基于感性工学和抽象形态的电动SUV前脸造型设计

邓昭　聂益杰

关键词：感性工学 抽象形态 电动SUV 造型设计 模糊评价法

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）18-0132-04

引言

随着中国汽车市场的蓬勃发展，青年群体逐渐成为汽车消费主力军，并在市场中所占据的份额逐渐增加。Z 世代的青年群体喜欢什么样的产品是当下汽车企业思考的一个问题。同时存在另外一个问题，产品愈发趋于同质性，青年人群对于缺乏个性化的产品认同感低。未来随着技术的发展以及感性消费时代的来临，智能化、多元化、个性化将是纯电动汽车发展的趋势，而这些变化趋势将直观地在汽车造型设计上体现[1]。电动汽车的结构还处于一个不断发掘的阶段，其中技术的变革为未来电动汽车的设计提供了很大的发挥空间，一个创新且高效的汽车造型方法对提升电动汽车设计实力和推动行业发展具有重大意义。本文的研究目的是通过将感性工学和抽象形态造型方法相结合的方式应用于汽车造型研发过程中，设计出一款满足年轻人感性需求的电动SUV。

一、感性工学与抽象形态造型设计

（一）感性工学及其应用

感性工学是一门将人的感性与工程的理性相结合的新型工学领域，其主要是通过现代技术采集人的感知数据，从而将人的感知量化，进而将人的主观感受转化为感知价值，最终引导产品的设计。1986 年，“感性工学”被日本马自达汽车集团前会长山本健一提出并应用于汽车设计中，建议汽车设计基于用户的感性需求出发，对汽车的外饰造型与内饰造型进行设计，并且随后成立了感性工学汽车研究所，将感性工学应用在汽车设计研发中[2]。现今人们的内心不再渴望那些复杂和浮夸的造型，其“魂动”设计理念抓住了用户对汽车造型的感性需求，例如马自达品牌在2015 年发布的RX-Vision Concept 使马自达品牌的设计走在了时代的前沿，如图1 所示。作为一种以用户为导向的产品设计开发技术，让设计有了依据，改变了以主观思维为主的传统设计方法，其“以人为本”的设计理念深入人心。

感性工学的核心就是用理性的方法将人的感知量化，从而建立产品和人的逻辑关系，进而使感性需求准确转化为设计要素，作为设计的依据。确定研究对象后，面临如何获取和量化消费者的感性认知的问题。感性工学方法流程首先是大量收集研究样本和感性意象关键词，从中提取最具代表性的造型特征和意象关键词，然后将代表样本通过定性和定量的分析方法进行造型分析与解构，最后采用几何多元线性回归分析等数学统计方法去建立汽车造型特征与用户感性意象之间的数学模型。从而得到两者的关系，并最终应用在汽车造型研发中。

（二）抽象形态造型方法

汽车造型设计中的抽象形态不是艺术学领域中广义的抽象形态，它指的不是平面形态而是立体的抽象形态，需要在三维空间中进行探讨，并且在整个设计过程中，该抽象形态会从最初的概念形态发展到一系列各个阶段不同的状态。此外，在整个汽车造型设计过程中，既需要区别于艺术中的单纯美学形态，还需要区别于工科中的纯理性形态。汽车造型中抽象形态的定义：通过有条件地选取汽车具象形态中的某些特征元素或基于风格的描述，提炼本质属性或关键特质（相对独立的各个方面、属性、关系）从而得到纯粹形态，抽象形态推演的过程模型包括如下步骤：原始意象－抽象基形－亚形态－抽象形态－近车形态－概念车型－量产车型[3]。抽象形态的设计方法需要提炼抽象形态的本质属性或关键特质非常准确才能应用于后续的概念车和量产车的设计中。这样的造型设计方法关键在于将抽象的关键词如何用视觉形态高还原地表达出来，本质也就是如何将关键词带给人的感觉在设计草图中表达出来。这就强调在设计过程中必须从整体出发，从宏观角度去构建各个造型元素之间的逻辑关系，进而使整车造型更加统一协调。

