摘? 要：為滿足現(xiàn)有桌面取暖器市場快速迭代的需求，解決造型同質(zhì)化等問題，可以用一種差異化的造型設(shè)計創(chuàng)新方法，提升與目標用戶感性需求的匹配程度。首先對桌面取暖器整體造型層次要素進行梳理，通過感性工學獲取目標用戶偏好的意象詞匯，確定造型設(shè)計風格;其次提取符合用戶意象的產(chǎn)品形態(tài)曲線，借助形狀文法進行創(chuàng)新設(shè)計，得到初步造型設(shè)計方案;最終利用層次評估模型進行篩選，確定最終設(shè)計方案。通過科學的設(shè)計方法，建立層次分析評估矩陣模型，并對相關(guān)指標進行量化處理，提升產(chǎn)品造型設(shè)計的創(chuàng)新程度，來獲取最佳設(shè)計方案，增加產(chǎn)品的市場成功率。

關(guān)鍵詞：層次分析法;形狀文法;感性工學;桌面取暖器;外觀造型設(shè)計

一、引言

現(xiàn)有桌面取暖器外觀造型存在較多問題，難以精準滿足特定消費群體特殊的審美需求。造型集中體現(xiàn)著產(chǎn)品外觀風格，是產(chǎn)品的重要組成部分和設(shè)計開發(fā)決策的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，造型設(shè)計的根本是為了滿足用戶的感性需求。然而，現(xiàn)有造型設(shè)計評價標準，受設(shè)計師個人主觀偏好影響較大，充滿不確定性。因此，本文以層次分析法為基礎(chǔ)，結(jié)合感性工學確定產(chǎn)品目標造型意象，借助形狀文法對桌面取暖器進行造型設(shè)計創(chuàng)新，彌補以往設(shè)計人員憑借自身感性判斷主導造型設(shè)計的不足，進而引導更加理性和科學的產(chǎn)品造型設(shè)計創(chuàng)新。

二、相關(guān)理論研究現(xiàn)狀

美國薩蒂教授在19世紀70年代提出層次分析法，該方法為統(tǒng)計類權(quán)重分析實驗方法，用于針對定性問題來進行定量分析。其將設(shè)計對象拆分，形成多層次、多準則、多要素的模型，運用數(shù)據(jù)公式計算權(quán)重，為設(shè)計提供科學合理的參考[1]。

近年來層次分析法應用較為廣泛，周祺等利用該方法對皮影游戲產(chǎn)品的用戶需求與設(shè)計要素進行提取與分析，為創(chuàng)意設(shè)計指明方向[2]。侯建軍等建立了智能嬰兒手推車的功能需求層次體系，為嬰兒手推車的設(shè)計提供指導[3]。趙艷曉等運用模糊層次分析法探究影響腫瘤兒童醫(yī)療玩具設(shè)計的要素，并建立評價層級指標模型，明確設(shè)計優(yōu)化方向[4]。

形狀文法（Shape Grammar，SG）是美國設(shè)計學家George Stiny等人在基于對符號語言理論的研究上，提出的一種以形狀運算為主的設(shè)計方法，可用于品牌識別與產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域[5]。形狀文法通過明確的文法推演規(guī)則，使得形狀曲線在規(guī)則的作用下衍生出不同的造型形態(tài)曲線，在保證風格延續(xù)的基礎(chǔ)上，對造型進行創(chuàng)新。在國內(nèi)，形狀文法在多個領(lǐng)域內(nèi)都有研究，李陽等通過風格意象及物理尺寸等約束，依據(jù)形狀文法內(nèi)在推演機制，提出文法化和物理約束相結(jié)合的推演規(guī)則，以提高造型推演的科學性和高效性;盧兆麟等研究了產(chǎn)品造型意象與品牌基因之間的聯(lián)系，并以摩托羅拉手機為例，應用形狀文法進行造型推演，實現(xiàn)品牌特性的傳承[6];王偉偉等以電動踏板車為例，運用形狀文法分析現(xiàn)有產(chǎn)品造型形態(tài)特征，提取滿足用戶感性需求的設(shè)計要素，對形狀進行推演[7]。

