基于感性意象的竹集成材坐具设计研究

■胡茜雯

(1.中原工学院机电学院，河南郑州 451191；2.中原工学院工业设计中心，河南郑州 451191）

竹集成材是以一定规格的竹条（竹片）为主要构成单元，经碳化、组坯胶压而制成的改性竹材[1]。竹集成材家具的出现打破了传统原竹家具制作工艺的束缚，实现了竹家具的批量化加工生产，已成为竹家具市场的主流产品类型。然而，随着个性化经济时代的到来，情感体验已经成为影响消费者购买决策的关键因素之一，消费者对家具的情感需求也呈现多样化和差异化的趋势[2]。尤其面对现代家具产品造型同质化严重的情况，需从消费者审美偏好差异等角度来提高家具的辨识度与吸引力，进而提升企业市场竞争力[3]。感性工学可以通过量化的方式有效挖掘、分析消费者对产品的感觉或情感，结合具体量化方法可以探寻消费者感性意象评价与具体产品造型设计元素之间的映射关系，进而帮助设计人员研发出具有意象感差异的产品[4]。竹集成材坐具是竹集成材家具的典型代表，因此本文以竹集成材椅具（单人）作为研究对象，以感性工学和数量化理论I为理论基础，探寻影响竹集成材椅具感性意象评价与设计元素的映射关系，有助于设计人员满足消费者多样化的情感需求且提高设计效率。

1 研究方法与框架

在感性意象的获取环节常采用语义差异（SD）法、文本分析等方法，用于探索产品中的隐含感性意象信息[5]。应用感性工学结合数量化理论I、BP人工神经网络算法、遗传算法等构建感性意象与产品设计特征的映射模型，已在工业设备[6]、交通工具[7]、空间设计[8]等领域取得了良好的效果。其中，数量化理论I被认为具有较好的实施性和可操作性，通过分析一组设计特征定性变量x（自变量）与一组感性意象定量变量y（因变量）之间的关系，将定性变量进行量化赋值，再利用多元线性回归分析，建立变量之间的映射关系数学模型，从而实现对消费者感性认知的预测[9]。

■图1 研究框架

竹集成板材的材料特性和加工特性有别于木材，其家具结构也具有一定特点，针对其产品的外观设计研究仍有较大深入空间[10]。因此，本文以竹集成材椅具为对象，建立竹集成材椅具样本空间和语意空间，通过椅具构件和色彩明度分析提取出相关形态设计元素和色彩设计元素，根据感性意象评价结果构建竹集成材椅具设计元素与感性意象的映射模型，并将映射关系进行量化以探寻感性意象风格化设计方向与策略。本文的研究框架如图1所示。

2 竹集成材坐具感性意象空间建立

2.1 竹集成材坐具样本空间建立

通过互联网、商场、书籍报刊等渠道广泛收集76张常见的竹集成材椅具（单人）图片形成初始样本，样本包含靠背椅、扶手椅等常见的椅具形式，且风格和价位具有一定差异性，同时涉及了竹集成材家具成型的常见加工工艺。对相似度较高的初始样本进行归纳整理，同时剔除图像不完整或不清晰的图片，筛选出29张图片作为典型样本。为避免图像背景造成的视觉干扰，利用图像处理软件对29个典型样本进行去底化处理。邀请12位熟悉该类产品的人员作为被试对象（4位专家级用户、5位工业设计师和3位市场销售人员），通过观察对比并根据主观理解将典型样本进行分类。依据被试者的分类频次统计对样本进行划分，结合实际情况最终精选出18个具有代表性且角度较为一致的样本，如表1所示。

