基于序關系熵權的文化特征提取方法

尚忠安，陳 香

基于序關系熵權的文化特征提取方法

尚忠安，陳 香

(江南大學設計學院，江蘇 無錫 214122)

基于博物館的文創(chuàng)產品開發(fā)過程中缺乏客觀、快捷地對設計要素進行評估和提取的方法，提出針對館藏文物基于序關系熵權法的文化特征提取及應用的設計方法。首先，選取館藏文物對其顯性、隱性特征進行拆解，并建立文化特征釋義表；同時，分析用戶并收集有關用戶體驗的感性詞對，進行聚類分析。其次，將感性詞對和顯性特征可拓展性與辨識度因素作為評估的指標，運用序關系法進行權重分析與綜合評估，求得各類型下的文化特征優(yōu)度排序；在此基礎上運用熵權法計算出代表性的顯性特征并作為關鍵特征。最后，以關鍵特征和特征優(yōu)度為依據，通過元素的交叉、重組、隱喻，產生最終優(yōu)選的設計方案。通過兒童智能點讀筆設計實例，證明該方法在博物館文創(chuàng)產品開發(fā)階段將會提高文化特征提取的效率及設計上的合理性，為博物館文創(chuàng)開發(fā)提供了一種參考方法。

博物館；文創(chuàng)；文化特征；序關系法；熵權法

近年來，我國對于文化產業(yè)給予了更多重視，隨著一系列政策的深入，該產業(yè)已經具備了一定的國際競爭力[1]。博物館及館藏文物因其承載了一個國家、城市、地方的獨特文化與記憶，而體現出成為文創(chuàng)產品開發(fā)主體的可行性與必要性。文創(chuàng)產品的開發(fā)和銷售，除了為博物館帶來額外收入，也能更好地起到文化的推廣和教育作用，實現其社會價值。博物館進行文創(chuàng)產品設計時，無論是強調趣味性還是強調營銷手段，都須將館藏文物作為設計和創(chuàng)新的靈感源泉[2]，保證文創(chuàng)產品具備文化屬性，且和其所代表文化之間保持一致性與關聯性。博物館數以萬計的藏品為文創(chuàng)產品的設計提供了豐富的素材，但僅靠風格元素的糅雜和堆疊，并不足以設計出優(yōu)秀的文創(chuàng)產品[3]。文創(chuàng)產品銷量如何，能否得到市民的認可，取決于設計中能否將文化符號與特定的設計載體相契合。

在以博物館為主體進行文創(chuàng)產品設計的研究中，LIU等[4]基于定性訪談和定量問卷調查，提出博物館文創(chuàng)產品不僅具有象征性作用，而且通過與博物館保持一致性，帶給公眾一種文化認同感；同時，文創(chuàng)產品與博物館中展品相關性越高，其被觀眾接受的可能性就越大。PRAMESWARI等[5]從文化圖式的角度，探討了文創(chuàng)產品的認知過程，并構建了文化識別的框架，即通用模式、情節(jié)輸入和實例化模式。高崇等[6]指出藏品具有系統(tǒng)性并可利用其關聯與組合進行系列化設計。

因藏品中相同題材的系列文物數目較多且復雜度較高，相關文化因子的提取就顯得尤為重要[7]。王偉偉等[8]提出一種鹽土文化創(chuàng)意產品設計思路，從代表性的文物中提取設計因子，并結合眼動實驗關聯與感性工學對因子評價、篩選，最終設計出一套茶具。李爭和王金鳳[9]提出了一種基于模糊集合理論的文化創(chuàng)意產品造型評價方法，通過層次分析法建立了產品造型設計的評價指標體系，模糊評價的實例表明，該方法能有效地反映用戶的滿意度且對設計要素進行分析和篩選能夠提高設計結果的質量。

然而在上述研究中，尚缺乏一種針對館藏資源的設計要素評估與提取方法。作為文創(chuàng)開發(fā)主體，博物館在自身資源的利用上存在模糊性。因此，設計過程中首先要圍繞某一主題對博物館館藏文物進行挖掘，分析得出與設計命題最相符或最具有延伸價值的文化特征，并將文化因素賦予文創(chuàng)產品。該過程通常由設計人員走訪調查獲取，專家給出的意見往往缺少對整個創(chuàng)意產品開發(fā)全程的考慮而具有主觀性。所選取的文化特征，即源于文物內涵與外在的設計元素是產品中表達地域文化的重要因素，并間接決定了設計成果的優(yōu)劣。為此，需要應用科學的方法對其進行分析和評估，避免研發(fā)人員的主觀意愿過強導致文創(chuàng)產品最終不能夠傳達基本的語義。

