CMFP基因網絡模型驅動的蠟染產品設計

梁煥超 潘偉杰 劉婷婷

關鍵詞：基因表征 CMFP基因網絡 關鍵基因 蠟染 創新設計

引言

蠟染記錄和表達了中國少數民族文化的發展、變化與傳播，蠟染產品創新設計對于蠟染文化保護具有重要意義。但目前蠟染設計存在產品同質化嚴重，傳統文化與現代設計配適度低問題。針對該問題，當下學者引入了基因工程思想，提出“產品基因”的概念[1]。其中一部分學者通過對傳統文化基因的提取、編譯實現傳統文化與現代設計的有機結合[2-4]。部分學者通過研究基因工程原理建立基因模型，有效表達設計過程，實現設計信息準確傳遞及快速重用[5，6]。其他學者利用基因的進化、遺傳原理，利用遺傳算法構建產品族設計基因與目標意象間的映射關系，保證產品進化方向符合用戶期望[7-9]。

以上研究內容傾向于探索單一產品基因的關聯性及其重要性，缺乏運用復雜網絡思想系統性研究產品的色彩、材質、表面處理、紋樣（Color-Material-Finishing-pattern，CMFP）；針對蠟染文化及其與現代設計的適配性研究不足。

綜上，文章提出CMFP基因網絡模型構建方法輔助設計創新。首先確定色彩、材質、表面處理、紋樣的研究范圍，在此基礎上根據可拓基元表征方法構建基因表征模型，實現從產品元素到產品基因的轉變；其次利用Person相關系數衡量基因間的關系，從而構建CMFP基因網絡；最后驗證該模型對蠟染創新的輔助作用。

一、CMFP基因網絡驅動蠟染產品設計流程

文章基于可拓設計理論和基因工程概念系統性研究CMFP基因網絡及關鍵子網絡搭建，從而實現基因組合的優選，設計流程（如圖1）分為3個步驟，①利用可拓基元表征方法對設計知識進行表征，以獲得CMFP基因集；②根據研究內容確定基因網絡的節點，分析節點間的相關性構建CMFP基因網；③通過基因網絡析出基因的宏觀知識，根據群集系數挖掘關鍵子網絡，輔助產品方案優化。

二、CMFP基因網絡驅動蠟染產品設計方法建模

（一）可拓基元表征理論

利用表征方法對產品色彩、材料、表面工藝、紋樣進行“編碼”的過程稱為表征，通過表征方法可將這些產品元素轉化為產品基因。本文基于可拓基元表征理論實現設計知識的表征。可拓基元表征方法是利用基元模型形式化描述設計過程中事、物、關系和知識的方法，其中基元（用符號B表示）作為描述事物的基本元，是事元、物元、關系元的統稱[10]。通過有序三元組完成設計知識的質與量、動作與關系的統一，如式所示。

（二）CMFP基因網絡構建方法

產品CMFP基因網絡是基于圖論理論建立的無向圖，將色彩、材料、表面工藝、紋樣等元素轉化為設計節點，以節點之間的關聯性為邊構成網絡形態，實現基因間的作用機制可視化。產品CMFP基因網絡構建方法如下：

①確定形成蠟染意象的產品CMFP基因。組織實驗人員（設計從業者和普通用戶）觀察目標產品，利用里克特量表法篩選出具備蠟染意象的產品，通過分解獲得產品的CMFP基因集。

②分析基因之間的關聯性。采用Person相關系數衡量節點間的相關度，其結算公式如式所示：

其中X和Y表示的兩個不同基因的取值， 和表示兩基因的均值，r表示Person相關系數，r越接近1或-1，相關度越強，反之越接近0，相關度越弱。

③建立CMFP基因網絡。記蠟染意象基因記為W，與蠟染意象相關的任意一組CMFP基因所構建的網絡是基因網絡的一個子網，記為Gw1。多個子網共同組成CMFP基因網絡。其構建過程如圖2所示，其中圖 2a表示組成蠟染意象的產品基因集合；圖 2b是由一組CMFP基因與蠟染意象之間關聯性構建的子網Gw；圖 2c是結合多個子網形成的CMFP基因網絡Ge（Ve，De）（Vei表示Ge中任意節點，Dei表示Ge中任意一條邊）。

三、CMFP基因網絡驅動蠟染產品設計實踐

以加濕器為例（圖3）進行論述考慮該實例作為研究對象是因為：①造型簡單。大部分日常用加濕器外觀都是簡單的幾何形狀，對產品意象影響有限，滿足文章針對產品色彩、材料、表面工藝等要素的研究要求；②研究同時考慮加濕器色彩、材料、表面工藝、紋樣，具備復雜設計特征，可用于檢驗CMFP基因網絡輔助設計的有效性。示例圖中包含各部分的CMFP參數、橫向、縱向共16個參數來描述產品外觀。

