沈自瑤，楊思凝

基于仿擬及用戶情感認(rèn)知的陶瓷日用品造型設(shè)計研究

沈自瑤，楊思凝

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

使陶瓷日用品更好地滿足用戶情感認(rèn)知和現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計要求，同時賦予陶瓷日用品現(xiàn)代元素，使其便于推廣和使用。以仿鵝卵石陶瓷調(diào)料罐為例，采用多指標(biāo)正交試驗結(jié)合仿擬設(shè)計及用戶情感認(rèn)知評價對調(diào)料罐外觀造型進(jìn)行設(shè)計研究。首先，依據(jù)鵝卵石外觀及產(chǎn)品要素建立四因素三水平的等水平正交表；其次，利用感性工學(xué)方法篩選出兩個最貼切的詞匯，采用Likert7級量表對各個方案進(jìn)行用戶情感認(rèn)知量化；最后，以用戶情感認(rèn)知的量化數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，將極差分析結(jié)果與方差分析結(jié)果相結(jié)合，得到滿足用戶情感認(rèn)知的最佳外觀造型方案。完成仿鵝卵石陶瓷調(diào)料罐外觀造型設(shè)計，建立一種結(jié)合仿擬設(shè)計和用戶情感認(rèn)知的陶瓷日用品外觀造型設(shè)計研究思路。將仿擬設(shè)計與用戶情感認(rèn)知相結(jié)合，可以使產(chǎn)品、設(shè)計師和用戶三者緊密相連，更精確地對陶瓷日用品進(jìn)行優(yōu)化處理，得到優(yōu)化后的外觀造型設(shè)計參數(shù)，同時為今后的陶瓷日用品造型設(shè)計提供可靠的參考。

仿擬設(shè)計；情感認(rèn)知；陶瓷；外觀造型

陶瓷日用品的造型設(shè)計是整個設(shè)計過程中最為重要的一步[1-2]，隨著室內(nèi)設(shè)計的多元化發(fā)展，陶瓷日用品在設(shè)計中逐漸彰顯出其獨特的質(zhì)感，用戶也進(jìn)一步對其造型提出更高層次的審美需求，因此在陶瓷日用品的外觀設(shè)計中必須滿足用戶對產(chǎn)品的需求以及與室內(nèi)整體風(fēng)格相適應(yīng)這兩方面因素。仿擬設(shè)計目前在建筑設(shè)計[3]、室內(nèi)陳列設(shè)計[4]中的應(yīng)用較為廣泛，但仿擬設(shè)計在陶瓷產(chǎn)品中應(yīng)用較少，因此將仿擬設(shè)計與陶瓷日用品外觀造型設(shè)計相結(jié)合，不僅有益于陶瓷產(chǎn)品的推陳出新，還更有益于滿足用戶需求。用戶作為陶瓷日用品的使用者其情感認(rèn)知是決定造型設(shè)計的主要評價標(biāo)準(zhǔn)之一，因此設(shè)計師們將產(chǎn)品的造型設(shè)計與用戶情感認(rèn)知納入設(shè)計重點[5]。

仿擬設(shè)計主要包括仿生設(shè)計、仿物設(shè)計和仿文化設(shè)計[6]，目前仿擬設(shè)計在機械設(shè)計與工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用最廣，余云嫻等[7]將拓?fù)湫再|(zhì)的形態(tài)研究和仿生對象的形態(tài)分析相結(jié)合，為電動物流車形態(tài)仿生設(shè)計提供了新的思路；羅仕鑒等[8-9]將行為動態(tài)仿生的產(chǎn)品設(shè)計方法用于空氣凈化器設(shè)計中；同時為了解決產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的各種問題，從計算機圖形學(xué)與工業(yè)設(shè)計的角度出發(fā)，提出將產(chǎn)品仿生設(shè)計與形態(tài)匹配相融合的方法。而仿擬設(shè)計在陶瓷日用品的設(shè)計中應(yīng)用較少，因此仿擬設(shè)計在陶瓷日用品外觀造型設(shè)計中具有廣泛的發(fā)展空間。