1 文化特征提取及應用流程

文化特征提取及應用流程如圖1所示，首先基于特定的文創(chuàng)產品開發(fā)主題，通過走訪調查、搜集相關文物信息，將文化特征按照顯、隱性因素拆分，即文化特征釋義。其次，將目標用戶作為分析對象，探究其使用和感受產品的過程，由此得到感性詞匯。博物館文創(chuàng)產品開發(fā)的關鍵是從館藏資源中提取文化特征，因此設計過程的前期階段需要對眾多文化特征進行綜合性的提取。該過程包括：結合感性詞匯及其他指標因素，對文化特征進行優(yōu)度評估，獲得每一類別的代表特征；運用熵權法求得最具價值的文化特征，即關鍵顯性特征?；谔卣魈崛〉慕Y果，指導設計師對文化特征進行設計，即轉化過程。最后，通過兒童文創(chuàng)產品設計實例驗證方法的有效性。

圖1 研究流程

2 館藏文物的文化特征提取及轉化過程

2.1 館藏文物的文化特征提取

2.1.1 文物顯性特征與隱性特征

在博物館文物的設計要素提取中，需全面考慮所評價的文物多方面屬性對創(chuàng)意產品設計結果的影響，如產品外在形態(tài)美度的顯性特征和有關文物自身文化屬性的隱性特征[10]。

文物藏品的顯性外觀承載了人們對于過往文化的直觀體驗，如外形、色彩、材質、肌理、紋樣、圖飾等[11]。通過相關文獻及實地調研，確立了包括形態(tài)、色彩、材質、肌理4個維度的顯性特征。隱性特征則提供了博物館文創(chuàng)產品重要的文化價值，其具有一般商品所不具備的傳統(tǒng)文化內涵。隱性特征包括語義層和內涵層2個維度(圖2)。文物的語義層面反映了其基本意義和精神風貌，是在創(chuàng)作之時融入的特殊感情，觀眾在欣賞文物和瀏覽介紹的過程中能夠有所體會；內涵層面指隱藏在文物背后的語境、典故、歷史等更深層面的文化信息[12]。這些文物背后的故事反映了時代的精神內核，因而需在文創(chuàng)產品設計中集中體現。

2.1.2 文化特征評估指標構建

文化特征提取首先需要建立評估指標，并考慮如下因素：①用戶使用文創(chuàng)產品過程中的態(tài)度和情感偏好，與文化特征感性意象之間的匹配程度：更高的匹配度能避免文創(chuàng)產品語義不明確的問題，用戶在使用中可感受到藏品的內涵和氣質。②特征可拓展性：指在產品設計階段，可以提供方案造型線條、輪廓、色彩等方面拓展性的要素。文物外在形態(tài)越是復雜多變，文創(chuàng)產品的設計就越有據可依，最終結果也更具觀賞性。③特征可辨識度：文化特征是否具體、直觀，易被大眾所了解?？杀孀R度越高，特征代表性與顯著性就越明顯，就更容易在創(chuàng)意產品設計中得以體現，并激起用戶的文化認同感(圖2)。

圖2 顯、隱性特征及其評估指標

由于隱性特征的辨識度和可拓展度不具有外在形式，是一種抽象的內涵意指。因此，對2種隱性特征的評估只考慮感性語義的關聯度，故可拓展性和可辨識度將不納入評價指標中。

最后，對館藏文物的顯性和隱性文化特征進行釋義，列出各個特征的圖例和文字描述。同時，邀請有產品造型設計經驗的設計師，對初步選定的系列文物及文化特征(4組感性詞對及可辨識度、可拓展性)進行打分，分值均采用李克特七級量表。

2.2 基于序關系法的文化特征評估

對文化特征各指標進行分析評估，實現對館藏文物文化特征的提取。提取辨識度高、可拓展性強，且與文創(chuàng)產品用戶情感偏好貼合的文化特征，以保障文創(chuàng)設計結果的合理性。通過主觀賦權法確定權重系數，隨后求得各類型的文化特征的總體評估值，分別進行整理，得到特征優(yōu)度排序[13]。

