面向阿茲海默患者的MR眼鏡設(shè)計(jì)：隱性知識與可拓學(xué)的融合應(yīng)用

摘" 要：為滿足阿茲海默患者的隱性需求，以可拓學(xué)理論為指導(dǎo)，針對該人群的MR眼鏡造型隱性知識進(jìn)行挖掘、表征、轉(zhuǎn)化和重用的定量分析。用聚類分析與因子分析法篩選出符合用戶偏好的典型樣本及主要造型因素，建立其可拓語義表征模型，并獲得代表性樣本圖與典型風(fēng)格意象詞兩者之間的映射關(guān)系。通過可拓變換核心可拓圖形元素庫，使MR眼鏡造型相關(guān)隱性知識能夠在外觀設(shè)計(jì)方面顯現(xiàn)化，希望為今后阿茲海默患者相關(guān)產(chǎn)品造型隱性知識推理的理論依據(jù)和設(shè)計(jì)實(shí)踐提供助力。

關(guān)鍵詞：阿茲海默癥患者；MR眼鏡；可拓推理；隱性知識；造型設(shè)計(jì)

習(xí)近平總書記向2018世界VR產(chǎn)業(yè)大會致賀信中強(qiáng)調(diào)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，造福各國人民的重要性[1]。我國“十四五”規(guī)劃（2021-2025年）將虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)納入數(shù)字經(jīng)濟(jì)相關(guān)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一，提出要加快文化產(chǎn)業(yè)數(shù)字化布局，促進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級[2]。阿爾茲海默病（AD）是一種以記憶力減退、認(rèn)知功能障礙為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，患病群體通常為60歲以上的老年人[3]。截至2019年，我國有超過1000萬名阿茲海默癥患者，這給家庭和社會帶來了沉重負(fù)擔(dān)。意大利的醫(yī)學(xué)組織在2017年就將MR技術(shù)用于阿茲海默癥患者康復(fù)治療中，其利用虛擬畫面中的治療與康復(fù)活動反復(fù)刺激患者的短期記憶力和空間判斷識別力，在一定程度上減輕或延緩患者智力的下降[4]。目前，我國越來越多企業(yè)將MR技術(shù)應(yīng)用在阿茲海默患者癥狀緩解方面。然而，現(xiàn)有的MR眼鏡在滿足這些患者需求方面仍存在不足，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

隱性知識是指那些無法通過書面或語言形式輕易表達(dá)的知識，通常存在于人的經(jīng)驗(yàn)和直覺中[5]。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，隱性知識的挖掘和應(yīng)用能夠更好地滿足用戶的潛在需求，提升產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)和市場競爭力[6]。對于阿茲海默癥患者來說，獲取和運(yùn)用這種知識變得尤為困難?？赏貙W(xué)是一種圍繞矛盾問題本質(zhì)和轉(zhuǎn)化變換機(jī)理尋求解決問題途徑的方法論，適用于為隱性知識形式化表達(dá)[7]。目前，學(xué)者們通過可拓學(xué)開展了對隱性知識挖掘和表征的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究。如段金娟[8]通過分析非遺文化的顯性和隱性元素，構(gòu)建可拓圖解語義集，并結(jié)合形狀文法進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，證實(shí)了可拓方法在非遺文化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新性和有效性。胡慧銘[9]通過可拓創(chuàng)新方法分析壯族織錦圖案的顯隱特征，運(yùn)用可拓變換生成新的創(chuàng)意圖案，為壯族織錦圖案設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了新的創(chuàng)新路徑；馬町蕙[10]通過可拓語義和圖解思維方法，系統(tǒng)地挖掘和轉(zhuǎn)化秦淮燈彩的隱性文化特性，使其在現(xiàn)代燈具設(shè)計(jì)中得到有效應(yīng)用，解決了文化元素表達(dá)模糊性的問題。目前在設(shè)計(jì)過程中，對阿茲海默患者等特殊人群隱性知識的推理方法依舊不夠充分和明確，較為理性的研究視角尚欠缺。

本研究在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用可拓學(xué)推理方法，系統(tǒng)地挖掘和表征阿茲海默癥患者的隱性知識，具有一定的創(chuàng)新性和獨(dú)特貢獻(xiàn)。為研究出更符合患者造型隱性偏好的MR眼鏡，研究分為以下步驟：首先，分析阿茲海默患者心理和生理特征，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供理論支撐。其次，收集并篩選出與阿茲海默患者使用習(xí)慣相關(guān)的實(shí)驗(yàn)感性詞匯隱性知識庫，并構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)詞匯相匹配的實(shí)驗(yàn)造型設(shè)計(jì)要素顯性知識庫。接著，運(yùn)用可拓學(xué)基元模型，根據(jù)阿茲海默患者病理特征構(gòu)建MR眼鏡造型顯、隱性知識基元模型。再次，運(yùn)用可拓推理方法，對實(shí)驗(yàn)樣本圖的隱性知識進(jìn)行定量推理顯性化，運(yùn)用增刪、擴(kuò)縮、置換、復(fù)制等可拓變換重構(gòu)設(shè)計(jì)。最后，結(jié)合阿茲海默患者偏好和心理、生理特征，設(shè)計(jì)出符合用戶隱性知識的醫(yī)療MR眼鏡方案。

