基于感性工學的產品形態設計研究
——以保溫飲水器的眼動試驗為例

劉 淼， 郭名城， 江倫欣， 徐園園

（華東理工大學 藝術設計與傳媒學院 上海 200237）

產品的外觀形態在消費者購買時起到非常重要的決策執行作用。在設計領域中對于產品外觀的評判標準絕大多數情況下以主觀經驗為先且因人而異，缺乏普遍客觀的評判標準。如何通過客觀合理的方法比較存在差異的設計優劣，對于產品外觀的設計研究具有較高的學術價值和應用價值。本研究通過數據統計和問卷調查的方式將主觀評價和客觀分析相結合，運用眼動設備和感性工學原理分析用戶在觀察過程中的眼部數據，從而使用戶的心理需求外顯化，客觀地修正傳統系列研究流程中的主觀部分，使樣本調查、產品評價結果具有較高的相關性和準確度。最終達到精準地把握用戶的主觀認知，得到更加符合用戶情感認知的產品外觀設計的合理評估方法，提高產品市場競爭力的目的[1]。飲水是人類日常生活中維持生存的最常見行為，相應的，飲水器的使用頻率也往往是最高的。因此，本研究選用飲水器作為現代產品形態特征研究的案例。研究物品的形態，即是研究人與物之間的交互關系[2-3]。因為人認識一件事物往往是從“形態”的某一部分入手，可以是從一個微觀的點拓展到整個物體，也可以逆向解構到具體細節，這些認知的過程往往脫離不了形態。

1 感性工學和眼動試驗

感性工學（Kansei engineering）最早由日本學者山本健一提出[4]，是一種運用工程技術手段將消費者感性需求與產品造型設計要素相關聯的理論及方法。在產品造型設計上有廣泛應用，其中包括汽車設計、消費類電子產品等方面。隨著以眼動設備為例的各類研究設備的發展，這種理論和方法得以不斷完善和進步。本研究通過眼動試驗的方式，結合感性工學的理論，研究產品形態設計的方法與原理。在進行試驗前，本研究選擇生活中極為常見的物品——飲水容器為例，展開設計研究。

2 以保溫飲水器為例的設計研究

2.1 保溫飲水器市場調研

作為日常生活中必不可缺的產品，保溫飲水器市場非常豐富。飲水器在外觀形態上存在較大差異，本研究將市面上的飲水器進行形態歸納，把具備特定功能的飲水容器排除，盡量確保外觀是用戶購買的主要因素。在前期走訪中發現，受訪者普遍認為如果選購保溫飲水器時只考慮外觀因素，會偏向選擇售價200元以上的該類產品。因此研究團隊從京東商城在售的200元以上價位的此類產品中，挑選出銷量最高的20款保溫飲水器，并通過描述保溫飲水器感性意象的詞匯進一步篩選出最具代表性的10款產品。

2.2 保溫飲水器形態組成特征

保溫飲水器的外觀形態存在較大差異。歸納其形態特征，發現其外觀形態主要由以下幾個特征部分組成：杯身筆直部分、杯身曲線部分、商標LOGO部分、杯蓋部分，如圖1所示。本研究后續的眼動試驗根據特征部分劃分興趣區，進而完成眼動數據分析。

2.3 通過感性工學進行產品意象描述

圖 1 保溫飲水器特征部分示意圖Fig. 1 Schematic diagram of characteristic part of thermalinsulated drinking water containers

作為一種技術，感性工學研究包括了3方面的內容：一是依據感性層面對新產品進行分類，建立產品的感性結構，從而獲取設計要素[5]；二是通過計算機支持的感性工程系統（Kansei engineering system, KES），從定性和定量層面分析消費者的感性認知；三是搭建感性工程模型，通過實驗檢測發現設計特性。

本研究在不同階段采用以上3個方面的研究方法。在選取10款保溫飲水器作為試驗樣本的過程中，通過造型感性意象詞匯對保溫飲水器進行劃分歸類，選取不同造型感性意向詞匯的保溫飲水器作為實驗樣本。其中，描述保溫飲水器感性意象的詞匯包括：簡潔的、優雅的、活潑的、運動的、時尚的、復雜的、粗糙的、開放的、圓潤的、穩固的、尖銳的、高貴的、輕巧的、厚重的、清新的、規整的、細膩的、精致的。

