基于感性意象的竹集成材坐具設計研究

■胡茜雯

(1.中原工學院機電學院，河南鄭州 451191；2.中原工學院工業設計中心，河南鄭州 451191）

竹集成材是以一定規格的竹條（竹片）為主要構成單元，經碳化、組坯膠壓而制成的改性竹材[1]。竹集成材家具的出現打破了傳統原竹家具制作工藝的束縛，實現了竹家具的批量化加工生產，已成為竹家具市場的主流產品類型。然而，隨著個性化經濟時代的到來，情感體驗已經成為影響消費者購買決策的關鍵因素之一，消費者對家具的情感需求也呈現多樣化和差異化的趨勢[2]。尤其面對現代家具產品造型同質化嚴重的情況，需從消費者審美偏好差異等角度來提高家具的辨識度與吸引力，進而提升企業市場競爭力[3]。感性工學可以通過量化的方式有效挖掘、分析消費者對產品的感覺或情感，結合具體量化方法可以探尋消費者感性意象評價與具體產品造型設計元素之間的映射關系，進而幫助設計人員研發出具有意象感差異的產品[4]。竹集成材坐具是竹集成材家具的典型代表，因此本文以竹集成材椅具（單人）作為研究對象，以感性工學和數量化理論I為理論基礎，探尋影響竹集成材椅具感性意象評價與設計元素的映射關系，有助于設計人員滿足消費者多樣化的情感需求且提高設計效率。

1 研究方法與框架

在感性意象的獲取環節常采用語義差異（SD）法、文本分析等方法，用于探索產品中的隱含感性意象信息[5]。應用感性工學結合數量化理論I、BP人工神經網絡算法、遺傳算法等構建感性意象與產品設計特征的映射模型，已在工業設備[6]、交通工具[7]、空間設計[8]等領域取得了良好的效果。其中，數量化理論I被認為具有較好的實施性和可操作性，通過分析一組設計特征定性變量x（自變量）與一組感性意象定量變量y（因變量）之間的關系，將定性變量進行量化賦值，再利用多元線性回歸分析，建立變量之間的映射關系數學模型，從而實現對消費者感性認知的預測[9]。

■圖1 研究框架

竹集成板材的材料特性和加工特性有別于木材，其家具結構也具有一定特點，針對其產品的外觀設計研究仍有較大深入空間[10]。因此，本文以竹集成材椅具為對象，建立竹集成材椅具樣本空間和語意空間，通過椅具構件和色彩明度分析提取出相關形態設計元素和色彩設計元素，根據感性意象評價結果構建竹集成材椅具設計元素與感性意象的映射模型，并將映射關系進行量化以探尋感性意象風格化設計方向與策略。本文的研究框架如圖1所示。

2 竹集成材坐具感性意象空間建立

2.1 竹集成材坐具樣本空間建立

通過互聯網、商場、書籍報刊等渠道廣泛收集76張常見的竹集成材椅具（單人）圖片形成初始樣本，樣本包含靠背椅、扶手椅等常見的椅具形式，且風格和價位具有一定差異性，同時涉及了竹集成材家具成型的常見加工工藝。對相似度較高的初始樣本進行歸納整理，同時剔除圖像不完整或不清晰的圖片，篩選出29張圖片作為典型樣本。為避免圖像背景造成的視覺干擾，利用圖像處理軟件對29個典型樣本進行去底化處理。邀請12位熟悉該類產品的人員作為被試對象（4位專家級用戶、5位工業設計師和3位市場銷售人員），通過觀察對比并根據主觀理解將典型樣本進行分類。依據被試者的分類頻次統計對樣本進行劃分，結合實際情況最終精選出18個具有代表性且角度較為一致的樣本，如表1所示。

