基于眼動技術(shù)的侗族鼓樓文化中造型DNA的識別研究與創(chuàng)新應用

吳辛迪，林 麗，高蕓坤，王美超，趙 銳

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基于眼動技術(shù)的侗族鼓樓文化中造型DNA的識別研究與創(chuàng)新應用

吳辛迪，林 麗，高蕓坤，王美超，趙 銳

(貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025)

通過將文化與生物學中基因概念相結(jié)合，以眼動技術(shù)作為文化中造型DNA識別程度的研究手段。以侗族文化中鼓樓造型為例，運用眼動技術(shù)將文化特征進行量化處理和分析，確定出作為識別特定文化依據(jù)的造型DNA要素，再針對眼動實驗結(jié)果，綜合分析了眼動指標的數(shù)據(jù)，結(jié)合侗族鼓樓造型語義特點，提取了侗族文化鼓樓造型DNA，并將其由大到小進行了綜合排序。在造型DNA識別程度排序表中選取識別程度從大到小的要素，通過重組來改善侗族鼓樓文化中造型DNA的表達，并應用于耳飾產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計中，為侗族文化的傳承發(fā)展和創(chuàng)新應用提供參考。

侗族鼓樓文化；造型DNA識別；眼動分析；產(chǎn)品設(shè)計；文化DNA

侗族是中國歷史悠久的少數(shù)民族之一，具有豐富多彩、獨具匠心的文化資源。其中侗族鼓樓不僅是侗族的標志，更是被建筑學家們譽為獨一無二的一種發(fā)明創(chuàng)造。侗族傳統(tǒng)建筑的建造工藝和居住方式蘊含了深刻而獨特的文化內(nèi)涵，是侗族傳統(tǒng)文化的重要構(gòu)成要素，具有極高的歷史、文化和學術(shù)價值[1]。隨著社會的迅速發(fā)展，侗族文化受到外來文化的沖擊正在逐漸被人忽視和遺忘。侗族鼓樓建筑也只能在少數(shù)的侗民族聚集地區(qū)才能窺得一二，侗族的民族文化隨著時間的推移逐漸沒落。如今在國家大力開展非遺文化保護的趨勢下，對侗族文化的保護和傳承已經(jīng)迫在眉睫。

文化DNA是侗族文化生長發(fā)育和繼承發(fā)展的核心要素[2]，其概念來源于生物遺傳基因，是屬于文化傳播和復制的單位。DNA是生物體的遺傳密碼，通過堿基配對實現(xiàn)代際繁衍，文化DNA與生物遺傳基因類似，其決定了文化系統(tǒng)傳承與變化的基本因子、基本要素，是人類文化系統(tǒng)的遺傳密碼[3]。文化DNA中的造型DNA，是準確識別其外形基本狀貌和形態(tài)構(gòu)造的依據(jù)[4]；是更加科學、有效地保護、管理和傳承民族文化的新途徑。

目前，針對民族文化傳承的研究通常采用的是，問卷調(diào)查、用戶調(diào)研、專家訪談、走訪調(diào)研和文獻研究等傳統(tǒng)的研究方法。這些方法一般都會受到個體因素和社會因素的影響，造成研究過程中的不穩(wěn)定性和研究結(jié)果的不客觀性。

解決以上研究方式的弊端，運用眼動追蹤技術(shù)來研究民族文化是一種合適的新手段。眼動技術(shù)是通過人類生理研究來反映人的心理活動的一種當下定量化和可視化的研究手段。眼動追蹤技術(shù)已應用于廣告學[5]、頁面布局、心理學領(lǐng)域[6-7]，并取得了一定的成效。在民族文化保護與傳承方面，閆龍華等[8]為了研究苗族紋樣的美感，基于心理和生理設(shè)計了眼動實驗。汶晨光等[9]以彬縣大佛寺石窟為案例，提出了基于眼動分析的文化設(shè)計基因提取方法。王藝舟等[10]應用眼動實驗對不同地區(qū)畬族服飾進行特征識別。可是眼動技術(shù)結(jié)合文化基因研究的內(nèi)容還是鮮有，本文期望通過眼動技術(shù)在文化DNA的研究應用中，有效避免傳承文化只是依靠人類的主觀意念和經(jīng)驗的局限性，從而找到一種量化、數(shù)字化和可視化的技術(shù)支持，提取出侗族鼓樓文化中造型DNA的識別程度，并選取最高識別的造型元素的DNA，通過演繹、重組改善，應用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中。

