基于灰關聯分析的器物紋樣關聯性傳承設計方法

楊曉燕，王立婷，王偉偉，岳奇

基于灰關聯分析的器物紋樣關聯性傳承設計方法

楊曉燕a，王立婷a，王偉偉a，岳奇b

（陜西科技大學 a.設計與藝術學院 b.機電工程學院，西安 710021）

為解決紋樣創新對原文物文化內涵繼承性的問題，從文物內涵與設計對象關聯性角度出發，提出一種解決傳統文物與設計因子之間關聯性的設計方法。探析傳統器物紋樣提取與再設計的應用研究思路。首先以文物風格意象為基礎，明確風格意象評價指標，并將其作為參考序列。依據CGM（Conceptual Generative Model）模型對設計因子進行轉化，構建出一級基元、二級基元、子圖案的層次表達模型。通過灰色關聯分析法對設計因子與文物之間進行關聯性分析，利用Matlab計算出各個設計因子與原文物的關聯度，根據關聯度大小排序對各個設計因子進行重要性分析，從而得到一批既符合現代審美又繼承傳統文物特色的設計因子。最后，根據圖案氣質將其應用在適合的產品載體上。以清康熙斗彩瓔珞紋賁巴壺為例，驗證了設計因子與文物之間的關聯性。實現了傳統紋樣的傳承與創新，在一定程度上滿足了現代審美需求。

器物紋樣；灰關聯分析；傳承；圖形演變；文化創意設計

傳統文物作為現代設計元素的重要來源之一，為設計師提供了豐富的設計素材。對特定文物的元素進行創意整合，利用創新的設計手法來表達設計情感，傳統文物深厚的文化內涵給文化創意設計產品帶來了彌足珍貴的附加值。博物館文化產品開發是文創設計的重要價值源泉，挖掘豐富多彩的博物館館藏，將其與現代設計相結合有利于博物館文物的傳承與創新。針對以傳統文物為基礎的文化創意設計領域，文物與文化創意設計之間的關聯性低、紋樣創新與原文物文化內涵脫節等問題，構建出創新紋樣與原文物文化內涵的關聯性設計模型，使傳統文物通過創意設計的手法實現再生和利用。

蔣鵬等[1]通過闡釋、比較等質化研究方法，分析了文創設計中的中國器物精神繼承與再造；薛雯等[2]研究了貴州民間剪紙紋樣在織物上的創新設計；李雪瑞等[3]通過灰色關聯分析法、層次分析法（AHP）和熵權法研究了工業設計方案的綜合評價和排序；閻艷等[4]通過模糊決策圖與灰關聯分析法對槍械設計進行了方案評價。然而，目前在文化創意設計與器物紋樣創新關聯性方面的研究較少，主要表現在3個方面：文化創意設計與傳統文物之間的關聯性低；創新后的紋樣缺乏原文物的文化內涵，導致受眾對設計對象的識別性較低；設計師的主觀意識強烈，導致受眾對文創產品缺乏認同感；設計應用階段出現紋樣氣質與產品載體不符、產品同質化等問題。

1 研究流程

首先，確定目標文物后通過文獻、書目、網頁、史料等渠道詳細搜集文物資料，并構建資料庫。接著從造型、紋樣、色彩、材質、工藝等角度全方位地深入解析文物的視覺效應，并通過調研構建出文物風格意象模型。然后基于文物風格意象提取出有效的設計因子，接著根據CGM模型對提取的基礎設計因子進行變換?？紤]到設計因子是否保留了原文物的含義，通過灰色關聯法對設計因子與文物進行關聯度分析，得到一批既符合現代審美又繼承傳統文物特色的核心設計因子。最后，依據灰色關聯度排序后的一級基元、二級基元、子圖案的層次表達模型設計出最終圖案。以情境為導向，將經過再設計的創新圖案應用在符合文物氣質的載體上，最終生成具有繼承性、共享性、重用性、可逆向推導的文化創意設計方案，研究流程見圖1。

