人工智能技術(shù)介入家具設(shè)計的現(xiàn)狀、問題和應(yīng)對策略研究

黃 河 唐婉瑩 史 逸

（常州大學(xué)美術(shù)與設(shè)計學(xué)院,江蘇 常州 213159）

近年來，隨著人工智能技術(shù)與工業(yè)設(shè)計的不斷融合發(fā)展，設(shè)計步入了“工業(yè)4.0”的新時代。在家具設(shè)計領(lǐng)域中，傳統(tǒng)設(shè)計方式也正發(fā)生著深刻的變化，從傳統(tǒng)的設(shè)計師創(chuàng)作轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計師與大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、機器設(shè)計等結(jié)合的人機合作新興模式[1]。在這一時代背景下，設(shè)計師創(chuàng)作與人工智能設(shè)計的差異在哪里、設(shè)計師未來的角色是什么、設(shè)計師如何應(yīng)對人工智能技術(shù)所帶來的機遇與挑戰(zhàn)，都將成為家具設(shè)計領(lǐng)域新的熱點問題。針對上述問題，本文闡述了人工智能技術(shù)在家具設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀及帶來的設(shè)計變革，分析了人工智能技術(shù)在家具設(shè)計中的優(yōu)勢和局限，探討了人工智能技術(shù)介入家具設(shè)計背景下設(shè)計師的應(yīng)對策略，以期為人工智能背景下的家具設(shè)計創(chuàng)新提供思路。

1 人工智能與家具設(shè)計

1.1 人工智能技術(shù)在家具設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

人工智能（Artificial Intelligence，AI）的發(fā)展最早可以追溯到1936 年艾倫?麥席森?圖靈（Alan Mathison Turing）發(fā)表的《論數(shù)字計算在決斷難題中的應(yīng)用》，該文設(shè)想了一種將數(shù)學(xué)算法與機器結(jié)合的理論，并為早期人工智能技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)[2]。隨著近年來數(shù)據(jù)處理與計算科學(xué)的高速發(fā)展，人工智能技術(shù)開始逐漸滲透于各個行業(yè)，并初步在家具設(shè)計中展開嘗試，取得了一定進展。一方面，基于深度學(xué)習(xí)、生成式對抗網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的人工智能具備一定的創(chuàng)造力[3]，此類人工智能可以通過程序設(shè)定學(xué)習(xí)某一領(lǐng)域的知識，并依照設(shè)計需求和約束條件完成設(shè)計創(chuàng)作。設(shè)計師將設(shè)計信息輸入機器中，然后人工智能通過深度學(xué)習(xí)來辨別和處理家具設(shè)計的各種語義，最后機器通過設(shè)計師設(shè)定的條件生成作品。另一方面，人工智能技術(shù)可以輔助創(chuàng)作，在設(shè)計師對某些知識不足或缺失的情況下，人工智能輔助設(shè)計可以使產(chǎn)品在程序的優(yōu)化中形成結(jié)果的最優(yōu)解[4]。例如，設(shè)計師Joris Laarman利用人工智能軟件設(shè)計了椅子《Bone Chair》。軟件模擬動物骨骼生長方式對工程結(jié)點進行優(yōu)化計算，通過設(shè)定的a.坐姿、b.椅子與地面的三個接觸點、c.椅子的荷載閾值三個初始條件，在不斷的迭代運算中形成類似骨骼系統(tǒng)的造型，其過程如圖1 所示。

圖1 人工智能迭代優(yōu)化椅子工程結(jié)點的設(shè)計過程Fig.1 Artificial intelligence iteratively optimizes the design process of chair engineering nodes