通過對現(xiàn)有研究的分析可知，層次分析法可以更精準地定位設(shè)計方向，而形狀文法可用于產(chǎn)品造型設(shè)計創(chuàng)新。因此，本文基于層次分析法對桌面取暖器造型設(shè)計要素進行分析，通過形狀文法進行造型設(shè)計實踐，力求提升造型設(shè)計的合理性與科學性。

三、基于層次分析法和形狀文法的造型設(shè)計研究思路

首先，為了解桌面取暖器造型設(shè)計評價重點，通過層次分析法對目標產(chǎn)品的造型設(shè)計要素進行分析，建立層次評估模型，并通過公式計算，了解各設(shè)計要素權(quán)重;其次，針對權(quán)重值較高的造型要素進行感性意象研究，借助形狀文法進行造型推演;最后，基于層次分析模型進行造型設(shè)計綜合評估，獲取最佳造型設(shè)計方案。

（一）構(gòu)建產(chǎn)品造型層級模型。首先，根據(jù)層次分析法規(guī)則，將產(chǎn)品的最終設(shè)計目標定義為層次分析模型中的一級目標層;其次，將一級目標層進行拆解，劃分出多個準則層，進而細化到方案層，最終構(gòu)建出完整的層次分析模型，通過調(diào)研數(shù)據(jù)形成評價層級矩陣，運算得出矩陣中各層次要素的權(quán)重值，針對權(quán)重值較高的要素進行接下來的設(shè)計研究。

（二）確定產(chǎn)品造型設(shè)計重點方向，為下一步的設(shè)計實踐奠定基礎(chǔ)。具體可通過問卷、訪談等方式，運用感性工學，確定造型風格與設(shè)計方向，篩選符合風格意象的產(chǎn)品，建立相應的造型曲線集。

（三）進行形狀文法造型設(shè)計實踐。根據(jù)產(chǎn)品意象造型風格，從造型曲線集中隨機選取合適的形態(tài)曲線，，根據(jù)形狀文法推演規(guī)則對其進行推理演變，構(gòu)建新的桌面取暖器造型形態(tài)曲線集，形成創(chuàng)新方案群。

（四）以第一步構(gòu)建的造型層次評價模型進行綜合評估，獲得最佳造型設(shè)計方案，并輸出模型。

整體研究思路如圖1所示：

圖1? 研究思路

四、以桌面取暖器造型為例的實踐案例

（一）造型評價層次模型的構(gòu)建

在確定設(shè)計對象為桌面取暖器造型設(shè)計后，通過調(diào)研及查閱資料，發(fā)現(xiàn)目前桌面取暖器的主要用戶是學生及年輕群體，其次為中老年家庭用戶，女性用戶在其中占多數(shù)。由于年輕群體的消費潛力巨大，因此，將本研究的目標用戶定為18-30歲的女性群體。

為更好地滿足這部分用戶對于桌面取暖器的外觀造型需求，需要首先了解取暖器造型設(shè)計的評價體系，確定設(shè)計重點。運用層次分析法的優(yōu)勢在于，能夠?qū)⒃驹u估流程中無序的指標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有序的遞階層次模型，從而量化原本復雜的定性過程。

通過對桌面取暖器進行用戶調(diào)研及競品分析，了解其在造型制造工藝、美觀及經(jīng)濟成本等方面的影響要素，建立評價層級模型。根據(jù)層次分析法將評價指標分為目標層、準則層和方案層[8]，其中以最佳桌面取暖器造型設(shè)計方案定義為目標層，將目標層劃分出經(jīng)濟性、審美性、工藝性和安全性[9]，這四個構(gòu)成了模型中的準則層，繼續(xù)進行拆分，得出如圖2所示的層次評估模型。