一、面向阿茲海默癥患者的MR眼鏡概述

（一）現(xiàn)狀分析

MR眼鏡，即混合現(xiàn)實(shí)眼鏡，結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，能夠在現(xiàn)實(shí)世界中疊加虛擬信息，從而提供更加豐富的交互體驗(yàn)。MR眼鏡是目前的研究熱點(diǎn)，國內(nèi)外許多主要科技公司，如蘋果、微軟等，都瞄準(zhǔn)了這個(gè)商機(jī)。2023年蘋果首款MR眼鏡的發(fā)布，更將該行業(yè)推向高潮。醫(yī)療對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的需求非常強(qiáng)烈，有望引領(lǐng)醫(yī)療領(lǐng)域的新興革命[11]。現(xiàn)有文獻(xiàn)，如Luzon等[12]對5897篇虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）眼鏡在影像資料的三維重建、醫(yī)患溝通、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及患者治療等各方面工作中起著重要作用?，F(xiàn)階段是發(fā)展醫(yī)療MR眼鏡的好時(shí)機(jī)。對現(xiàn)有知名智能眼鏡進(jìn)行品牌分類排布，按照上市時(shí)間、造型風(fēng)格對比的方式進(jìn)行分析（如圖1）。

根據(jù)研究對象MR眼鏡相關(guān)產(chǎn)品的分析，提出市場上主要存在以下幾個(gè)問題：國內(nèi)該產(chǎn)品的種類較少，而國際上如以美國微軟、蘋果為代表，韓國HTC、日本愛普生等虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡龍頭企業(yè)，均在向著多功能、復(fù)合型、高效能、數(shù)字化的方向快速發(fā)展，且造型也已經(jīng)形成各自的品牌風(fēng)格。相較之下，我國品牌風(fēng)格仍有較大提升空間?，F(xiàn)有國際及國內(nèi)智能眼鏡設(shè)備在造型設(shè)計(jì)上多偏向感性，不適用于醫(yī)療類的理性場所；體量和重量較大，導(dǎo)致其舒適性較差，不適應(yīng)于阿茲海默癥患者人群。因此，除了技術(shù)進(jìn)步外，MR眼鏡的造型改良也須考慮阿茲海默患者的病理特征，以提高他們的接受度和舒適度。

（二）面向阿茲海默癥患者的MR眼鏡設(shè)計(jì)的考慮因素

面向阿茲海默患者的產(chǎn)品設(shè)計(jì)除了要符合生理使用需求（功能、結(jié)構(gòu)是否符合患者身體構(gòu)造），還要關(guān)注患者的心理情感需求（審美、顏色是否符合患者情感系統(tǒng)）[13]。阿茲海默患者的生理方面：隨著病情的發(fā)作，其生理機(jī)能會發(fā)生明顯的變化，主要體現(xiàn)在記憶力減退、認(rèn)知功能障礙、運(yùn)動功能障礙、觸覺障礙等認(rèn)知功能障礙[14]。生理機(jī)能的衰退主要受到肌肉、肌腱、骨骼和關(guān)節(jié)的變化，導(dǎo)致反應(yīng)速度的降低。因此，針對阿茲海默患者的MR眼鏡設(shè)計(jì)要充分考慮患者群體的具體生理特征，進(jìn)一步滿足該群體對產(chǎn)品的具體需求；阿茲海默患者的心理方面：當(dāng)其生理機(jī)能產(chǎn)生較大變化后，許多患者的心態(tài)、情緒也會發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，常見有孤獨(dú)感、情緒波動、焦躁不安等[15]。同時(shí)其伴有時(shí)間、空間感混亂和迷決策困難。因此，設(shè)計(jì)應(yīng)使用溫暖和安慰的顏色和元素，以提升患者的情感體驗(yàn)和心理舒適度。阿茲海默患者生理、心理需求及相應(yīng)的設(shè)計(jì)考慮因素（如表1）。

