形狀混合產(chǎn)品意象造型設(shè)計論文

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1基于特征的形狀混合

形狀混合技術(shù)能由計算機自動融合源物體的形狀特征，構(gòu)建物體間的自然過渡，可用于產(chǎn)品意象造型設(shè)計，實現(xiàn)例如由硬朗到圓潤的造型演變過程。

1．1預(yù)處理

假設(shè)源物體被歸納成兩條曲線，為更好地保留形態(tài)特征，避免匹配過程中可能產(chǎn)生的扭曲和變形，需對曲線進行預(yù)處理，包括特征點提取、對齊和凸包計算。（1）特征點提取。離散曲率反映了曲線的形狀特征，可采用圓弧擬合的方法估算離散曲率，以此為依據(jù)提取特征點。假設(shè)曲線的控制點點集為｛P0，…，Pn｝，其中任意一點Pi的曲率Ci由相鄰3點Pi－1，Pi，Pi＋1確定的圓所決定，計算式見式（1）。以所有點的曲率平均值或乘以固定的系數(shù)作為閾值，即可提取特征點.（2）對齊。對齊確定了兩條曲線的相對位置，不同的對齊方式影響著混合的結(jié)果。采用曲線控制點的平均坐標來實現(xiàn)對齊，平均坐標PA可采用式（2）計算得出.（3）凸包計算。當曲線的控制多邊形為凹多邊形時，需要進行凸包計算。假設(shè)控制多邊形頂點按逆時針排序，采用式（3）判斷頂點的凹凸性。刪除點集中的凹頂點，重新計算每相鄰兩邊向量的叉積，反復(fù)迭代直至Vi非負，最終得到的點集即為多邊形的凸包。由于凹頂點定義了曲線的局部形狀特征，需將刪除的凹頂點通過等比例映射的方式投影至凸包上，得到的新點集參與后續(xù)的匹配.

1．2匹配

匹配是指建立兩條曲線間的一一對應(yīng)關(guān)系。采用射線法來進行匹配，如圖6所示，假設(shè)兩條曲線的控制多邊形為P，Q，其凸包頂點點集為｛P0′，…，Pn′｝和｛Q0′，…，Qm′｝，O點為對齊中心，則P上某一點Pi在Q上的匹配點的查找方法為：過點O向｛Q0′，…，Qm′｝中的所有點分別引一條射線，計算∠Pi′OQj′，記為αij，當αij取得最小值時對應(yīng)的Qj即為Pi的匹配點.（1）特征點匹配。根據(jù)特征點提取的結(jié)果建立特征多邊形，記為FP和FQ，其對應(yīng)的凸包頂點點集為｛FP0′，…，PFa′｝和｛FQ0′，…，F(xiàn)Qb′｝。查找頂點數(shù)較多的多邊形，假設(shè)為FP，遍歷其凸包數(shù)據(jù)，采用射線法在點集｛FQ0′，…，F(xiàn)Qb′｝中尋求匹配，記錄匹配點對。然后遍歷｛FQ0′，…，F(xiàn)Qb′｝中被多次匹配的頂點，采用射線法在點集｛FP0′，…，F(xiàn)Pa′｝中尋求最佳匹配，標記為匹配點對，其余頂點取消匹配點對和特征點標記，藍色代表匹配點對，紅色代表取消的匹配點對和特征點。（2）剩余點匹配。以特征點匹配為依據(jù)完成線段分段，構(gòu)建曲線控制點凸包數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，可有效地保留兩條曲線的原始特征，使意象傳達更為準確。剩余點的匹配過程包括多頂點匹配、丟失點匹配和等比例映射。①查找頂點數(shù)較多的多邊形，假設(shè)為P，遍歷其凸包數(shù)據(jù)，采用射線法在另一多邊形Q的凸包數(shù)據(jù)中尋求匹配，即為多頂點匹配；在多頂點匹配中，頂點數(shù)較少的多邊形Q可能存在未匹配點（稱為丟失點）的情況。②同樣采用射線法對丟失點進行重新匹配，實現(xiàn)了多邊形凸包每一頂點的匹配，即為丟失點匹配；頂點間可能存在重匹配現(xiàn)象，如果在此基礎(chǔ)上進行插值，將會帶來中間形狀的扭曲。③引入等比例映射來優(yōu)化匹配，參與等比例映射的數(shù)據(jù)為控制多邊形的原始頂點數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與驗證

以“硬朗的－圓潤的”為例，挑選了感性評價平均值最高和最低的兩個樣本：05和07，結(jié)合意象認知結(jié)果，對輪廓線和表面裝飾線進行提取，分別對輪廓線和表面裝飾線完成匹配和插值運算，實現(xiàn)基于特征的形狀混合，結(jié)果如圖10所示，形狀混合結(jié)果圖的插值權(quán)重依次為0．75，0．5和0．25。為驗證形狀混合結(jié)果是否符合感性詞匯硬朗—圓潤的過渡，邀請20位被試者（男性10位，女性10位，均具有產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗）進行設(shè)計方案的感性意象評價.問卷發(fā)放20份，回收19份，回收率為95％，均為有效問卷。經(jīng)統(tǒng)計，3款設(shè)計方案的感性評價平均值，數(shù)據(jù)表明形狀混合可作為產(chǎn)品意象造型設(shè)計的方法。

3結(jié)論

產(chǎn)品意象認知是設(shè)計師理解消費者情感需求的有效手段，在激烈的市場競爭下較為重要。結(jié)合數(shù)碼相機造型設(shè)計，對基于形狀混合的產(chǎn)品意象造型設(shè)計方法進行研究。通過對數(shù)碼相機的意象認知，構(gòu)建感性詞匯與產(chǎn)品特征要素之間的關(guān)聯(lián)，為產(chǎn)品意象造型設(shè)計提供依據(jù)；通過形狀混合技術(shù)，生成一系列相互融合的造型，帶來豐富的意象造型設(shè)計方案，為產(chǎn)品造型設(shè)計提供新思路。運用該方法可實現(xiàn)產(chǎn)品意象評價和輔助設(shè)計，搭建設(shè)計師和消費者溝通的橋梁。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)將進一步深入研究，構(gòu)建計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，方便設(shè)計師直觀地進行產(chǎn)品意象造型設(shè)計。

作者：李明珠 盧章平 王春艷 黃黎清 單位：江蘇大學