創新設計中腦電認知的服飾圖案與感性意象關聯

賈耀程，王美超

(1.運城學院 美術與工藝設計系，山西 運城 044000； 2.北京網田科技有限公司，北京 100193)

隨著感性體驗概念的發展，消費者需求已從生理滿足提升為心理感受的滿足，更加重視感性體驗。感性體驗是一種抽象概念，可理解為對周圍事物的感受潛意識地印刻在大腦中形成的印象[1]，并以感性意象呈現。服飾品作為人類必需品，與人類產生不可忽視的互動，其中材質、面料、款式、圖案、質感等都傳遞著各種信息，影響著用戶的感受及其滿意度。作為民族服飾中重要元素的圖案，是服飾上最醒目的視覺符號[2]，是一種可視靜態空間形式的造型藝術[3]，是圖案創新設計的主要靈感來源之一。因此，站在用戶感性體驗的視角，提出民族服飾圖案及其所傳遞感受(即感性意象)之間的關聯研究，尋求與消費者偏好意象相關聯的服飾圖案，為符合感性需求的服飾圖案創新設計提供依據，為良好感性體驗的創造提供支持。

設計是一種基于認知過程的有目的的人類活動[4]，而作為一種意識活動的意象是基于認知得以外顯和表達。因此，圖案與感性意象關聯的精準性取決于認知的手段。近年來，基于感性認知在服裝中的應用成為研究熱點[5]，當前針對設計對象的感性認知研究主要應用語意差異法(SD)[6-8]或訪談法[9]等心理測量方法，這些手法操作簡單、分析快捷，但易受外界干擾，導致認知效果準確度受影響。因此，基于客觀生理測量的腦電技術成為感性意象認知的新途徑和新趨勢，通過腦電信號準確地體現消費者的認知變化，為理性分析提供數據支持。

本文基于腦電技術展開3個方面的研究：獲取并分析“圖案—感性意象”認知的腦電信號，即腦電圖(EEG)；腦電認知數據結合最大互信息系數(MIC)的感性意象精簡；基于灰色關聯方法的“圖案—感性意象”關聯判斷。

1 苗族服飾圖案藝術特色簡述

為了更好把握苗族服飾圖案帶給人們的心理感受，研究從布局特色、創意特色、表現手法特色及構成特色對圖案進行剖析：在布局方面，苗族服飾圖案布局飽滿、均衡、構圖主次分明，主要圍繞主體紋樣在不同方向、不同視點上重復及變化，畫面豐滿繁密，但繁而不亂且和諧統一。創意主要來源于生活中一切美好的事物或在苗民思想意識中具有靈性、神力或體現自身美好愿意的形象。表現手法多呈現寫實、寫意、夸張、變形、簡化、組合、重復及近似等手法。構成特色有獨立型、適形型、連續型、重復型、對稱型及綜合型等形式。

對于苗族服飾圖案而言，基本紋樣是苗族服飾圖案形成的核心。本文不考慮其他藝術特色的影響因素，僅研究獨立型紋樣所構成圖案的感性意象。但因苗族服飾圖案常以多種紋樣組合形成，獨立型紋樣的感性意象不能完全代表組合圖案的感性意象，故研究側重探討由獨立型紋樣形成的圖案與感性意象的關聯性排序，而非圖案與感性意象一一對應性的探討，以利于獨立型紋樣具有更好的應用適應性。

2 研究流程

2.1 苗族服飾實驗樣本及意象確定

收集苗族服飾圖案的圖片400張，根據圖案相似性分類精簡獲得初始的代表性圖片40張。收集200個能較好體現苗族服飾圖案感受的形容詞，按其含義分為10個類別。通過契合評價法精簡至15個初始詞匯。

基于40張初始圖案樣本和15個詞匯，實施基于語義差異法(SD)的意象認知實驗，收集30名不同領域測試者對圖案的主觀評價并計算均值，經因子分析和聚類分析獲得反映圖案意象的詞匯：豐富的、流暢的、和諧的、吉祥的、自然的、親切的、寫實的及神秘的。