（一）確定加濕器CMFP基因

1.紋樣基因：蠟染紋樣是最具備蠟染意象辨識度的元素之一，主要包括花、鳥、魚、蟲、人物、器皿等紋樣，記錄了少數民族文化發展歷史、信仰崇拜、審美風格等。是體現蠟染意象最重要的元素因此在蠟染創新中要保留蠟染紋樣及其繪制風格。根據紋樣形成規則建立蠟染紋樣表征模型，對紋樣進行表征形成紋樣基因（圖 4）。

2.色彩基因：蠟染是苗族世代傳承的傳統技藝。最初發展受環境、物質條件影響，蠟染產品的染色材料大多采用成本較低的藍草（如蓼科的蓼藍、十字花科的菘藍、豆科的木藍），因此在蠟染創新中不應局限色彩選擇。本文將植物染的色彩元素作為本次研究的色彩來源。植物染料在中國紡織品的使用中歷史悠久，運用廣泛，其中某些色彩特征已經積淀為一種文化代表[13]。提取出傳統植物染色彩特征能夠為蠟染文化附加新的色彩文化。

（二）加濕器CMFP基因網搭建

通過分析節點知識與關鍵基因組的挖掘，獲得4點設計方向：

⑴設計優先考慮3個關鍵基因（m2，c2，h1），分別代表水箱外露部分的材料、色彩以及加濕功能區域的高度。其中m2和c2影響加濕元件的材質和色彩選擇，為獲得更加創新的設計，可增加關鍵基因的取值范圍。

⑵代表加濕器縱向尺寸的h1和h2都具有高敏感性，表明其比例對產品的影響較大。同時，h1/h2的值反映A1與A2面積比例，對產品意象的影響較大；且與p2、m1、m2、c2相關聯，考慮協同設計；此外對于次要節點，設計時可預先固定參數值，以降低設計復雜程度。

⑶通過對關鍵基因組的挖掘，析出關鍵基因組，D1{c2，f2，m1，h2，p2}，該基因組之間的聯系較強，考慮從基因c2切入對產品進行優化設計。

⑷被動節點。有3個基因屬于被動型，受其他基因的影響較重，設計效能較強，但設計主動性叫較弱，在設計中可降低該節點吸引性，以達到烘托關鍵基因的目的

2.產品優化

產品優化目標是具備蠟染意象同時要超過用戶的心理閾值。基于上訴析出的知識對產品進行優化，優化流程如圖 8所示，其中：

⑴優化水箱位置。通過提取蠟染工藝元素，確定大體設計方向以體現“染”的意象為主。其中利用加濕器的濕氣“染”出紋樣的方式最能反映出“染”的意象，基于此將水箱位置界定在上方。

⑵優化水箱表面的材料和高度。根據上訴節點知識可知，加濕器水箱材料和加濕元件區域高度與產品的“蠟染意象”之間是強相關關系，其中元件區域高度影響水箱高度，水箱材料的選擇決定元件區域的材料和表面工藝，所以綜合考慮這6個設計元素。根據前文“蠟染”意象打分原則篩選出得分高的樣本。

⑶優化水箱區域的紋樣和色彩。蠟染的紋樣被賦予了特殊的文化意義，根據實例載體選擇合適的紋樣類型，例如魚紋、植物紋。由于大部分魚紋和植物紋對產品最終意象的影響具有積極效果，該部分可根據用戶偏好進行定制。此次優化選用雙魚紋樣。

⑷優化加濕元件區域色彩。附加上訴中高分樣本的色彩，結合傳統蠟染色彩意象及創新目標對其進行優化。

⑸優化出霧口。出霧區域與產品“蠟染”意象的關聯性較低的，其材料選擇應適應于整體風格。出霧口的設計由出霧效果決定。

⑹最終方案使用前后效果圖。方案采用遇水變色材料，絲網印刷工藝，利用產品產生的濕氣改變涂層顏色，從而顯現出產品紋樣。采用里克特量表法評價該方案是否具有蠟染意象，通過計算該方案的“具有蠟染內涵”的意象度達到81.77%，驗證了CMFP基因網驅動蠟染創新是可行的。

結論

文章提出了一種有機結合蠟染文化與現代設計的方法。并根據網絡析出知識輔助蠟染產品設計，驗證了CMFP基因網絡的有效性。采用方差分析、集群系數實現知識析出與關鍵基因組挖掘，通過CMFP基因網絡形式化表達設計要素間的潛在關系，從而降低創新設計的維度。文中對產品方案的評價以產品整體意象是否具有“蠟染內涵”為原則，評價方式偏主觀；以人工優化方式驗證基因網絡輔助創新的積極性不夠完善。所以下一步的工作重點是實現析出知識的智能優化應用以及評價體系的完善。