表1 竹集成材椅具代表性样本

2.2 竹集成材坐具设计元素分析

产品显性特征的构成元素包含形态、材质和色彩。由于所选样本均已在材质方面保持一致，因此以下设计元素分析主要从形态和色彩方面展开。

2.2.1 形态设计元素提取

邀请5位具有3年以上相关从业经验的专业设计人员组成焦点小组，采用形态分析法将产品按照主要形态设计要素结构进行分解，得出靠背构件、座面构件、侧支撑构件、脚踏构件和扶手构件是决定竹集成材椅具形态风格的关键要素。此外，不同型面加工方式和结构对竹集成材椅具形态特征会产生特定的影响，因此，选取关键要素作为设计元素项目进行提取分析，如样本P1的靠背构件形态为条状（分离）形式，样本P14的靠背构件形态为圆（椭圆）形等，即每个设计元素又包含若干设计类目，得到的各设计元素项目和设计类目划分及编码如表2所示。

表2 竹集成材椅具形态设计元素项目及设计类目提取

2.2.2 色彩设计元素提取

本色竹集成材在色相、饱和度（纯度）上较为接近，其色彩变化主要是由于碳化工艺时颜色的明度会随着碳化时间的增长而变暗。采用CIEL*a*b*色彩空间（国际照明委员会制定的表色体系）对代表性样本的颜色明度进行细分，该色彩体系近似人类视觉且具有感知均匀的特性，可通过L*调节亮度而不受色相和饱和度的影响，其色域相较更广泛。其中L*代表亮度，值为0表示黑色，值为100表示白色；a*代表从红色到绿色的含量，正值指示红色，负值指示绿色；b*代表从黄色到蓝色的含量，正值指示黄色，负值指示蓝色[11]。首先，运用K-means色彩聚类算法分别对18个竹集成材椅具代表性样本提取主色（1个）。其次，将提取的主色转换到CIEL*a*b*色彩空间中进行表示，根据18个主色的L*阈值划分为浅、中、深三类分组，即当67＜L*≤100时，属于浅碳化；当33＜L*≤67时，属于中碳化；当0＜L*≤33时，则属于深碳化。此后，分别计算三组颜色的L*a*b*平均值并取整数，最终确定了浅碳化（L*=72，a*=14，b*=41）、中碳化（L*=48，a*=15，b*=30）和深碳化（L*=23，a*=5，b*=6）作为该类别的代表性色彩。色彩设计元素项目的设计类目编码如表3所示。

表3 竹集成材椅具色彩设计元素项目及设计类目提取

2.3 竹集成材坐具语意空间建立

感性意象词对是用于描述消费者对竹集成材坐具心理感受的感性语意尺度。通过查阅网络资料、书籍和期刊等搜集到与竹集成材椅具相关的多维度感性意象词汇共119个。考虑到感性意象词汇在描述中的差异性和全面性，邀请10位具有设计背景的研究人员采用KJ法对搜集到的感性意象词汇进行属性分类，并删除同义词和低频词汇，最后得到出现频率较高且能准确表达该类含义的词汇形成了9组感性意象词对，如表4所示。

王国维也表达过类似的意思，《人间词话》中说：“诗人对宇宙人生，须入乎其内，又须出乎其外。入乎其内，故能写之；出乎其外，故能观之。入乎其内，故有生气；出乎其外，故有高致。”王国维是从美学角度立言，意思其实是一样的。

表4 竹集成材椅具感性意象词对

在所得到的竹集成材椅具代表性样本和感性意象词对基础上开展实验。实验包括两部分，第一部分（实验1）旨在探讨竹集成材椅具形态设计元素对感性意象评价的影响关系。将18个代表性样本进行去色化处理，依据参试人数与样本题数的5:1原则[12]，邀请97位消费者或潜在消费者（49名男性，48名女性）参与竹集成材椅具感性意象评价。采用7点李克特量表构建竹集成材椅具感性意象问卷（-3、-2、-1为完全认同、部分认同、略微认同左侧的感性意象词汇描述，0为左右两侧均无认同偏向，1、2、3则为反之不同程度认同右侧），实验1问卷示例如表5所示；第二部分（实验2）旨在探讨竹集成材椅具色彩设计元素对感性意象评价的影响关系。首先，在实验1感性意象数据分析的基础上，筛选出代表性样本中形态设计元素对感性意象评价影响偏向最小的样本。分别计算得到各样本在所有感性意象词对下得分的绝对值，再将各样本的所得绝对值求和，其数值越接近0则表示该样本的感性意象评价偏向越小，反之则偏向越大。所得结果显示样本P3、P6和P9的绝对值之和显著偏向0。其次，运用3Dmax软件构建样本P3、P6和P9的三维模型，并利用VRay渲染软件将3个样本的三维模型分别附以浅碳化、中碳化和深碳化3种表面色彩特征（为避免光线环境和纹理对感性意象评价值的影响，均采用同一侧压纹理和光线环境），如表6所示。邀请51位消费者或潜在消费者（24名男性，27名女性）参与竹集成材椅具感性意向评价，问卷量表设计同实验1，实验2问卷示例如表7所示。所有参试人员视力或矫正视力正常，无色盲或色弱者，平均年龄为24.62岁，标准差（SD）为3.827。为避免样本出现次序对感性意象评价值的影响，问卷样本顺序设置为随机排列。

