基于綠色設計理念的現代化拖拉機產品外觀藝術設計

葉 歡

(廣州美術學院，廣州 510260)

0 引言

隨著現代機械自動化程度的提高，人們對于拖拉機的使用要求越來越高，如果拖拉機設備的形狀和外觀過于粗糙，在進行機械化作業時，人們不能夠從農業作業過程中收獲愉快的工作體驗，更不能夠緩解高強度作業帶來的疲勞感。如果將綠色設計理念引入到現代拖拉機設計過程中，不僅可以提高拖拉機的外觀藝術設計水平，也可以使人們從拖拉機的外觀和色彩藝術上獲得更多的愉快和輕松的體驗，從勞動中獲得成就和滿足感，從而提高拖拉機產品的市場競爭力，對于現代拖拉機的設計具有重要的現實意義。

1 綠色設計理念和現代拖拉機外觀設計

1.1 綠色設計理念

綠色設計理念是當前最熱門的設計理念，該理念倡導最大限度地節省不可再生能源，最大限度地使用自然資源，并利用一些綠色植物來調整的環境參數，利用綠色基調來調節裝修裝飾的色彩氛圍，通過溫度、濕度以及感官等各方面的調節，為人們提供一個生態環保的居室環境。

1.2 生態設計理念

該設計方案主要是考慮對生態環境的影響，比如使用的油漆需要甲醛含量少的，不使用污染程度高的裝修裝飾材料，最好避免使用一次性材料，多使用可以循環使用的低碳環保材料。

1.3 智能設計理念

基于綠色設計理念，拖拉機外觀設計時可以結合現代智能化和實用性的設計方法，結合心理學、人體結構學，使農業設備外觀和勞動作業者以及拖拉機作業環境相協調。如圖1所示：在拖拉機外觀設計過程中，可以充分利用綠色設計理念，完成拖拉機的初始化設計，然后采用3D渲染技術，創建拖拉機作業環境，將設計好的拖拉機外觀利用圖像融合技術融入到作業環境中，驗證環境和拖拉機的和諧統一，為后期拖拉機外觀設計修改提供參考。

2 圖像融合技術與拖拉機產品外觀設計

拖拉機產品的外觀設計完成后，可以采用圖像融合技術，將其置于作業環境中，以驗證其和環境的協調一致性。圖像融合技術的算法有很多，加權平均算法是常用的算法之一。該方法采用時間序數作為權數，將同一目標在不同時間序列的觀測值進行統計，取加權平均值作為融合圖像的像素值，從而得到更加清晰完成的圖像，其計算公式為

F(m,n)=ω1A(m,n)+ω2B(m,n)

(1)

其中，m=1,2,…,M表示融合圖像的像素的行序列；n=1,2，…，N表示融合圖像的像素的列序列；w表示加權系數。加權平均算法對于多幅圖像的融合處理效果較好，但對于信噪比較高的較少圖像進行融合時，不能夠達到完美的效果。在圖像數量較少時，可以采用INS變換的方法，假設原始的多光譜源圖像為TM，高空間分辨率圖像為PAN，在TM的3個波段進行賦值后實行GRB-IHS變換，可以得到分量以及兩個中間量V1、V2的表達式為

(2)

其中，V1、V2表示在笛卡爾坐標系下的橫軸與縱軸，其亮度I用z軸表示，則色度H和飽和度S的表達式為

(3)

采用RGB-IHS變換后，可以使圖像在亮度、分辨率方面都有明顯的提高，使融合圖像更加勻稱協調。對融合圖像需要進行質量檢測，以得到最佳的融合效果。目前融合圖像的質量評價主要有4種，包括信息熵、均方根誤差、信噪比及平均梯度。

圖像在進行融合過程中，融合前后的圖像信息量會發生改變，因此可以用信息熵量來衡量圖像融合的質量。依據香農準則，用信息熵可以表示一幅2的n次冪級的圖像，其表達式為

(4)

其中，Pk表示總的灰度級數。信息熵的量越大，表示圖像融合后信息含量越多，圖像的效果越好；除了信息熵之外，還有均方根也可以對圖像的融合效果進行評價。根據圖像融合的原理，可以根據融合圖像和標準圖像之間的均方差來表征圖像的融合質量，即