在汽车造型设计中运用抽象形态的意义在于：1. 深刻性，通过抽象过程能够更好地保证意象关键词、內涵思想在造型中传达出来，更易于把控造型设计的走向。2. 耐看性，当造型能够表达一种精神内涵时，便能经受住时间的考验成为经典。3. 高级感，通过反复推敲原始抽象形态，能够将最终设计做得更具设计感和高级感。4. 普适性，当大众看到车辆时能够通过其造型感受到原始意象，引起强烈的共鸣。

二、设计前的分析准备

（一）消费群体定位与分析

青年群体有着区别于其他人群的特点：有一定的经济能力，并且拥有更加强烈的消费需求，因此本文将主要调研对象确定为25～35岁的青年。而基于马斯洛的需求层次理论，消费者对电动汽车的感知又可提炼为3 个主要需求：生理、心理以及精神需要。生理需要，即实现人们最基础的、原始的、人类本能的需求；而心理需求则是当人类的生理需求满足一定水平时所追求的心理需要；而精神需求则是指进一步的心理需要：对自我的肯定与人生价值的实现[4]。采用感性工学与抽象形态造型方法来指导电动汽车的设计，最重要的是把年轻人的生理、心理和精神的需求相结合地去分析这类人群的感性需求。在生理层面，同龄的女性会更加对汽车的外观、材质、色彩注重；而男性则是更关注车辆的动力和操控等性能。同时在心理层面，青年人群相较于70 后80 后，接受新鲜事物的能力有所提高，他们有着较高的审美水平，对个性化的事物有着浓厚兴趣。在车辆研发阶段应多尝试个性化的设计，以满足青年消费群体的需求。在精神层面的需求，研发过程中应该注重赋予产品一定的内在精神和价值，例如“路虎”品牌车型就会让人联想到探索永不止步的精神内核。汽车在设计阶段可以通过抽象形态造型方法来提炼出具有某种特质的元素应用于造型设计中，这样的方式可以通过设计来表达特殊的意义或概念，通过设计来激发消费人群的认同感[5]。例如现代汽车的45 概念车，简洁的车身搭配几何切割的风格使得整体非常纯粹且未来，树立了几何风格的标杆，并且奠定了现代品牌在未来一段时间内的设计语言，如图2 所示。

（二）电动汽车与传统汽车的前脸造型区别

电动车与传统燃油车主要在于动力及传动系统的区别。电动车采用电机驱动，并且傳动系统也不再是机械传动而是增加了电池组和电子控制设备。因为这些结构的变化，电动车的造型也会有一定改变。首先前格栅就失去了存在的意义，因为电动车没有进气的这个需求，前脸逐渐由一块简洁的型面取代。一些车企经历了几十上百年的发展，沉淀出了自己品牌的独有造型元素，其往往更加注重品牌文化的传承和发展，特别是前格栅造型会通过一些设计处理将具有家族基因的格栅造型轮廓线勾勒出来。同时为了避免整块曲面使前脸造型在视觉上给人厚重的沉闷感，通常下保险杠采取夸张上扬的设计，呈现一个梯形并以此来削弱这种厚重感。在大灯部分，通常采用横向贯穿的细条状、参数像素化和激光大灯等的设计，将简洁的科技美学在灯组上展现出来。此外，因为电池组的重量问题需要，电动汽车的轻量化要比燃油车做得更好，因此，电动车在车身结构上会采用新型轻量化材料，并且会使整车在视觉上更加轻盈灵活。

三、设计基本步骤

（一）收集感性词汇

目前随着科技的进步，汽车逐渐满足了人们最基本的出行需求，不再只是单纯的出行工具。同时，人们对汽车的情感需求越来越大，在汽车设计研发阶段应该准确调研用户的偏好进而满足用户的情感需求。评估一个产品时，用户通常都会用感性意象模型去匹配和评估，此时会使用某些感性意象词汇，例如“动感的”“科技的”等。主要采取以下4 个步骤：

1.首先通过大数据收集人们对于电动SUV的评价词汇，共183个。

2. 将收集到的词汇进行整合，逐层筛选掉意象涵盖范围广，语义复杂度高的词汇。例如：可以将时尚、时髦、前卫等词语合并为前卫，这样可以避免语义相近而造成判断模糊的情况，进而可以更清晰地分析各种类型的感性词汇。

