2020年 12月图 学 学 报 December2020第41卷第6期JOURNAL OF GRAPHICS V ol.41No.6文创类图形中的相似意象设计因子可拓重构方法
王伟伟1，宋贞贞1，李培2
(1. 陕西科技大学设计与艺术学院，陕西西安 710021；
2. 故宫文创设计及供应链运营中心，浙江宁波 315021)
摘要：目前中国文化创意产业的繁荣发展，极大的推动了中国传统文化的继承与弘扬。
为了实现以用户期望意象风格为导向的文创产品设计方案，减少依赖设计师的设计主观意识，探索传统文化设计因子向现代创新型设计因子的转变途径。首先利用Illustrator软件提取传统文化元素设计因子样本，通过采用SD法、实验法、统计学理论对样本库中的单位设计因子收集意象形容词并进行意象值评价，确定相似意象与单位设计因子主副意象。其次通过意象与设计因子的关系建立基于关系数据库管理系统(RDBMS)的检索数据库并进行用户期望相似意象设计因子索引，将相似意象设计因子运用可拓学理论与菱形思维模型进行可拓变换重构设计。最后结合故宫文化元素设计因子的重构过程与设计应用验证了研究方法和研究流程的可行性。
关键词：文创产品；设计因子；相似意象；可拓变换
中图分类号：TP 751.1 DOI：10.11996/JG.j.2095-302X.2020061024
文献标识码：A 文章编号：2095-302X(2020)06-1024-07
Extension reconstruction method of design factors for similar images in
cultural and creative graphics
WANG Wei-wei1, SONG Zhen-zhen1, LI Pei2
(1. College of Art and Design, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an Shaanxi 710021, China;
2. Cultural and Creative Product Design and Supply Chain Operation Center of Forbidden City, Ningbo Zhejiang 315021, China)
Abstract: At present, the prosperity and development of China’s cultural and creative industries have greatly boosted the inheritance and promotion of traditional Chinese culture. In order to realize the style-oriented design scheme of cultural and creative products according to users’ expectation, the reliance on the subjective design consciousness of designers should be reduced, and explorations sho
uld be made on the approach to transforming traditional cultural design factors into modern innovative design factors. Firstly, the Illustrator software was employed to extract samples of traditional cultural elements as design factors, image adjectives were collected, and the image value of the unit design factors in the sample library was evaluated using the SD method, experimental method, and statistical theory, thus determining the similar images and the main and auxiliary images of the unit design factor. Secondly, through the relationship between image and design factors, a search database based on Relational database management system (RDBMS) was established, and the
收稿日期：2020-05-28；定稿日期：2020-07-29
Received：28 May，2020；Finalized：29 July，2020
基金项目：教育部人文社会科学研究项目(14YJC760060)
Foundation items：Phased Results of the Humanities and Social Science Research Project of the Ministry of Education (14YJC760060)
第一作者：王伟伟(1983 )，男，山西长治人，教授，博士，博士生导师。主要研究方向为数字化产品设计、传统文化创意设计。
E-mail：***************
First author：WANG Wei-wei (1983–), male, professor, Ph.D. His main research interests cover digital product design and traditional cultural creative design.
E-mail：***************
第6期王伟伟，等：文创类图形中的相似意象设计因子可拓重构方法1025
similar-image design factors expected by users were indexed and analyzed using the extension theory and diamond thinking model to achieve the extension transformation reconstruction design. Finally, the feasibility of the method and process in this research was verified by the reconstruction process and design application of the cultural elements of the Forbidden City.
