基于模糊計(jì)算矩陣的產(chǎn)品智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究

張 萍，孫沛洲

（合肥工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，合肥 230601）

一、產(chǎn)品的審美評(píng)價(jià)

隨著電子信息技術(shù)的成熟和科技創(chuàng)新成果的井噴式發(fā)展，種類(lèi)繁多的技術(shù)產(chǎn)品衍生物進(jìn)入到人們的生活和工作中，工業(yè)產(chǎn)品在這樣的環(huán)境下不斷推陳出新，其涉及的范圍和包含的種類(lèi)也在以驚人的速度擴(kuò)展。與此相對(duì)，在產(chǎn)品涌現(xiàn)的速度與數(shù)量都不斷地膨脹的過(guò)程中，產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈。企業(yè)只有不斷地設(shè)計(jì)創(chuàng)新才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的產(chǎn)品市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟。另一方面，成功地開(kāi)發(fā)出一套產(chǎn)品方案也不再是簡(jiǎn)單的事情，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿(mǎn)足新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，必須要有一套科學(xué)的審美評(píng)價(jià)體系來(lái)幫助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的審美評(píng)價(jià)是工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)模性發(fā)展過(guò)程中較為突出的問(wèn)題，其中主要的難點(diǎn)在于如何解決工業(yè)設(shè)計(jì)的美學(xué)質(zhì)量層級(jí)問(wèn)題，并將審美元素智能化、數(shù)值化地客觀表達(dá)。

產(chǎn)品的審美評(píng)價(jià)，其審美對(duì)象是批量化生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品。產(chǎn)品不同于藝術(shù)品，不僅要有美的內(nèi)涵，更重要的是須具有功能性?xún)?nèi)涵，內(nèi)涵的復(fù)雜性賦予了產(chǎn)品主觀與客觀的雙重特性，這給產(chǎn)品的審美評(píng)價(jià)帶來(lái)了一定的困難。與此同時(shí)，隨著社會(huì)科學(xué)的深入和人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)品在滿(mǎn)足人們功能需求的同時(shí)，日趨情感化和藝術(shù)化，功能性?xún)?nèi)涵和審美性?xún)?nèi)涵逐漸密不可分［1］。如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中全面而系統(tǒng)地確立評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比較和判定，判斷產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的價(jià)值和優(yōu)劣，以期篩選出最佳的設(shè)計(jì)方案，不僅是工業(yè)設(shè)計(jì)師的要求，同時(shí)也是企業(yè)和消費(fèi)者的要求。

二、智能審美評(píng)價(jià)流程

傳統(tǒng)的審美評(píng)價(jià)是主觀的，它取決于審美修養(yǎng)、審美經(jīng)驗(yàn)、思想水平、個(gè)人的生活情感好惡等等。隨著設(shè)計(jì)元素的多樣化和設(shè)計(jì)對(duì)象的復(fù)雜化，單憑設(shè)計(jì)師和管理者的經(jīng)驗(yàn)、直覺(jué)和主觀的評(píng)價(jià)指導(dǎo)設(shè)計(jì)已不能適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)品和用戶(hù)的要求。產(chǎn)品審美評(píng)價(jià)的主要的難點(diǎn)在于如何解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的美學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)，如何將產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的審美元素客觀表達(dá)，如何將這些評(píng)價(jià)結(jié)果量化處理以使評(píng)價(jià)結(jié)果精確、科學(xué)［2］。因此，確立理性的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)漠a(chǎn)品評(píng)價(jià)體系和合理的、科學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品審美評(píng)價(jià)的大勢(shì)所趨。產(chǎn)品智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上構(gòu)建的審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)將傳統(tǒng)評(píng)價(jià)中主觀的、定性的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)中客觀的、定量的數(shù)據(jù)指標(biāo)，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的模糊計(jì)算矩陣，對(duì)這些從產(chǎn)品中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并以此來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)將產(chǎn)品分解為最原始的數(shù)據(jù)公式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣。智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)是客觀而精確的，擺脫了傳統(tǒng)審美評(píng)價(jià)的狹隘性和主觀性，為企業(yè)進(jìn)行方案的篩選和設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)和系統(tǒng)支持。