當(dāng)今陶瓷日用品外觀造型設(shè)計如果僅滿足功能上的需要是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，用戶的情感認(rèn)知逐步成為決定產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)劣的重要評判標(biāo)準(zhǔn)之一，唐剛等[10]為了使陶瓷日用品滿足用戶的情感認(rèn)知，以陶瓷清酒壺為例，利用響應(yīng)面法對陶瓷清酒壺的外觀造型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。為符合陶瓷日用品造型的使用功能及室內(nèi)裝修設(shè)計的需要，同時滿足用戶的情感認(rèn)知，以陶瓷調(diào)料罐外觀造型設(shè)計為例進(jìn)行研究。

1 研究思路及方法

1.1 研究思路

陶瓷日用品主要是指飲食用陶瓷，如盤、碗、杯、碟等，其外觀造型相對比較簡單，依據(jù)這一特點首先根據(jù)陶瓷日用品的使用功能，將產(chǎn)品劃分為各個部分，同時需要符合室內(nèi)設(shè)計風(fēng)格，確定仿擬設(shè)計的研究思路。根據(jù)這一思路對陶瓷日用品的外觀造型進(jìn)行設(shè)計，確定各個因素和水平；利用正交試驗設(shè)計方法及用戶情感認(rèn)知的量化評價對方案進(jìn)行優(yōu)化，選擇最優(yōu)外觀造型設(shè)計方案，見圖1。

采用仿擬設(shè)計與正交試驗設(shè)計相結(jié)合的設(shè)計方法，既可以滿足在產(chǎn)品功能上的需要，也可以將用戶對產(chǎn)品的感性認(rèn)知充分發(fā)揮，使設(shè)計的產(chǎn)品更加符合現(xiàn)代大眾的需要。

圖1 研究思路

1.2 研究方法

正交試驗設(shè)計目前在機械設(shè)計領(lǐng)域被廣泛使用[11]，其主要是利用正交表來安排和分析多因素試驗的一種方法，該方法主要是進(jìn)行合理的試驗設(shè)計，選取具有代表性的試驗點進(jìn)行分析，不僅可以達(dá)到減小試驗量的目的，還可以提高結(jié)論的可靠性。利用極差分析進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，選取最優(yōu)的水平組合。極差分析是指在考慮一種因素的影響時，認(rèn)為其他因素對其結(jié)果的影響可以忽略不計，認(rèn)為這種因素產(chǎn)生的結(jié)果是由其水平的變化引起的。而極差分析無法估計試驗數(shù)據(jù)誤差的大小，因此使用方差分析，驗證其有效性。

將正交試驗設(shè)計用于外觀造型設(shè)計中的重點在于對產(chǎn)品的造型進(jìn)行量化評價，本文以陶瓷調(diào)料罐為例，在正交試驗設(shè)計的基礎(chǔ)上首先采用因素分析法萃取出適合陶瓷調(diào)料罐的形態(tài)意象詞匯，進(jìn)而歸納出陶瓷調(diào)料罐的3種視覺形態(tài)意象類型，其次利用Likert7級量表進(jìn)行用戶評價，最終利用極差分析和方差分析確定最終設(shè)計方案。

2 研究過程

2.1 仿擬形態(tài)設(shè)計及各因素的確定

產(chǎn)品的功能要求決定了產(chǎn)品外觀造型的主要形式，而仿擬設(shè)計可以在產(chǎn)品主要外觀造型的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)設(shè)計風(fēng)格給予其多元化因素，使其更加美觀實用，傳統(tǒng)調(diào)料罐多以小蓋罐的造型進(jìn)行設(shè)計，由于3D打印技術(shù)的興起，使陶瓷日用品的外觀日益豐富[12]。參照鵝卵石的外觀，將其與陶瓷調(diào)料罐造型設(shè)計相結(jié)合，既滿足了調(diào)料罐的功能要求，又符合了現(xiàn)代簡約這一裝修風(fēng)格，因此更符合現(xiàn)代人的消費需求。鵝卵石是在流水搬運和山洪沖擊的過程中受到外力作用自然形成的觀賞石，由于其外觀多種多樣，設(shè)計者依據(jù)對陶瓷調(diào)料罐外觀的主觀意向以扁球形、橢球形和不規(guī)則球形這三種形狀鵝卵石進(jìn)行仿擬形態(tài)設(shè)計，見圖2。