二、面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡設(shè)計(jì)的隱性知識推理

MR眼鏡的品牌風(fēng)格逐漸成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)，造型是品牌識別的核心。因此依據(jù)感性工學(xué)理論對面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡的造型顯、隱性知識進(jìn)行獲取、篩選和分析等定量研究，并應(yīng)用可拓推理方法，對設(shè)計(jì)知識進(jìn)行表征和轉(zhuǎn)換，完成隱性知識到顯性知識之間的推理。根據(jù)可拓學(xué)的共軛規(guī)則，若設(shè)MR眼鏡為，則造型要素、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等顯性知識，記作實(shí)部；而品牌、風(fēng)格、感性認(rèn)知、用戶偏好等隱性知識，記作虛部，兩者具有相關(guān)性，可相互轉(zhuǎn)化[16]。

（一）面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡的隱性知識分析

1.構(gòu)建實(shí)驗(yàn)樣本圖庫

實(shí)驗(yàn)通過多途徑調(diào)研，共搜集39款整體造型相異的虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡為樣本庫。市面上MR眼鏡參考樣本有限，需收集一些AR的造型產(chǎn)品。通過問卷對醫(yī)生、患者及專家小組進(jìn)行調(diào)研。利用SPSS軟件對樣本進(jìn)行聚類分析和K-均值法分析，將所有樣本劃分為8類，從每類中篩選出1個(gè)樣本作為實(shí)驗(yàn)樣本圖。另外為提高產(chǎn)品樣本研究的全面性和降低色彩因素影響，樣本均去掉品牌商標(biāo)和去色處理（如圖2）。

2.構(gòu)建實(shí)驗(yàn)感性詞匯庫

實(shí)驗(yàn)通過查閱文獻(xiàn)和訪談等多種途徑，共搜集適合描述面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡造型風(fēng)格詞匯121個(gè)，并請1位工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教授、5位醫(yī)護(hù)人員、12位患者篩選出能準(zhǔn)確傳達(dá)用戶偏好的詞匯對115組，組成感性詞匯庫。通過36份有效調(diào)研問卷，再利用SPSS軟件對調(diào)研結(jié)果進(jìn)行探索性因子分析，實(shí)驗(yàn)篩選出安全的－危險(xiǎn)的（G1）、科技的－平庸的（G2）、簡約的－繁瑣的（G3）、專業(yè)的－業(yè)余的（G4）作為實(shí)驗(yàn)感性詞匯對。

3.構(gòu)建實(shí)驗(yàn)造型設(shè)計(jì)要素

本階段根據(jù)造型設(shè)計(jì)原理和形態(tài)分析學(xué)等相關(guān)理論基礎(chǔ)，對篩選出的實(shí)驗(yàn)樣本圖進(jìn)行造型設(shè)計(jì)要素提取，建立造型設(shè)計(jì)要素表[17]。其中，實(shí)驗(yàn)將視覺影響度最大的佩戴區(qū)的造型作為一個(gè)整體，提取實(shí)驗(yàn)樣本圖的頂部及側(cè)面造型元素。人們在觀察佩戴區(qū)時(shí)，主要以側(cè)面為觀察視角，考慮頂視造型及流線度。將MR眼鏡的每個(gè)單元進(jìn)行細(xì)分并用簡化示意圖表示，主要?jiǎng)澐譃殓R片、頭部系帶（側(cè)視）、頭部系帶（頂視）、鼻托、攝像頭、按鍵、鏡片與鏡架的關(guān)鍵位置關(guān)系，得到每個(gè)樣本的造型設(shè)計(jì)要素，如表2所示。

繼續(xù)將保留的實(shí)驗(yàn)樣本圖與提取的造型設(shè)計(jì)要素編碼進(jìn)行匹配，得到每個(gè)樣本的分類，得到各分類形態(tài)元素編碼表（如表3）。

（二）面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡設(shè)計(jì)隱、顯性知識的表征

隱性知識的獲取和轉(zhuǎn)化對企業(yè)核心競爭力的提高起著至關(guān)重要的作用，但其也有難以表征和難以轉(zhuǎn)化的技術(shù)瓶頸問題。研究發(fā)現(xiàn)，使用可拓學(xué)中的基元模型可形式化地表征產(chǎn)品顯、隱性知識，采用可拓變換可轉(zhuǎn)化產(chǎn)品隱性知識，從而彌補(bǔ)隱性知識本身的不足[18]。

