基于隐性知识和感性工学的产品色彩设计方法

■谢玄晖，刘 强

(1.湖北工业大学工业设计学院，湖北武汉 430068；2.清华大学美术学院，北京 100084）

色彩作为影响产品外观情感特征的重要因素之一[1]，其与隐性知识联系密切。隐性知识是一种抽象、模糊的知识组合[2]，在工业设计领域研究广泛。相对显性知识而言，隐性知识具有高度的模糊性和抽象性，是产品情感要素的高度综合，PolanyiM[3]将知识划分为显性知识（Explicit Knowledge）和隐性知识（Tacit Knowledge），认为隐性知识是一种植根于个体经验的、难以用语言完全表达的知识，具有内隐性特征。刘利军[4]等人对经验型隐性知识的获取方法进行了研究，提出“两阶段法”的隐性知识获取方法。在产品设计领域，刘征宏[5]针对产品概念设计过程中的隐性知识获取、显性转化进行了研究，并结合计算机辅助设计技术形成了设计工具。孙强[6]针对用户隐性知识向设计知识的转化过程进行了研究，构建了用户知识与设计知识之间的转化模型。罗仕鉴[7]等人针对产品设计中用户隐性知识的外显化进行了研究，并且分析了不同隐性知识外显化的方法特点。陈友玲、肖莹姣[8]从知识资源库角度对产品设计的隐性知识获取关键技术进行了研究。刘征[9]针对产品概念设计过程中的隐性知识进行了研究，明确了概念设计过程中的特定问题是获取隐性知识的重要来源。基于上述研究可知，隐性知识具有高度的模糊性和抽象性，与用户感性认知联系密切，在感性认知方面，感性工学是一种常用的用户情感量化研究方法。Huang YD[10]以非遗物品为研究对象，通过感性工学方法研究了其视觉及感性特征。Xu WN[11]结合儿童色彩语义偏好对儿童绘本色彩设计进行了研究。李国华[12]等人结合感性工学方法对蒙古族家具造型知识进行了研究。综合上述研究现状可知，隐性知识是目前工业设计领域研究的重要内容之一，其与产品设计的感性要素联系密切，然而如何有效获取隐性知识、使得隐性知识显性化，是目前工业设计领域有待解决的问题之一。本文以产品设计中的色彩为研究对象，通过对色彩设计中的隐性知识分析，结合感性工学方法，实现关键隐性知识的有效获取，形成基于隐性知识和感性工学的产品色彩设计方法，并通过案例阐述该方法的操作过程，为产品色彩设计研发提供参考。

1 产品色彩设计的隐性知识组成

产品色彩设计具有高度情感化特征，色彩设计的隐性知识涉及审美性、文化性、舒适性、体验性等多种感性要素，较为模糊与抽象。设计方案的产生过程可以视为隐性知识从模糊、无序到有序化的过程。设计师通过对设计任务分析，将各类无序的知识进行有序化整合，从而进行设计方案输出，见图1。

■图1 知识的有序化过程

产品设计涉及用户、外部环境、产品本体三个主体要素。产品设计中的隐性知识主要涉及以下几个方面：情境、需求、产品特征，见图2。设计师通过对产品使用情境分析，获取用户需求，结合对现有产品的特征分析，从而进行产品设计实践活动。情境、需求、产品特征可以视为隐性知识的来源基础。

■图2 产品设计涉及要素

通过将隐性知识转化为设计知识，从而进行产品设计实践活动，见图3。设计师通过对隐性知识进行有序化分析，将其转化为可进行设计输出的设计知识，从而进行设计实践。设计知识是指可以进行设计方案输出的知识，在色彩设计中主要包括：色相、明度、饱和度等，设计知识相对于隐性知识，更为具体和形象。

■图3 隐性知识和设计知识

结合上述分析，构建基于情境（scenario）—需求（demand）—特征（feature）的隐性知识显性化获取模型，见图4。产品设计中的隐性知识是多种知识组合[13]，对隐性知识的获取可从情境分析、需求分析、特征分析三个层面出发，使隐性知识显性化，通过知识层级划分，可以更为快捷和有效地理清隐性知识组成及其脉络。