3 眼動實驗設計

3.1 試驗目的與原理

利用眼動設備捕捉被測試者觀察試驗圖片時的眼動數據，并利用劃分興趣區的方式分析測試者對于不同產品形態區域的關注度以及不同產品形態區域對于外觀設計的影響程度[6]。結合主觀評價結果，從眼動數據和問卷評價兩方面評估保溫飲水器外觀設計原理[7]。被試者包括華東理工大學在校師生共22人，其中男性11人，女性11人，年齡范圍從18歲到35歲不等。納入標準為裸眼或矯正視力1.0以上。所有試驗樣本均接受過儀器使用的培訓。

3.2 試驗材料及步驟

試驗器材：德國SMI iView XTM頭戴式眼動設備。

實驗步驟：

步驟1播放10張保溫飲水器試驗圖片（圖2），呈現時間為15 s/張，間隔時間為3 s，通過眼動設備捕捉被試者眼動數據。圖片為10款銷量排名靠前的保溫飲水器，經過圖象統一處理，以標準正視圖視角呈現，在尺寸和角度上保持一致，且均進行去色處理。

圖 2 10 張統一處理后的試驗圖片Fig.2 Ten experimental pictures after unified processing

步驟2播放9張保溫飲水器圖片（圖3），呈現時間為15 s/張，間隔時間為3 s。這9張保溫杯飲水器為三組三件同樣造型、但商標LOGO位置不同的保溫飲水器。

步驟3播放1張由7個不同傾斜程度的保溫飲水器組成的簡化模型圖片，持續觀察時長20 s。這7個保溫飲水容器的簡化模型傾斜角度分別為75°，80°，85°，90°，95°，100°，105°。將模型圖片隨機打亂順序后圍成一個環形（圖4）。

步驟4將試驗中播放的圖片以問卷表格的形式發放給每位被試者，問卷內容由上述圖片整理而成的調查表格和李克特量表組成。

3.3 測試指標

試驗采用的測試指標為關注程度、有效程度和喜愛程度（表1）。總注視時間是指被試者在試驗期間對指定區域的整體觀察時間；首次注視時間是指用戶凝視點初次停留在某區域的注視時間，時間越長表明該區域的信息量越大，越具備吸引力[8]。注視次數為被試者在整個觀察過程中進入某區域的總次數，數值與該區域的吸引力成正比關系。平均注視時間為總注視時間/注視次數，表示被試者觀察該區域的平均用時。由于不同面積的興趣區所含信息量存在差異，為保證試驗的有效性，在評判該區域對于被試者的吸引力時加入興趣區的大小作為有效程度的考量。被試者對于觀察事物的喜好程度由李克特量表來評價計算。

圖 3 實驗步驟 2 中的 9 張保溫飲水器Fig. 3 Nine thermal-insulated drinking water containers in step two

圖 4 保溫飲水器簡化模型圖片環形排列Fig. 4 Simplified model of thermal-insulated drinking water containers in circular arrangement

表 1 本研究試驗所用指標說明Tab.1 Indicators used in the study

4 數據結果分析

4.1 保溫飲水器造型關鍵特征優先順序

將試驗步驟1中的10張試驗圖片按照杯身筆直部分、杯身曲線部分、商標LOGO部分、杯蓋部分進行AOI區域劃分（圖5）。統計數據如表2所示。

圖 5 10 張試驗照片的 AOI區域劃分示意圖Fig.5 Schematic diagram of AOI region partition of ten experimental photographs

表 2 10張保溫飲水器試驗圖片各興趣區域眼動數據均值Tab.2 Average value of the eye movement data of AOI regions in ten experimental pictures of thermal-insulated drinking water containers

可以看出，各個興趣區域按照總注視時間由高向低排列依次為：杯身直線區域，杯身曲線區域，杯蓋區域和商標LOGO區域；按照首次注視時間由高向低排列依次為：杯蓋區域、商標LOGO區域、杯身直線區域、杯身直線區域；注視次數由高到低排列依次為杯蓋區域、商標區域、杯身直線區域和杯身曲線區域。根據既往學者的研究結果[9]，總注視時間、首次注視時間和注視次數是反映興趣區域的重要數據指標。

然而，上述的4個興趣區域面積相差巨大，忽略面積進行單項排名并不合理。有研究[10]指出，對象大小也是影響視覺注意的重要因素：通常大對象比小對象更容易吸引視覺注意。因此本研究引入“單位面積下的眼動指標”的概念，用于削弱面積因素對于被試者興趣程度的影響。考慮到有效程度（興趣區域面積）的影響因素，對單位面積下的指標數據進行計算，排名發生顯著變化（表3）。商標LOGO區域在各項數據上顯著領先于其他區域，尤其在單位面積下首次注視時間和注視次數這兩個指標中分別超出排名第二的區域221.31%和153.17%，商標LOGO獲得了被試者最高的關注。與此同時，杯蓋區域在單位面積下的總注視時間、首次注視時間和注視次數這3項數據上都位列第二，超過其在表2中的排名。根據文獻的研究，較高的注視頻次代表更多的信息處理[11]。因此，數據表明杯蓋區域在造型上細節較多，所產生的視覺信息量較大。

