形狀混合產(chǎn)品意象造型設計論文
1基于特征的形狀混合
形狀混合技術(shù)能由計算機自動(dòng)融合源物體的形狀特征，構建物體間的自然過(guò)渡，可用于產(chǎn)品意象造型設計，實(shí)現例如由硬朗到圓潤的造型演變過(guò)程。
1．1預處理
假設源物體被歸納成兩條曲線(xiàn)，為更好地保留形態(tài)特征，避免匹配過(guò)程中可能產(chǎn)生的扭曲和變形，需對曲線(xiàn)進(jìn)行預處理，包括特征點(diǎn)提取、對齊和凸包計算。（1）特征點(diǎn)提取。離散曲率反映了曲線(xiàn)的形狀特征，可采用圓弧擬合的方法估算離散曲率，以此為依據提取特征點(diǎn)。假設曲線(xiàn)的控制點(diǎn)點(diǎn)集為｛P0，…，Pn｝，其中任意一點(diǎn)Pi的曲率Ci由相鄰3點(diǎn)Pi－1，Pi，Pi＋1確定的圓所決定，計算式見(jiàn)式（1）。以所有點(diǎn)的曲率平均值或乘以固定的系數作為閾值，即可提取特征點(diǎn).（2）對齊。對齊確定了兩條曲線(xiàn)的相對位置，不同的對齊方式影響著(zhù)混合的結果。采用曲線(xiàn)控制點(diǎn)的平均坐標來(lái)實(shí)現對齊，平均坐標PA可采用式（2）計算得出.（3）凸包計算。當曲線(xiàn)的`控制多邊形為凹多邊形時(shí)，需要進(jìn)行凸包計算。假設控制多邊形頂點(diǎn)按逆時(shí)針排序，采用式（3）判斷頂點(diǎn)的凹凸性。刪除點(diǎn)集中的凹頂點(diǎn)，重新計算每相鄰兩邊向量的叉積，反復迭代直至Vi非負，最終得到的點(diǎn)集即為多邊形的凸包。由于凹頂點(diǎn)定義了曲線(xiàn)的局部形狀特征，需將刪除的凹頂點(diǎn)通過(guò)等比例映射的方式投影至凸包上，得到的新點(diǎn)集參與后續的匹配.
1．2匹配
匹配是指建立兩條曲線(xiàn)間的一一對應關(guān)系。采用射線(xiàn)法來(lái)進(jìn)行匹配，如圖6所示，假設兩條曲線(xiàn)的控制多邊形為P，Q，其凸包頂點(diǎn)點(diǎn)集為｛P0′，…，Pn′｝和｛Q0′，…，Qm′｝，O點(diǎn)為對齊中心，則P上某一點(diǎn)Pi在Q上的匹配點(diǎn)的查找方法為：過(guò)點(diǎn)O向｛Q0′，…，Qm′｝中的所有點(diǎn)分別引一條射線(xiàn)，計算∠Pi′OQj′，記為αij，當αij取得最小值時(shí)對應的Qj即為Pi的匹配點(diǎn).（1）特征點(diǎn)匹配。根據特征點(diǎn)提取的結果建立特征多邊形，記為FP和FQ，其對應的凸包頂點(diǎn)點(diǎn)集為｛FP0′，…，PFa′｝和｛FQ0′，…，FQb′｝。查找頂點(diǎn)數較多的多邊形，假設為FP，遍歷其凸包數據，采用射線(xiàn)法在點(diǎn)集｛FQ0′，…，FQb′｝中尋求匹配，記錄匹配點(diǎn)對。然后遍歷｛FQ0′，…，FQb′｝中被多次匹配的頂點(diǎn)，采用射線(xiàn)法在點(diǎn)集｛FP0′，…，FPa′｝中尋求最佳匹配，標記為匹配點(diǎn)對，其余頂點(diǎn)取消匹配點(diǎn)對和特征點(diǎn)標記，藍色代表匹配點(diǎn)對，紅色代表取消的匹配點(diǎn)對和特征點(diǎn)。（2）剩余點(diǎn)匹配。以特征點(diǎn)匹配為依據完成線(xiàn)段分段，構建曲線(xiàn)控制點(diǎn)凸包數據的對應關(guān)系，可有效地保留兩條曲線(xiàn)的原始特征，使意象傳達更為準確。剩余點(diǎn)的匹配過(guò)程包括多頂點(diǎn)匹配、丟失點(diǎn)匹配和等比例映射。①查找頂點(diǎn)數較多的多邊形，假設為P，遍歷其凸包數據，采用射線(xiàn)法在另一多邊形Q的凸包數據中尋求匹配，即為多頂點(diǎn)匹配；在多頂點(diǎn)匹配中，頂點(diǎn)數較少的多邊形Q可能存在未匹配點(diǎn)（稱(chēng)為丟失點(diǎn)）的情況。②同樣采用射線(xiàn)法對丟失點(diǎn)進(jìn)行重新匹配，實(shí)現了多邊形凸包每一頂點(diǎn)的匹配，即為丟失點(diǎn)匹配；頂點(diǎn)間可能存在重匹配現象，如果在此基礎上進(jìn)行插值，將會(huì )帶來(lái)中間形狀的扭曲。③引入等比例映射來(lái)優(yōu)化匹配，參與等比例映射的數據為控制多邊形的原始頂點(diǎn)數據。
2結果與驗證
以“硬朗的－圓潤的”為例，挑選了感性評價(jià)平均值最高和最低的兩個(gè)樣本：05和07，結合意象認知結果，對輪廓線(xiàn)和表面裝飾線(xiàn)進(jìn)行提取，分別對輪廓線(xiàn)和表面裝飾線(xiàn)完成匹配和插值運算，實(shí)現基于特征的形狀混合，結果如圖10所示，形狀混合結果圖的插值權重依次為0．75，0．5和0．25。為驗證形狀混合結果是否符合感性詞匯硬朗—圓潤的過(guò)渡，邀請20位被試者（男性10位，女性10位，均具有產(chǎn)品設計經(jīng)驗）進(jìn)行設計方案的感性意象評價(jià).問(wèn)卷發(fā)放20份，回收19份，回收率為95％，均為有效問(wèn)卷。經(jīng)統計，3款設計方案的感性評價(jià)平均值，數據表明形狀混合可作為產(chǎn)品意象造型設計的方法。
3結論
產(chǎn)品意象認知是設計師理解消費者情感需求的有效手段，在激烈的市場(chǎng)競爭下較為重要。結合數碼相機造型設計，對基于形狀混合的產(chǎn)品意象造型設計方法進(jìn)行研究。通過(guò)對數碼相機的意象認知，構建感性詞匯與產(chǎn)品特征要素之間的關(guān)聯(lián)，為產(chǎn)品意象造型設計提供依據；通過(guò)形狀混合技術(shù)，生成一系列相互融合的造型，帶來(lái)豐富的意象造型設計方案，為產(chǎn)品造型設計提供新思路。運用該方法可實(shí)現產(chǎn)品意象評價(jià)和輔助設計，搭建設計師和消費者溝通的橋梁。在此基礎上，后續將進(jìn)一步深入研究，構建計算機輔助設計系統，方便設計師直觀(guān)地進(jìn)行產(chǎn)品意象造型設計。
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