1.2 人工智能技術(shù)帶來的設(shè)計變革

縱觀人類的設(shè)計發(fā)展史，在不同的時代契機下，設(shè)計方式也會相應(yīng)地呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)形態(tài)，而每一次的設(shè)計變革都受到科技發(fā)展浪潮的影響。如今，以人工智能等先進技術(shù)所形成的“第四次工業(yè)革命”，帶來了新一輪的設(shè)計變革[5]，傳統(tǒng)的設(shè)計工具、方法、范式開始逐漸發(fā)生改變，具體如表1 所示。其一，傳統(tǒng)的設(shè)計工具開始轉(zhuǎn)向數(shù)字化，設(shè)計師通過人工智能技術(shù)視覺化呈現(xiàn)設(shè)計方案，如3D模型構(gòu)建、動畫渲染等。其二，設(shè)計師不再拘泥于問卷調(diào)查、用戶訪談等傳統(tǒng)設(shè)計方法去尋找需求點，而是介入產(chǎn)品的整個生命周期，通過數(shù)據(jù)反饋，利用人工智能技術(shù)自動生成用戶畫像（Automatic Persona Generation，APG），從而形成以用戶經(jīng)歷為中心，不斷升級優(yōu)化的設(shè)計循環(huán)。其三，以人工智能技術(shù)所形成的新設(shè)計方式使設(shè)計師不再局限于傳統(tǒng)的方案構(gòu)思，而是通過與人工智能的合作，構(gòu)建具備自動設(shè)計能力的系統(tǒng)，形成一條自動化的生產(chǎn)線，生成批量化的設(shè)計方案[6]。

表1 傳統(tǒng)設(shè)計與人工智能設(shè)計的比較Tab.1 Comparison between traditional design and artificial intelligence design

2 人工智能技術(shù)介入家具設(shè)計的優(yōu)勢和局限

2.1 人工智能技術(shù)在家具設(shè)計中的優(yōu)勢

2.1.1 高效的數(shù)據(jù)處理能力

人工智能技術(shù)具有強大的運算能力，在家具設(shè)計活動中可以更加高效地處理和分析數(shù)據(jù)[7]。首先，在設(shè)計前期一些重復(fù)性的數(shù)據(jù)獲取和處理工作，如用戶需求調(diào)研、用戶偏好分析等，依靠人工智能高效的數(shù)據(jù)處理能力可以節(jié)省設(shè)計師的時間，使設(shè)計師有更多的精力聚焦于家具設(shè)計的創(chuàng)意，從而縮短家具的設(shè)計周期。其次，從大數(shù)據(jù)中獲取的用戶行為數(shù)據(jù)，通過智能分析整理可以更精確地了解到用戶的需求和偏好。最后，人工智能還可以將大部分人類的生理感知信息數(shù)據(jù)化，更好地分析用戶與家具之間的人機關(guān)系，使家具設(shè)計更符合人體工程學(xué)、實用并且舒適[8]。例如，國內(nèi)設(shè)計師張周捷利用人工智能技術(shù)設(shè)計的"Sensor Chair"，通過由彈簧相連的66個傳感器實時讀取用戶坐姿的各項動態(tài)數(shù)據(jù)，計算機基于數(shù)據(jù)的變化會自動生成無窮多的座椅形態(tài)并實時顯示在屏幕上（圖2）。這種基于用戶坐姿數(shù)據(jù)實時生成的座椅不僅具有獨特性，也更符合個體的人機工程尺寸差異。相比之下，傳統(tǒng)的人體測量多依賴靜態(tài)的、統(tǒng)計學(xué)的、耗時費力的、反應(yīng)滯后的數(shù)據(jù)處理工作。

圖2 利用人工智能技術(shù)的數(shù)字“傳感椅”生成過程示意圖Fig.2 Schematic diagram of digital "Sensor Chair"generation process using artificial intelligence technology

