基于設計幾何學的消費類電子產品形態(tài)研究

張銳 張丹芮

關鍵詞：設計幾何學 移動智能終端 產品形態(tài) 人因工程學 用戶體驗

引言

隨著科技發(fā)展，核心技術的運用開始普及，同類產品間功能上的差距化逐漸縮小。產品內部結構與形態(tài)的匹配度，功能與形態(tài)的契合度，成為提高產品設計品質的重要切入點。中國消費電子市場已經進入了快速發(fā)展階段，消費類電子產品的各個方面或多或少都在發(fā)生改變，如產品形態(tài)、功能、定義和情感等。我國現有的消費電子產品種類繁多，但在品質上還有很大提升空間。在消費類電子產品形態(tài)設計中引入設計幾何學的理論，可以使消費類電子產品在形態(tài)上更加符合視覺審美規(guī)律，人機關系更加協(xié)調，提升用戶的使用體驗。

設計幾何學主要研究比例與尺度，通過在產品設計中合理正確地運用設計幾何學原理可以使產品獲得更加穩(wěn)定持久的視覺美感。本文通過分析大量產品形態(tài)設計案例，論證設計幾何學的相關理論對消費類電子產品的形態(tài)設計的指導作用，探尋符合視覺審美規(guī)律的形態(tài)設計原理，尋找人與產品之間的最佳匹配方法，從而提高消費者的使用體驗。

一、設計幾何學

（一）設計幾何學的概念

設計幾何學與數學意義上的幾何學不同，更側重發(fā)現歸納人類視覺層面上和諧與秩序的美感，是設計與幾何學的深度融合。設計幾何學的研究內容包含三個方面：自然界中的尺度與秩序規(guī)律、幾何比例的基本原理和空間視覺分割法則，研究主體是關于比例和構成的視覺關系，即對人類在審美活動中積累的視覺經驗進行研究。設計幾何學運用幾何作圖技巧實現空間的分割，以呈現完美的尺度、比例與序列，因此也是典型的應用幾何學[1]。

（二）設計幾何學在設計中的運用

設計幾何學是合理反映自然形態(tài)規(guī)律的學問，其在視覺以及器物設計中的運用是隨著人類對外在世界探索的過程中出現的[1]，設計幾何學中所蘊含的比例與構成的規(guī)律在各類設計中都發(fā)揮著重要的指導作用。作為產品形態(tài)設計中的一種研究視角，設計幾何學正不斷逐漸邁向系統(tǒng)化。

直到今天我們依舊可以看到一些流行數載堪稱經典的設計，如圖1所示。這些出色的設計作品大部分都符合黃金分割的比例關系，且靈活地運用黃金分割對設計作品進行分析指導，不是機械地套用觀念。設計師在實現產品功能的基礎上，運用設計幾何學對產品形態(tài)的尺度和比例進行優(yōu)化，使產品外形具有更加和諧統(tǒng)一的視覺效果，將產品更好地呈現出來。

二、消費類電子產品的發(fā)展趨勢

尼爾森的調查顯示，近五年來除食品雜貨外，消費者花費最多的產品種類為占比38%的科技通訊類，而其中消費類電子產品是消費者最愿意支付高價的產品，占比達42%。隨著社會發(fā)展與技術成熟，科技和通訊方面的支出上漲成為全球范圍內的普遍現象，移動智能終端作為使用頻率較高的消費類電子產品已不再是高端消費品，而是慢慢成為日常生活的必需品。人們對于消費類電子產品也不再僅限于對功能和實用性的追求，而是強化了產品的舒適性、體驗感和自我價值的實現。

因此在消費類電子產品的設計過程中應更多關注用戶的需求與體驗，秉持以人為本的設計理念。隨著用戶需求的改變，產品設計師逐漸意識到用戶情感在設計中的重要性，對產品形態(tài)、材質與色彩等方面仔細考量，使其在與同類產品在性能上保持一致時，還能擁有更美觀的形態(tài)和更舒適的用戶體驗。

三、設計幾何學與消費類電子產品形態(tài)設計

設計幾何學運用于產品形態(tài)設計所產生的視覺美感、穩(wěn)定性與持久性可以使消費類電子產品的形態(tài)設計更加完善，其帶來的美感歷經時間演變，仍然符合人們的審美需求。究其緣由，設計幾何學為產品形態(tài)賦予的顛覆性變革，與其源于自然、發(fā)展于人類社會、基于大量數據結構的特性是分不開的[2]。