圖1 研究流程

2 器物紋樣關聯性傳承設計方法

2.1 構建關聯性橋梁

目前，面向傳統文物的文化創意設計中的基因提取關聯性較弱。設計因子與原文物之間缺乏相互映射關系，受眾難以對設計對象進行逆向推理，即以文化創意設計產品聯想到原文物。為了提升設計對象的可識別性，需要將設計因子與原文物進行關聯性分析，對設計基因庫進行確權排序，獲得一批權重明晰的設計因子，以便后續的設計應用。在文化創意設計中，針對傳統文物與設計因子的關聯性設計，主要涉及文

物風格意象研究、文物元素的提取創新與文物風格意象的映射、以情境為導向的設計應用三大模塊。設計因子與傳統文物的關聯性體系構建見圖2。

2.2 灰關聯分析原理及流程

灰色關聯度分析[5]（Grey Relation Analysis，GRA）是一種對多因素進行評價分析的方法。一個系統可能受到多重因素的影響，這些因素中哪一個對系統的影響更為強烈、哪一個因素對系統的影響較弱，即所謂的關聯度大小，根據關聯度大小對因素進行排序，最終得到一個可分析的結果。應用灰色關聯分析方法，從整體觀念出發，對受多種因素影響的事物和現象進行綜合評價，將自變量與參考變量的關聯性進行排序，從而得出重要性排序的評價[6]。利用灰色關聯度分析法可以對設計因子進行綜合評價，根據關聯度可判斷出各設計因子與原文物之間的緊密程度，以及對原文物的重要度。灰色關聯分析流程見圖3。

圖2 設計因子與傳統文物的關聯性體系構建

圖3 灰色關聯分析流程

3 研究過程

當下的文化創意設計中，對藏族文化的重視還不夠高，與其有關的產品也為數不多。故宮藏有成千上萬的珍貴文物，賁巴壺作為漢藏文化交融的經典文物，擁有豐富的圖形元素和色彩元素，把藏族傳統的造型、紋飾與漢族的陶瓷燒造工藝結合在一起，是漢族文化和藏族文化藝術融合的證明[7]，具有較高的歷史文化價值和藝術價值，值得去考究和再設計。近幾年，故宮文創推出了許多具有深厚內涵的文創產品，筆者借鑒其優秀的設計手法，以圖形關聯性為基礎，把斗彩瓔珞紋賁巴壺的視覺元素通過歸納、整合、提取與再設計研究，應用在文化創意設計中。

3.1 清康熙斗彩瓔珞紋賁巴壺的風格意象建模

在研究設計因子與傳統文物之間的映射關系之前，需要分析傳統文物的風格意象。為了實現設計對象的可識別性和認同感，在提取階段就保證所提取的局部設計因子能讓受眾聯想到原文物的完整意象[8]。風格意象可視化是文化內涵、氣質韻味在人腦中的映現，通過可視化的方式將數據以圖像形式呈現，建立文物風格意象的3個層次的表達模型：符號層、功用層、內蘊層。符號層面包括色彩、紋飾、比例、造型、節奏、工藝和材質等，是風格意象的外顯基因；功用層是風格意象所起到的作用，鏈接現代審美與傳統文化，使現代設計與傳統文物相融合；內蘊層是風格意象所蘊含的文化內涵和氣質韻味。3個層次之間相互包含、相得益彰。

通過“故宮博物院數字文物庫”、史料、網頁以及《中國古陶瓷圖典》等途徑收集到賁巴壺有效樣本32個，對其從年代造型等維度進行分類，賁巴壺圖例見表1。賁巴壺在康熙、雍正、乾隆3個時期達到頂峰，可以看出其圖案紋樣豐富、造型別致，其中以斗彩瓔珞紋賁巴壺最為出名，現藏于故宮博物院。在清代，斗彩瓔珞紋賁巴壺被皇帝用來賞賜西藏地區的宗教領袖，是多民族文化交融的歷史見證，因此以清康熙斗彩瓔珞賁巴壺作為典型案例來進行研究。

表1 賁巴壺圖例（部分）

Tab.1 Ben pakistan pot illustration column (partial)