2.1.2 高產(chǎn)的方案生成能力

對于許多設(shè)計師來說，家具創(chuàng)新設(shè)計是一個從“0”到“1”的過程，設(shè)計師往往需要冥思苦想、耗費大量腦力，才能得出幾個備選的方案進行挑選。但是，對于人工智能來說，家具創(chuàng)新則是從“1”到“∞”的過程，人工智能可以依靠強大的運算能力，從互聯(lián)網(wǎng)的海量素材中選取元素，通過算法生成豐富而無窮的作品，完成設(shè)計從提出到結(jié)果產(chǎn)生這一閉環(huán)只需幾秒鐘[9]。例如，設(shè)計師Philipp Schmitt和Steffen Weisss使用生成式對抗網(wǎng)絡(luò)（Generative Adversarial Networks，GAN）開展的椅子設(shè)計項目"ChAir"，如圖3所示。系統(tǒng)由判別圖片是否像椅子和自我學(xué)習(xí)生成椅子模型的兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，通過對椅子設(shè)計數(shù)據(jù)的自主學(xué)習(xí)就可以即時生成千百種方案，而這樣的設(shè)計方案數(shù)量是人工設(shè)計無法想象的。

圖3 "ChAir"大量設(shè)計方案的產(chǎn)生過程Fig.3 The generation process of a large number of design schemes of "ChAir"

2.2 人工智能技術(shù)在家具設(shè)計中的局限性

2.2.1 被動的創(chuàng)造性

現(xiàn)階段的人工智能還處于弱人工智能階段，實際上并不具備真正的創(chuàng)造力，其所謂的“創(chuàng)造力”往往依賴于程序設(shè)計者預(yù)先輸入的信息和制定的運算程序，生成的作品也只是輸入的程序和數(shù)據(jù)處理的邏輯結(jié)果[10]。與設(shè)計師相比，人工智能是通過不斷的學(xué)習(xí)來模擬人的創(chuàng)作，從而達到語言上的相似，其本質(zhì)上并不能主動思考、自主地提出問題和創(chuàng)造性地解決問題。

2.2.2 算法的局限性

家具設(shè)計是感性和理性相互結(jié)合的產(chǎn)物，除了造型、色彩、人機等要素之外，還包含著人的情感、地域特色和民族文化等多重因素。人工智能設(shè)計并不是情感驅(qū)使下的創(chuàng)作活動，作品只是在人類所定義的規(guī)則下，通過算法被動地輸出結(jié)果。因此，人工智能設(shè)計作品的過程中不會受到人類的非理性因素和偶然因素的情感主導(dǎo)，而這也導(dǎo)致了家具設(shè)計中的感性表達被人工智能本身算法所“局限”。此外，人工智能也不具有人的社會屬性，對人類所形成的地域文化和社會因素缺乏理解和共鳴，不會去思考如何通過一件家具設(shè)計來傳承和發(fā)展地域文化，生成的作品難以被賦予深刻的文化內(nèi)涵。設(shè)計師與人工智能的特征比較見表2。

表2 設(shè)計師與人工智能設(shè)計比較Tab.2 Comparison between designer and artificial intelligence design

2.2.3 數(shù)據(jù)包容性的欠缺

對人工智能技術(shù)下的家具設(shè)計而言，其作品是在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上生成的結(jié)果，設(shè)計服務(wù)的對象大部分是信息時代用戶。盡管利用人工智能技術(shù)可以獲取和分析海量的用戶數(shù)據(jù)，但對于落后于數(shù)字化時代的弱數(shù)據(jù)群體或社會中的少數(shù)群體，如兒童、老人、殘疾人等，人工智能的算法很可能會忽視或者遺漏該部分特殊群體，難以全面，在最后生成的作品中則會出現(xiàn)偏差[11]。

3 人工智能技術(shù)介入家具設(shè)計背景下設(shè)計師的應(yīng)對策略

人工智能技術(shù)介入家具設(shè)計使得原有的設(shè)計模式將發(fā)生巨大的變化，盡管人工智能能夠取代設(shè)計師繁重的基礎(chǔ)工作，但那些依賴主動創(chuàng)造和想象力、需要考慮感性和人文社會因素，以及用戶中心的設(shè)計過程仍然是設(shè)計師的主要陣地。因此，設(shè)計師應(yīng)及時轉(zhuǎn)變思維，充分發(fā)揮人的主觀能動性，實現(xiàn)設(shè)計師與人工智能的優(yōu)勢互補、協(xié)同創(chuàng)新[12-13]，具體途徑如圖4所示。