（一）蘋果第一代ipod造型的黃金分割

蘋果第一代ipod的整體造型位于黃金分割矩形中，整個機器有矩形、正方形及圓形組成。這款ipod整體造型可以分為上方的√2矩形和下方的正方形，顯示屏位于上方的√2矩形中且屏幕底邊與下方正方形的上邊重合。整個操作面板位于下方正方形中央，組成按鈕的三個同心圓的圓心位于下方正方形的對角線交點處，轉盤可以以圓心為中心點轉動。中心按鍵既處于正方形對角線中心，還與下方的兩個√2矩形相切，按鍵直徑與按鍵右方√2矩形寬長度相同，非常巧妙。這款產品形態(tài)經典，由此可見設計幾何學作為產品形態(tài)設計的方法歷史悠久且極具影響力，如圖2。

（二）土曼智能手表的尺寸比值

近年來，可穿戴設備逐漸興起并引領了一股新浪潮，涉及領域包括醫(yī)療、娛樂、安全、財務等，目前主要用于健身相關領域，其中智能手表與手環(huán)使用較為廣泛。圖3中這款智能手表形態(tài)簡潔，表盤為正圓形，表盤外唯一的控制按鈕位于表盤中線偏上，將手表分為a、b兩段，且a/b=1.6。a與b相加和為手表正視圖的長度c，且c/a=1.6。將手表位于矩形中，用矩形的上下邊作兩個正方形再畫出其對角線，表盤顯示內容則在對角線相交中心處。以兩個正方形對角線作四條弧線，形成兩個√2矩形，表盤邊緣近似于弧線相切。整體產品形態(tài)簡潔大方不失精巧，體現了設計幾何學理論對產品形態(tài)的指導規(guī)范作用。

四、物與人的尺度考量

設計幾何學是對自然界中事物比例與構成的規(guī)律進行分析的學科，而人作為自然界的一部分，也有自己的尺度，只有符合人體尺度的產品使用起來才更加舒適。出色的外觀會博得消費者第一印象上的好感，但產品的內在使用體驗會對用戶產生更大的影響。人在日常生活中使用頻率較高的消費類電子產品，其用戶體驗便顯得尤為重要。

（一）產品的視覺要素與設計幾何學

視覺是人最重要的感覺。人通過視覺感知外界物體的大小、明暗、顏色、動靜，獲得對機體生存具有重要意義的各種信息，至少有80%以上的外界信息經視覺獲得[3]。隨著智能時代的到來，消費類電子產品中使用率較高的手機、平板等智能設備大屏幕的發(fā)展趨勢已不可逆，人與產品的交互幾乎全部在屏幕上實現，所以交互界面的設計就顯得尤為重要。

1.用戶界面

以智能手機為例，早期手機一般為九宮格或十二宮格的布局形式，用屏幕下方配備按鍵進行操作。觸屏時代來臨后，系統(tǒng)界面布局發(fā)生了很大變化。iPhone打破了以往的界面布局，將界面劃分成顯示常用圖標的上部區(qū)域和擺放重要功能的下部區(qū)域[4]。上下部分之間有明顯的分隔元素，更加便于用戶辨別。

不同系統(tǒng)平臺的智能手機的界面布局需要按照各自的規(guī)范進行設計。iPhone的界面布局經過不斷優(yōu)化，在iPhone6時已經逐漸定型，如圖4所示（各模塊單位為像素px），界面分為上中下三部分，頂部狀態(tài)欄與導航欄用于展示與管理重要訊息，底部工具欄與Tab欄便于用戶對手機進行操作，中間部分為內容的主要顯示區(qū)域，設計師需在此布局的基礎上對界面進行進一步的設計。從圖5可以看出，iPhone6的界面尺寸寬高比為9：16，接近√3矩形，上下兩個圖標的間隔形成的矩形為√4矩形，整個界面的圖標沿中軸線左右對稱、上下對稱，排列規(guī)律。對齊的布局方式能為用戶視線提供一種自然的邊界，增加設計的整體美感；左對齊和右對齊布局能創(chuàng)造出無形的“列”，呈現出一種清晰的視覺暗示[5]。如此可以達到引導用戶視線的作用，有效傳遞信息的同時不失美感和人性化。

