形狀混合產(chǎn)品意象造型設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)自動(dòng)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(jì)，實(shí)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(duì)曲線進(jìn)行預(yù)處理，包括特征點(diǎn)提取、對(duì)齊和凸包計(jì)算。（1）特征點(diǎn)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(diǎn)。假設(shè)曲線的控制點(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(jì)算式見式（1）。以所有點(diǎn)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(diǎn).（2）對(duì)齊。對(duì)齊確定了兩條曲線的相對(duì)位置，不同的對(duì)齊方式影響著混合的結(jié)果。采用曲線控制點(diǎn)的平均坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)對(duì)齊，平均坐標(biāo)PA可采用式（2）計(jì)算得出.（3）凸包計(jì)算。當(dāng)曲線的控制多邊形為凹多邊形時(shí)，需要進(jìn)行凸包計(jì)算。假設(shè)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(jì)算每相鄰兩邊向量的叉積，反復(fù)迭代直至Vi非負(fù)，最終得到的點(diǎn)集即為多邊形的凸包。由于凹頂點(diǎn)定義了曲線的局部形狀特征，需將刪除的凹頂點(diǎn)通過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(xù)的匹配.

1．2匹配

匹配是指建立兩條曲線間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用射線法來進(jìn)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(diǎn)點(diǎn)集為｛P0′，…，Pn′｝和｛Q0′，…，Qm′｝，O點(diǎn)為對(duì)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：過點(diǎn)O向｛Q0′，…，Qm′｝中的所有點(diǎn)分別引一條射線，計(jì)算∠Pi′OQj′，記為αij，當(dāng)αij取得最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的Qj即為Pi的匹配點(diǎn).（1）特征點(diǎn)匹配。根據(jù)特征點(diǎn)提取的結(jié)果建立特征多邊形，記為FP和FQ，其對(duì)應(yīng)的凸包頂點(diǎn)點(diǎn)集為｛FP0′，…，PFa′｝和｛FQ0′，…，F(xiàn)Qb′｝。查找頂點(diǎn)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(diǎn)集｛FQ0′，…，F(xiàn)Qb′｝中尋求匹配，記錄匹配點(diǎn)對(duì)。然后遍歷｛FQ0′，…，F(xiàn)Qb′｝中被多次匹配的頂點(diǎn)，采用射線法在點(diǎn)集｛FP0′，…，F(xiàn)Pa′｝中尋求最佳匹配，標(biāo)記為匹配點(diǎn)對(duì)，其余頂點(diǎn)取消匹配點(diǎn)對(duì)和特征點(diǎn)標(biāo)記，藍(lán)色代表匹配點(diǎn)對(duì)，紅色代表取消的匹配點(diǎn)對(duì)和特征點(diǎn)。（2）剩余點(diǎn)匹配。以特征點(diǎn)匹配為依據(jù)完成線段分段，構(gòu)建曲線控制點(diǎn)凸包數(shù)據(jù)的對(duì)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(dá)更為準(zhǔn)確。剩余點(diǎn)的匹配過程包括多頂點(diǎn)匹配、丟失點(diǎn)匹配和等比例映射。①查找頂點(diǎn)數(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(diǎn)匹配；在多頂點(diǎn)匹配中，頂點(diǎn)數(shù)較少的多邊形Q可能存在未匹配點(diǎn)（稱為丟失點(diǎn)）的情況。②同樣采用射線法對(duì)丟失點(diǎn)進(jìn)行重新匹配，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)象，如果在此基礎(chǔ)上進(jìn)行插值，將會(huì)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(diǎn)數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與驗(yàn)證

以“硬朗的－圓潤的”為例，挑選了感性評(píng)價(jià)平均值最高和最低的兩個(gè)樣本：05和07，結(jié)合意象認(rèn)知結(jié)果，對(duì)輪廓線和表面裝飾線進(jìn)行提取，分別對(duì)輪廓線和表面裝飾線完成匹配和插值運(yùn)算，實(shí)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(yàn)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(qǐng)20位被試者（男性10位，女性10位，均具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)）進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的感性意象評(píng)價(jià).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(jì)，3款設(shè)計(jì)方案的感性評(píng)價(jià)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(jì)的方法。

3結(jié)論

產(chǎn)品意象認(rèn)知是設(shè)計(jì)師理解消費(fèi)者情感需求的有效手段，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下較為重要。結(jié)合數(shù)碼相機(jī)造型設(shè)計(jì)，對(duì)基于形狀混合的產(chǎn)品意象造型設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。通過對(duì)數(shù)碼相機(jī)的意象認(rèn)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(jì)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(jì)方案，為產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)提供新思路。運(yùn)用該方法可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品意象評(píng)價(jià)和輔助設(shè)計(jì)，搭建設(shè)計(jì)師和消費(fèi)者溝通的橋梁。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)將進(jìn)一步深入研究，構(gòu)建計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，方便設(shè)計(jì)師直觀地進(jìn)行產(chǎn)品意象造型設(shè)計(jì)。

作者：李明珠 盧章平 王春艷 黃黎清 單位：江蘇大學(xué)