數據表明，在保溫飲水器的形態特征中，LOGO最受被試者的關注，其他特征排名依次為杯蓋區域、杯身曲線區域、杯身直線區域。

表 3 單位面積下的眼動指標數據Tab.3 Eye movement index data on unit area

4.2 保溫飲水器關鍵特征的設計原理

4.2.1 LOGO 位置

為進一步探究商標LOGO位置區域對于形態的影響，本研究將同樣造型的3組保溫飲水器上面的商標LOGO位置進行變動，分別位于杯身表面的上、中、下3個位置，其他形態特征不變。記錄被試者在觀察這3組商標LOGO時產生的眼動數據和主觀喜愛程度，數據指標為商標LOGO區域的總注視時間、首次注視時間、注視次數、平均注視次數和李克特量表評分均值。

3組對照試驗所得數據（表4）表明，3組保溫飲水器LOGO位于最下方時李克特量表均分最高，位于中間時排名居中，位于上方時排名最后。在總注視時間、首次注視時間和注視次數這3項指標中，排名同樣由高到低為位于下方時、位于中間時和位于上方時。

表 4 保溫飲水器 LOGO 區域指標數據Tab.4 Index data regarding the LOGO region of thermal-insulated drinking water containers

由以上數據可以得出：保溫飲水器的商標LOGO區域位于杯身下方時該區域受到的關注度更高，且受被試者喜愛程度更高。根據設計原則和前文數據，商標LOGO和杯蓋區域都引起視覺注意力，而位于下方時，整個杯身視覺觀感更加平衡，且此時周邊沒有其他形態特征吸引被試者注意力，因而獲得更多的關注度。

4.2.2 杯蓋設計

挑選出的10款保溫飲水器模型可以按照杯口類型分為兩組（圖6）。A組杯蓋具備卡扣，且外觀較為復雜精致；B組杯蓋為旋蓋結構，外觀更為簡單。對比兩組保溫飲水器的眼動數據（表5），A組的5項數據均高于B組。其中A組的杯蓋區域平均總注視時間高于B組57.33%，平均首次注視時間高出85.94%，平均注視次數高出35.48%，平均注視時間高出16.12%，李克特量表均分高出10.86%。

表 5 AB 組保溫飲水器杯蓋區域指標數據Tab.5 Index data regarding the cup region of group A&B thermal-insulated drinking water containers

圖 6 10 款保溫飲水器模型分組情況Fig. 6 Grouping of ten models of thermal-insulated drinking water containers

由此可以得出結論，相比簡單的旋蓋式杯蓋設計，具備卡扣的精致杯蓋的造型設計，受到被試者更多的關注，受被試者喜愛的程度更高，也反映出其美觀程度更高。

4.3 保溫飲水器傾斜角度對于美觀程度的影響

保溫飲水器的直線區域與曲線區域都屬于影響杯身美觀程度的重要因素，而保溫飲水器造型中直線與曲線的變化特征較多，實際產品的圖片難以進行定量分析。因此，本研究簡化了杯身線條的特征。根據此前的數據，本文建立了不同傾斜程度的杯身模型。這7個不同傾斜程度的杯身模型對應不同感性詞匯描述的感性工程模型[12]，從左至右依次排列的順序對應的詞匯從“穩固的”到“不穩固的”變化，同時也從“厚重的”變化為“輕巧的”（圖7）。將7個存在差異傾斜程度的模型隨機打亂后排成一個圓形，呈現在一張PPT中，盡可能排除觀察順序帶來的試驗誤差。本研究將正視圖下杯壁與地面形成的夾角內角定義為θ，用于描述杯身的傾斜程度（圖8）。試驗通過眼動數據和問卷調查兩種形式相結合的方法判斷保溫飲水器的美觀程度。為探究θ與被試者對于產品喜好程度P之間的關系，通過線性擬合采集的相關數據得出P與θ的函數關系。

圖 7 不同傾斜角度保溫飲水器感性工程模型Fig.7 Kansei engineering model of thermal-insulated drinking water containers with different inclined angles