圖4 人工智能技術(shù)介入家具設(shè)計下設(shè)計師的應(yīng)對策略與途徑Fig.4 Strategies for designers to cope with the involvement of artificial intelligence technology in furniture design

3.1 關(guān)注審美特點和用戶差異

在現(xiàn)實生活中，受內(nèi)外因素（年齡、性格、習(xí)慣、社會意識和時代背景等）的影響，個體對“美”的定義往往大相徑庭，這種差異具有普遍性、相對性和多層次性。譬如，在現(xiàn)代家具設(shè)計中基于不同的用戶需求存在著賽博朋克、極簡主義、性冷淡風(fēng)等不同風(fēng)格類型的產(chǎn)品[14]。同時，在不同的社會群體之間也有著不同的審美傾向。例如，以年齡差異來看，兒童時期具有好奇、模仿的天性，他們更傾向于選擇具有自然親和力的造型、豐富多彩的圖案以及趣味化的家具產(chǎn)品；青年群體則更喜愛多功能、舒適、智能化的家具產(chǎn)品；而對于老年群體來說，他們更偏愛安全舒適、易用耐用的家具產(chǎn)品[15-16]。

在設(shè)計過程中，設(shè)計師可以利用人工智能技術(shù)來針對用戶審美特點和需求差異，比如通過機器學(xué)習(xí)語意與設(shè)計要素（功能、材質(zhì)、色彩等）之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，創(chuàng)建設(shè)計元素庫，通過輸入目標(biāo)用戶的偏好和使用需求，讓系統(tǒng)提取關(guān)鍵特征并快速生成多種設(shè)計方案，在此基礎(chǔ)上設(shè)計師進行篩選和細節(jié)優(yōu)化，以滿足不同用戶的需求。

3.2 扎根地域文化和社會因素

家具設(shè)計除了滿足人們實用性需求以外，還成為了特定時期社會精神和物質(zhì)文化的象征之一。對于設(shè)計師來說，家具不僅僅是一件產(chǎn)品，也是設(shè)計師的自我表達，它除了解決人的需求以外，還蘊含設(shè)計師對文化要素和時代背景的理解[17]。譬如，中國明式家具以線塑型，表達出剛?cè)嵯酀?、渾厚雋永、富于節(jié)奏感和韻律感的藝術(shù)效果；哥特式家具則呈現(xiàn)出整體豎直向上的形態(tài)，突顯出西方宗教的莊重肅穆和神圣之感，而這些文化內(nèi)涵正是家具設(shè)計過程中需要設(shè)計師去深究的[18-20]。

在家具設(shè)計過程中，設(shè)計師可以利用人工智能的數(shù)據(jù)和邏輯優(yōu)勢，但感性因素則要求設(shè)計師扎根于地域文化和社會因素[21]。一方面，設(shè)計師可以利用人工智能超強的計算和存儲能力，仔細搜集與整理文化瑰寶，對家具風(fēng)格與造型信息進行分析與提取，對富含民族與文化特色的家具元素建立數(shù)據(jù)庫。另一方面，設(shè)計師還需仔細分析家具風(fēng)格背后的時代因素和人文社會因素，分析提煉家具風(fēng)格元素，運用造型語意，以文化為基石，結(jié)合人工智能的分析能力與設(shè)計師對地域文化因素的理解，創(chuàng)造出具有鮮明地域特征和時代特征的家具。