其中經(jīng)濟性主要指的是產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中所花費的總成本，包括材料成本和加工成本兩部分。審美性則是由形態(tài)風格、色彩、材質(zhì)、表面紋理和社會因素這五部分組成，其中社會因素用以衡量造型設(shè)計是否符合當前設(shè)計潮流及受眾的審美認知，形態(tài)風格則表示產(chǎn)品整體風格統(tǒng)一，確保產(chǎn)品形態(tài)比例協(xié)調(diào)，在視覺上均衡穩(wěn)定。色彩的賦予也需符合當前產(chǎn)品審美趨勢和色彩搭配原則，材質(zhì)及表面紋理兩個要素與產(chǎn)品整體協(xié)調(diào)能夠讓造型更為精致。工藝性表示產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否符合制造工藝，另外作為加熱裝置，安全性也是需要納入考慮的要素，這其中包含了來自材料及結(jié)構(gòu)兩方面的指標。

為了解各個要素在評價體系中的權(quán)重，以九級度數(shù)的方式，進行評價指標定量分析（具體標度方式如表1所示），得出各指標之間的權(quán)重關(guān)系，構(gòu)建層次分析判斷矩陣。采用矩陣法將評價指標以兩兩對比的方式，計算層級之間的權(quán)重值。

為保證實踐精準性，邀請設(shè)計師及受眾用戶共20人進行打分并取平均值，調(diào)研結(jié)果以兩兩相比的方式，得到判斷矩陣，如表2、表3、表4、表5、表6。

對判斷矩陣進行一致性檢驗，再以幾何平均法得出判斷矩陣的權(quán)重向量，其大致算法過程是將n個變量值乘積的n次方根，然后進行歸一化處理即可得到權(quán)重向量[8]。具體計算流程如下：

1.計算矩陣中每一行數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)的對比結(jié)果乘積Mi：其中aij是第i行第j列中的元素，m是數(shù)據(jù)數(shù)量：

①

2.通過乘機計算幾何平均值ai：

②

3.計算數(shù)據(jù)權(quán)重wi：

③

通過上述步驟，得出各要素的權(quán)重，權(quán)重越高意味著在整體造型設(shè)計中的重要性和影響力越大，越符合設(shè)計要求，計算結(jié)果如表7所示。

由表7可知，審美性要素對桌面取暖器造型設(shè)計影響最大，在其他因素相差不大情況下，是決定用戶購買與否的關(guān)鍵性因素。而審美性中形態(tài)風格、色彩及社會要素等影響權(quán)重依次遞減，因此接下來的設(shè)計將兼顧其他要素進行造型設(shè)計，在保證產(chǎn)品經(jīng)濟性、工藝性和安全性處于正常水平下，著重對審美性進行設(shè)計，確保產(chǎn)品的形態(tài)風格、色彩和社會因素符合用戶的需求。接下來就通過感性工學，了解目標用戶的審美傾向，明確產(chǎn)品造型設(shè)計風格后，借助形狀文法規(guī)則進行造型推演。

（二）形狀文法設(shè)計實踐

目前桌面取暖器的造型設(shè)計在滿足用戶多樣化的感性需求方面，有待進一步提升。形狀文法通過推演規(guī)則，衍生出新的造型形狀，且能保持產(chǎn)品原先的風格意象。在之前的研究中可以發(fā)現(xiàn)，形狀文法在產(chǎn)品設(shè)計的應用，主要集中在從現(xiàn)存的設(shè)計風格中，分析并歸納出初步造型形態(tài)曲線，然后依據(jù)形狀文法規(guī)則，衍生出全新的造型形態(tài)曲線。

形狀文法具體實踐過程分為三個階段[10]，具體如圖3所示。

第一個階段：目標風格形態(tài)分析

通過感性工學推導出目標用戶的風格意象偏好，明確主要造型要素，根據(jù)用戶意象篩選并建立桌面取暖器造型集，提取與意象風格一致的形態(tài)曲線，作為造型推演參考。