(5)

其中，M、N分別表示融合圖像的像素行和列序列，均方根的數值越小，表示圖像融合的質量越好。采用均方根方法對圖像融合質量進行考察時，還可以利用信噪比來反映圖像的質量。信噪比定義為

(6)

信噪比值越高，說明融合效果越好。圖像的清晰度還可以通過平均梯度來檢測，平均梯度是對融合圖像細節的考察，如式(7)所示，即

(7)

其中，f(x,y)表示融合圖像，該數值越大表示圖像融合效果越好。

圖1 基于綠色設計理念的現代化拖拉機外觀設計Fig.1 The appearance design for modern tractor based on the concept of green design

如圖2所示，根據客戶的外觀設計需求，可以首先根據特征信息，對外觀進行總體設計，然后利用OpenGL渲染技術，構建三維設計場景。將設計好外觀的拖拉機產品，放置于創建的拖拉機作業場景中，利用圖像融合技術對其色彩的協調性進行驗證，通過驗證發現設計過程中存在的問題，并對問題做進一步修改，最后得到最佳的設計效果。

3 基于綠色設計理念的拖拉機外觀設計

為了驗證綠色設計理念在拖拉機外觀藝術設計上使用的可行性，本次采用圖片融合和虛擬環境創設的方法，以實際作業的農田為例，創設了如圖3所示的綠色虛擬背景。

本次創設的虛擬背景包括天空、田地、數目和農作物等，農作物主要以綠色農作物為主要對象，可以在虛擬創設環境中添加任何的作物，如樹木，如圖4所示。

圖2 拖拉機產品圖像融合和藝術外觀設計框架Fig.2 The image fusion and art design framework of tractor product

圖3 綠色虛擬背景Fig.3 Green virtual background

圖4 虛擬創設環境添加樹木Fig.4 Adding trees in virtual creation environment

為了使添加的樹木特征更加明顯，選擇了紅色作為整體顏色。由圖5可以看出，通過情境融合后，樹木和農作物互相形成了裝飾作用，同理將拖拉機加入創設的虛擬環境中。

圖5 添加拖拉機樣圖Fig.5 Adding sample tractor

利用圖像融合的方法，也可以將拖拉機的設計圖融合到圖像中，然后根據綠色設計理念搭配拖拉機的顏色，使拖拉機的總體顏色既能和綠色的農作物與紅色的數目相協調，又能給你人帶來較好的感官體驗。

為了使拖拉機和樹木與農作物相搭配，體現綠色協調的顏色基調，將車輪取紅色，車身裝飾為綠色，從外觀上散發出一種積極向上的綠色氣息，給拖拉機作業者營造了一種歡快積極的工作氛圍，如圖6所示。

圖6 綠色設計理論中拖拉機裝飾圖Fig.6 The tractor decoration drawing in green design theory

通過拖拉機外觀設計的設計效率和滿意度測評，得到了如表1所示的結果。測評結果表明：采用綠色設計理念設計的拖拉機外觀不僅可以滿足作業環境的和諧一致，提高客戶的感官體驗，而且拖拉機設計的效率和滿意度都較高，從而驗證了綠色設計理念在拖拉機外觀藝術設計上使用的可行性，為拖拉機藝術外觀設計又提供了一種新的方法。

表1 滿意度和設計效率測評Table 1 The evaluation of satisfaction and design efficiency

4 結論

為了給拖拉機的使用過程帶來更多的愉悅感官體驗，使農業作業者獲得更多的成就感，營造積極向上的綠色作業氛圍，將綠色設計理念引入到了拖拉機外觀設計過程中，有效地提高了拖拉機的設計效率和設計水平。在設計過程中，采用3D渲染技術創設了拖拉機的作業環境，并采用圖像融合算法將設計好的拖拉機外觀產品置于虛擬作業環境中，驗證了設計效果。最后，對該方案的設計滿意度與設計效率進行了測評，測評結果表明：采用該設計方法可以獲得較高的客戶滿意度，且設計周期在6周以內，設計效率較高。采用設計理念對拖拉機外觀進行設計，提高了拖拉機外觀設計的靈活性，對于現代拖拉機外觀藝術設計的研究具有重要的借鑒意義。