第1階段，從符號、功能、內蘊3個層次收集關于斗彩瓔珞紋賁巴壺的陳述詞匯。邀請100人進行用戶調研，其中考古學專業人士14人、設計師10人、美術學研究者6人、主要定位用戶70人，此部分被試者記作用戶組。被試者根據斗彩瓔珞紋賁巴壺的形態、色彩、特點、寓意及用途，使用形容詞對斗彩瓔珞紋賁巴壺進行描述，形容詞可以是單個也可以是多個，形成的意象形容詞集合∈{1,2,3,…,U}。由于個體的差異性，可能會產生很多形容詞，此次共收集到132個感知樣本，除去1—132中的重復或相似詞匯，剩余意象形容詞共18個，得到初始意象形容詞集合′∈{′1,′2,′3…′18}。

第2階段，為了風格的一致性，從用戶組中抽取5名被試者，其中2名為設計專業人士、2名為考古學者、1名為美術學研究者，此部分被試者記作用戶組。利用李克特五點量表法（Likert Scale）對18個詞匯進行意象值評價[9]。評價分值采用5分制，對結果進行匯總，通過綜合數據分析，發現祥瑞的、和諧的、美滿的、典雅的、傳承的、神秘的6個詞匯的均值較高，因此以這6個意象形容詞為最終意象，斗彩瓔珞紋賁巴壺意象形容詞評價見表2。使用相同的方法收集單位設計因子的風格意象，以原文物風格意象為前提，對單位設計因子進行感知評價，得到權重較大的設計因子，要求設計師和用戶群體對設計因子有正確的認知，讓目標用戶參與到設計因子的提取過程中，與設計師共同完成設計因子的提取，將大大提高設計因子的繼承性以及受眾對產品的重用欲望。

表2 李克特量表評分（部分）

Tab.2 Likert scale score sheet (partial)

3.2 基于CGM模型的設計因子提取與演變

CGM模型[10]（Conceptual Generative Model）的轉換包括將形狀語法的轉換規則轉換為參數方程和變量，常見的轉換規則有平移、鏡像、旋轉、對稱、置換、縮放、增刪、錯切、坐標微調等，在設計過程中根據設計因子的特征選取相應的轉換規則，從而形成新的形態。形狀語法的轉換是機械地從一個配置到另一個配置的過程，缺乏選擇機制來確定所產生的解決方案的美學有效性，因此，需結合CGM模型，對器物紋樣進行設計轉換。提取紋樣所需要的規則，并用有限集合來表示，記作∈{1,2,3,…,7}，其中1表示位移，、方向平移；2表示縮放；3表示垂直鏡像；4表示水平鏡像；5表示點旋轉，繞自身中心旋轉，根據設計需要確定旋轉的角度，可以是逆時針也可以是順時針；6表示軸旋轉；7表示圓周陣列。

從圖形元素和色彩元素2個方面對目標對象進行提取，運用感性分析法對色彩元素進行歸納和提取，并分別建立圖形和色彩元素基因庫。在斗彩瓔珞紋賁巴壺的圖形提取過程中，以白色乳釘紋為界，分為8個不同單元，有蓮瓣紋、如意云紋、火云紋等，腹部為獸面瓔珞紋主題圖案。在保留原文物紋樣特征的基礎上，借助Illustrator圖形設計軟件，對選取的元素進行線條化提取，并對提取的基礎圖形進行編碼，一級基元的集合記作∈{1,2,3,…,9}，見表3。

依據CGM模型，在保留原有單元形態可延續性的基礎上，產生新的形態圖案。對I按照規則集合∈{1,2,3,…,7}進行單次或多次變換生成二級基元()，記作∈{1,2,3,…,T}，見表4。

表3 一級基元提取

Tab.3 First level primitive extraction

表4 二級基元

Tab.4 Secondary primitive extraction

對二級基元通過合理的組合、增刪、閉合、添加輔助圖形等手法生成無限可能的子圖案，圓周陣列的小圓代表賁巴壺中的白色乳釘紋，擁有將紋飾分為不同單元的作用，可成為單獨運用的團花紋樣，子圖案的集合記作∈{1,2,3,…,n}。子圖案及編碼見表5。