再次運用SD法實施基于40個樣本和8個意象詞的認知實驗，經系統聚類法和K-means聚類法分析后，結合模糊因子評價和聚類分析確定實驗樣本。為了避免其他因素影響，圖案圖片統一尺寸及背景色，制作為實驗樣本，實驗樣本見圖1。

圖1 實驗樣本(作者自繪)

2.2 基于圖案意象認知的腦電實驗

2.2.1 實驗測試者

測試者15名，其中8名具有設計專業背景，7名無設計專業背景，年齡在22～26歲。

2.2.2 實驗材料

8個圖案樣本為啟動刺激材料，8個意象詞為目標刺激材料。

2.2.3 實驗設備及流程

實驗采用Emotive EEG頭戴式裝置EPOC Flex(美國加州舊金山神經科技公司)，此設備共32個電極，采樣率為128 Hz。實驗在安靜且電波影響小的區域完成。在正式實驗之前先進行4組預實驗，以熟悉實驗流程。整個腦電實驗流程見圖2。實驗中腦電儀收集測試者實驗過程的腦電生理信息，并讓測試者做主觀評價問卷，問卷中完全不符合、低等符合、中等符合、高等符合、十分符合分別對應1～5分值。

圖2 腦電實驗流程

2.3 EEG數據分析

2.3.1 時頻分析

應用EEGLAB預處理腦電認知數據，截取樣本出現前500 ms到意象詞出現后的5 000 ms，一共5 500 ms的Epoch進行時頻分析，并以樣本出現前500 ms的腦電波作為基線矯正標準。32個電極的腦電信號頻譜圖見圖3，由圖可知，左、右腦前額部分能量集中，即電極Fp1、Fp2、F7及F8所在區域。

圖3 32個電極的腦電信號頻譜圖

在事件相關光譜攝動(Event-related spectral perturbation，ERSP)中可知，當樣本出現后，電極Fp1、Fp2、F7及F8對應的前額區能量波動明顯增強，且在樣本出現的0～5 000 ms一直持續，且能量波動較為規律。由相位疊加(Inter trail coherence，ITC)可知，高頻部分腦電波在意象詞出現后有明顯能量波動，在樣本消失前1 000 ms左右，高頻和低頻部分均有能量波動。為此，疊加全部試次以獲得時頻圖，并進一步分析事件相關電位(ERP)。通過分析發現，在意象詞出現后0～5 000 ms期間，前額部分出現了明顯的ERP成分。

2.3.2 ERP分析

通過進一步分析樣本出現前200 ms到出現后的700 ms間電極Fp1、Fp2、F7及F8上的ERP平均波形圖可知，電極F7在200～450 ms間出現P300和N400成分；電極F8在200～450 ms間出現N300、N400及P200成分；電極Fp1在200～450 ms間出現P300和N400成分，在450 ms后出現P600等晚期成分；電極Fp2在200～450 ms間出現P200、N350及N400成分，在450 ms后出現P600等晚期成分。研究表明N400是指事件相關電位中峰潛伏期在350～500 ms左右的負向波，N400與人在思考過程中的語義加工以及認知有關。文獻[10]通過分析不同椅子的風格語意，發現了意象認知與N400成分具有相關性。此外，文獻[11]基于腦電的N400成分分析構建了產品意象量化推理模型。可見，N400作為反應一個獨立于刺激格式的語義記憶過程，與意象認知有相關性。

針對N400成分，設定額葉部分的腦區通道為組間因素，意象匹配結果和一項意象為組內因素，進行配對T檢驗，得知意象匹配結果和電極通道均具有顯著的主效應，通過分析各個電極主效應顯著性的最高值，可知F8電極信息與意象關聯度最高，因此確定出F8電極上的N400成分為圖案—感性意象關聯計算的腦電指標。