■图4 隐性知识构成

首先，情境分析是获取隐性知识的第一步，用户使用产品时均处于一定的情境，该情境决定了用户人群、用户需求、产品特性，情境分析可分解为产品情境和用户情境，产品情境是指产品本身的定位属性，用户情境是指用户人群特点。其次，在情境基础上，需要将情境分析转化为需求，进一步实现隐性知识的有序化。需求包括理性需求和感性需求，这些需求是隐性知识的基础。然后，需求仍然属于较为抽象的概念，可将用户需求转为具象化的产品特征，这里的特征包括属性特征和意象特征，属性特征集中体现产品设计的物理性特征，体现产品设计的约束性。意象特征是产品文化、美学、情感等感性特征的集中体现，体现产品的情感层面。最后，通过特征分析实现隐性特征的显性转化，形成设计要点，为设计师进行设计实践提供参考。

由于隐性知识较为模糊和抽象，通过对隐性知识的结构化描述，使得隐性知识逐步有序化，转变为可以进行设计实践活动的设计知识，其过程见图5。首先，隐性知识与设计知识之间是反复迭代，不断交流的关系。隐性知识来源于用户、产品，设计知识则为设计师进行方案设计提供指南，隐性知识向设计知识的转化过程并不是一次完成的，是一个反复迭代的过程。其次，通过对产品的情境、需求、特征维度分析，可初步获取有序化的隐性知识集合，通过对不同色彩的用户认知特性分析，不断对隐性知识进行有序化处理，结合设计方案输出要求，实现隐性知识向设计知识转化，最终实现隐性知识转化为更加具象的设计知识，例如色彩设计区域，色彩的色相、明度、饱和度、色彩组合、色彩风格等。

■图5 隐性知识向设计知识转化

2 感性工学

感性工学（Kansei Engineering）是实现情感测量的重要手段[14]，由日本学者首先提出,其是通过定量方法分析用户情感信息，从而获取用户情感与产品设计之间的映射关系[15]，常结合语义差异法[16]（Semantic Differential Method，SD法）对感性要素进行量化评价，是实现设计信息从抽象化向具象化转变的重要方法之一。色彩作为产品视觉效果的重要组成，其是产品设计情感化的重要体现，丁满[17]等人针对产品色彩感性工学的研究现状进行探讨，认为感性工学作为一种情感量化分析方法，能够有效获取产品色彩的认知特性。支锦亦[18]结合感性工学方法对高速列车车内视觉环境的色彩感知特性进行了研究，获取了不同色彩设计的感性信息。吴天宇[19]等人建立了基于混合式感性工学的产品色彩设计流程，结合正向和逆向感性工学方法探讨了产品色彩与情感要素之间的关系。谢玄晖[20]通过将NCS体系和感性工学理论相结合，实现了色彩属性特征和感性特征的有效获取，并形成了地铁列车内饰色彩设计方法。杨冬梅[21]等人通过感性工学方法有效获取了面向老年人的产品色彩感性偏好。WangY[22]结合语义差异法和神经网络对陶瓷色彩的认知特性进行了研究。

感性工学的原理见图6，用户通过视觉刺激形成感性认知，为使得感性认知具象化，工业设计领域通常结合感性词汇对其进行具象描述，然后结合统计方法获取产品设计的感性信息。

■图6 感性工学原理

3 基于隐性知识和感性工学的产品设计色彩方法模型

基于前文中关于隐性知识和感性工学的理论分析，形成基于隐性知识和感性工学的产品色彩设计方法模型，见图7。其主要包括三个宏观过程：（1）隐性知识结构化描述，（2）感性工学实验，（3）设计知识转化。通过对隐性知识的结构化描述，结合感性工学实验，获取不同色彩样本的关键认知特性，进而将模糊、抽象的隐性知识转化为具象化的设计知识。其可分解为五个关键环节：（1）隐性知识结构化描述，（2）关键隐性知识获取，（3）感性工学实验及认知特性获取，（4）色彩样本的认知特性分析，（5）设计知识转化。