3.3 基于灰關聯分析的設計因子優選

3.3.1 構建比較序列和參考序列

首先，確定參考序列（母序列）和比較序列（子序列）。參考序列是后續進行關聯性排序的標桿，在解決綜合評價性問題時，參考序列常由比較序列中的最佳值生成。在面向器物紋樣的設計因子優選時，假設有個待評價設計因子，設計師需要選出較有代表性的因子，這些設計因子的優選排序關系到個評價指標。

每個設計因子的比較序列：

X=X()=1,2,…,，=1,2,…,

按照文物風格意象設置參考序列：

=()=1,2,…,

為了使最終設計能體現出原文物的文化內涵以及受眾對文創產品的可識別性，對所提取的圖形因子與斗彩瓔珞紋賁巴壺進行關聯性分析。讓用戶群體對初步提取出的設計因子進行屬性感知。以設計因子是

否保留原文物的含義為前提，邀請用戶組為它們賦值，總分為10分，通過數據處理，取平均值，見表6。表6中的文物意象值（0）根據表2得出，將其作為參考序列。指標一般分為“效益型”和“成本型”，此序列的6個指標均為“效益型”，與比較序列之間為正相關關系，1—9均為比較序列。

3.3.2 數據的歸一化處理

對原始數據進行歸一化處理，在數據處理領域一般也稱作無量綱化，目的是減少數據絕對數值的差異，并統一至一個近似的范圍當中。評價器物紋樣的設計因子有多種評價指標。不同因素的數據之間量綱也不同，所以不能直接拿來比較，常用初值化法和均值化法對數據進行處理，為了方便求解，采取均值化法對各個評價指標的數據進行歸一化處理，將各序列的數值與整條序列的均值作比值：

(1)

根據式（1），將表6中的數據進行無量綱化處理，利用Matlab進行計算，得到矩陣i'：

3.3.3 關聯系數的計算

關聯系數是用來衡量2個系統元素之間的關聯程度，以及參考序列與比較序列在序列曲線中各點的關聯程度。若關聯系數越大，則該比較序列與參考序列之間的關聯程度越大，表明該設計因子與文物的聯系越緊密。在對原始數據進行處理之后，根據式（2）計算關聯系數：

(4)水洗成品砂不但浪費水資源，而且導致大量的粉料變成泥漿隨污水排泄，浪費礦石資源，既不符合國家發展資源節約型社會的目標，更為嚴重的是：成為“廢料”的粉塵不是隨水成為人造“黃河”，就是堆積成山。

表5 子圖案

Tab.5 Sub patterns

表6 原文物意象值與初始設計因子評分

Tab.6 The original image value and the initial design factor score

(2)

在進行關聯度系數計算時，首先提取出參考序列

和比較序列，依次相減分別獲取差值，進而求出最大差和最小差。據此可以求得關聯系數矩陣，其中∈（0，∞），稱為分辨系數，越小，分辨力越大，一般的取值區間為（0，1），具體取值可視情況而定，通常取=0.5。

根據式（2），計算比較序列與參考序列在各個指標上的關聯系數，得到矩陣'：

3.3.4 關聯度計算及排序

計算關聯度。因為關聯系數是比較數列與參考數列在各個時刻（即曲線中的各點）的關聯程度值，所以它的數不止一個，然而信息過于分散將不便于進行整體性比較，因此有必要將各個時刻的關聯系數集中為一個值，即求其平均值，作為比較序列與參考序列間關聯程度的數量表示，平均值r稱為（）與X（）的關聯度：

(3)

式中：為每個向量的維度，也就是每個元素的特征數量。通過關聯度排序得到結果，對子序列與母序列之間的關系進行分析。因此可按照關聯度大小排序得到各設計因子的重要度，反映了設計因子與文物之間的映射程度。