根據(jù)陶瓷調(diào)料罐的使用功能要求，確定其主要組成部分，這也是正交試驗中影響用戶情感認(rèn)知的主要因素。調(diào)料罐主要由罐身與罐蓋兩部分組成，見圖3。調(diào)料罐主要組成部分皆符合仿擬形態(tài)設(shè)計，排除對用戶情感影響較弱的因素，最終確定四個主要影響因素分別為罐身整體外觀、開口角度、調(diào)料罐高度和罐蓋造型，同時結(jié)合仿擬形態(tài)設(shè)計，各因素選取三個水平屬性進(jìn)行分析。

圖2 三種鵝卵石外觀

圖3 陶瓷調(diào)料罐各因素劃分

2.2 正交試驗設(shè)計及各方案視覺化

將根據(jù)陶瓷調(diào)料罐的使用功能和用戶情感認(rèn)知提取出的四個主要因素組成參數(shù)單元集。假定各因素之間互不干涉，并且又各自具有不同的水平屬性，由此可以得出產(chǎn)品各因素水平矩陣。

{1,2,3,4} (1)

式中：為陶瓷調(diào)料罐外觀造型主要影響因素的數(shù)量；為各因素具有水平的數(shù)量，和均為正數(shù)，且都大于1。由此可以確定陶瓷調(diào)料罐外觀造型設(shè)計的各因素水平表，見表1。

由表1可知，正交試驗參數(shù)為四因素三水平，建立9(34)正交表，其中表示根據(jù)因素和水平確立的正交表；9表示正交表的行數(shù)，即正交試驗次數(shù)，3表示正交試驗的因素數(shù)，4表示正交試驗各因素的水平數(shù)，利用Rhinoceros和Keyshot對9種方案進(jìn)行視覺化建模，見表2。由于正交表具有整齊劃一和均勻分布等特點[13]，表2中的9種正交試驗組合可以取代全試驗的3×3×3×3=81種組合，實現(xiàn)對所有因素和水平的均勻覆蓋。

表1 因素與水平

Tab.1 Factors and levels

表29(34)視覺化正交表

Tab.2 L9(34) visualized orthogonal table

2.3 確定形態(tài)意象詞匯及量化評價

首先，通過論文、書籍、網(wǎng)絡(luò)等資料進(jìn)行調(diào)研查找出與陶瓷調(diào)料罐形態(tài)意象相關(guān)的感性詞匯，共得到52個與陶瓷調(diào)料罐形態(tài)意象相關(guān)的詞匯，見表3。

將得到的52個詞匯，通過Likert5級量表（等級尺度：符合5、有點符合4、一般符合3、有點不符合2、不符合1）進(jìn)行評價，共發(fā)放100份問卷調(diào)查，收回問卷85份，收回有效樣本率100%，所得數(shù)據(jù)可靠，將所得的數(shù)據(jù)用SPSS進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)“時尚”的評分最高為335分，“美觀”的評分僅次于時尚的評分為321分，因此最終將“時尚”和“美觀”這2

個能夠密切體現(xiàn)用戶情感的詞匯作為評價陶瓷日用品外觀造型的主要指標(biāo)。

將上述的2個形態(tài)意象詞匯作為主要評價指標(biāo)，對9(34)正交表中的9種組合進(jìn)行量化評價作為正交試驗中的輸出結(jié)果，采用Likert7級量表（等級尺度：非常不符合1、不符合2、比較不符合3、一般符合4、比較符合5、符合6、非常符合7）對用戶情感認(rèn)知進(jìn)行量化評價，選擇200名用戶，根據(jù)正交試驗設(shè)計的9組方案和形態(tài)意象進(jìn)行評價，本次發(fā)放問卷200份，收回194份，收回有效樣本率98%，取各指標(biāo)量化評價的平均值作為統(tǒng)計結(jié)果，再將“時尚”和“美觀”的量化評價結(jié)果相加得到綜合評價結(jié)果，見表4。