■图7 设计方法流程

首先，通过对产品使用的情境分析、需求分析、特征分析，对其隐性知识进行结构化描述，初步获取产品色彩设计中较为宏观的隐性知识，理清隐性知识层级。具体包括：产品使用情境和产品用户人群组成，产品色彩特征的结构化描述，使得隐性知识初次有序化，实现抽象模糊的隐性知识向具象方向转化，并收集相关色彩样本，形成色彩案例集合。其次，在此基础上，结合隐性知识的结构化描述，收集相关语义词汇，通过感性工学实验进一步获取产品色彩设计的关键隐性知识组成。然后，结合感性工学实验结果分析不同色彩的认知特性，探讨色彩设计主要影响因素，获取不同色彩的关键隐性知识组成，实现对色彩样本进行筛选与分类。接着，结合色彩认知特性分析，进一步理清关键隐性知识要素及组成，实现关键隐性知识向设计知识的转化。最后，分别从色彩设计的关键影响因素、色相、色明度、色饱和度等层面，将关键隐性知识转化为可进行设计方案输出的设计知识，形成设计建议，为设计师进行设计实践提供参考。

4 案例验证

本文以地铁列车内饰色彩设计为案例，对该方法进行验证，阐释该方法的操作过程。地铁列车内饰色彩作为影响车内视觉环境的重要因素之一，需要满足旅客的视觉功能需求和情感需求。通过网络收集国内代表性地铁列车内饰色彩设计案例，见图8。

■图8 地铁列车内饰色彩设计收集

4.1 隐性知识结构化描述

隐性知识结构化的目的是使其从模糊性向可描述性转化，这里分别从情境分析、需求分析、特征分析三个层面对地铁列车内饰色彩设计的隐性知识进行结构化描述，见图9。首先，在情境维度，地铁列车内饰设计以交通运输功能为主，客运量较大，通常以标准化色彩设计为主，内饰其通常表现为单色设计。其次，在需求维度，地铁列车内饰色彩设计需满足舒适、安全、美感等理性需求和感性需求。最后，在特征维度，目前地铁列车内饰色彩设计以纯色系为主，设计区域主要为座椅、吊环、部分立柱等区域，顶面、侧墙、地面一般不进行色彩设计。

■图9 隐性知识结构化描述

结合隐性知识的结构化描述，在色彩环中收集各主色系S1-S12色彩样本，色彩样本收集覆盖各主色系，同时兼顾黑白灰色系，见图10。为分析各色彩的色相、明度、饱和度等特性，在Photoshop软件中，获取各色彩样本的HSB数值和RGB数值，见表1。

以图10色彩样本为基础，为进一步评价各色彩隐性知识，以座椅、吊环为主要设计区域，在3D MAX软件中形成设计A1-A12设计样本，见图11。

为客观评价各色彩样本的情感特征，结合地铁列车内饰和色彩设计的相关文献，收集相关感性词汇，最终选取8个代表性感性词汇，见表2。

表2 感性词汇

4.2 关键隐性知识获取

基于前文色彩设计案例（图11）的基础上，结合感性工学实验，更为客观地获取各样本的认知特性，实现隐性知识向设计知识的转化，进一步获取各色彩样本的关键隐性知识，其实验过程见图12。首先，在前文获取的感性词汇基础上，结合SD（Semantic Differential）法，获取各色彩设计样本的感性特征分布。然后，结合因子分析方法，多维尺度分析方法，进一步获取色彩样本的关键情感特征。最后，结合实验结果，获取各色彩设计样本的关键隐性知识描述，实现隐性知识向设计知识的转化。

■图12 关键隐性知识获取过程

以前文所收集的感性词汇为基础，形成评分问卷，问卷评分采用7级打分法，-3分至3分，两侧分值代表特征较为突出，0分表示中立，其示例如表3所示。

表3 问卷示例

针对12个样本（A1-A12）和8个感性词汇（X1-X8）之间的匹配度进行感性工学实验，实验采用问卷评分的方式进行，测试者为40名成年人，均具有地铁车辆乘坐经验。将评分统计结果输入SPSS软件，得分均值见表4。

表4 得分均值

在SPSS中用因子分析方法对试验结果进行降维，进一步获其各感性词汇的内在联系。实验数据的KMO值为0.624，说明变量适合进行因子分析，实验数据的总方差解释见表5。从表5中可知，第一个组件特征值为4.458，第二个组件特征值为1.781，第三个组件特征值为1.018，前三个组件累积贡献率为90.709%，该三个组件能够解释色彩的关键隐性特征。

