中要保留蜡染纹样及其绘制风格。根据纹样形成规则建立蜡染纹样表征模型，对纹样进行表征形成纹样基因（图 4）。

2.色彩基因：蜡染是苗族世代传承的传统技艺。最初发展受环境、物质条件影响，蜡染产品的染色材料大多采用成本较低的蓝草（如蓼科的蓼蓝、十字花科的菘蓝、豆科的木蓝），因此在蜡染创新中不应局限色彩选择。本文将植物染的色彩元素作为本次研究的色彩来源。植物染料在中国纺织品的使用中历史悠久，运用广泛，其中某些色彩特征已经积淀为一种文化代表[13]。提取出传统植物染色彩特征能够为蜡染文化附加新的色彩文化。

（二）加湿器CMFP基因网搭建

通过分析节点知识与关键基因组的挖掘，获得4点设计方向：

⑴设计优先考虑3个关键基因（m2，c2，h1），分别代表水箱外露部分的材料、色彩以及加湿功能区域的高度。其中m2和c2影响加湿元件的材质和色彩选择，为获得更加创新的设计，可增加关键基因的取值范围。

⑵代表加湿器纵向尺寸的h1和h2都具有高敏感性，表明其比例对产品的影响较大。同时，h1/h2的值反映A1与A2面积比例，对产品意象的影响较大；且与p2、m1、m2、c2相关联，考虑协同设计；此外对于次要节点，设计时可预先固定参数值，以降低设计复杂程度。

⑶通过对关键基因组的挖掘，析出关键基因组，D1{c2，f2，m1，h2，p2}，該基因组之间的联系较强，考虑从基因c2切入对产品进行优化设计。

⑷被动节点。有3个基因属于被动型，受其他基因的影响较重，设计效能较强，但设计主动性叫较弱，在设计中可降低该节点吸引性，以达到烘托关键基因的目的

2.产品优化

产品优化目标是具备蜡染意象同时要超过用户的心理阈值。基于上诉析出的知识对产品进行优化，优化流程如图 8所示，其中：

⑴优化水箱位置。通过提取蜡染工艺元素，确定大体设计方向以体现“染”的意象为主。其中利用加湿器的湿气“染”出纹样的方式最能反映出“染”的意象，基于此将水箱位置界定在上方。

⑵优化水箱表面的材料和高度。根据上诉节点知识可知，加湿器水箱材料和加湿元件区域高度与产品的“蜡染意象”之间是强相关关系，其中元件区域高度影响水箱高度，水箱材料的选择决定元件区域的材料和表面工艺，所以综合考虑这6个设计元素。根据前文“蜡染”意象打分原则筛选出得分高的样本。

⑶优化水箱区域的纹样和色彩。蜡染的纹样被赋予了特殊的文化意义，根据实例载体选择合适的纹样类型，例如鱼纹、植物纹。由于大部分鱼纹和植物纹对产品最终意象的影响具有积极效果，该部分可根据用户偏好进行定制。此次优化选用双鱼纹样。

⑷优化加湿元件区域色彩。附加上诉中高分样本的色彩，结合传统蜡染色彩意象及创新目标对其进行优化。

⑸优化出雾口。出雾区域与产品“蜡染”意象的关联性较低的，其材料选择应适应于整体风格。出雾口的设计由出雾效果决定。

⑹最终方案使用前后效果图。方案采用遇水变色材料，丝网印刷工艺，利用产品产生的湿气改变涂层颜色，从而显现出产品纹样。采用里克特量表法评价该方案是否具有蜡染意象，通过计算该方案的“具有蜡染内涵”的意象度达到81.77%，验证了CMFP基因网驱动蜡染创新是可行的。

结论

文章提出了一种有机结合蜡染文化与现代设计的方法。并根据网络析出知识辅助蜡染产品设计，验证了CMFP基因网络的有效性。采用方差分析、集群系数实现知识析出与关键基因组挖掘，通过CMFP基因网络形式化表达设计要素间的潜在关系，从而降低创新设计的维度。文中对产品方案的评价以产品整体意象是否具有“蜡染内涵”为原则，评价方式偏主观；以人工优化方式验证基因网络辅助创新的积极性不够完善。所以下一步的工作重点是实现析出知识的智能优化应用以及评价体系的完善。