圖1 審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)流程圖

產(chǎn)品智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)的理論框架如上圖1所示：首先將工業(yè)設(shè)計(jì)所表現(xiàn)出的客觀美學(xué)內(nèi)涵和用戶(hù)的美學(xué)感受提取為形容詞，對(duì)形容詞進(jìn)行同向化處理得到審美元素，初步建立審美元素特征庫(kù)；建立審美評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)不同指標(biāo)對(duì)審美元素進(jìn)行若干傾向化與同一化排序，建立審美元素計(jì)算模型；導(dǎo)入產(chǎn)品的三維模型效果圖及其他數(shù)據(jù)；輸入人工約束和設(shè)計(jì)約束，利用模糊評(píng)價(jià)矩陣對(duì)方案數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析；最終輸出評(píng)價(jià)結(jié)果并對(duì)方案進(jìn)行推薦。

三、審美評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)

1.審美元素特征庫(kù)

審美元素特征庫(kù)是智能審美評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)。特征庫(kù)的構(gòu)建是進(jìn)行審美關(guān)鍵形容詞的提取和定義、建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)審美關(guān)鍵詞進(jìn)行同向化處理和排序的過(guò)程。經(jīng)過(guò)審美元素特征庫(kù)的構(gòu)建，將傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式中的定性評(píng)價(jià)處理為獨(dú)立的形容詞詞匯，為系統(tǒng)對(duì)形容詞匯進(jìn)行定量化處理和計(jì)算做準(zhǔn)備。

審美指標(biāo)的確立是構(gòu)建審美元素的前提條件，形容詞的提取和同向化處理是根據(jù)審美指標(biāo)來(lái)排序的。本文將審美評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定為以下幾個(gè)方面：首先是美學(xué)基本法則——對(duì)稱(chēng)與均衡、變化與統(tǒng)一、尺度與比例、節(jié)奏與韻律、過(guò)渡與呼應(yīng)、穩(wěn)定與輕巧等基本法則；其次是審美的四個(gè)主要方面，分別為形態(tài)美、色彩美、材料美、裝飾美。審美的四個(gè)方面很多都體現(xiàn)了美學(xué)的基本法則，可以說(shuō)，美學(xué)基本法則是審美的基礎(chǔ)，而審美的四個(gè)方面為審美評(píng)價(jià)確立了方向。另外，表現(xiàn)時(shí)效性與特異性的時(shí)代性特征、地域性特征和個(gè)性化等標(biāo)準(zhǔn)，由于其因時(shí)而異、因地而異，在這里不做進(jìn)一步確立。

審美形容詞匯是特征庫(kù)的基礎(chǔ)，其由美學(xué)形容詞經(jīng)過(guò)篩選整合后得到。審美形容詞匯的原型是人們?nèi)粘＿\(yùn)用的主觀美學(xué)評(píng)價(jià)詞匯，如“很舒服”、“較大方”。通過(guò)對(duì)主觀評(píng)價(jià)詞匯同向化處理，得到了審美正向形容詞庫(kù)，如理性、動(dòng)感、柔和等等。經(jīng)過(guò)處理的形容詞匯有很多具有相近意味，如理性與嚴(yán)謹(jǐn)，輕松與舒適，安詳與和諧等。這些詞匯并不重復(fù)，但是在某些標(biāo)準(zhǔn)下表達(dá)程度相近，因此可以歸為一組。

2.審美評(píng)價(jià)指標(biāo)確立

審美評(píng)價(jià)的主要方面為美學(xué)基本法則和材料工藝、色彩、造型和表面裝飾四個(gè)美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。美學(xué)基本法則主要表現(xiàn)在比例和尺度方面，其他法則在四項(xiàng)美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中都有體現(xiàn)。

現(xiàn)在針對(duì)四項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中每項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定二級(jí)評(píng)價(jià)項(xiàng)，如色彩的冷與暖、多與少、明與暗；形態(tài)的方與圓、曲與直、簡(jiǎn)與繁；裝飾的少與多、疏與密；材料的軟與硬、輕與重；等等。這些二級(jí)評(píng)價(jià)項(xiàng)可作為坐標(biāo)軸的兩端，而坐標(biāo)軸的標(biāo)尺為審美形容詞匯。每一格標(biāo)尺并不僅僅有一個(gè)詞匯，而是包含意義相近的一組詞匯，各二級(jí)評(píng)價(jià)軸的尺度比例是相同的，一般分為10格。形容詞匯的排序并不是一成不變的，而是根據(jù)二級(jí)評(píng)價(jià)項(xiàng)的不同而改變。