該階段的眼動數據依舊采用總注視時間、首次注視時間、注視次數、平均注視次數，將7個隨機排列的保溫飲水器簡化模型劃分為面積相同的7個AOI興趣區域，編號1～7對應傾斜角度θ從小到大的保溫飲水器簡化模型（圖9）。

在被試者觀察后本研究繼續采用李克特量表測驗用戶的喜愛程度。為方便計算轉化，將評分標為1～5分：1分表示非常不喜歡，記20分；2分表示比較不喜歡，記40分；3分表示無喜好傾向，記60分；4分表示比較喜歡，記80分；5分表示非常喜歡，記100分。獲得的指標數據如表6所示。

試驗數據表明，傾斜角度為90°的簡化模型在總注視時間和注視次數上位列7個保溫飲水器最低。相反，該模型在李克特量表均分上最高。整體趨勢上，角度θ與90°差值越大，獲得的注意越多，但受到被試者的主觀評分卻越低。通過既往文獻的研究結果和后續分析被試者的訪談記錄可以一定程度上解釋這一現象[13-14]。在此階段的試驗中，關注程度與喜好程度成負相關的原因是生活中傾斜角度為90°的飲水器最為常見，因此容易造成被試者的忽略。相反，傾斜角度偏離90°的飲水器較為罕見，因此容易獲得被試者的注意力。

表 6 7 個保溫飲水器簡化模型指標數據Tab.6 Index data regarding seven simplified models of thermal-insulated drinking water containers

圖 8 保溫飲水器傾斜角度 θ的定義示意圖Fig. 8 Definition schematic diagram of the inclination angle of thermal-insulated drinking water containers

圖 9 7 個隨機排列保溫飲水器簡化模型 AOI興趣區域Fig. 9 AOI regions of seven simplified randomly arranged thermal-insulated drinking water containers

統計所有被試者的主觀平均值后，在坐標圖中標記數據，橫軸θ表示杯身傾斜角度（圖8），縱軸P為評分均值對應得分。通過計算機進行P與θ的多項式函數關系擬合。

如圖10所示，當多項式最高次冪為2次時，擬合優度R2=0.912 7，此時最高點橫坐標為89.21，即當傾斜角度θ為89.21°時，平均主觀評分P最高,此時多項式函數關系為

當多項式最高次冪為3次時（圖11），擬合優度R2=0.914 2，進一步提高。當角度在75～105°范圍內最高點橫坐標為90.29，即傾斜角度θ為90.29°時，平均主觀評分P最高。此時多項式函數關系為

由此可以得出結論：保溫飲水器瓶身傾斜角度越接近于垂直時，其美觀程度越高，但同樣存在易被消費者忽略的情況。這種情況下保溫飲水器不偏向于“厚重的”或“輕巧的”，也不偏向于“穩固的”和“不穩固的”這4種用于描述產品意象的感性詞匯。

圖 10 二次多項式擬合函數圖像Fig. 10 Quadratic polynomial fitting function image

圖 11 三次多項式擬合函數圖像Fig. 11 Cubic polynomial fitting function image

5 結束語

試驗分析得到保溫飲水器的外觀與其杯身的傾斜程度、杯蓋的造型、表面商標的位置相關。因此，在設計保溫飲水器時，在這3方面中應著重進行設計，研究結果具體包括：

a. 在觀察過程中，商標受到的關注程度最高；

b. 同樣造型下，當保溫飲水器的表面商標位于杯身下方位置時，其美觀程度高于位于上方位置時；

c. 杯蓋的造型設計為帶有卡扣、較為復雜精致的結構時，其美觀程度高于簡單的旋蓋結構；

d. 當保溫飲水器杯身越趨向于垂直時，保溫飲水器的美觀程度更高。

本研究以保溫飲水器為例，基于眼動試驗和感性工學原理對產品形態進行設計研究。研究將產品劃分出多個特征區域，通過眼動數據得出不同產品形態特征的不同感性意象的反映，進而得出對于美觀程度影響的優先級排序，再通過控制變量的形式，研究各個形態特征的設計原理。對于較為復雜的特征區域，采用簡化模型的方式，通過眼動數據和李克特量表兩種形式相結合的方式進行進一步探究分析。綜合眼動數據和被試者對樣本的主觀評價，建立對應的產品意象模型，根據實驗數據獲得對產品形態設計要素的整體評價，精準把握用戶對產品的情感化認知，確定產品形態的設計原理，從而得出一套對于產品形態的分析方法，此方法同樣可以適用于其他產品的形態分析。