2.圖標設計

圖標是用戶進入移動智能終端操作平臺的鑰匙，早期的手機界面上的圖標是以各平臺自主設計的圖形標識為主導，沒有固定的尺寸和樣式，以圖形表明不同的操作或功能。直到2007年iPhone上市，其圖標統(tǒng)一尺寸框，給人以舒適、友好、極富吸引力的感受。所有圖標的尺寸大小遵循著相同的標準規(guī)范，使其視覺效果看起來恰到好處，這個規(guī)范經過了設計團隊反復推敲與用戶測試，才使每一部上市產品都有適度的尺度，無論顯示屏幕大小怎樣改變，呈現的圖標都是適宜的尺度和比例[4]，形成蘋果獨有的符號特點。圖6為蘋果圖標設計規(guī)范，圖標通常在1024×1024像素大小的畫板中進行設計。為了在不同形狀中的設計能達到視覺統(tǒng)一，在使用正方形、矩形、圓形、長方形時還需進行一些調整，其中矩形和長方形都使用接近√2的矩形。在圖標設計中遵循恰當的比例關系進行設計，能使其更符合用戶的審美需求。

蘋果的圖標完全符合柵格黃金比例，視覺效果十分協(xié)調且一整套圖標都保持著高統(tǒng)一性。由圖7可以看出，蘋果的圖標是邊長為1024像素的正方形，四個圓角與正方形邊界形成的矩形為64像素。沿正方形中軸線分開，兩邊分別由三個黃金分割矩形組成，正方形的邊長剛好為三個黃金矩形的短邊長度和或兩個黃金矩形的長邊長度和。不論黃金矩形橫或豎擺放，都與最小的同心圓相切。三個同心圓以正方形對角線交點為圓心。

蘋果圖標中的照片、Safari和時鐘，如圖8所示，是蘋果系統(tǒng)圖標的一部分。照片由八個相同的橢圓組成，以圖標對角線交點為圓心均勻陣列形成，位于最大的同心圓內，每兩個橢圓中軸線形成的角度為45°。橢圓相交的部分為深色，位于最小的同心圓內。Safari的圖標是一個指南針，圓形表盤與最大的同心圓重合，指針位于矩形對角線之上，被另一條對角線分為對稱的兩個顏色，刻度均勻分布。時鐘圖形與時針分別位于兩個同心圓內，分針與秒針伸出的長度相同，秒針尾部延伸出一部分，并以顏色不同于分針區(qū)別開來。作為用戶熟知的蘋果系統(tǒng)圖標，看似普通的圖標包含了豐富的設計幾何學原理，才使其達到了巧妙且自然的程度。

3.品牌LOGO

以蘋果公司為例，圖9中的LOGO同時運用了黃金分割比例和斐波那契數列，將半徑為斐波那契數列（1，1，2，3，5，8，13）的圓相切后得到一系列曲線，這些曲線互相連接后就形成了蘋果公司所特有的標志。蘋果LOGO所包含的規(guī)律展現了理性與美感的結合，也是其擁有辨識度和吸引力的原因，進而達到廣泛傳播且深入人心的目的。

蘋果另一款產品iCloud的LOGO位于一個黃金比例矩形中，如圖10所示，云朵的每一個凸起都是正圓的一部分，其中小圓直徑與同色系大圓直徑的比值為1.618。將設計幾何學融入LOGO設計的方方面面，能使LOGO的表現更加細節(jié)與豐富。

4.網頁頁面中的色彩比例研究

色彩作為用戶瀏覽網頁的第一感覺，會直接影響用戶的閱讀體驗，其次的影響因素才是網頁的布局與結構。色彩比例通常指主色、輔色與強調色這三者間的比例關系，正確把握色彩使用時的比例關系，可以使頁面主次分明、層次清晰、一目了然。

日本設計師まりっぺ曾提出過配色的黃金比例原則，即70%為大面積使用的主色，25%為輔助色，5%為強調色，按此比例做出的網頁頁面所產生的視覺感受會使用戶感到舒適。而占比70%的主色，即網頁背景色，則要盡量避免使用高明度色彩和低明度、高飽和度的色彩，輔助色和強調色應是鄰近色或互補色的關系。