表3 形態(tài)意象詞匯

Tab.3 Morphological imagery vocabulary

表4 用戶情感認(rèn)知量化評價結(jié)果

Tab.4 Quantitative evaluation results of user emotional cognition

3 結(jié)果分析

3.1 各指標(biāo)極差分析

通過多指標(biāo)正交試驗的極差分析方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而確定最優(yōu)組合及影響用戶情感認(rèn)知的主要因素；極差分析又稱直觀分析，該分析方法是指在考慮一種因素的影響時，認(rèn)為其他因素對其結(jié)果的影響可以忽略不計，認(rèn)為這種因素產(chǎn)生的結(jié)果是由其水平的變化引起的；其主要任務(wù)是分析各因素在不同水平作用下的總響應(yīng)值K和平均響應(yīng)值k，根據(jù)所得k值大小來判斷各因素在何種水平下最優(yōu)，同時將各因素在不同水平作用下k值的最大值減去其最小值求得效應(yīng)極差R，對比各因素的效應(yīng)極差R值大小可以得出影響用戶情感認(rèn)知的各因素主次關(guān)系[14]。利用多指標(biāo)正交試驗的極差分析方法，既可以在“時尚”和“美觀”這兩個指標(biāo)下分別得到用戶對陶瓷調(diào)料罐的情感認(rèn)知量化評價結(jié)果（后文用“時尚”指標(biāo)的量化評價結(jié)果和“美觀”指標(biāo)的量化評價結(jié)果簡稱），又可以將兩者相結(jié)合得到綜合評價結(jié)果，從而提高陶瓷產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。對正交表中9組方案的各指標(biāo)量化評價數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，見表5；圖4和圖5分別為各指標(biāo)平均響應(yīng)值k結(jié)果分析和效應(yīng)極差R值分析。

由圖表可知，各因素對“時尚”指標(biāo)的量化評價結(jié)果影響的主次順序為：D（罐蓋造型）>A（整體外觀）>C（開口角度）>B（高度）。其中罐蓋造型（D）對“時尚”指標(biāo)的量化評價結(jié)果影響最大，其效應(yīng)極差R值是高度（B）的效應(yīng)極差R值的2.5倍，整體外觀（A）與開口角度（C）對“時尚”指標(biāo)量化評價結(jié)果的影響幾乎相同。對比各因素中平均響應(yīng)值k值的大小，選定在“時尚”指標(biāo)下各因素中較好的水平為A3B1C2D3。

表5 各指標(biāo)極差分析

Tab.5 Range analysis of each index

注：K1為各因素水平為1的加和，k1=K1/3，極差R=kmaxkmin。

圖4 各指標(biāo)平均響應(yīng)值k結(jié)果分析

圖5 各指標(biāo)效應(yīng)極差R值分析

通過對比發(fā)現(xiàn)各因素對“美觀”指標(biāo)的量化評價結(jié)果影響的主次順序為：A（整體外觀）>C（開口角度）>D（罐蓋造型）>B（高度）。其中整體外觀（A）對“美觀”指標(biāo)的量化評價結(jié)果影響最大，高度（B）對“美觀”指標(biāo)的量化評價結(jié)果影響甚微，整體外觀（A）的效應(yīng)極差R值是高度（B）的效應(yīng)極差R值的9.5倍。對比各因素中平均響應(yīng)值k值的大小，選定在“美觀”指標(biāo)下各因素中較好的水平為A3B3C2D2。

綜合評價指標(biāo)能充分反映用戶對陶瓷調(diào)料罐的情感認(rèn)知，通過分析發(fā)現(xiàn)各因素對綜合評價結(jié)果影響的主次順序為：A（整體外觀）>C（開口角度）>D（罐蓋造型）>B（高度）。其中整體外觀（A）對“美觀”指標(biāo)的量化評價結(jié)果影響最大，高度（B）對“美觀”指標(biāo)的量化評價結(jié)果影響甚微，整體外觀（A）的效應(yīng)極差R值是高度（B）的效應(yīng)極差R值的9.5倍。對比各因素中平均響應(yīng)值k值的大小，選定在綜合評價指標(biāo)下各因素中較好的水平為A3B1C2D3。