3.3 關(guān)注用戶情緒與內(nèi)心情感

家具本身的造型、功能和與其所在的空間關(guān)系，影響著用戶在整個體驗過程從本能、行為、反思三個層面的感受[22]。家具—用戶—環(huán)境三者連接起來所產(chǎn)生的情感紐帶和用戶在體驗過程中所產(chǎn)生的微妙情感是人工智能所無法理解的。設(shè)計師應(yīng)當(dāng)從用戶動機、行為、使用場景等多個維度分析，關(guān)注用戶的情緒與內(nèi)心情感，解讀用戶在家具使用過程中的情感訴求和情緒變化，包括探尋用戶的潛在需求以提升家具設(shè)計的“溫度”[23]。例如，醫(yī)院環(huán)境對兒童的情緒與行為有著較大的影響，因此在兒科診室的家具設(shè)計上應(yīng)當(dāng)充分考慮兒童心理特點[24]，通過營造輕松愉快的診療氛圍轉(zhuǎn)移兒童的注意力，消除兒童就診時的緊張情緒(如圖5a所示的荷蘭朱麗安娜兒童醫(yī)院的家具設(shè)計)。此外，家具設(shè)計同樣可以照顧到社會特殊群體（如抑郁病患者）的情感需求，利用人工智能技術(shù)對于人體工學(xué)數(shù)據(jù)的分析和智能體感控制技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合設(shè)計師對柔和造型的理解，創(chuàng)造出能夠舒緩病人身體、撫慰其消沉情緒的產(chǎn)品（如圖5b針對心理疾病病人設(shè)計的體感療愈椅，來源：順企網(wǎng)）。

圖5 兒童醫(yī)院家具設(shè)計（a）和 體感療愈椅（b）Fig.5 Furniture design of children's hospital (a) and Body sensory healing chair (b)

3.4 聚焦用戶體驗與交互過程

當(dāng)代家具設(shè)計應(yīng)在以用戶為中心的理念下滿足用戶的體驗需求，重視家具設(shè)計和使用過程的交互感受。一方面，設(shè)計師可以充分利用人工智能技術(shù)的數(shù)據(jù)處理進行用戶的偏好分析，結(jié)合用戶參與設(shè)計方法（Participatory Design，PD），在用戶與設(shè)計師的合作下形成獨特的個性化設(shè)計。設(shè)計過程中，人工智能基于模塊化提供偏好關(guān)鍵詞和備選方案，用戶提出自己的意見和想法，而設(shè)計師則對設(shè)計結(jié)果進行把控和優(yōu)選，并對用戶提出決策建議[25-26]。另一方面，設(shè)計師還可以利用人工智能分析用戶的動態(tài)數(shù)據(jù)，更加全面地考慮家具的使用場景和使用方式，為用戶帶來舒適愜意、富有趣味的交互體驗[27-28]。比如，可以結(jié)合當(dāng)前興起的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)造等比例的家具使用虛擬場景，讓用戶可以在虛擬場景中自定義整個房間，體驗不同的家具、墻面色彩和燈光色調(diào)組合后的室內(nèi)環(huán)境，豐富其家居環(huán)境的感受[29-30]。圖6所示為國外某知名家居品牌結(jié)合人工智能和虛擬技術(shù)開發(fā)的室內(nèi)與家具設(shè)計應(yīng)用程序（來源:映維網(wǎng)）。

圖6 結(jié)合人工智能和虛擬技術(shù)的室內(nèi)與家具設(shè)計應(yīng)用程序Fig.6 Interior and furniture design application program combining artificial intelligence and virtual technology

4 結(jié)語

人工智能技術(shù)介入家具設(shè)計中，加快了設(shè)計與科技的融合，并形成了新的設(shè)計模式。傳統(tǒng)的設(shè)計理念、設(shè)計方法以及設(shè)計師的角色都將受到很大的影響和轉(zhuǎn)變?？梢灶A(yù)見，未來的家具設(shè)計將進入一個人工智能輔助的時代。人工智能雖然有著高效高產(chǎn)的優(yōu)勢，但同時也存在一定的局限，對設(shè)計師而言，機遇與挑戰(zhàn)并存。設(shè)計師可以把繁重的基礎(chǔ)性工作交給人工智能處理，而將更多的時間和精力聚焦于對用戶的審美、體驗和情感研究，以及對地域文化和社會因素的探究，實現(xiàn)與人工智能的優(yōu)勢互補和協(xié)同創(chuàng)新。