視覺上的強烈對比依靠互補色實現，使用時需要注意使用面積的比例關系，選擇一個顏色大面積使用作為主色，再用小面積的互補色使畫面平衡。如果兩種顏色占比相近，也會給閱讀者帶來不好的閱讀體驗。歌德是19世紀歐洲最偉大的文學家、詩人和色彩學家，他認為色彩的力量取決于色彩的明度與面積。明度是指色彩的明暗、深淺程度的差別，取決于反射光的強弱。除了顏色本身的明與暗之外，不同色相之間也存在著明與暗的差別。歌德由此提出了色量平衡的數字比例，不同色彩之間的明度比例3：7甚至2：8的比例分配原則[6]。按照此比例設計的頁面更符合大眾的視覺審美需求，且能帶給用戶更良好的閱讀體驗。

（二）產品觸覺與設計幾何學

觸覺是用戶與產品實現交互的最主要方式，大部分操作由手完成，而持用手機時用戶手指會直接與界面產生互動以完成操作。合理的界面元素布局會給用戶在操作環(huán)節(jié)帶來更加舒適的使用體驗。

用戶在單手持握手機的情況下，只有部分屏幕是真正容易觸及的區(qū)域。2011年在《Designing Mobile Interfaces》一書中，StevenHoober首次使用了術語“拇指熱區(qū)”，意為“單手持用手機時最舒適的觸摸區(qū)域”。圖11為右手持握手機、拇指進行操作的用戶的手機屏幕點擊舒適區(qū)域示意圖，用戶拇指正對的區(qū)域為最舒適的觸摸區(qū)域，左上和右下角的操作難度則較高，因此工具欄與Tab欄等需要與用戶頻繁產生互動的界面模塊通常放置于屏幕底部。研究拇指熱區(qū)可以為設計師安排圖標位置提供指導，如將常用圖標放在拇指熱區(qū)內，不常用或易產生數據變化的圖標放在熱區(qū)之外。

研究拇指長度可以為智能手機屏幕尺寸及界面布局設計提供參考。根據人體測量數據的運用來確定最大最小準則，為了滿足最大覆蓋面的用戶需求，分別選用男性和女性手部號型覆蓋率最高的數值，再得出兩者的平均值。根據《中華人民共和國國家標準：成年人手部號型（GB/T16252-1996）》可知，全國成年男子手部號型覆蓋率最高的手長為180mm，占比46.35%。男子拇指長Y與手長X1的關系為Y＝－4.96＋0.32X1，得出拇指長為52.6mm。全國成年女子手部號型覆蓋率最高的手長為170mm，占比49.33%。女子拇指長Y與手長X1的關系為Y＝－2.79＋0.32X1，得出拇指長為51.6mm。根據人體測量數據運用準則中的平均性原則，拇指長的參考數據應選用男女拇指長的平均值，即拇指長為52.1mm。因此圖11中手機屏幕點擊的舒適區(qū)域范圍應以拇指長度52.1mm為標準考慮界面的排版規(guī)律，使其在幾何與比例關系的設計上更加合理。

專注于用戶體驗和界面設計研究的機構——UXmatters公開的一份報告中顯示，日常生活中人們主要有三種手機操作姿勢，分別是單手拇指持握、雙手拇指持握和單手食指操作（另外一只手持握），且49%的用戶在一般情況下采用單手拇指操作手機[7]，這一調查結果在如今仍有參考價值。在單手拇指持握的方式下，以拇指掌指關節(jié)為圓心作扇形可以得到拇指的大致活動范圍（圖12中紅線區(qū)域內），超出這個范圍則會增加使用的困難程度。以手指觸及范圍的上方邊緣作水平線將手機分為上下兩個部分，下方為一個√2矩形，√2矩形的長邊a與手機長邊c的比為1：1.6，b與a的比也為1：1.6，兩個比值都接近黃金比例。因此，靈活運用設計幾何學的理論方法對產品形態(tài)進行指導，恰當地把握產品與人體的尺寸、比例關系，能使產品在形態(tài)與使用方面給用戶帶來更好的體驗。

結語

比例存在于萬事萬物之中，將比例與構成的科學理論應用在消費類電子產品的設計中，是藝術與理性邏輯的結合。本文分別從消費類電子產品的形態(tài)與使用兩個方面進行分析，論證設計幾何學的理論對消費類電子產品設計的指導作用。在消費類電子產品形態(tài)設計實踐過程中引入設計幾何學的設計方法，不僅可以幫助我們獲得和諧統(tǒng)一、經久不衰的產品形態(tài)，讓其更加符合審美規(guī)律，還能使人機關系更協(xié)調，提高用戶體驗，對消費類電子產品的長遠發(fā)展有不可替代的積極意義。