表1 竹集成材椅具代表性樣本

2.2 竹集成材坐具設計元素分析

產品顯性特征的構成元素包含形態、材質和色彩。由于所選樣本均已在材質方面保持一致，因此以下設計元素分析主要從形態和色彩方面展開。

2.2.1 形態設計元素提取

邀請5位具有3年以上相關從業經驗的專業設計人員組成焦點小組，采用形態分析法將產品按照主要形態設計要素結構進行分解，得出靠背構件、座面構件、側支撐構件、腳踏構件和扶手構件是決定竹集成材椅具形態風格的關鍵要素。此外，不同型面加工方式和結構對竹集成材椅具形態特征會產生特定的影響，因此，選取關鍵要素作為設計元素項目進行提取分析，如樣本P1的靠背構件形態為條狀（分離）形式，樣本P14的靠背構件形態為圓（橢圓）形等，即每個設計元素又包含若干設計類目，得到的各設計元素項目和設計類目劃分及編碼如表2所示。

表2 竹集成材椅具形態設計元素項目及設計類目提取

2.2.2 色彩設計元素提取

本色竹集成材在色相、飽和度（純度）上較為接近，其色彩變化主要是由于碳化工藝時顏色的明度會隨著碳化時間的增長而變暗。采用CIEL*a*b*色彩空間（國際照明委員會制定的表色體系）對代表性樣本的顏色明度進行細分，該色彩體系近似人類視覺且具有感知均勻的特性，可通過L*調節亮度而不受色相和飽和度的影響，其色域相較更廣泛。其中L*代表亮度，值為0表示黑色，值為100表示白色；a*代表從紅色到綠色的含量，正值指示紅色，負值指示綠色；b*代表從黃色到藍色的含量，正值指示黃色，負值指示藍色[11]。首先，運用K-means色彩聚類算法分別對18個竹集成材椅具代表性樣本提取主色（1個）。其次，將提取的主色轉換到CIEL*a*b*色彩空間中進行表示，根據18個主色的L*閾值劃分為淺、中、深三類分組，即當67＜L*≤100時，屬于淺碳化；當33＜L*≤67時，屬于中碳化；當0＜L*≤33時，則屬于深碳化。此后，分別計算三組顏色的L*a*b*平均值并取整數，最終確定了淺碳化（L*=72，a*=14，b*=41）、中碳化（L*=48，a*=15，b*=30）和深碳化（L*=23，a*=5，b*=6）作為該類別的代表性色彩。色彩設計元素項目的設計類目編碼如表3所示。

表3 竹集成材椅具色彩設計元素項目及設計類目提取

2.3 竹集成材坐具語意空間建立

感性意象詞對是用于描述消費者對竹集成材坐具心理感受的感性語意尺度。通過查閱網絡資料、書籍和期刊等搜集到與竹集成材椅具相關的多維度感性意象詞匯共119個。考慮到感性意象詞匯在描述中的差異性和全面性，邀請10位具有設計背景的研究人員采用KJ法對搜集到的感性意象詞匯進行屬性分類，并刪除同義詞和低頻詞匯，最后得到出現頻率較高且能準確表達該類含義的詞匯形成了9組感性意象詞對，如表4所示。

王國維也表達過類似的意思，《人間詞話》中說：“詩人對宇宙人生，須入乎其內，又須出乎其外。入乎其內，故能寫之；出乎其外，故能觀之。入乎其內，故有生氣；出乎其外，故有高致。”王國維是從美學角度立言，意思其實是一樣的。