主觀賦權法包括集值統(tǒng)計迭代法、層次分析法、G1法(序關系法)與G2法等，其中層次分析法與序關系法最為常用，本文采用后者進行文化特征評估。序關系法改善了層次分析法的一些缺陷，能夠做到無需構建判斷矩陣，也無需進行一致性檢驗，從而使計算量大幅減少[14]，且方法可操作性強，評估步驟如下：

(2) 確定重要程度。設專家關于文物文化特征評價指標x–1與x之間的重要程度之比w–1/w的理性判斷為

r=w–1/w,=,–1,…, 3, 2 (1)

其中，r的賦值見表1。

表1 rk賦值參考表

(3) 計算權重系數w，即

(4) 計算各特征總體評估值為

其中，b為文物文化特征各評價指標的數值。

2.3 熵權法確定關鍵顯性特征

不同類型文化特征的最優(yōu)評估結果之間無絕對聯系，若將其直接疊加應用，將會造成設計的不合理，甚至元素間的相互沖突。因此還需要對顯性特征(形態(tài)、色彩、肌理、材質)進行整體評估，明確何種特征最具表征價值，從而將其作為關鍵顯性特征，且在文化特征轉化過程中重點關注。

考慮到主觀權重計算方法不可避免的存在受主觀因素影響的風險，故采用基于差異驅動原理的賦權法，即客觀賦權法，來評估各顯性特征的表征價值。常用的客觀賦權法有均方差法、極差法、拉開檔次法和熵權法。本文運用熵權法，根據指標信息量大小決定相應權重系數，可避免專家主觀因素對指標權重的影響[15]。設X為第個評估文化特征的第項指標(=1,2,3,…,;=1,2,3,…,)。對給定的指標，X的差異越大，其包含和傳輸的信息量就越多，同時對整個系統(tǒng)的影響程度越大[16]。用熵權法進行顯性特征評估的步驟如下：

(1) 將決策矩陣規(guī)范化為=(x)·。

(2) 計算熵權。設第個指標的熵權為e，則有

其中，P為第項指標的第個評估對象的特征比重。

(3) 計算各指標元素的客觀權重

(4) 計算各顯性特征的總體評估值

2.4 文化特征轉化

文物之所以能夠延續(xù)和傳播文化價值，是因為其特征具有符號功能，從而共同構成了文物的文化符號。對館藏文物進行文化特征提取的目的，是將表征文物語義的符號進行重構，并應用于文創(chuàng)產品的開發(fā)上。

步驟1.由熵權法得出關鍵顯性特征的最優(yōu)結果，且作為文創(chuàng)產品造型核心要素。經過特征變異、延伸等操作，同時與其他顯性特征優(yōu)選結果進行交叉、組合式的實驗[17]，形成產品外觀設計方案；

步驟2.利用隱喻、象征與夸張的方法，將隱形特征和產品的使用、交互形式相結合，使其作為一種附加價值而融入文創(chuàng)產品的設計要素中。

3 實例研究

3.1 館藏文物文化特征釋義

基于上述流程與方法，將其應用到實際設計案例中加以驗證，以無錫博物館的館藏品——“文房四寶”作為文創(chuàng)產品開發(fā)對象，設計一種兒童學習用品。經過實地走訪和調查挑選出館藏文物 9件，見表2。根據顯、隱性特征的涵義對文物的文化特征進行釋義。例如：可將樣本文物的文化特征拆分并命名為造型特征11、色彩特征12、肌理特征13、材質特征14以及隱性的語義特征15和內涵特征16，建立館藏文物文化特征釋義表，以便后續(xù)對其評估，見表3。

表2 館藏文物初選

表3 文化特征釋義表

3.2 產品感性意象分析

設計初期，需對目標年齡段(6~12歲)的兒童對于文具產品的態(tài)度和感性意象進行分析，為文化特征的評估和提取提供合理依據。通過查閱書籍和文獻，從網絡平臺用戶評論中搜集能夠表示兒童對文具類用品感性態(tài)度的詞匯223個，剔除其中相似和重復的詞匯，初步選出包括正反面態(tài)度的有效詞匯79個。采用K-Means聚類分析法將感性詞匯分為4類，按其分類選擇與中心歐幾里得距離最近的樣本，分別得到表4中4組詞對。

