产品形态仿生设计中的认知耦合度评价指标体系构建研究

摘要：文章以认知耦合理论为视角，建立科学合理的产品形态仿生设计中的认知耦合度评价指标体系，以客观真实地量化产品形态仿生设计中的认知耦合问题。结合认知耦合的理论背景，阐述认知耦合度评价在产品形态仿生设计中的意义。通过文献研究法、归纳法，总结现有认知耦合分类，并从心理空间认知耦合、交互空间认知耦合、表征空间认知耦合这三个维度对产品形态仿生设计进行分类，并作为一级指标，针对不同的分类归纳相应的二级指标，其中心理空间包含保真度与复杂度，交互空间包含平衡性与一致性，表征空间包含凸显度、简洁性、传承度、相似度与审美性，从而构建评价指标体系。在收集评分数据的基础上，利用层次分析法计算出各指标权重系数，并通过最大特征根和一致性指标对其进行一致性检验，形成了评价指标体系。文章总结了产品形态仿生设计中的认知耦合度评价指标体系，填补了现有研究的空缺，能够为其他学者进行认知耦合度评价提供参考。

关键词：认知耦合度；产品形态仿生设计；评价指标体系；层次分析法

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）09-0-03

0 引言

随着全新消费时代的到来，消费者的需求发生了变化。人们不再满足于基本功能，而是更加关注使用产品时的情感需求。产品形态仿生设计过程中，存在认知耦合的模糊性，导致设计师无法准确地将产品的内涵情感传递给用户。因此，如何更好地将内涵情感等相关信息准确地传递给用户，成为设计师主要思考的问题。

认知耦合是指用户的认知特征与外在系统相应的认知特征之间的关系。用户基于自身经验，通过联想与设计的产品形态进行认知交互，达到交互稳定时即满足了用户的需求［1］，达到这种状态的程度即认知耦合度。如今，设计人员往往根据直觉评价产品形态仿生设计中的认知耦合度，具有偶然性。须将其转化为更科学客观的定量评价，以科学地指导设计。

1 认知耦合与产品形态仿生设计

认知耦合是克拉克基于扩展认知理论提出的概念［2］。用户在驱动认知过程中发挥正确的作用时认为其认知发生了扩展［3］，而当认知扩展过程中用户的认知特征与系统相应的认知特征之间形成稳定的动态平衡时，则形成认知耦合。斯蒂格［4］等在2013年提出交互认知框架，任小帆［5］48-50在此基础上进行总结，提出交互认知耦合模型。心理空间中影响认知耦合强度的要素为用户的认知特征与认知活动，交互空间中为用户与外在系统的交互要素与交互行为，表征空间中为可调节的视觉要素，计算空间中主要为用户与外在系统组成的交互系统［5］56-57。

产品形态仿生设计是设计师将情感渗透进产品中，以此塑造产品形态的重要方法之一［6］。因此，基于认知耦合的产品形态仿生设计即在设计产品的过程中从用户与外在系统这两方面综合考虑，通过产品这项媒介实现用户对产品形态的认知与用户对生物特征认知的耦合，达到用户对产品的期待。

2 产品形态仿生设计中的认知耦合度评价

认知耦合度反映了用户认知特征与外在系统认知特征的感知交互状态的程度，认知耦合度评价本质上是将用户认知特征与外在系统认知特征进行量化匹配的评价结果。本文通过归类总结分析产品形态仿生设计的认知耦合度一级与二级评价指标、计算评价指标权重的系数，建立产品形态仿生设计中的认知耦合度评价指标体系。

3 产品形态仿生设计中的认知耦合度评价指标确立

3.1 一级评价指标选取

认知耦合程度的量化评价，可有效提升用户与外在系统的信息认知匹配程度，方便设计师寻找赋予产品情感的途径，实现产品与用户的情感共鸣。认知耦合属于用户认知特征与外在系统认知特征进行认知交互的产物，该过程属于复杂的认知活动，即内部心理空间与外部环境的认知活动［7］。罗仕鉴等［8］通常以综合和动态的方式组合处理来自内部和外部表示的信息。

本研究综合分析现有的研究成果，根据认知契合性、系统性、功能性、数据易取性的原则选取各级指标。认知契合性指评价指标应与用户的认知特征密切相关，系统性指评价指标应能较全面地反映被评价对象系统的整体性能和特征，功能性指评价指标的可观测性及观测成本的问题，数据易取性即指标数据的获取和计算过程应相对容易。

本文整理和歸纳了国内基于认知耦合的产品设计评价研究中较为成熟的指标体系。刘晓梅等［9］提出形态耦合、结构耦合、材料耦合、行为耦合、特性耦合，张阿维等［10］提出物理特征认知耦合、心理特征认知耦合，苏建宁等［11］提出复合意象认知耦合，陆冀宁等［12］提出造型意象认知耦合，任小帆［5］56-57提出心理空间认知耦合、表征空间认知耦合，朱赫［13］提出形态认知耦合、意象认知耦合，许永生等［14］提出生物美感认知耦合、实用功能认知耦合、象征语意认知耦合，贺改梅等［15］提出造型认知耦合、语意认知耦合，张有为等［16］提出造型美感耦合度、结构功能耦合度、象征语义耦合度。

发现一级指标中象征语意耦合、语意耦合等均隶属于心理空间认知耦合，结构耦合、实用功能耦合等均隶属于交互空间认知耦合，形态耦合、生物美感耦合等均隶属于表征空间认知耦合。基于此，本文选择心理空间认知耦合、交互空间认知耦合与表征空间认知耦合作为该评价指标体系的一级指标，分别记为B1、B2、B3。