表4 竹集成材椅具感性意象詞對

在所得到的竹集成材椅具代表性樣本和感性意象詞對基礎上開展實驗。實驗包括兩部分，第一部分（實驗1）旨在探討竹集成材椅具形態設計元素對感性意象評價的影響關系。將18個代表性樣本進行去色化處理，依據參試人數與樣本題數的5:1原則[12]，邀請97位消費者或潛在消費者（49名男性，48名女性）參與竹集成材椅具感性意象評價。采用7點李克特量表構建竹集成材椅具感性意象問卷（-3、-2、-1為完全認同、部分認同、略微認同左側的感性意象詞匯描述，0為左右兩側均無認同偏向，1、2、3則為反之不同程度認同右側），實驗1問卷示例如表5所示；第二部分（實驗2）旨在探討竹集成材椅具色彩設計元素對感性意象評價的影響關系。首先，在實驗1感性意象數據分析的基礎上，篩選出代表性樣本中形態設計元素對感性意象評價影響偏向最小的樣本。分別計算得到各樣本在所有感性意象詞對下得分的絕對值，再將各樣本的所得絕對值求和，其數值越接近0則表示該樣本的感性意象評價偏向越小，反之則偏向越大。所得結果顯示樣本P3、P6和P9的絕對值之和顯著偏向0。其次，運用3Dmax軟件構建樣本P3、P6和P9的三維模型，并利用VRay渲染軟件將3個樣本的三維模型分別附以淺碳化、中碳化和深碳化3種表面色彩特征（為避免光線環境和紋理對感性意象評價值的影響，均采用同一側壓紋理和光線環境），如表6所示。邀請51位消費者或潛在消費者（24名男性，27名女性）參與竹集成材椅具感性意向評價，問卷量表設計同實驗1，實驗2問卷示例如表7所示。所有參試人員視力或矯正視力正常，無色盲或色弱者，平均年齡為24.62歲，標準差（SD）為3.827。為避免樣本出現次序對感性意象評價值的影響，問卷樣本順序設置為隨機排列。

表5 竹集成材椅具感性意象評價問卷示例（實驗1）

表6 實驗2中的樣本

表7 竹集成材椅具感性意象評價問卷示例（實驗2）

對收集到的感性意象數據進行分析，將各樣本在不同感性意象詞對下的數值進行平均化處理，得到參試人員對各竹集成材椅具樣本的感性意象評價均值，如表8和表9所示。

表8 竹集成材椅具樣本的感性意象評價均值（實驗1）

表9 竹集成材椅具樣本的感性意象評價均值（實驗2）

在實驗1中，利用SPSS19.0統計分析軟件對得到的感性意象評價均值（表8）進行KMO效度評估和Bartlett球體檢驗，其中KMO值為0.762（＞0.7），表示偏相關性較強；Bartlett球體檢驗中卡方值為200.573（df=36），顯著性p＜0.05，表示各變量有較強相關性，因此所得數據合適做因子分析。使用最大方差法旋轉后篩選出特征值大于1的因子，統計結果如表10所示。根據分析結果取3個因子累積方差貢獻量為94.998%（＞85%），說明可以較好地表達竹集成材椅具樣本的感性意象。

表10 主成分分析數據

采用最大法正交旋轉后的得到因子載荷矩陣，并根據各共同因素中感性意象詞對的因子負荷量大小排序。對各因子中的感性意象詞對進行分析和語義歸納，概括為3個竹集成材椅具感性意象主因子。感性意象詞對“昂貴的-便宜的”（E-C）、“華麗的-樸素的”（G-S）、“個性的-大眾的”（P-P）和“雅致的-粗獷的”（E-S）在因子1中有較大載荷，綜合語義歸納為流行因子；感性意象詞對“突兀的-和諧的”（A-H）、“工業的-自然的”（I-N）和“棱角的-圓潤的”（A-R）在因子2中有較大載荷，綜合語義歸納為風格因子；感性意象詞對“嚴肅的-活潑的”（S-V）和“硬朗的-柔和的”（H-S）在因子3中有較大載荷，綜合語義歸納為情感因子。

在實驗2中，根據表9計算得到淺碳化、中碳化和深碳化3種表面色彩特征在各組感性意象詞對上的得分，如表11所示。

表11 色彩設計元素的感性意象評價均值

3 設計元素與感性意象映射模型構建

3.1 映射模型建立

依據數量化I理論，第s個樣本的感性意象評價值ys與各設計元素類目間存在線性函數關系可以表示為：

式中a(i,j)：——僅依賴于第i個項目中第j類目的常數系數；

εs——隨機抽樣誤差。

參照公式（3）將感性意象評價值與各設計元素類目依次進行編碼，編碼規則依據公式（2），即當第s個樣本具備有第i個項目的第j類目特征時標記為1，反之不具備時則標記為0，則得到竹集成材椅具感性意象評價反應矩陣。

根據所構建的竹集成材椅具感性意象評價反應矩陣，利用最小二乘法并采用SPSS19.0統計軟件對上述模型（公式4）求解，分別得到各感性意象詞對的類目得分、偏相關系數、決斷系數R2、復相關系數R和常數項C等結果，流行因子、風格因子、情感因子與形態設計元素的線性關系分析結果如表12至表14所示；感性意象與色彩設計元素的線性關系分析結果如表15所示。