表5 竹集成材椅具感性意象评价问卷示例（实验1）

表6 实验2中的样本

表7 竹集成材椅具感性意象评价问卷示例（实验2）

对收集到的感性意象数据进行分析，将各样本在不同感性意象词对下的数值进行平均化处理，得到参试人员对各竹集成材椅具样本的感性意象评价均值，如表8和表9所示。

表8 竹集成材椅具样本的感性意象评价均值（实验1）

表9 竹集成材椅具样本的感性意象评价均值（实验2）

在实验1中，利用SPSS19.0统计分析软件对得到的感性意象评价均值（表8）进行KMO效度评估和Bartlett球体检验，其中KMO值为0.762（＞0.7），表示偏相关性较强；Bartlett球体检验中卡方值为200.573（df=36），显著性p＜0.05，表示各变量有较强相关性，因此所得数据合适做因子分析。使用最大方差法旋转后筛选出特征值大于1的因子，统计结果如表10所示。根据分析结果取3个因子累积方差贡献量为94.998%（＞85%），说明可以较好地表达竹集成材椅具样本的感性意象。

表10 主成分分析数据

采用最大法正交旋转后的得到因子载荷矩阵，并根据各共同因素中感性意象词对的因子负荷量大小排序。对各因子中的感性意象词对进行分析和语义归纳，概括为3个竹集成材椅具感性意象主因子。感性意象词对“昂贵的-便宜的”（E-C）、“华丽的-朴素的”（G-S）、“个性的-大众的”（P-P）和“雅致的-粗犷的”（E-S）在因子1中有较大载荷，综合语义归纳为流行因子；感性意象词对“突兀的-和谐的”（A-H）、“工业的-自然的”（I-N）和“棱角的-圆润的”（A-R）在因子2中有较大载荷，综合语义归纳为风格因子；感性意象词对“严肃的-活泼的”（S-V）和“硬朗的-柔和的”（H-S）在因子3中有较大载荷，综合语义归纳为情感因子。

在实验2中，根据表9计算得到浅碳化、中碳化和深碳化3种表面色彩特征在各组感性意象词对上的得分，如表11所示。

表11 色彩设计元素的感性意象评价均值

3 设计元素与感性意象映射模型构建

3.1 映射模型建立

依据数量化I理论，第s个样本的感性意象评价值ys与各设计元素类目间存在线性函数关系可以表示为：

式中a(i,j)：——仅依赖于第i个项目中第j类目的常数系数；

εs——随机抽样误差。

参照公式（3）将感性意象评价值与各设计元素类目依次进行编码，编码规则依据公式（2），即当第s个样本具备有第i个项目的第j类目特征时标记为1，反之不具备时则标记为0，则得到竹集成材椅具感性意象评价反应矩阵。

根据所构建的竹集成材椅具感性意象评价反应矩阵，利用最小二乘法并采用SPSS19.0统计软件对上述模型（公式4）求解，分别得到各感性意象词对的类目得分、偏相关系数、决断系数R2、复相关系数R和常数项C等结果，流行因子、风格因子、情感因子与形态设计元素的线性关系分析结果如表12至表14所示；感性意象与色彩设计元素的线性关系分析结果如表15所示。