1 研究方法

為精確了解用戶在注視侗族鼓樓整體造型和局部造型時的眼動特征及心理狀態(tài)，結(jié)構(gòu)化鼓樓造型外部形態(tài)后，利用眼動追蹤技術(shù)對鼓樓造型DNA進行識別程度的實驗。收集、整理和歸納相關(guān)眼動數(shù)據(jù)指標進行侗族鼓樓文化造型DNA的識別程度排序。從而為更好地將侗族文化特征運用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計提供有效依據(jù)和素材。

1.1 實驗設(shè)備

硬件型號，“EyeSo，Ec60”便攜眼動儀，采樣率為30~75 Hz，精確率為0.5~1.0度。

1.2 樣本

(1) 實驗樣本來源。相關(guān)書籍、網(wǎng)絡(luò)查找、實地調(diào)研、平面化處理和專家訪談。

(2) 實驗樣本制作原則(圖1)。①圖片的背景簡單化；②單色調(diào)處理。

圖1 實驗樣本編號、圖片和名稱

1.3 被試者選取

被試者根據(jù)對侗族鼓樓文化了解程度分為兩組：A組為對侗族鼓樓文化零了解的人群：總?cè)藬?shù)為36人，年齡為18~60歲，男女各半。B組為能有效辨認出侗族鼓樓的人：人數(shù)為24人，年齡18~60歲，男女各半。每個被測試者的裸眼視力或校正視力均在1.0以上。

1.4 實驗目的

兩組被試者分別進行A組和B組實驗。A組實驗，驗證了對零了解的被試者的普遍可用性；可提取出最具識別程度的侗族文化造型DNA。B組實驗，適用于通過特殊處理后的鼓樓造型的識別程度；可提取出最具識別度的侗族文化造型DNA要素。

1.5 實驗步驟

(1) 選擇實驗環(huán)境。實驗均在隔音、控光的人機工學實驗室進行，便于被試者能夠集中精力觀察刺激材料。

(2) 實驗校準。被試者按實驗主持者要求正坐于屏幕前0.5 m處，調(diào)整眼動儀，自行調(diào)節(jié)舒適度后按照軟件提示進行校準。

1.6 A組實驗過程

(1) 實驗前準備。主持者向A組被試者普及鼓樓造型。

(2) 實驗內(nèi)容。刺激材料共有6組，如圖2所示。

圖2 6組刺激材料

①侗族鼓樓整體造型識別。被試者利用6 000 ms時間觀察第1組刺激材料并點擊鼠標左鍵選取出刺激材料中正確的鼓樓小圖。其已具備整體識別意識，能為以下的刺激材料提供有效的實驗數(shù)據(jù)。

②侗族鼓樓局部造型識別。依據(jù)傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的構(gòu)造體系，刺激材料從第2~6組則根據(jù)鼓樓建筑造型的局部結(jié)構(gòu)特點從下至上分為底部、樓身和頂部[11-13]。每組被試者刺激樣本有6 000 ms的觀察時間，并在此時間內(nèi)單擊鼠標左鍵選取屬于侗族鼓樓的局部造型圖。

1.7 B組實驗過程

B組實驗的刺激材料總共有7組。

(1) 第1~6組的實驗內(nèi)容與A組實驗中1.6節(jié)的實驗內(nèi)容相同。

(2) 第7組實驗內(nèi)容：刺激材料中鼓樓造型經(jīng)過人工平面化的處理后，被試者在規(guī)定時間(6 000 ms)中觀察樣本。此組刺激材料是為了比較被試者在鼓樓造型經(jīng)過輪廓化處理與未經(jīng)過處理的眼動數(shù)據(jù)，從而減少創(chuàng)新應用中再設(shè)計產(chǎn)生的鼓樓造型特征識別誤差。刺激材料編號和編組如圖3所示。