表12 流行因子與設計元素的線性關系分析結果

表13 風格因子與設計元素的線性關系分析結果

表14 情感因子與設計元素的線性關系分析結果

表15 感性意象與色彩設計元素的線性關系分析結果

3.2 結果分析

分別對實驗1和實驗2的線性關系結果進行分析。其中復相關系數R和決斷系數R2表示預測模型對樣本設計元素和感性語意詞對得分的解釋程度，數值越大則擬合度越好。偏相關系數代表每個項目對感性語意評價的影響程度，數值越大則影響程度也越大。類目得分代表每個設計類目對感性意象評價的貢獻程度和方向，正值表示右側感性語意，負值則表示左側感性語意。

3.2.1 感性意象與形態設計元素（實驗1）

在流行因子、風格因子和情感因子感性意象評價中，復相關系數R均大于0.7，決斷系數R2均大于0.5，說明各模型預測精度較好，可滿足本文研究需要[13]。

在流行因子感性意象評價方面，各設計元素對E-C感性意象的貢獻程度為C3＞C4＞C1＞C2＞C5。以側支撐構件（C3）為例，其類目得分為F34＜F33＜F31＜F32，說明F34（異形）呈現出的昂貴感最強，而F32（梯形）更能呈現出便宜感的意象。僅針對竹集成材椅具昂貴感和便宜感偏向的最優設計元素組合分別為：F15、F25、F34、F43、F53和F11、F21、F32、F42、F51。此外，各設計元素對G-S、P-P、E-S感性意象的貢獻程度、類目得分排序以及最優設計元素組合可同理所得。

在風格因子感性意象評價方面，各設計元素對A-H感性意象的貢獻程度為C3＞C5＞C1＞C2＞C4。以側支撐構件（C3）為例，其類目得分為F33＜F34＜F31＜F32，說明F33（柵格形）呈現出的突兀感最強，而F32（梯形）更能呈現出和諧感的意象。僅針對竹集成材椅具突兀感和和諧感偏向的最優設計元素組合分別為：F11、F21、F33、F43、F52和F13、F23、F32、F41、F51。此外，各設計元素對I-N、A-R感性意象的貢獻程度、類目得分排序以及最優設計元素組合可同理所得。

在情感因子感性意象評價方面，各設計元素對S-V感性意象的貢獻程度為C5＞C1＞C2＞C3＞C4。以扶手構件（C5）為例，其類目得分F52＜F53＜F51，說明F52（單線）呈現出的嚴肅感最強，而F51（無扶手）更能呈現出活潑感的意象。僅針對竹集成材椅具嚴肅感和活潑感偏向的最優設計元素組合分別為：F14、F25、F31、F43、F52和F13、F23、F32、F41、F51。此外，各設計元素對H-S感性意象的貢獻程度、類目得分排序以及最優設計元素組合可同理所得。

對流行因子和風格因子感性意象貢獻量較大的設計元素都集中在側支撐構件（C3）上，這可能是由于現有竹集成椅具的形態差異化多通過側支撐部分設計來體現，人們更習慣性地關注變化構件。所有樣本在G-S感性意象評價上多偏向于樸素感，且在I-N感性意象評價上多偏向于自然感，這可能是由于竹集成材本身保留了較多原竹特征，人們在潛意識中給竹材貼上了質樸無華、自然生態的標簽；在E-S感性意象評價上多偏向于雅致感，這可能由于竹子是中國文人文化的物質載體，竹林七賢等傳統觀念深入人心，因此國人對竹有根深蒂固的雅致印象[14]。在A-H感性意象評價上多偏向于和諧感，這可能是由于竹集成材是由竹條膠合壓制而成，表面紋理方向一致，序列性較強，且雖色彩明度有所差異，但總體色相和純度仍較為統一。在S-V感性意象評價上多偏向于嚴肅感，這可能是由于現有竹集成材椅具的設計多為新中式風格，這也表明在形態和色彩的多樣性上仍有較大設計發揮空間；在H-S感性意象評價上多偏向于硬朗感，這可能是由于竹集成材椅具設計受到加工工藝和成本等因素的制約，多以直線條為基礎設計語言，而曲線需要的熱彎工藝更為復雜，因此在產品中使用比例有限所導致[15-16]。