3. 邀请3 位专业设计师和4 位学生设计师基于消费者的三大需求共同探讨并确定形容词汇，从183 个感性词汇中选取6 对词义相反的形容词汇。

4. 采取问卷调查的方式，邀请25～35 岁的男女各25 位进行投票，从上述6 组感性词汇选出他们最关注的3 组，即“前卫—平庸”“豪华—简陋”“科技—复古”。

（二）收集样本图片

1. 通过大数据收集足够多的样本图片，包括已上市的车型以及近两年的概念车。将样本图片集中分析和筛选后组成样本库，如图3所示。

2. 通过多次对比上述电动SUV 前脸的造型特征，最终挑选出4个最有代表性的样本，如图4 所示。

3. 研究表明，汽车前脸是造型特征最为复杂的视角，所包含的汽车造型意象信息最为丰富，对研究造型特征与感性意象匹配问题具有重要意义[6]。例如宝马的“双肾”格栅，阿尔法罗密欧的“倒三角”格栅以及沃尔沃的“雷神之锤”大灯都是极具辨识度的设计，这种独特的造型特征能够拉开与其他品牌的差异，让人印象深刻。因此，本文以电动SUV 的前脸造型作为研究对象，对车型前脸的造型特征展开研究。为了保证实验结果的准确性，通过对样本车型进行去色处理的方式来减少颜色对实验的影响，并提取出核心设计要素，如表1所示。

（三）造型特征权重计算

采取AHP 层次分析法计算出各造型特征在电动SUV 前脸造型中的重要度。将各个特征相互对比，创建造型评价矩阵，例如电动SUV 前脸A 与造型特征S 中的各个特征元素S1，S2，...，Sn 之间相互比较，得到评价矩阵：

利用九级标度法将各个造型特征重要程度量化。为了保证各造型特征权重结果计算的精确性，邀请交通工具设计专业教师5 名、工业设计专业学生6 名、汽车设计师4 名组成15 人评价小组，通过成员的讨论和分析，得出各造型特征的评价矩阵，最后采取AHP 层次分析法计算得出各个特征的权重值，如表2 所示。

（四）建立语义意象空间

1. 采取语义差分法进行感性意象评价调查。将选取的4 个代表性的电动SUV 样本结合感性意象词汇建立7 级语义量表（-3～3）。两端分别是相对意义的意象词汇（如前卫的—平庸的），数值越接近一端越符合这一端的意象词。参与调研者依据主观感受作出评价，0，1，2，3 代表感性意象的不同程度。选择0 则是此样本既不接近左端的意象词，也不接近右端的意象词；选择-3，-2，-1 则表示此样本的造型特征符合左端的意象词；同理选择1，2，3 则代表样本符合右端的意象词。

2. 调研完成，共回收85 份问卷调查表。利用程序将调研对象的感性程度结果取平均值，以人群关注度最高的大灯和格栅调查结果为例，如表3，4 所示。

3. 通过分析表3，4 可知，对于“前卫”的感性印象，BS4 的大灯采用“参数化像素”贯穿大灯极具未来感得分最高，AS3 将格栅封闭但保留了传统格栅的形式因此得分最低；对于“科技”这一感性印象，BS4 的大灯得分最高，CS3 格栅处的结构巧妙十分富有科幻感因而得分最高；对于“豪华”这一感性印象，BS4 的像素大灯得分最高，DS3 的封闭式格栅得分最高。对样本造型因素的图形、比例进行变量分析，可以从中发现一定规律和联系。例如，大灯的图形越是简洁整体规则越是给人“前卫”“科技”的感觉，格栅采用无格栅的形式更能给人“前卫”的感觉。电动SUV 前脸的造型包括大灯、格栅、雾灯和下格栅要协调，不需要复杂夸张的造型去修饰整个前脸。电动SUV 的格栅在继承品牌基因的同时，采用封闭式或无格栅式会使车辆更具有“豪华”和“科技”感。