表12 流行因子与设计元素的线性关系分析结果

表13 风格因子与设计元素的线性关系分析结果

表14 情感因子与设计元素的线性关系分析结果

表15 感性意象与色彩设计元素的线性关系分析结果

3.2 结果分析

分别对实验1和实验2的线性关系结果进行分析。其中复相关系数R和决断系数R2表示预测模型对样本设计元素和感性语意词对得分的解释程度，数值越大则拟合度越好。偏相关系数代表每个项目对感性语意评价的影响程度，数值越大则影响程度也越大。类目得分代表每个设计类目对感性意象评价的贡献程度和方向，正值表示右侧感性语意，负值则表示左侧感性语意。

3.2.1 感性意象与形态设计元素（实验1）

在流行因子、风格因子和情感因子感性意象评价中，复相关系数R均大于0.7，决断系数R2均大于0.5，说明各模型预测精度较好，可满足本文研究需要[13]。

在流行因子感性意象评价方面，各设计元素对E-C感性意象的贡献程度为C3＞C4＞C1＞C2＞C5。以侧支撑构件（C3）为例，其类目得分为F34＜F33＜F31＜F32，说明F34（异形）呈现出的昂贵感最强，而F32（梯形）更能呈现出便宜感的意象。仅针对竹集成材椅具昂贵感和便宜感偏向的最优设计元素组合分别为：F15、F25、F34、F43、F53和F11、F21、F32、F42、F51。此外，各设计元素对G-S、P-P、E-S感性意象的贡献程度、类目得分排序以及最优设计元素组合可同理所得。

在风格因子感性意象评价方面，各设计元素对A-H感性意象的贡献程度为C3＞C5＞C1＞C2＞C4。以侧支撑构件（C3）为例，其类目得分为F33＜F34＜F31＜F32，说明F33（栅格形）呈现出的突兀感最强，而F32（梯形）更能呈现出和谐感的意象。仅针对竹集成材椅具突兀感和和谐感偏向的最优设计元素组合分别为：F11、F21、F33、F43、F52和F13、F23、F32、F41、F51。此外，各设计元素对I-N、A-R感性意象的贡献程度、类目得分排序以及最优设计元素组合可同理所得。

在情感因子感性意象评价方面，各设计元素对S-V感性意象的贡献程度为C5＞C1＞C2＞C3＞C4。以扶手构件（C5）为例，其类目得分F52＜F53＜F51，说明F52（单线）呈现出的严肃感最强，而F51（无扶手）更能呈现出活泼感的意象。仅针对竹集成材椅具严肃感和活泼感偏向的最优设计元素组合分别为：F14、F25、F31、F43、F52和F13、F23、F32、F41、F51。此外，各设计元素对H-S感性意象的贡献程度、类目得分排序以及最优设计元素组合可同理所得。

对流行因子和风格因子感性意象贡献量较大的设计元素都集中在侧支撑构件（C3）上，这可能是由于现有竹集成椅具的形态差异化多通过侧支撑部分设计来体现，人们更习惯性地关注变化构件。所有样本在G-S感性意象评价上多偏向于朴素感，且在I-N感性意象评价上多偏向于自然感，这可能是由于竹集成材本身保留了较多原竹特征，人们在潜意识中给竹材贴上了质朴无华、自然生态的标签；在E-S感性意象评价上多偏向于雅致感，这可能由于竹子是中国文人文化的物质载体，竹林七贤等传统观念深入人心，因此国人对竹有根深蒂固的雅致印象[14]。在A-H感性意象评价上多偏向于和谐感，这可能是由于竹集成材是由竹条胶合压制而成，表面纹理方向一致，序列性较强，且虽色彩明度有所差异，但总体色相和纯度仍较为统一。在S-V感性意象评价上多偏向于严肃感，这可能是由于现有竹集成材椅具的设计多为新中式风格，这也表明在形态和色彩的多样性上仍有较大设计发挥空间；在H-S感性意象评价上多偏向于硬朗感，这可能是由于竹集成材椅具设计受到加工工艺和成本等因素的制约，多以直线条为基础设计语言，而曲线需要的热弯工艺更为复杂，因此在产品中使用比例有限所导致[15-16]。