表4 感性詞對分析

3.3 文化特征提取

3.3.1 文化特征優(yōu)度分析

通過序關系法對文物的各類文化特征進行評估，將4組感性詞對以及特征辨識度、特征可拓展度依次記為1,…,6。如上所述，邀請10位有文創(chuàng)產品設計經驗的設計師對文化特征釋義表中的各特征元素按6個指標打分。以形態(tài)特征為例，將專家對9件文物的形態(tài)文化特征的評分進行平均值和方差計算，結果見表5。

專家對各項評估指標的排序為：趣味的-枯燥的>特征辨識度>特征可拓展度>動感的-沉穩(wěn)的>親切的-冷淡的>新奇的-保守的，建立序關系：2>5>6>1>4>3，比例為：2=1.4，3=1.0，4=1.5，5=1.2，6=1.2。結合式(1)~(3)，得到權重系數1=0.131，2=0.275，3=0.091，4=0.109，5=0.19，6=0.197。專家打分過程具有主觀性，表5中較大的方差值反映了專家對某一指標意見不一、存在爭議。當特征21，41，71的評分結果中出現多項方差大于整體數據的上四分位數2時，則視為不可靠評分，故將其排除。

表5 專家打分表(形態(tài)特征)

將篩選后的打分結果帶入式(4)，得到各文物的形態(tài)特征總體評估值(1=4.8963，3=4.1897，5=4.3654，6=3.9314，8=3.1657，9=3.5725)。其優(yōu)度排序為11>51>31>61>91>81，說明文物宋代獅形石書鎮(zhèn)的形態(tài)特征優(yōu)度評估結果最佳，最適宜運用到兒童文創(chuàng)產品設計中。

同理，運用序關系法對其余的顯性文化特征(色彩、肌理、材質)進行評估處理。在對隱性特征進行評估時，略去了辨識度、可拓展度2個指標，只考慮文物語義和內涵與4組感性詞對的匹配度。對所有文化特征的評估結果見表6。

3.3.2 關鍵顯性特征分析

運用熵權法對4個顯性特征進行評估，分析重要程度。首先按各特征將9件樣本文物的專家打分結果進行平均，重新整理得到表7所示的特征整體評估分值。

表7 各顯性特征總體評估

將分值帶入式(5)~(7)可得6個評價指標的權重為：1=0.107，2=0.147，3=0.126，4=0.120，5=0.100，6=0.396。將評價指標的權重值和各顯性特征的分值代入式(8)，可得各顯性特征的總體評估值：1=3.904，2=3.717，3=3.699，4=3.870。于是得到顯性特征的排序：造型>材質>肌理>色彩，即造型和材質為關鍵顯性特征，所對應的特征11(石獅造型)和74(青瓷材質)最值得運用到文創(chuàng)產品設計中。

3.4 文化特征轉化與應用

基于文化特征提取的結果，為博物館開發(fā)了一款兒童智能點讀筆的文創(chuàng)產品。兒童點讀筆是一種有聲閱讀工具，用點讀筆掃描印刷品上(如讀本、繪本)的隱形識別碼，圖書的內容將以更有趣生動的語音形式呈現給兒童。設計從產品功能和造型2個方面入手，分別對隱性、顯性文化特征加以轉化和應用，以驗證博物館文創(chuàng)產品開發(fā)的新途徑(表8)。

(1) 兒童點讀筆功能。根據前文所述，隱性特征賦予創(chuàng)意產品重要的文化內涵。兒童點讀筆從功能入手，在功能特點、內容玩法、交互方式等方面融入文化內涵。圖3為兒童點讀筆的功能模塊。

結合博物館相關讀物，兒童點讀筆可以作為文化傳播、文化教育的有效載體，成為“可以帶回家的博物館”，更好地向兒童普及文化和歷史知識。將內涵特征的“山水自然”作為產品讀物的主題，通過點讀筆了解文物中體現的自然之美，修身養(yǎng)德；在產品交互方面，設計了互動底座，將點讀筆置于底座，左右扳動筆體，實現播放、重播、暫停的功能，仿佛在和獅子做游戲，體現“生動靈活”的語義特征。

(2) 造型設計。將顯性文化特征的評估結果進行轉化，以2個關鍵顯性特征(74，11)為設計核心元素重點表達；為保證產品造型的和諧與美觀，應根據特征優(yōu)度排序并結合實際情況合理選擇文化特征。在設計實例中，因需要重點表現出陶瓷材質，產品殼體采用仿陶瓷的涂層工藝來還原青花瓷的色澤；同時，為突出“石獅”形態(tài)，將文化特征11的輪廓線條抽象化(圖4)，以簡化后的線條作為文創(chuàng)產品設計的造型元素。