（五）抽象形态造型设计

应用抽象形态造型方法的设计流程中，应将抽象形态的提取和推演置于整个造型设计流程的核心位置，通过核心抽象形态来表达设计概念，最终应用于车身造型中。其核心设计流程如下：首先，确定原始意象。根据分析结果，可得出青年消费人群的感性需求关键词为前卫、动感、科技。通过大数据收集符合关键词的意象图15 张，经过专业人员的探讨，挑选出2 张意象图作为最终设计方向，以此确定原始意象。

其次，核心抽象形态的推演。将原始意象图中的次要信息弱化，保留核心造型特征，通过造型的概括提取后进行一系列变形拉伸等处理，优化形态节奏感，并将其应用在实际车身造型设计中，如图5所示为两种形态推演的示例。

最后，根据以上分析，应用抽象形态造型方法能够使整个设计推演过程具有逻辑性，实现了从设计意象到汽车造型的理性推演，并保留了核心意象的艺术性。这种方法不但可以帮助设计师完善汽车造型的设计流程，同时可以激发设计师的创造力。

（六）设计实践

根据以上感性工学的分析以及抽象形态造型方法，对电动SUV前脸造型进行创新设计。将核心抽象形态应用于造型设计中并经过反复的推敲，最终得到两款设计方案。

如图6，方案a 的意象图对应图5 中的方案一，通过提取出意象图中的核心抽象形态（未来科幻感“T”形），将其应用于大灯造型设计中，使整个前脸造型具有科幻感和辨识度。无格栅的设计遵循了“少即是多”的设计思路，使前脸造型简洁而不失整体感。确定核心造型后，汽车造型的其他部分（如下格栅、机盖和雾灯等）为整体造型起到辅助的作用。

如图7，方案b 的意象图对应图5 中的方案二，从中提取出造型的“回”型结构，并且同样取消了格栅部件，使得整个前脸充满未来感。

从提取意象图的核心属性到应用于前脸的造型设计，两个方案均可表达出核心意象并且符合大众审美，却又各具特色。

（七）设计评价

设计评价采用模糊综合评价法，通过科学的量化评价方法可以防止评价误差导致的大众接受度低。对方案a 和方案b 进行可行性分析，将前脸造型的感性语义转化为数值，进而对前脸造型设计进行评价。评价过程如下：

1. 确定评价对象的因素集，用W ＝｛W2，W2，W3｝表示，因素分别为“前卫、科技、豪华”。

2. 确定评价等级为：Y ＝｛Y1，Y2，Y3，Y4，Y5｝＝｛优秀，良好，一般，较差，很差｝＝｛100，75，50，25，0｝．

3. 根据6 名专业设计师对这3 个指标的权重评价结果进行分析，得到各指标的权重分配结果为：“前卫”0.4、“豪华”0.3、“科技”0.3，从而得到权重矩阵：

4. 邀请10 位设计专业老师和20 位设计专业学生对上述两个方案进行评估，将权重矩阵与评价者对该方案的评估值矩阵R₁、R₂ 相乘，得出方案a，b 的决策矩阵。C₁，C₂ 分别为方案a，b 的决策矩阵，计算结果如下：

5. 计算语义设计综合评价分值，得出方案百分制评价结果：

S₁=C_1·Y^T=80.4

S₂=C_2·Y^T=75.2

由上述评价结果可知，方案a 的评价分值更高，更符合电动SUV 的“前卫”“科技”“简洁”造型需求。

结语

本文通过感性工学将消费者的感性需求语义量化，并结合抽象形态造型方法对电动SUV 的前脸造型进行创新设计研究，建立感性意象与设计要素之间深层次的关联。例如，从高科技头盔中提取出“T”字形的前卫造型元素并应用于電动SUV 的前脸造型中，让人感受到强烈的科技感。这样的关联可以帮助设计师更清晰地完成设计方案。最后采用模糊评价法对两个方案进行评估并选出最优方案，为电动SUV 的前脸造型设计提供参考方法。将感性工学和抽象形态造型方法融入汽车设计阶段中，可以更好地把控设计方向并且创造出高质量的设计方案，降低市场风险，提高品牌的辨识度，增加消费人群的认可度。本次实验评估还是存在一个问题：调查人员的评分具有主观性并且会影响实验结果。不足之处将在后续研究中加以改进。