Keywords: cultural and creative products; design factor; similar image; extension transformation
为了迎合现代审美趋势，传统文化设计因子在现代设计应用过程中已逐步从“拿来主义”转变为重构再设计，以满足现代社会的审美需求，促使设计师设计大量新颖的、符合消费者情感需求的文创产品。目前对于文创产品的设计研究主要集中在特征提取与再设计2个方面，文献[1]以文化特征、设计要素、技术支持等角度入手，总结梳理了当前国内外文化创意产品设计的方法与路径；文献[2]从形式、彩、造型
、意蕴4个方面进行了分析归纳，挖掘出故宫建筑装饰纹样的应用价值；文献[3]从显性和隐性2个方面提取传统养生文化设计因子并应用到腕表产品设计中；文献[4]以唐仕女俑为研究对象，基于用户满意度提取唐仕女俑的气质特征并应用于陶瓷产品设计。
现代设计中，强调“形式追随情感”，以用户情感需求为导向的产品开发模式逐渐成为主流[5]。主观的“意”和客观的“象”结合所产生的情感活动称为意象。关于意象在设计中的应用，文献[6]回顾了前人对意象的定义以及提出了意象在视觉认知中的关键过程；文献[7]通过实验表明，与网站内容一致的调更能产生生动的图像，从而积极的影响网民的意象反应；文献[8]以太阳镜设计为例，获取了产品中总意象、子意象和产品构成元素之间的关系，并建立了感知意象思维模型。
关于将可拓学理论[9]运用在产品设计过程中，文献[10]以客车造型为例，对客车的关键几何特征进行了可拓变换；文献[11]利用可拓学中的物元模型，对复杂的机械产品机床进行了重构设计；文献[12]利用可拓物元理论对核电厂人机界面的颜和性能进行了分析和选择。
综上，传统文化设计因子的提取应用已被学者重视，并且在现代产品开发的过程中，以用户为中心，捕捉用户的情感需求已成为设计主流。但目前在文创产品的开发过程中，只停留在设计师依赖设计主观意识对单个文化设计因子的提取再设计，缺少多种相似类型设计因子的融合重构设计，缺少以用户情感为中心系统性的文创产品提取重构设计方法流程。该问题导致设计主观性强、设计内容单薄、设计周期长
等。本文以故宫元素设计因子为例，利用语义差异(semantic differential，SD)法捕捉用户感知主副意象，利用RDBMS，MySQL数据库建立意象与同类型设计因子之间的检索关系，可以快速且客观的输出用户想要的意象风格设计因子。最后利用可拓学理论中的变换方法对检索出的设计因子进行可拓重构设计衍变，达到同类型设计因子的融合重构设计。
1 研究流程
本文研究流程主要分为5个部分(图1)：①利用Illustrator软件提取故宫文化元素设计因子，形成设计因子样本库；②收集样本库中单位设计因子特征的意象形容词并进行相似意象词汇划分，采用实验法，SD语义差异法对单位设计因子进行意象量化表征并进行意象值评价，运用统计学方法确定单位设计因子主副意象；③采用RDBMS，MySQL构建意象-设计因子数据库并检索用户期望相似意象设计因子；④运用可拓学理论中的可拓变
图1研究流程Fig. 1 Research process
1026 工业设计2020年
换方法与菱形思维模型对用户期望相似意象设计因子进行聚分、增删、扩缩、置换、旋转、复制等可拓变换重构设计；⑤将汇总后输出的创意文创平面设计方案进行相似意象设计因子分析并应用到现代产品中，验证研究流程的可行性。
2 研究过程
2.1 获取文化元素设计因子样本库
通过网络搜索，实地走访，查阅文献、书籍等方式收集传统文化相关资料，以故宫文化为例，收集到的元素涵盖了布帛、地毯、珐琅、服饰、建筑、法器、漆器、青铜器、首饰、陶瓷、铜镜、文房四宝、玉器、紫砂、字画等15个类别共计300个原始设计因子。利用Illustrator软件提取其形态和彩，形成矢量化故宫元素设计因子样本库，如图2所示。
1 2 3 4 5 6 7 (300)
图2 故宫元素设计因子样本
Fig. 2 Sample of element design factors of the Forbidden City
2.2 确定单位设计因子主副意象
用户在观察的同时会形成多种认知意象，在所有意象中印象最为深刻、受到刺激程度最深的为主意象，并伴随产生多个副意象[13]。对于故宫元素设计因子样本中主副意象的确定，首先请10名相关领域的专家及设计专业学者，凭借图案对大脑最深刻的认知刺激，使专家学者们从形态、彩、寓意3个维度感知单位设计因子意象，从而确定意象形容词。汇总每位专家学者们感知到的意向形容词，选取每个维度中出现频次最高的意象形容词形成意象形容词集合U，U1~U300分别为
U1={生动的，传统的，吉祥的}
U2={有趣的，沉稳的，吉祥的}
U3={优美的，清爽的，美好的}
U4={古典的，热烈的，美好的}
U5={对称的，厚重的，祥瑞的}
U6={生动的，明快的，喜庆的}
U7={别致的，清新的，神秘的}
U300={传统的，沉稳的，中性的}
method形容词去除U1~U300中的重复词汇，结果显示此次收集到的意象形容词共51个，见表1字体加粗部分。在此基础上根据近义词释义整理划分51个意象形容词中的近义词，即相似意象形容词，结果显示共有15组相似意象，见表1下划线部分。通过反义词释义出每个意象形容词的极端反义词，配对为意象形容词对。相似意象形容词极端配对总览表见表1。