第二個階段：形狀文法推演

通過第一階段得到的初始造型形態(tài)曲線，將其按照形狀文法推演規(guī)則，在規(guī)則約束下，對造型曲線進行發(fā)散與創(chuàng)新，形成創(chuàng)新方案群。

第三個階段：方案評估與細化

由設(shè)計師及用戶對第二階段生成的設(shè)計方案群進行評估篩選，評估模型以上述的層次分析評估矩陣為依據(jù)，來確定最終產(chǎn)品造型形態(tài)設(shè)計方案，并進行三維建模輸出。

1.目標風格意象分析

意象詞匯是用戶用于對產(chǎn)品進行描述的詞匯，帶有一定的主觀色彩，體現(xiàn)了用戶對產(chǎn)品外形、材質(zhì)、色彩等方面的感受。用戶通過這種方式，可以表述內(nèi)心對于產(chǎn)品的需求，對于設(shè)計師而言，只有了解用戶的感性偏好，從用戶角度進行設(shè)計，才能設(shè)計出令用戶滿意的產(chǎn)品，使產(chǎn)品銷量處于較好狀態(tài)[11]。

通過宣傳手冊、問卷、訪談等方式，了解目前桌面取暖器的設(shè)計趨勢，并收集到風格形態(tài)、色彩、材質(zhì)和表面紋理下共54個感性形容詞，且保證符合當前產(chǎn)品造型設(shè)計的趨勢。借助KJ法，結(jié)合桌面取暖器本身的外觀特性，將意思相近及表意不明確的詞進行剔除，篩選出最具代表性的意象詞匯，建立典型意象詞庫。通過問卷了解目標用戶傾向，最后得出用以描述風格形態(tài)的意象詞組為現(xiàn)代—復古，描述色彩的為多彩—素雅，材質(zhì)的意象詞組為硬朗—柔軟，表面紋理的為光滑—粗糙，社會要素為潮流—傳統(tǒng)。為獲得較為客觀的評價結(jié)果，邀請設(shè)計師、目標用戶、潛在用戶共20人進行評價，均為年齡在18-30歲之間的女性群體。

通過調(diào)研得出，這部分用戶對于桌面取暖器的感性需求為：充滿現(xiàn)代風格的造型，素雅干凈的色彩，硬朗的材質(zhì)和光滑的紋理，且需要符合社會潮流趨勢。此外，用戶表示硬朗的材質(zhì)能夠帶來安全感和信任感，最主要的仍是造型和色彩方面的要素會影響他們決定是否購買產(chǎn)品。

2.產(chǎn)品形態(tài)分析

為確定桌面取暖器的造型設(shè)計主要要素，利用形態(tài)分析[12]和層次分析對其進行造型拆解，將桌面取暖器造型分為正面輪廓、側(cè)面輪廓、出風口、控制按鍵及底部支架這五個部分。為確定設(shè)計方向，通過上述提及的九級量表法，以問卷的方式進行調(diào)研，借助兩兩相比的方式，了解各個部分對風格形態(tài)意象的貢獻值，最終調(diào)研結(jié)果如表8所示。

由表可知，多數(shù)用戶表示正面輪廓線更能體現(xiàn)產(chǎn)品的風格意象特征，也是影響他們購買產(chǎn)品的主要因素，它集中體現(xiàn)了產(chǎn)品的形態(tài)特性;其次為側(cè)面輪廓線和吹風口。因此本文以產(chǎn)品正面輪廓線為主要要素，側(cè)面輪廓線為次要要素，進行形狀文法推演。輪廓線是形態(tài)文法提取及演變的關(guān)鍵，為降低其他要素帶來的影響，通過產(chǎn)品二維貝塞爾曲線進行實踐。