最后，根據式（3）獲取每個設計因子與原文物的關聯度：

r=[0.669 0 0.665 2 0.691 0 0.704 3 0.661 4 0.710 9 0.673 9 0.653 9 0.790 4]

對一級基元與原文物的關聯度進行排序：

9>6>4>3>7>1>2>5>8

同時用相同的步驟對二級基元與子圖案進行灰關聯分析。

得到二級基元與文物的關聯度：

r=[0.678 4 0.665 5 0.530 0.541 8 0.603 2 0.517 5 0.669 0.721 6 0.725 3 0.646 6 0.693 5 0.749 7]

二級基元與文物的關聯度排序:

12>9>8>11>1>7>2>10>5>4>3>6

子圖案與文物的關聯度:

r=[0.639 2 0.804 5 0.579 7 0.752 1 0.674 2 0.716 9]

子圖案與文物的關聯度排序：

2>4>6>5>1>3

從每個設計因子關聯度的大小可以看出設計因子的重要程度，關聯度大的設計因子在后續設計中使用的頻次將會較多，對設計方案也會有較大的影響。根據3組設計因子關聯度大小進行設計創作，其設計結果與原文物之間能相互映射，使設計方案與原文物的聯系更加緊密。

3.4 色彩元素的歸納

文化創意產品設計中，色彩的運用是極為重要的一部分。為了滿足風格、喜好、場合等不同的消費者的需求，同款不同色成為許多產品的設計策略[11]。以下通過2個途徑來進行色彩提取。一是對器物固有色的提取，斗彩瓔珞紋賁巴壺紋樣以紅、黃、綠為主色，色彩豐富絢麗、沉穩端莊，色調冷暖交替，色彩搭配舒適協調，是經典的橙蘭配色，可直接運用到文創的色彩設計中。原文物的配色飽和度和對比度較高，因此色彩提取的第2個途徑是在色彩情感化的引導下，對當下流行色的風格特征進行描述，并對收集到的感知詞匯進行聚類分析。篩選掉意思過于相近的詞匯，將篩選出的詞匯進行問卷調研，得到排名前8的風格特征描述語匯為時尚的、簡約的、百搭的、活潑的、沉穩的、清爽的、溫柔的、現代的。根據風格特征語義詞匯利用李克特量表法對色彩元素進行評價，由此生成色彩分析感官評價圖譜[12]，見表7。

選取評價值較高的色彩因子，在原色值的基礎上進行明度和純度的變化，從而得到一批符合現代審美的色彩基因庫，見表8。

表7 斗彩瓔珞紋賁巴壺色彩感知圖譜

Tab.7 Color perception atlas of Ben Pakistan pot with doucai Yingluo pattern

表8 符合現代審美的色彩

Tab.8 Color in line with modern aesthetics

4 案例驗證

4.1 設計分析

根據設計因子集合∈{1,2,3,…,9}、∈{1,2,3,…,T}、∈{1,2,3,…,C}，以及灰關聯度排序后的設計因子，進行聚合變換。最終得到以灰關聯分析為導向的斗彩瓔珞紋賁巴壺設計因子二次聚合變換創意圖案，見圖4。從圖4中可以看出最終聚合后單位設計因子的位置所在。畫面中心為獸面瓔珞紋，此紋樣同時也是賁巴壺的視覺中心，使其繞獸面瓔珞紋進行不同角度、不同大小的圓周陣列，畫面中的珍珠元素代表文物中的白色乳釘紋，畫面最外延為云紋不同方向的線性陣列，此紋樣也為賁巴壺最高處壺口的紋樣，恰似斗彩瓔珞紋賁巴壺攤開的樣子。畫面與賁巴壺壺體紋樣之間相互呼應，在創新的同時又保留了原文物井然有序的紋樣特征。