圖3 第7組刺激材料

1.8 實驗數(shù)據(jù)采集

兩組的眼動追蹤技術(shù)實驗數(shù)據(jù)的提取與分析均由專用的“EyeSo.studio”軟件完成。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 侗族鼓樓辨識的正確率

通過整理被試者對于刺激材料判斷的正確率有利于：①排除無效的實驗數(shù)據(jù)，再根據(jù)有效的實驗數(shù)據(jù)進行后續(xù)實驗分析；②確定實驗局部刺激材料對被試者辨識鼓樓造型特征的可行性。兩組被試者的辨識正確率分別見表1、2。

表1 A組被試者的正確率

表2 B組被試者的正確率

從表1、2可以看出，兩組被試者正確率從大到小的排序是一致的A>F>D>G>K>Q>I>O，表明編號A、F、D的刺激樣本圖片對被測試者最具有識別性。

2.2 刺激材料視覺熱圖

熱點圖將被試者的注視情況通過不同顏色顯示出來。從圖4、5的熱圖可以直觀看出被試者的關(guān)注偏好程度，從高到低依次為紅、橙、黃、綠、藍、紫色[14]，樣本原色表示未被關(guān)注過。

從圖4、5的熱圖中可以看出鼓樓的樓身區(qū)域?qū)山M被試者的刺激是最大的，也是最感興趣的區(qū)域，其次是樓邊，然后是樓底部和樓頂部分。B組第7組刺激材料熱圖顯示，被試者對平面簡化的樓體關(guān)注度高于立體簡化的樓體。

圖4 A組被試者熱圖

圖5 B組被試者熱圖

2.3 鼓樓刺激材料總注視時長

被試者長時間注視區(qū)域是刺激其感興趣的區(qū)域，并通過感興趣區(qū)域進行記憶，即通過記憶中的相關(guān)元素來進行識別(表3、4)。

表3 A組被試者的鼓樓刺激材料注視時長表

表4 B組被試者的鼓樓刺激材料注視時長表

通過對表3、4注視時長的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)：(0, 0.05)=6.941，<0.001，說明被試者對不同編號的注視時間差別顯著，實驗樣本數(shù)據(jù)結(jié)果貼近實際。

從表3、4的兩組被試者的注視時長表可以看出，編號I、A、D、O、Q的注視時長較長，注視時長占總時長之比最多。注視時間所占比率越高，對該興趣區(qū)的關(guān)注程度就越高。即被試者選擇I、A、D、O、Q的刺激材料樣本識別的可行性越大。

2.4 鼓樓刺激材料注視次數(shù)

注視次數(shù)是指被試者在刺激樣本區(qū)域內(nèi)所有注視點的總個數(shù)，可作為判斷元素是否能依靠識別的眼動指標。注視次數(shù)越多，注視的頻率和興趣也就越高，能被識別的程度就越高(表5、6)。

表5 A組被試者的鼓樓刺激材料注視次數(shù)表

表6 B組被試者的鼓樓刺激材料注視次數(shù)表

通過對表5、6中注視次數(shù)進行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)：(0, 0.05)=5.327，<0.001，說明被試者對不同編號的注視次數(shù)差別顯著，實驗樣本數(shù)據(jù)結(jié)果貼近實際。

通過表5、6可以看出，編號A、D、F、Q的注視次數(shù)較多，注視次數(shù)占總次數(shù)之比最多，注視次數(shù)的高低情況與注視時間基本一致，即Ａ、D、F、K、Q的識別度是最高的。

3 識別程度排序

通過綜合A、B兩組的眼動參考指標實驗數(shù)據(jù)得出各編號樣本的：平均正確率排名、總注視時長比排名、總注視次數(shù)比排名及侗族鼓樓造型熱點圖中最高偏好關(guān)注的顏色等4個層面的分析結(jié)果并列入表7。并依據(jù)4項參考指標排名情況得出總排名情況。結(jié)合圖1的實驗樣本可知，被試者主要依靠鼓樓局部造型要素識別出鼓樓，從而歸納出識別程度排序表。