3.2.2 感性意象与色彩设计元素（实验2）

由感性意象与色彩设计元素的线性关系分析结果（表15）可知，S-V、G-S、I-N和H-S的复相关系数R均大于0.7，决断系数R2均大于0.5，说明色彩设计元素仅与以上4组感性意象词对存在线性相关关系，且模型预测精度较好。色彩（C6）与S-V的相关程度最高，其类目得分F63＜F62＜F61，说明F63（深碳化）呈现出的严肃感最强，而F61（浅碳化）更能呈现出活泼感。C6与G-S的相关程度较强，其类目得分F63＜F62＜F61，值得注意的是C6的设计类目得分均偏向朴素感，这多与人们对竹子有经济环保材料印象有关。C6与I-N的相关程度较强，其类目得分F63＜F61＜F62，说明F63呈现出的工业感最强，而F62更能呈现出自然感。C6与H-S的相关程度较强，其类目得分F63＜F62＜F61，说明F63呈现出的硬朗感最强，而F61更能呈现出柔和感[17-18]。

3.3 模型验证

将以上映射模型应用于设计案例中对量化结果加以验证。D企业欲研发一款具有“自然柔和”特点的竹集成材椅具（单人），依据映射模型量化结果，得到自然感和柔和感的感性意象偏向最优设计元素组合。参考推荐设计元素组合展开椅具设计，确定该家具产品设计特征主要为圆（椭圆）靠背构件且形态设计元素较为统一，色彩为浅碳化。将此款椅具的设计元素分解，用集合UX可表示为：UX={F13,F23,F32,F41,F51,F61}，最终设计效果如图2和图3所示。

根据公式（1）至公式（3）可得该椅具的反应矩阵AX为：AX={0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0}。依据公式（4）验证可知，自然的感性意象预测得分为= 1.021 + 1.021 + 0.541 + 0.266 + 0.369 + 0.706 =3.924，柔和的感性意象预测得分为^y柔和= 0.918 + 0.918+0.036-0.192-0.144+0.412=1.948。经模型验证该设计方案在自然感和柔和感的感性意象评价值得分上均大于0，表示达到偏向目标感性意象。同时，邀请8位消费者或潜在消费者对该设计方案在I-N和H-S两组词对上进行感性意象评价，计算得到I-N和H-S的感性意象评价均值分别为1.25和0.75，与两者的感性意象预测得分指向一致，因此认为该预测模型具有有效性。

■图2 “自然柔和”特点的竹集成材椅具（单人）设计效果图

■图3 “自然柔和”特点的竹集成材椅具（单人）设计场景图

4 结语

竹集成材家具拥有巨大的市场潜力，探寻差异化的家具设计方向对适应市场多样化需求极具必要性。利用所构建的样本空间和语意空间分别确定了竹集成材椅具的形态设计元素和色彩设计元素，再结合数量化理论I建立设计元素与感性意象评价结果的映射模型，并量化得到两者的线性关系。研究结果表明：采用不同形态设计元素的竹集成材椅具会带来感性意象评价的差异，如侧支撑构件和脚踏构件对流行因子感性意象影响较大，其中栅格形侧支撑最具个性感，梯形侧支撑最具大众感和便宜感等；色彩设计元素仅在4组感性意象词对上存在线性相关关系，其中深碳化呈现出的严肃感、工业感和硬朗感最强，中碳化更能呈现出自然感，浅碳化更能呈现出活泼感和柔和感，同时各色彩明度都偏向朴素感。综上所述，感性意象评价与数量化理论I结合分析竹集成材坐具可以为产品差异化设计提供指导与方向。本文所选择的参试人员具有一定局限性，后续研究可在参试人员的选择上进行拓展，如对不同年龄段、文化背景、地理区域等属性进行分类讨论。