為了突出原文物的特征，依據前文提取的原文物的固有色彩因子對其進行配色。根據前文的色彩感官評價衍生出2款配色方案，見圖5。

圖4 設計因子二次聚合變換分析

圖5 衍生配色方案

4.2 以情境為導向的設計應用

文化創意設計總是在特定的情境中產生的，其文創產品的設計也應當融合在相應的情境和氛圍中[13]。收集用戶對該文物文創產品的認知、需求、記憶和聯想等信息，歸納整合后形成一個期望值，設計師通過用戶的期望值根據文物的紋飾、色彩、形態、文化內涵、風格意象等，使不同要素實體化[14]。在用戶需求情境的導向下，找到與文物元素氣質相契合的載體，使紋飾、色彩、形態、文化內涵、風格意象等要素有序地結合起來，提升文化創意設計產物在情境中的氛圍感，進而滿足用戶對文創產品的情感需求、功能需求及重用欲望。最后生成的文化創意設計產物應滿足大情境動態關系，即人—文創產品—環境、文創產品—設計因子—文物之間相互映射、相輔相成。

根據前文對斗彩瓔珞紋賁巴壺認知屬性的分析，在情境導向下將與其氣質相符的產品作為載體，并將圖案應用于現代設計中。在設計過程中結合產品的功能、外形，可進行局部應用或整體應用。色彩是產品風格傾向的第一視覺要素，在原調性不變的基礎上對文創產品進行多方案的配色，同款不同色便于消費者有更多的選擇。基于斗彩瓔珞紋賁巴壺紋樣的文創設計及包裝設計見圖6。

圖6 設計案例

Fig.6 Design case

5 結語

傳統器物紋樣是中華民族的絢麗瑰寶，為文化創意設計提供了豐富的價值源泉，使文創產品具有更深刻的文化內涵。針對文化創意設計中產品與文物之間的關聯度低等問題，通過灰色關聯分析法構建了一種有效保證創新紋樣繼承性的方法模型，提升了受眾對文化創意產品的可識別性，并通過案例驗證了其通用性。期望通過該方法，解決傳統文化元素創新設計中的圖形關聯度問題，使優秀的傳統文化元素得以傳承與發揚，出現更多大眾喜聞樂見的文創產品，使優秀傳統文化元素在藝術設計中熠熠生輝。

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Design Method of Relevance and Inheritance of Utensil Patterns Based on Grey Relational Analysis

YANG Xiao-yana, WANG Li-tinga, WANG Wei-weia, YUE Qib

(a. College of Art and Design b. College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi'an 710021, China)

In order to solve the problem of the relevance between cultural heritage design and traditional object design, this paper puts forward a design method that addresses the correlation between traditional artifacts and design factors from the perspective of the relevance of the connotation of cultural relics to the design object. This paper analyzes the application research ideas of traditional utensil pattern extraction and redesign. Firstly, based on the style image of cultural relics, the evaluation index of the style image are clarified and used as a reference sequence. According to the CGM (Conceptual Generative Model) model, the design factors are transformed, and a hierarchical expression model of primary primitives, secondary primitives, and sub-patterns is constructed. The correlation analysis between the design factors and the cultural relics is carried out by the grey correlation analysis method, the correlation degree between each design factor and the original material is calculated by Matlab, and the important analysis of each design factor is carried out according to the order of the correlation degree, so as to obtain a batch of existing design factors that conform to modern aesthetics and inherit the characteristics of traditional cultural relics. Finally, the design factors are applied to a suitable product carrier according to the temperament of the pattern. Taking the Qing Kangxi Doucai Yingluowen Ben Pakistan Kettle as an example, it verifies the relevance between design factors and cultural relics, as well as the bidirectional reasoning between innovative graphics and traditional cultural relics. It realizes the inheritance and innovation of traditional patterns and meets the modern aesthetic needs to a certain extent.

pattern of artifacts; grey relational analysis; inheritance; graphic evolution; cultural and creative design

TB472

A

1001-3563(2022)10-0239-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.10.029

2021-12-31

教育部人文社會科學研究項目（14YJC760060）

楊曉燕（1982—），女，副教授，碩士生導師，主要研究方向為文化創意設計、視覺傳達設計。

王立婷（1996—），女，碩士生，主攻文化創意設計、視覺傳達設計。

責任編輯：馬夢遙