表5 总方差解释

通过SPSS软件形成旋转后的成分矩阵（表6），计算各样本的因子得分，见表7。根据表6可知，因子1中，X3、X6、X7、X8具有较大载荷绝对值，感性词汇包括：明快-暗淡、清新-陈旧、雅致-俗气、轻盈-厚重，主要体现色彩的明快感。因子2中，X2、X4具有较大载荷绝对值，感性词汇包括：亲和-冷漠、愉悦-乏味，主要体现色彩亲和度。因子3中，X1、X5具有较大载荷绝对值，感性词汇包括：平静-躁动、柔和-刺激，主要体现色彩的平静感。

表6 旋转后的成分矩阵

表7 各因子得分

表7中各样本因子得分排序见图13。因子1分值排序：A4＜A8＜A6＜A5＜A11＜A1＜A3＜A12＜A2＜A7＜A10＜A9；因子2分值排序：A2＜A3＜A5＜A1＜A6＜A8＜A9＜A7＜A4＜A10＜A12＜A11；因子3分值排序：A12＜A11＜A5＜A6＜A3＜A9＜A2＜A8＜A10＜A7＜A4＜A1。根据因子1（明快感）得分排序可知：间色系、高明度色彩通常体现明快感；低饱和度、低明度色彩认知特性呈现暗淡感。根据因子2（亲和度）得分排序可知：暖色系色彩的亲和度通常更为良好；冷色系、低饱和度、低明度色彩的亲和度一般较低。根据因子3（平静感）得分排序可知：高纯度红色系色彩的躁动感更强，高明度色、冷色系或灰色系色彩的平静感更强。

■图13 各因子得分折线图

进一步对各色彩样本进行聚类，在SPSS软件中进行多维尺度分析，其RSQ值为0.976，说明分析效果良好，分析结果见图14。在横轴方向上，从右至左，体现色彩的轻重感变化。从上至下，体现色彩从安静至躁动。从图14中可知，首先，样本A2、A3、A5、A6、A8可归为同一类型，其色彩色相以中间色为主，色彩明度和饱和度均较高，色彩隐性特征体现为明快感、亲和度高。然后，样本A1、A4、A7可归为同一类型，其色相为红色、蓝色、紫色，高饱和度，色彩隐性特征体现为躁动。最后，样本A9、A10、A11、A12可归为同一类型，其色彩以黑白灰色系、色彩体现为低明度、低饱和度，色彩隐性特征体现为厚重。

■图14 多维尺度分析结果

4.3 结果讨论与产品色彩设计知识建议

结合上述实验分析，形成色彩设计知识建议，见图15。首先，影响地铁列车内饰色彩设计的隐性要素包括三个主要因子，（1）明快感（2）亲和度（3）平静感。其次，在色相层面，间色系色彩明快感较强，暖色系色彩更容易体现亲和度，高纯度红色系、紫色系易体现躁动感。冷色系、高明度色彩一般平静感较强。再次，在饱和度和明度方面，低明度、低饱和度色彩一般较为暗淡、重量感较强，间色系、高明度色彩一般较为明快、轻盈。最后，中间色系可作为地铁列车内饰色彩设计的首选，高纯度红色系色彩不宜大面积使用，黑灰色系较为暗淡，应小面积使用。

■图15 面向地铁列车内饰的色彩特性分析

结合上述关于色彩隐性知识的分析，A2、A3、A5、A6、A8方案可作为优先选择，见图16。

■图16 优选的设计方案

5 结语

色彩是产品视觉要素的重要组成部分，其隐性知识与用户情感显著相关，研究通过对隐性知识的显性化过程分析，建立了面向产品色彩设计的隐性知识显性化分析方法，并结合感性工学方法构建了基于隐性知识和感性工学的产品色彩设计方法流程，通过案例阐释了该方法的操作过程。首先，产品色彩设计的隐性知识具有高度的模糊性与内隐性，隐性知识显性化的核心是使其有序化和结构化。其次，产品色彩设计过程中，感性特征是隐性知识的重要组成要素，结合感性工学方法，可实现关于色彩设计的隐性知识客观化获取，实现隐性知识向设计知识的转化。最后，未来研究可从知识管理、色彩组合、美感度评价等方面进一步展开研究。