表1相似意象形容词极端配对总览表
Table 1 An overview of extreme pairs of similar image adjectives
极端意象形容词对
形态彩寓意
1简约的-繁杂的、简单的-复杂的、平淡的-精美的8淡雅的-浓艳的、素雅的-妩媚的 14吉祥的-祸兆的、祥瑞的-不详的2文雅的-庸俗的、优雅的-粗俗的、优美的-丑陋的9明亮的-灰暗的、明媚的-昏暗的 15朦胧的-清晰的、神秘的-平常的3错落的-整齐的、杂乱的-井然的、流畅的-别扭的10鲜艳的-素净的、绚丽的-暗淡的积极的-消极的、平安的-凶险的4别致的-普通的、特别的-一般的、起伏的-平坦的11沉稳的-轻佻的、厚重的-轻薄的喜庆的-凄凉的、包容的-刻薄的5理性的-感性的、规矩的-放纵的、秀丽的-丑陋的12清爽的-污浊的、清新的-陈腐的开放的-保守的
6丰满的-干瘪的、华丽的-朴实的、古典的-现代的13温暖的-清冷的、暖调的-冷调的
7生动的-刻板的、有趣的-枯燥的、重复的-单一的传统的-新潮的、丰富的-单调的
端庄的-轻浮的、夸张的-真实的、灵活的-僵硬的冷静的-热烈的、光彩夺目的-黯然无光的
平稳的-波动的、对称的-不规则的
根据表1中的极端意象形容词对将U1~U300采用SD五级语义量表法从3个维度对300个单位设计因子进行语义词量化表征。通过极端对立的配对形容词，对单位设计因子进行意象值评分[14]，如图3所示。
进一步随机挑选25位不同职业和年龄层的受测者进行意象值评分实验。实验评分对象有老师、学生、
图3 SD意象值评分
Fig. 3 Semantic differential scale
第6期 王伟伟，等：文创类图形中的相似意象设计因子可拓重构方法 1027
工程师、设计师、自由职业者等。由于共有300个单位设计因子，数量较多，考虑到被试者的疲劳度，
作者前期进行了55个设计因子的评价试验，用时35 min 后开始产生评价疲劳性。正式测试时每位受测者每天评价50个设计因子，分6天完成测试。
结果表明回收有效意象值评分25份。其中单位设计因子有3个意象形容词对，共25位受测者对其进行意象值评价，记第i 个用户的第j 意象值为x ij ，根据实验统计得出用户意象值评价矩阵X ，矩阵X 1~X 300分别为
1233002
1222
121
221
2112120112211112012102
2022221112222,,,,2
122212111121
201
122222222211
22
1
11
1
2⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥
-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥====⎢⎥⎢⎥⎢⎥
--⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥
⎢⎥
⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦ X X X X 1210
220
11-1221
1⎡⎤
⎢⎥⎢
⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
记单位设计因子意象平均值为A j ，通过数据统计得出单位设计因子意象平均值集合A j 1~A j 300分别为
A j 1={1.20，1.08，1.76} A j 2={1.44，0.96，1.00} A j 3={1.20，0.92，1.44} A j 4={1.52，1.24，1.04} A j 5={1.68，1.44，1.40} A j 6={1.08，0.96，1.60} A j 7={1.80，0.60，1.32}
A j 300={1.80，1.12，1.56}
A j 1~A j 300集合中的平均值表明，单位设计因子中形态、彩、寓意3个意象平均值最大的即为该单位设计因子的主意象，其余为副意象。
2.3 用户期望相似意象索引
本文采用跨学科融合设计方法[15-16]构建意象-设计因子样本数据库，以达到本地图像的检索功能[17]。采用RDBMS [18]数据库方法，使用结构化查询语言(structured query language ，SQL)进行检索。根据RDBMS 数据库构建思路将意象，设计因子转化为数字Id ，以Id 作为连接桥梁，实现意象与意象，意象与设计因子之间的联查关系。在Id 编码过程中，根据表2相似意象的划分，将相似意象词汇关联为同一个Id ，以此实现相似意象的索引。
此次以“文雅的”为用户期望主意象进行检索，其相似意象为“优雅的”、“优美的”。意象-设计因子数据库检索结果显示主副意象为“文雅的”、“优雅的”、“优美的”所对应的相似意象设计因子(similar factor)共8个样本，记为SF 1，SF 2，···，SF 8 (图4)。
SF 1 SF 2 SF 3 SF 4 SF 5 SF 6 SF 7 SF 8
图4 用户期望相似意象设计因子检索结果
Fig. 4 Users expect similar image design factor search results