四、模糊計(jì)算矩陣

審美元素特征庫(kù)中的形容詞詞匯是綜合性的，它單純地提取出了人類(lèi)的情感因子，而這些情感因子的指向性比較模糊，這與人們?cè)谛稳菽臣挛飼r(shí)“好、壞、很差”等等詞匯是相通的，有些詞匯并沒(méi)有層次上的高低，如簡(jiǎn)練與活力，代表了兩種不同的風(fēng)格特征，兩者之間沒(méi)有好壞之分。計(jì)算機(jī)在利用審美特征庫(kù)對(duì)方案進(jìn)行定量化處理和計(jì)算的過(guò)程中，主要運(yùn)用的是基于模糊數(shù)學(xué)而構(gòu)建的“模糊計(jì)算矩陣”，而“模糊計(jì)算矩陣”就是利用集合與模糊數(shù)學(xué)的方法將模糊的信息數(shù)值化，以得到定量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的加權(quán)計(jì)算，分析結(jié)果的評(píng)價(jià)方法?！澳：?jì)算矩陣”增加了判斷的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

在進(jìn)行模糊計(jì)算前，計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)提取的方案基本信息進(jìn)行分析，如尺寸和比例，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品類(lèi)別的基本尺寸、比例和產(chǎn)品約束來(lái)初步判定方案是否符合要求。

在利用模糊計(jì)算矩陣進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要評(píng)價(jià)主體輸入外部約束和設(shè)計(jì)約束。外部約束和設(shè)計(jì)約束也是主觀的。系統(tǒng)采集約束并對(duì)約束進(jìn)行處理，提取關(guān)鍵詞，得到約束的形容詞匯。單一的約束對(duì)應(yīng)單一評(píng)價(jià)項(xiàng)，而約束關(guān)鍵詞是通用的、綜合性的。計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)方案數(shù)據(jù)的計(jì)算，判定方案在某評(píng)價(jià)項(xiàng)坐標(biāo)軸的位置，該位置與約束關(guān)鍵詞之間的相對(duì)距離為方案在該評(píng)價(jià)項(xiàng)下的二級(jí)評(píng)分。

下表為單約束下的M 個(gè)方案對(duì)應(yīng)N 個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)的模糊評(píng)價(jià)矩陣。表格中，第一行為不同的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)，第一列為不同產(chǎn)品方案。X11方案1在標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)1下的評(píng)分結(jié)果。則Xmn為方案M 在標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)N 下的評(píng)分結(jié)果。

表1 方案的審美模糊評(píng)價(jià)矩陣

對(duì)每一個(gè)方案的得分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，得到初始得分。初始得分代表了對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)項(xiàng)的距離，因此數(shù)值越小代表越符合約束要求。為了方便后續(xù)的計(jì)算和處理，一般用10減去標(biāo)準(zhǔn)差，最終得到正向二級(jí)得分。方案在單約束下的正向二級(jí)得分為：

外部約束往往不止一個(gè)，如對(duì)造型的要求是簡(jiǎn)練，對(duì)材料的要求是輕便，對(duì)裝飾的要求是簡(jiǎn)易化；等等。約束之間有主次之分，評(píng)價(jià)主體根據(jù)需要對(duì)所有的外部約束進(jìn)行權(quán)重分配，確認(rèn)重要程度，對(duì)二級(jí)評(píng)分乘以權(quán)重，得出最終的計(jì)算結(jié)果。

針對(duì)復(fù)雜約束，現(xiàn)引入約束的權(quán)重系數(shù)U＝｛μ1，μ2，…，μm｝，權(quán)重之和為1。每項(xiàng)約束的正向得分為A＝｛a1，a2，…，an｝，其中權(quán)重與約束得分一一對(duì)應(yīng)。

從而得到該方案的評(píng)價(jià)集為C＝U＊V＝｛μ1，μ2，…，μm｝＊｛a1，a2，…，an｝＝｛μ1a1＋μ2a2＋…μman｝，C為該方案的最終得分。

總之，智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)和模糊計(jì)算技術(shù)引入產(chǎn)品的評(píng)價(jià)過(guò)程中，將主觀的傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模式替代為定量的客觀的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。審美元素的提取與同向化排列是構(gòu)建系統(tǒng)的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊數(shù)學(xué)為該系統(tǒng)的構(gòu)建提供了技術(shù)基礎(chǔ)。在利用審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行方案評(píng)價(jià)時(shí)，要確保方案模型的精確性和完整性。同時(shí)，人工約束的建立和約束間的權(quán)重分配也需要評(píng)價(jià)主體人工輸入。智能審美評(píng)價(jià)系統(tǒng)是客觀而精確的，擺脫了傳統(tǒng)審美評(píng)價(jià)的狹隘性和主觀性，為企業(yè)進(jìn)行方案的確定和設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)和系統(tǒng)支持。

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