綜上所述，根據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對“時尚”指標(biāo)而言，外觀設(shè)計的最優(yōu)組合為A3B1C2D3，而“美觀”指標(biāo)的外觀設(shè)計最優(yōu)組合為A3B3C2D2，綜合評價指標(biāo)與“時尚”指標(biāo)的外觀設(shè)計最優(yōu)組合相一致，因此確定最優(yōu)組合為A3B1C2D3，分析綜合評價指標(biāo)有效極差R值發(fā)現(xiàn)，四個因素對用戶情感認(rèn)知的主要影響關(guān)系為A>C>D>B，與“美觀”指標(biāo)的各因素影響關(guān)系一致，同時發(fā)現(xiàn)調(diào)料罐整體造型（A）在各個指標(biāo)分析中的效應(yīng)極差R值都相對較高，因此調(diào)料罐整體造型（A）是影響用戶情感認(rèn)知的主要因素；而且發(fā)

現(xiàn)在各指標(biāo)中調(diào)料罐高度（B）對用戶情感認(rèn)知評價影響最小，對其研究意義不大。

極差分析方法可以直觀地確定出各因素的主次關(guān)系及最優(yōu)組合，但該方法無法區(qū)分試驗結(jié)果中的數(shù)據(jù)波動是由條件改變引起的還是由誤差引起的，而且各因素對試驗結(jié)果的影響無法進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)量估計，不能精確地判斷出最大影響因素是否具有顯著性，為彌補極差分析的這一缺點，同時驗證極差分析結(jié)果的可靠性，需對試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析[15]。

分析過程：確定各因素的偏差平方和SS，見式（3）；根據(jù)各因素的偏差平方和SS計算得出總偏差平方和T，見式（4）；確定總自由度T及各因素自由度j，見式（5）；根據(jù)各因素的偏差平方和j及自由度j計算得出方差值，見式（6）；通過各因素方差及誤差方差值得到各因素F值（F值=因素方差/誤差方差），通過對比F值與Fa的大小，最終確定其因素的顯著性。

偏差平方和j：

總偏差平方和T：

方差：

式中：x為根據(jù)限定函數(shù)得到的正交試驗結(jié)果；為正交試驗的組合方案總數(shù)；為各因素水平數(shù)。

綜合評價指標(biāo)是指將“時尚”指標(biāo)和“美觀”指標(biāo)相結(jié)合，對其進(jìn)行方差分析，研究各因素的顯著性，同時驗證極差分析結(jié)果是否準(zhǔn)確；通過對各指標(biāo)極差分析發(fā)現(xiàn)調(diào)料罐高度（B）對用戶情感認(rèn)知評價影響最小，其影響可以忽略不計，在研究綜合評價指標(biāo)的方差分析時主要研究其他三個因素對用戶情感認(rèn)知量化評價影響程度的大小，方差分析詳見表6。

表6 綜合評價指標(biāo)的方差分析

Tab.6 Variance analysis of comprehensive evaluation index

由表6可知，罐整體造型（A）的F值大于F0.01，而開口角度（C）和罐蓋造型（D）的F值均小于F0.01，同時大于F0.02，因此可以看出因素A對用戶情感認(rèn)知評價影響最為顯著，因素C和因素D對用戶情感認(rèn)知評價影響顯著，與極差分析結(jié)果一致。