不同類型的產(chǎn)品承載著相同或類似的風格，將產(chǎn)品族群按照使用功能分為兩種，一種是由相同或相似特征屬性產(chǎn)品組成的同族群，如桌面小型取暖器、立式取暖器、壁掛取暖器;另一種是由不同特征屬性產(chǎn)品構(gòu)成的異族群，為加濕器、桌面藍牙音響、空氣凈化器、電子鬧鐘[10]。通過對目前市面上銷售量較高的產(chǎn)品進行收集整理，建立現(xiàn)代風格的初步產(chǎn)品造型集，內(nèi)有共8個造型曲線。為保證形態(tài)曲線與意象風格之后偏差不大，最終由目標用戶選取篩選，得出較為符合風格意象的最終產(chǎn)品造型集（如表9）。

3.形狀文法推演

（1）形狀文法規(guī)則

在產(chǎn)品形狀推理過程中，初始線條為現(xiàn)有造型的形態(tài)曲線，結(jié)合風格意象定位，對其部分或全部形態(tài)曲線進行推理。根據(jù)形狀文法定義，其可以表示為：SG=（S，L，R，I）[13]。其中，SG是經(jīng)比例、旋轉(zhuǎn)等操作衍生出的形狀集，S是形狀的有限集合，S={S1，S2，…，Sm}，L是符號的有限集合，L={L1，L2，…，Ln}，R是形狀規(guī)則的有限集合，I是初始形狀。

形狀文法的推演規(guī)則（R）包括的內(nèi)容如表10所示[14]。

由表10可知，相同或不同的形態(tài)曲線都可通過不同的推演規(guī)則得到可能相同或不同的新曲線，通過規(guī)則組合可生成多樣性的造型集，滿足創(chuàng)新需求。

（2）形狀文法設(shè)計實踐

在設(shè)計過程中，約束來自于兩方面：

1）風格意象約束

通過用戶語意調(diào)研，了解用戶對于桌面取暖器各個形態(tài)要素與風格之間的意象相關(guān)度，確定設(shè)計權(quán)重。對于權(quán)重較大的要素在執(zhí)行形狀文法的過程中應盡可能進行與風格語意相一致的變動，從而能夠保證產(chǎn)品整體風格的延續(xù)。

2）物理尺寸約束

一方面吹風口本身小于整體造型尺寸，另一方面，由于是桌面小型取暖器，因此在整體的體積尺寸需要設(shè)定最大值，通過電商渠道了解現(xiàn)有桌面取暖器的普遍尺寸，最終設(shè)定目標產(chǎn)品的體積在125*125*200cm之內(nèi)。

同時，結(jié)合之前用戶的調(diào)研反饋，在產(chǎn)品造型方面，提出以下需求：第一通過造型設(shè)計使得產(chǎn)品出風面積增加，提高產(chǎn)品利用率，第二滿足產(chǎn)品多樣化的使用場景，提高產(chǎn)品使用率。

形狀文法通過對現(xiàn)有產(chǎn)品造型的分析研究，提取符合設(shè)計風格定位的形態(tài)符號，并在其風格基礎(chǔ)上探尋全新的造型設(shè)計方向。從桌面取暖器造型庫中隨機抽取任意兩條差異較大的造型曲線，作為初始線條，分別進行形狀文法推演，產(chǎn)出多種方案。

正面形態(tài)曲線推演方案：從正面造型線條形態(tài)庫中選取與風格較為接近的形態(tài)I2、I6兩個曲線作為形狀推演的初始形態(tài)曲線，其推演過程如圖4所示，其中置換R1、增刪R2、縮放R3、旋轉(zhuǎn)R4、平移R6、復制R7和拉伸R8，形態(tài)曲線I2、I6經(jīng)過以上規(guī)則，衍生出各三種方案。

側(cè)面形態(tài)曲線推演方案：從側(cè)面造型線條形態(tài)庫中選取形態(tài)P1、P5兩個曲線作為形狀推演的初始形態(tài)曲線，其推演過程如圖5所示，形態(tài)曲線P1、P5形態(tài)方案經(jīng)過以上規(guī)則，衍生出各三種方案。