表7 編號樣本參考指標數(shù)據(jù)分析排名

3.1 鼓樓結(jié)構(gòu)識別程度排序

樓身重檐結(jié)構(gòu)[12]>翹腳翹檐>寶頂(雙重檐寶頂>單重檐寶頂)>平面形態(tài)結(jié)構(gòu)[13]>底部>樓體造型裝飾>樓冠>塔尖。

3.2 鼓樓造型DNA識別程度排序

造型DNA屬于物理外形特征[15]，通過結(jié)構(gòu)識別程度特征與造型的語義特征結(jié)合可以確定出以下的造型DNA[16]的識別程度排序。

樓身下大上小層層收縮[13]>高密度重檐>固定的翹檐角度>固定的翹腳角度和形態(tài)[10]>奇數(shù)重檐>偶數(shù)平面形態(tài)。

鼓樓造型DNA識別程度排序具有以下3方面意義：①使用識別程度越高的DNA進行侗族文化產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，其產(chǎn)品的文化特性越突出，也越能代表侗族文化；②在保留其文化特征的同時，可減少使用DNA進行組合設(shè)計時的次數(shù)和工作量；③可以作為優(yōu)選侗族文化創(chuàng)新產(chǎn)品的標準依據(jù)，同時也可以優(yōu)化文化DNA的組合方式，從而優(yōu)化侗族文化相關(guān)的創(chuàng)新產(chǎn)品。

4 鼓樓造型DNA在產(chǎn)品設(shè)計中的創(chuàng)新應用

造型DNA在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中有兩種應用形式：一種為直接應用，也就是原汁原味的呈現(xiàn)；另一種為間接應用，針對不同的使用人群和使用環(huán)境，使用基因演繹和重組方式進行創(chuàng)新應用。基于文化造型DNA的應用形式就是間接應用，即運用文化DNA的特點進行作品創(chuàng)新。

4.1 鼓樓造型DNA圖譜

為了便于創(chuàng)新應用設(shè)計的重組，將上文提出的鼓樓造型DNA識別程度的排序從大到小進行編號，并將DNA要素進行針對同一實物圖(馬胖鼓樓)的輪廓平面化處理成矢量形態(tài)圖，使其造型DNA特征更加明朗，圖6為鼓樓造型DNA實物圖與其對應的矢量形態(tài)。

4.2 鼓樓造型DNA創(chuàng)新應用過程

本文創(chuàng)新產(chǎn)品參考鼓樓豎高特點選取的設(shè)計載體為耳飾，因為從設(shè)計學角度出發(fā)，造型DNA創(chuàng)新應用的設(shè)計主體應該與造型DNA要素特點相似與文化特征相呼應，這樣才能更好地對文化創(chuàng)新產(chǎn)品進行詮釋；又因組成產(chǎn)品的各個造型DNA并不是獨立發(fā)揮作用的，而是相互聯(lián)系、相互作用的，某個基因的加入或者移除都會影響整個產(chǎn)品的文化特征的表達。本節(jié)適用的設(shè)計手法是通過將4.1節(jié)中的編號1~6的侗族鼓樓造型DNA進行重組，組合方式如圖7所示。

圖6 鼓樓造型DNA與矢量形態(tài)圖

圖7 基因編號1~6組合方式圖

從圖7的基因組合方式中選取文中侗族鼓樓DNA識別程度從大到小的排列順序，并進行基因逐步相加組合來驗證，圖8為此組合方式的推演過程。從圖8中可知，基因1+2+3+4的組合就能清楚地表達出鼓樓造型的特點，基因5的加入并沒有直觀上的增強侗族鼓樓風格的表現(xiàn)，因此選擇基因1+2+3+4的組合進行后續(xù)的創(chuàng)新應用。