2.4 用户期望相似意象设计因子可拓变换重构
通过结合菱形思维模型与可拓学理论，将相似意象设计因子SF 1，SF 2，···，SF 8进行聚分、增删、扩缩、置换、旋转、复制等可拓变换，研究相似意象设计因子可拓变换重构设计的基本规律，探索传统文化设计因子向现代创新型设计因子的转变途径，以此实现文创产品的设计创新。可拓变换重构过程为(图5)：
(1) 采用菱形发散思维方法对单位设计因子SF 进行分解变换，分解为多个子设计因子，这个阶段的分解动作即为设计因子的发散过程。
(2) 子设计因子根据设计需求进行多级物元增删，扩缩、置换、旋转、复制等变换迭代。
(3) 迭代完成后进行聚合变换，最后汇总输出最终解，即输出现代审美下的用户期望设计方案。此阶段的聚合动作即为菱形重构思维方法中的收敛过程。
1028 工业设计2020年
图5 相似意象设计因子可拓变换菱形重构
Fig. 5Similar image design factor extension transformation
rhombus reconstruction
根据可拓变换理论，设计因子可拓变换是指对原始单位设计因子进行聚分、增删、扩缩、置换、旋转、复制等变换后形成另一个单位设计因子，即SF经过可拓变换后形成概念设计因子方案(concept factor)，记为CF，使不相容的问题转化为相容问题。可拓变换方式以T表示，则相似意象设计因子变换式为
CF=T·SF
其中，可拓变换方式T可以对设计因子中的任意元素、特征、量值进行可拓变换。概念设计方案的形成往往要经过多次可拓变换相互作用，多次迭代。相似意象单位设计因子6种T式可拓变换方法如下：
(1)聚分变换。聚合变换T{SF1，SF2，···，SF n} =SF，其中SF=SF1⊕SF2⊕···⊕SF n，分解变换T·SF= {SF1，SF2，···，SF n}，其中SF1⊕SF2⊕···⊕SF n=SF。
(2)增删变换。增加变换T·SF=SF⊕SF1。删减变换T·SF=SF SF1。
(3)扩缩变换。T·SF=λ·SF，当λ>1时，为扩大变换，当0<λ<1时，为缩小变换。
(4)置换变换。T·SF=SF′。
(5)旋转变换。设旋转SF产生的旋转角为θ，平面内SF上任意一点P为(x,y)，则旋转到P′(x′,y′)的旋转公式为x′=x cosθ y sinθ，y′=x sinθ+y cosθ，旋转变换为T(x,y)=(x′,y′)。
(6)复制变换。T·SF*={SF，SF*}。
将SF1，SF2，···，SF8以“文雅的”用户期望主意象设计诉求代入T式可拓变换方法以及菱形思维模型。首先利用分解变换将SF1，SF2，···，SF7分解为20个子设计因子。设计师根据已有的设计构想运用增删变换挑选出17个子设计因子，增加1个设计因子。其次，利用置换变换置换形态、彩等。在形态方面将SF61，SF73的山与水置换为更简约的形态特征，在彩方面，所有的子设计因子置换为暖系。置换变换的目的则是为了达到“文雅的”用户期望主意象以及子设计因子之间的统一协调性。置换变换结束后进一步利用旋转变换将二维平面里的子设计因子旋转不同角度，形成错落有致的花草树木设计效果。在此基础上为了使整体内容的视觉效果更加丰满，复制变换花草叶是其中一个不可或缺的可拓变换步骤。最后，对上述可拓变换后的子设计因子进行最终的聚合变换，使不相容的设计因子转化为相容的设计因子。至此，可拓变换结束，输出最终解。用户期望相似意象设计因子可拓变换重构步骤见表2。
3 案例验证
3.1 设计分析
设计师根据表2将可拓置换变换，旋转变换后的设计因子SF′11，SF′12，SF′13，SF′21，SF′22，SF′31，SF′32，SF′41，SF′42，SF′43，SF′44，SF′45，SF′46，SF′51，SF′53，SF′61，SF′73，SF′8
1，SF′91及其对应的复制变换后的设计因子SF*聚合变换后的设计因子SF y1，SF y2，SF y3，SF y4，SF y5，SF y6二次进行聚合变换，最终得到以用户期望主意象“文雅的”为导向的传统文化设计因子再设计创意图案。图6(a)为设计因子二次聚合变换分析，可以看到最终聚合后单位设计因子和单位子设计因子的位置所在。图6(b)是可拓变换结束后输出的平面效果图，整体平面效果图中的形态、彩高度协调统一，其中以鹤为画眼，山、水、花、草、树等原始设计因子经过可拓重构设计后展现出山温水软、花团锦簇、春意盎然的优美景象。调方面为暖系，充分满足“文雅的”用户期望主意象。验证了设计因子可拓变换重构设计方法的有效性。
3.2 设计应用
以可拓重构设计后的图6(b)平面效果图为前提，以用户主意象“文雅的”为导向选择合适的产品载体，首先选择丝巾、布袋、抱枕、手表、行李箱、加湿器、充电宝等，将平面效果图的整体或局部附于产品之上，使整体文创产品更偏向女性用户人，充分展现女性用户的温文尔雅，娇柔丽质。其次将平面效果图进行去处理，在杯子、茶桌、耳机盒、滑板、导视牌等中性产品上使用，弱化后的黑白图案在冰冷的产品上起到点缀作用，既保留产品的高端调性，又赋予产品文化意义。文创产品设计方案如图7所示。
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