表8 文化特征轉化

圖3 文創(chuàng)產品功能模塊總結

圖4 形態(tài)特征轉化與產品草圖

最后，設計師在色彩特征中分別選擇52和22(咖啡色和深、淺卡其色)，在肌理特征中選擇43的扭曲線條紋理，運用在兒童點讀筆手握處，以增加摩擦力，更適合兒童抓握。最終得到設計方案如圖5和圖6所示，該方法有效利用館藏資源，同時提升了設計效率。

圖5 “錫博靈獅”文創(chuàng)產品效果圖

圖6 產品功能模塊與交互方式

4 結束語

博物館利用館藏資源進行文創(chuàng)產品開發(fā)和營銷，讓文化和展覽內容生動地呈現給公眾，是博物館自身和社會2方面的共同需求。針對某一主題進行文創(chuàng)產品設計，除了要在造型中融入文化符號，還應使其貼合目標人群情感偏好。因此，需將感性因素納入文物特征的評估中。

本文以無錫博物館為例，將序關系熵權法運用到文化特征的提取中。基于序關系法的特征優(yōu)度評估，旨在對特征的表征價值做出初步評判。同時，引入熵權法在文化特征的各個類別間進行決策。2種方法結合使特征提取過程兼具客觀性與科學性，又保證所選取設計元素之間主次分明、互不沖突。

文化特征應用以特征提取結果為設計依據，將石獅造型和青瓷材質作為設計中所要表達的重點內容，依托人機交互手段，使所設計的產品展現出“生動靈活”的語義特征。最終設計實例證明了序關系熵權法能夠有效地進行館藏文物的文化特征提取和轉化，為博物館的文創(chuàng)產品開發(fā)提供了參考。

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Method for cultural feature extraction based on rank correlation and entropy weight

SHANG Zhong-an, CHEN Xiang

(School of Design, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122, China)

In the process of developing cultural and creative products of museums, there is no objective and robust method to evaluate and extract design elements. In this context, this paper proposed a design method for the extraction and application of cultural features from museum artifacts based on rank correlation and entropy weight method. First, select the artifacts to disassemble their explicit and implicit features, and then establish a cultural feature interpretation table. At the same time, analyze the users and collect pairs of sensible words about user experience, so as to perform cluster analysis. Next, the sensible word pairs and the factors of extensibility and discernibility in explicit features were taken as indicators for evaluation. The rank correlation method was used to implement weight analysis and comprehensive evaluation, and the ranking of cultural feature goodness was obtained. Then the entropy weight method was used to figure out the key feature category. Finally, based on the key features and feature goodness rank, the optimal design was generated through the intersection, reorganization and metaphor of the elements. In conclusion, through an example of a smart reading pen design for children, it is proved that this method can improve the efficiency in cultural feature extraction and the usefulness of design, and provides an implication for the development of cultural and creative product of the museum.

museum; cultural and creative; cultural feature; rank correlation analysis; entropy weight

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2020040632

A

2095-302X(2020)04-0632-08

2019-12-26；

2020-02-08

8February, 2020

26 December, 2019；

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項基金項目(JUSRP120109)；江蘇省教育科學13-5規(guī)劃課題(B-a/2016/01/20)

Fundament Research Funds for the Central University (JUSRP120109); Jiangsu Education Science 13-5 Task (B-a/2016/01/20)

尚忠安(1995–)，男，天津人，碩士研究生。主要研究方向為交互設計、人工智能與創(chuàng)新設計。E-mail：joeyzshang@163.com

SHANG Zhong-an(1995–), male, master student. His main research interests cover interaction design, artificial intelligence and innovative design. E-mail: joeyzshang@163.com

陳 香(1976–)，女，安徽天長人，副教授，博士。主要研究方向為系統(tǒng)創(chuàng)新與設計戰(zhàn)略，人工智能與交互設計，設計管理。E-mail：chen6xiang9@163.com

CHEN Xiang (1976–), female, associate professor, Ph.D. Her main research interests cover system innovation and design strategy, artificial intelligence and interaction design, design management. E-mail: chen6xiang9@163.com