3.2 二级评价指标选取

选取各一级指标下的二级评价指标。

3.2.1 心理空间认知耦合

在认知形态仿生设计的产品时，用户会通过视觉感受器观察产品外部特征，生成其主要外部特征的感受，并与意象相互匹配，生成认知意象。反映产品外部特征中最核心生物特征属性的认知意象，即核心意象。由多个认知意象形成的认知意象组则为多重意象。当用户能优先识别出产品的核心意象时，会联想溯源至对应的生物原型，从而形成精确的认知匹配，即认知的保真度；而当用户能准确识别多重意象时，则会对产品建立更立体的情感，产生强烈的情感共鸣，即认知的复杂度。

综上，本文将保真度与复杂度定为心理空间认知耦合维度的二级指标，分别记为C1、C2。

3.2.2 交互空间认知耦合

用户在认知事物时，不仅通过产品形态的视觉要素感知信息，而且通过产品的交互行为与产品互动，并与记忆中仿生生物行为或结构关系匹配，此类形成感知的过程即交互认知。设计师在设计过程中应保持产品的交互行为与用户对与其对应的仿生生物的行为或结构关系认知一致，促使用户形成认知匹配，即认知的一致性；同时，在形态仿生設计中，产品的功能由产品本身功能及仿生生物的行为或构造结构决定，产品的形式由产品自身结构及其所借鉴的仿生生物形态特征决定。设计师应当在设计中实现两者的平衡取舍，在保证产品适用性的同时充分传达产品的内涵特征，即认知的平衡性。

综上，本文将平衡性与一致性定为交互空间认知耦合维度的二级指标，分别记为C3、C4。

3.2.3 表征空间认知耦合

（1）用户在认知事物时，一般会重点关注事物的主要特征，即事物的核心特征，而较少关注其次要特征区域。设计师在设计产品时要让产品形态中仿生生物核心特征的区域在整体形态中处于更易感知的状态，以降低用户的识别难度，即核心特征的凸显性。

（2）为使用户高效识别生物特征信息，理解产品内涵，在产品形态仿生过程应提取一定数目的生物特征并应用于产品形态的主要区域，以此达到吸引用户注意的目的，避免因特征过多干扰用户识别，即产品形态的简洁性。

（3）在认知事物的过程中，用户会凭借感受到的事物独有的特征，在认知系统中匹配事物原型，从而达到认知事物的目的。当再次遇到相似的刺激时，依然能够凭借认知系统识别客观事物。产品形态仿生设计中通过产品形态对生物特征的继承提取，转译为用户可认知的设计语言，即形态特征的传承度。

（4）自然界的事物拥有独特的美学特征，通过仿生设计，保持仿生生物原有的美学特征，即视觉要素的审美性，以保证产品形态符合用户的审美。

（5）生物的形态是生物生命内涵信息的表征载体，生物生命的内涵信息通过仿生设计与产品形态中的视觉要素匹配，即视觉要素的相似性。

综上，本文将凸显性、简洁性、传承度、审美性与相似性定为表征空间认知耦合维度的二级指标，分别记为C5、C6、C7、C8、C9。

4 产品形态仿生设计中的认知耦合度评价指标的权重确立

4.1 指标权重计算

指标权重系数指各指标对评价结果的影响程度［17］，所有评价指标权重的系数和为1。任英丽等［18］采用层次分析法排序评价指标权重的系数大小。不同指标对产品形态仿生设计中的认知耦合度评价的影响程度不一致，须确定其影响程度大小，计算各项权重，合理评价。

本研究采用层次分析法，邀请5位相关领域专家对各级指标的两两相对重要性进行评价，借助Yaahp软件处理数据，确定最终指标权重［19］123-124。其中一级指标B1为0.32，B2为0.29，B3为0.39；二级指标C1为0.11，C2为0.19，C3为0.09，C4为0.18，C5为0.08，C6为0.10，C7为0.10，C8为0.09，C9为0.06。

综合来看，表征空间认知耦合权重较高，交互空间认知耦合权重较低。说明用户对产品形态仿生设计的认知着重在视觉感受，其次是心理意象。二级指标中，保真度和一致性权重较高，凸显性和相似性的权重相对较低。说明保真度和一致性较为重要，专家更加关注产品与生物核心意象的匹配及产品交互行为与生物的匹配。

4.2 一致性检验

对判断矩阵采用一致性检验。求出各矩阵的最大特征根λmax和一致性，指标CI=（λmax-n）/（n-1），一致性比率CR=CI/RI，λmax小于0.1即为通过一致性检验［19］124-126。由此，确立评价指标体系。结果显示λmax均小于0.1。

5 结语

本文从认知耦合理论入手，研究了产品形态仿生设计的认知耦合度评价指标体系。通过系统梳理现有理论和实践研究，结合层次分析法，得到了产品形态仿生设计中的认知耦合度评价指标体系，包括心理空间认知耦合、交互空间认知耦合、表征空间认知耦合3个维度9项指标及其权重，量化认知耦合度。根据评价指标体系，现阶段产品形态仿生设计中的认知耦合度受到用户的心理感受与交互认知影响，尤其是心理认知的复杂度、交互认知的一致性、心理认知的保真度。本研究也存在不足，各级指标的选取具有一定的主观色彩，且部分指标数据的可获得性需重新考究，后续研究将进一步细化和完善。

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作者简介：陈榕（1998—），男，江西赣州人，硕士在读，研究方向：认知耦合。