3.2 優(yōu)化方案的實物展示

依據(jù)上述的分析結(jié)果，可得到既滿足產(chǎn)品使用功能，又符合用戶情感認(rèn)知的陶瓷調(diào)料罐最優(yōu)組合，即A3B1C2D3；根據(jù)正交試驗最優(yōu)組合，設(shè)計者結(jié)合審美需要利用Rhinoceros和Keyshot建立優(yōu)化后的3D渲染模型，見圖6；利用3D打印技術(shù)制作出符合用戶情感認(rèn)知的仿鵝卵石陶瓷調(diào)料罐成品，見圖7。該陶瓷調(diào)料罐成品將仿擬形態(tài)設(shè)計與用戶情感認(rèn)知充分相結(jié)合，符合正交試驗結(jié)果，既滿足了產(chǎn)品在使用功能和室內(nèi)裝修風(fēng)格上的要求，也充分融合了廣大用戶的感性認(rèn)知。

圖6 陶瓷調(diào)料罐模型

圖7 陶瓷調(diào)料罐成品展示圖

4 結(jié)語

將仿擬形態(tài)設(shè)計與用戶情感認(rèn)知綜合考慮，采用正交試驗與感性工學(xué)等理論相結(jié)合的設(shè)計方法，以陶瓷調(diào)料罐外觀造型設(shè)計為例，研究了調(diào)料罐整體外觀、高度、開口角度、罐蓋造型4個主要因素與時尚、美觀2個形態(tài)意象詞匯之間的關(guān)系，通過極差分析和方差分析發(fā)現(xiàn)陶瓷調(diào)料罐的整體外觀（A）對用戶情感認(rèn)知的影響最大，同時得到了既符合調(diào)料罐功能要求，又滿足用戶情感認(rèn)知的設(shè)計方案。

本文采用了多指標(biāo)正交試驗外觀造型設(shè)計方法，該方法可以有效將不同元素融合到各種陶瓷產(chǎn)品中，同時可以降低設(shè)計師的工作量，提高產(chǎn)品的設(shè)計效率，在用戶情感認(rèn)知的基礎(chǔ)上可以更有效推廣陶瓷日用品的使用，降低陶瓷日用品的同一化，為陶瓷日用品的外觀造型設(shè)計提供了可靠參考。

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Modeling Design of Ceramic Daily Supplies Based on Simulation and User Emotional Cognition

SHEN Zi-yao, YANG Si-ning

(College of Art and Design, Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia Baotou 014010, China)

The paper aims to better meet the emotional cognition of users and modern interior design requirements of ceramic daily necessities, as well as to promote the usage, making ceramic daily necessities possess modern elements. Taking cobblestone-like ceramic batching tank as an example, the appearance design of batching tank is studied by using multi-index orthogonal test combined with imitation design and user emotional cognitive evaluation. First of all, according to cobble appearance and product elements, four factors and three levels of orthogonal table are established. Secondly, Kansei Engineering is used to select two most appropriate vocabulary, and Likert 7 scale is used to quantify the users' emotional cognition of each scheme. At last, based on the quantitative data of users' emotional cognition, the range analysis results and variance analysis results are combined to obtain the best appearance modeling scheme to meet users'emotional cognition. The imitation cobble ceramic dressing tank appearance design is completed, and a research idea of appearance design of ceramic daily necessities combining imitation design and user emotional cognition is established. Through the combination of imitation design and user emotional cognition, the product, the designer and users can be closely linked, the ceramic daily necessities can be more accurately optimized, and the optimal appearance design parameters can be obtained. At the same time, it provides a reliable reference for the future ceramic daily necessities design.

imitation design; emotional cognition; ceramics; appearance modeling

TB472

A

1001-3563(2022)18-0087-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.18.012

2022–04–04

內(nèi)蒙古教育廳“十三五”高等教育規(guī)劃立項課題：高校工業(yè)設(shè)計專業(yè)理論教學(xué)與實踐教學(xué)深度融合的探索與創(chuàng)新主持（NGJGH2018118）；包頭市科技計劃項目：科普和科技培訓(xùn)-包頭非物質(zhì)文化遺產(chǎn)衍生產(chǎn)品普及與傳播主持（2019C3003-1-9）

沈自瑤（1996—），女，研究生，主攻工業(yè)設(shè)計。

楊思凝（1985—），女，副教授，主要研究方向為民族文化產(chǎn)品設(shè)計。

責(zé)任編輯：馬夢遙