圖8 推演過程圖

4.3 鼓樓造型DNA創(chuàng)新應用案例

文化產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中有關(guān)造型DNA的基本單元的運用原則是，無論其與其他形狀組成何種樣式，都能夠保持基因的遺傳性，人們都會將其辨識出來[16]。本節(jié)依照圖8的組合方式再進行符號化和藝術(shù)化的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，以民族元素磨砂金銀耳環(huán)為例(圖9)。

圖9 實物和模特展示圖

產(chǎn)品運用了重檐、樓體形狀、翹檐和翹腳的侗族鼓樓造型DNA要素，并巧妙地增添了時尚動感的流線型元素，整體造型呈現(xiàn)的特色為提純符號化后的高密度重檐和呈特定角度收縮的樓身[17]，其不僅具備了侗族鼓樓的造型特色，也較傳統(tǒng)的民族耳飾更輕巧、活潑；色彩采用的侗、苗族首飾中善用的銀材質(zhì)色加以黃金點綴；耳環(huán)下方加上了墜飾流行元素的運用；佩戴在耳垂處，垂釣于脖頸間，具有民族特色的簡潔化設(shè)計為創(chuàng)新產(chǎn)品增添了時尚感，也更符合年輕群體的審美偏好。

5 結(jié) 論

本文采用眼動實驗分析的方法，研究了侗族鼓樓文化的造型DNA的識別程度，眼動指標綜合分析得出，侗族鼓樓的樓身層級關(guān)系是最具有識別性的。侗族鼓樓造型DNA的識別度從大到小的排序是樓身層層收縮，樓身下大上小，高密度重檐，固定的翹檐角度，固定的翹腳形態(tài)，奇數(shù)重檐，偶數(shù)平面形態(tài)。并以民族元素磨砂金銀耳環(huán)的實例驗證了侗族鼓樓造型DNA識別程度的作用：鼓樓識別程度的排序不僅為侗族文化產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計提供了新的素材；也為優(yōu)選侗族文創(chuàng)產(chǎn)品組合形式提供依據(jù)；同樣也為視覺識別類的其他物質(zhì)與非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護、傳承以及開發(fā)提供了可借鑒的研究手段。

此外，由于受限于實驗條件，特別是硬件設(shè)備，精準度還有待提升。本研究中選取的被試者數(shù)量限制了宏觀群體的代表性和說服力，在后期的研究中還需要增加被試者數(shù)量，收集更多的實驗數(shù)據(jù)，以使研究結(jié)果更加全面提高借鑒和指導性。

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On the Identification and Innovative Application of Modeling DNA in Dong Drum Tower Culture Based on Eye Tracking Technology

WU Xindi, LIN Li, GAO Yunkun, WANG Meichao, ZHAO Rui

(School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)

By combining the concept of genes in the field of culture and biology, eye tracking technology is used as a research tool for the identification degree of modeling DNA in culture. Taking the Drum Tower modeling of the Dong culture as an example, eye tracking technology is used to quantify and analyze the cultural features, and the modeling DNA elements as the basis for identifying specific cultures are determined. Then comprehensively analyze the data of eye tracking indicators based on the results of eye tracking experiments. Combined with the semantic characteristics of the modeling of Dong Drum Tower, the modeling DNA of the Drum Tower of Dong culture is extracted and sorted from large to small. In the ranking table of modeling DNA identification degree, select the elements with the degree of recognition from large to small, improve the expression of modeling DNA in the Dong Drum Tower culture through reorganization, and apply it to the innovative design of earring products to provide references of the inheritance, development and innovative application for the Dong culture.

Dong Drum Tower culture; modeling DNA identification; eye tracking analysis; product design; culture DNA

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2018040616

A

2095-302X(2018)04-0616-07

2018-04-11；

2018-06-10

國家自然基金項目(51465007)；貴州大學創(chuàng)新基金項目(研理工2017054)

吳辛迪(1991-)，女，湖南新晃人，碩士研究生。主要研究方向為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。E-mail：375412831@qq.com

林 麗(1973-)，女，四川南充人，教授，博士，碩士生導師。主要研究方向為產(chǎn)品設(shè)計、感性工學及民間藝術(shù)。E-mail：linlisongbai@163.com