通過運用形狀文法的造型設(shè)計方法，輸出桌面取暖器正面形態(tài)和側(cè)面形態(tài)曲線各6個，將這幾組形態(tài)曲線進行組合搭配，形成桌面取暖器完整的設(shè)計方案，將美感不足或有沖突的方案剔除掉，篩選得到如圖6所示的三種方案。其中方案一和二在材料方面整體都使用塑料材質(zhì)，出風口為金屬，加熱方式為PTC陶瓷發(fā)熱，方案三整體及出風口都是用塑料材質(zhì)，加熱方式保持一致，內(nèi)部三個方案統(tǒng)一使用金屬，保證產(chǎn)品的安全性，色彩上選取與趨勢一致的素雅色（如圖7）。

4.評估優(yōu)化輸出方案

根據(jù)評價指標權(quán)重值，以5級量表法對上述三種方案進行模糊綜合評價，依次賦值β=（90 80 70 60 50）T進行量化處理[15]，評價等級與賦值關(guān)聯(lián)如表11所示。

從最初的計算結(jié)果中可知，評價體系中各層級的評價指標權(quán)重向量WX、WA、WB、WC的值。邀請設(shè)計師、潛在用戶共10人對上述三種設(shè)計方案依據(jù)賦值表對各個要素進行評價打分。通過評價指標所得到的評價等級次數(shù)累計計算，如若指標A1收到非常好的評價5次則記為0.5，依次得到方案的綜合模糊評估矩陣Rn（n=1，2，3，4），R1、R2、R3、R4分別為準則層A、B、C、D的模糊評價結(jié)果矩陣，計算得出方案的評級結(jié)果權(quán)重，具體過程為：

（1）通過上述計算，已知：

（2）邀請參與調(diào)研的用戶及設(shè)計師進行打分，得到評價矩陣R1、R2、R3、R4，通過一下公式得出方案A的評估權(quán)重值：

（3）得到方案在準則層的權(quán)重后，通過二級綜合矩陣得出每個方案的最終得分P。

（4）通過公式轉(zhuǎn)化為百分制W：

通過上述步驟計算得出，方案一的最終得分為73.48;方案二的最終得分為79.69;方案三的最終得分為74.78?？梢园l(fā)現(xiàn)方案二的得分最高，因此方案二最為符合目標用戶對于桌面取暖器的造型意象偏好。

在基于方案二的造型基礎(chǔ)上，對其進行功能性設(shè)計以滿足用戶多樣化需求，并通過建模的方式進行輸出，如圖8所示，在產(chǎn)品上方增加香薰及加濕器噴霧口，用戶可以對其進行注水，上方的指示燈方便用戶了解水位情況，及時加水，緩解了取暖器普遍存在的干燥問題;把手的設(shè)計方便用戶切換不同的使用場景。

五、結(jié)語

現(xiàn)代產(chǎn)品趨于精細化，迭代速度增加，對于設(shè)計師的產(chǎn)出要求嚴格，如何設(shè)計出讓用戶滿意的產(chǎn)品需要設(shè)計師們的不斷探索。本文提出基于形狀文法的造型設(shè)計方法，對桌面取暖器的造型層次進行細化分析，將目標用戶的感性需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計數(shù)據(jù)，提煉設(shè)計思路與規(guī)范，有效地保證了在產(chǎn)品創(chuàng)新過程中，目標用戶的需求能夠得到滿足，幫助設(shè)計師們探索多樣化的設(shè)計造型方案，為產(chǎn)品造型設(shè)計提供新的思路，大大減少了設(shè)計的主觀要素，形成了客觀理性的設(shè)計方法，提升了產(chǎn)品的市場競爭力。

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作者簡介：蔡林燕，江南大學設(shè)計學院碩士研究生。研究方向：工業(yè)設(shè)計與交互體驗。