2.4 腦電認知數據結合MIC的感性意象精簡

為了更好地探究圖案與意象的關聯性，運用最大互信息系數(MIC)進一步精簡意象。將腦電認知數據分段后，疊加不同意象下全部試次的數據，分析N400潛伏期350～500 ms內的波幅變化，并以絕對值表示，N400潛伏期350～500 ms內的波幅絕對值如表1所示。

表1 N400潛伏期350～500 ms內的波幅絕對值

給定m=8,k=8, 所有的數值在x—y平面中進行定位，由x—y軸分為4個區域：左下=LD，左上=LU，右下=RD，右上=RU。歸一化處理后獲得4個區域的數據點頻率，分別為TLD、TLU、TRD、TRU。其中Wij中的i對應左右2個值，j對應上下2個值。由公式(1)和(2)計算出歸一化的腦電認知的最大互信息系數值，如表2。通過系數值識別數據集中具有強大關系的子集，以剔除相關性較小的意象，即“親切的、寫實的、神秘的”，最終感性意象詞被精簡為“豐富的、流暢的、和諧的、吉祥的、自然的”。

表2 腦電認知的最大互信息系數值

(1)

式中：i=1,2,…，m;j=1,2,…,k。

(2)

式中：a、b分別為平面中x、y方向的格子數目，A為變量，A取值范圍為ω(1)

2.5 苗族服飾圖案—感性意象關聯判斷

運用灰色關聯法判斷8個圖案與精簡后的5個感性意象的關聯性，其步驟如下：

①應用MIC計算精簡后的5個意象中第i個意象對應第j個樣本的腦電認知數據的MIC為Wij。將腦電認知的MIC結果矩陣表示為H，感性意象主觀評價的MIC矩陣表示為HΔ，意象詞順序設定為豐富的、流暢的、和諧的、吉祥的及自然的，圖案按圖1所示的樣本序號排列。經歸一化處理后H的參考數列值為H=(10 3 5 7 3 11 2 28)，HΔ參考數列值為HΔ=(3 4 3 4 4 3 4 3)。

②逐個計算圖案與參考序列相應元素間的絕對差值。根據式(3)(4)得出最大值和最小值，min=0，max=1.126 2；minΔ=0，maxΔ=3.676 5。

(3)

(4)

式中：∧為“+”或“-”，g=1,2，…,5;n=1,2,…,8。

③根據式(5)獲得無量綱化數據。根據式(6)計算得到腦電認知的關聯系數glax和意象主觀評價的關聯系數glaxΔ，并計算每個圖案與各個感性意象的關聯系數均值，即關聯序。灰色關聯系數及關聯序見表3。

表3 灰色關聯系數及關聯序

(5)

(6)

式中：ξ為分辨率系數，其取值范圍為(0，1)，通常取值ξ=0.5。

表3中關聯序數值綜合地反映出各個感性意象與樣本的關聯排序，即：6#>1#>5#>4#>3#>7#>8#>2#。關聯性越大的樣本能更好地綜合反映豐富、流暢、和諧、吉祥、自然的感性意象。

3 結束語

通過運用腦電技術解析用戶認知信息的研究方法，在實施苗族圖案—感性意象認知的腦電實驗后，針對腦電認知數據進行時頻分析和事件相關電位分析，確定出F8電極上的N400成分為后續腦電認知信息研究的指標。經過最大互信息系數與腦電認知數據的結合再次精簡感性意象，通過灰色關聯法將精簡后的感性意象與圖案樣本的腦電認知數據進行關聯判斷，獲得苗族圖案樣本與感性意象的關聯排序，得出關聯性越大的樣本越能更好地綜合反映豐富、流暢、和諧、吉祥及自然的感性意象的結論。研究為服飾創新設計中圖案與用戶感性意象需求的高度吻合提供支持，促進服飾感性體驗的用戶滿意度提升，同時對其他民族的圖案的感性意象研究具有參考價值和借鑒意義。