3.2.2 感性意象與色彩設計元素（實驗2）

由感性意象與色彩設計元素的線性關系分析結果（表15）可知，S-V、G-S、I-N和H-S的復相關系數R均大于0.7，決斷系數R2均大于0.5，說明色彩設計元素僅與以上4組感性意象詞對存在線性相關關系，且模型預測精度較好。色彩（C6）與S-V的相關程度最高，其類目得分F63＜F62＜F61，說明F63（深碳化）呈現出的嚴肅感最強，而F61（淺碳化）更能呈現出活潑感。C6與G-S的相關程度較強，其類目得分F63＜F62＜F61，值得注意的是C6的設計類目得分均偏向樸素感，這多與人們對竹子有經濟環保材料印象有關。C6與I-N的相關程度較強，其類目得分F63＜F61＜F62，說明F63呈現出的工業感最強，而F62更能呈現出自然感。C6與H-S的相關程度較強，其類目得分F63＜F62＜F61，說明F63呈現出的硬朗感最強，而F61更能呈現出柔和感[17-18]。

3.3 模型驗證

將以上映射模型應用于設計案例中對量化結果加以驗證。D企業欲研發一款具有“自然柔和”特點的竹集成材椅具（單人），依據映射模型量化結果，得到自然感和柔和感的感性意象偏向最優設計元素組合。參考推薦設計元素組合展開椅具設計，確定該家具產品設計特征主要為圓（橢圓）靠背構件且形態設計元素較為統一，色彩為淺碳化。將此款椅具的設計元素分解，用集合UX可表示為：UX={F13,F23,F32,F41,F51,F61}，最終設計效果如圖2和圖3所示。

根據公式（1）至公式（3）可得該椅具的反應矩陣AX為：AX={0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0}。依據公式（4）驗證可知，自然的感性意象預測得分為= 1.021 + 1.021 + 0.541 + 0.266 + 0.369 + 0.706 =3.924，柔和的感性意象預測得分為^y柔和= 0.918 + 0.918+0.036-0.192-0.144+0.412=1.948。經模型驗證該設計方案在自然感和柔和感的感性意象評價值得分上均大于0，表示達到偏向目標感性意象。同時，邀請8位消費者或潛在消費者對該設計方案在I-N和H-S兩組詞對上進行感性意象評價，計算得到I-N和H-S的感性意象評價均值分別為1.25和0.75，與兩者的感性意象預測得分指向一致，因此認為該預測模型具有有效性。

■圖2 “自然柔和”特點的竹集成材椅具（單人）設計效果圖

■圖3 “自然柔和”特點的竹集成材椅具（單人）設計場景圖

4 結語

竹集成材家具擁有巨大的市場潛力，探尋差異化的家具設計方向對適應市場多樣化需求極具必要性。利用所構建的樣本空間和語意空間分別確定了竹集成材椅具的形態設計元素和色彩設計元素，再結合數量化理論I建立設計元素與感性意象評價結果的映射模型，并量化得到兩者的線性關系。研究結果表明：采用不同形態設計元素的竹集成材椅具會帶來感性意象評價的差異，如側支撐構件和腳踏構件對流行因子感性意象影響較大，其中柵格形側支撐最具個性感，梯形側支撐最具大眾感和便宜感等；色彩設計元素僅在4組感性意象詞對上存在線性相關關系，其中深碳化呈現出的嚴肅感、工業感和硬朗感最強，中碳化更能呈現出自然感，淺碳化更能呈現出活潑感和柔和感，同時各色彩明度都偏向樸素感。綜上所述，感性意象評價與數量化理論I結合分析竹集成材坐具可以為產品差異化設計提供指導與方向。本文所選擇的參試人員具有一定局限性，后續研究可在參試人員的選擇上進行拓展，如對不同年齡段、文化背景、地理區域等屬性進行分類討論。