1.面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡隱性知識的表征

根據(jù)可拓學(xué)基元理論，可以通過基元表達(dá)式量化描述產(chǎn)品隱性知識，其基元表達(dá)式如式（1）所示：

（1）

式中：表示研究對象；表示研究對象的特征；表示對象對應(yīng)特征的量值信息。

由此，根據(jù)前文提取的實(shí)驗(yàn)感性詞匯庫，建立MR眼鏡造型隱性知識基元模型，如式（2）所示：

（2）

2.面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡顯性知識的表征

根據(jù)基元模型公式和表1中的MR眼鏡形態(tài)分解，可將MR眼鏡的形態(tài)要素用基元表征為，如式（3）所示：

（3）

其特征值閾，如式（4）、（5）、（6）、（7）、（8）所示：" " " " " " " " " " " " " （4）

（5）

（6）

（7）

（8）

建立MR眼鏡關(guān)鍵結(jié)構(gòu)位置關(guān)系的關(guān)系元模型，如式（9）所示：

（9）

（三）面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡隱性到顯性知識的推理

1.風(fēng)格意象特征評估

實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)樣本圖和5對實(shí)驗(yàn)感性詞匯組合，利用5分制李克特量表制作MR眼鏡風(fēng)格意象特征評估線上問卷[19]。邀請15位阿茲海默癥患者、6位相關(guān)醫(yī)護(hù)人員、3位工業(yè)設(shè)計(jì)工作人員、2位MR眼鏡行業(yè)工作專業(yè)人員參與本次問卷調(diào)查。請參與者對每組樣本圖對應(yīng)的風(fēng)格意象特征詞匯進(jìn)行評價(jià)打分，得到風(fēng)格意象特征評價(jià)平均值（如表4）。通過感性評價(jià)結(jié)果，選出更偏向于感性詞匯的樣本，并提取它們的造型特征，作為MR眼鏡造型設(shè)計(jì)的參考依據(jù)（如表5）。

2.可拓圖解變換

對表4中的主要造型特征矢量化圖形進(jìn)行可拓變換，可生成新的圖形。

定義MR眼鏡可拓變換的基元表達(dá)式[20]，如式（10）所示。

（10）

式中，，N為整數(shù)，對應(yīng)MR眼鏡風(fēng)格意象語義特征。

基于可拓變換方法中的增、刪變換和復(fù)制變換方法，結(jié)合表4和表1中的關(guān)鍵造型特征元素d31、d25、d72、d53、d61，對關(guān)鍵造型特征元素進(jìn)行可拓深度變換，得到新的可拓變換造型設(shè)計(jì)元素集（如表6）。

對表5中的造型設(shè)計(jì)元素進(jìn)行評估，設(shè)定評估分?jǐn)?shù)區(qū)間為1～5分（5-point Likert scale），分?jǐn)?shù)越高表示該設(shè)計(jì)元素越能體現(xiàn)風(fēng)格意象詞的造型意象特征。共發(fā)放20份，對每組樣本所對應(yīng)的感性詞匯進(jìn)行評價(jià)打分，得到元素集風(fēng)格意象特征評價(jià)均值（如表7）。

根據(jù)表中評價(jià)分析均值結(jié)果，可以得出元素集風(fēng)格意象特征評價(jià)均值都超過3.5，每類分別選出偏向于感性詞匯的樣本d312、d253、d723、d532、d612，并提取它們的造型特征，作為接下來面向阿茲海默癥患者的MR眼鏡造型設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

三、面向阿茲海默患者M(jìn)R眼鏡設(shè)計(jì)實(shí)踐

首先是具體造型元素提取。選擇偏向于感性詞匯的樣本d312、d253、d723、d532、d612進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，圓形、弧線的機(jī)身線條應(yīng)用體現(xiàn)更加具有安全感；多個(gè)頭部系帶，單鏡片體現(xiàn)了機(jī)身輪廓的科技感；鏡片與鏡架位置關(guān)系，簡約攝像頭顯得更加簡約；整體流體弧線和側(cè)面腰線的簡潔設(shè)計(jì)則為產(chǎn)品增添了專業(yè)感。

其次是色彩應(yīng)用。為了使MR眼鏡適應(yīng)于醫(yī)療環(huán)境，選擇柔和干凈的色彩，機(jī)身和按鈕采用科技白和如淺灰等顏色，避免過于刺眼的顏色，使眼鏡看起來溫和舒適。

最后是整體方案設(shè)計(jì)。基于提取的造型線條與配色的選定應(yīng)用，以及針對阿茲海默患者生理、心理需求及相應(yīng)的設(shè)計(jì)考慮因素，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。MR眼鏡采用輕量化設(shè)計(jì)，眼鏡整體設(shè)計(jì)輕巧，減少重量，避免給患者帶來不適。雙環(huán)繞帶和無鼻托的設(shè)計(jì)，確保佩戴舒適的同時(shí)避免壓迫感和疼痛。設(shè)計(jì)簡潔易用的物理按鈕，方便患者進(jìn)行操作，減少認(rèn)知負(fù)擔(dān)。眼鏡支持個(gè)性化適配，可以檢測步態(tài)和平衡，提供檢測和提醒功能，為醫(yī)生及護(hù)理人員提供數(shù)據(jù)參考。集成遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和互動功能，支持患者與醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行溝通和互動，提供遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。眼鏡可以記錄患者的行為模式和健康數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，提供給醫(yī)護(hù)人員參考，幫助更好地管理和治療。增強(qiáng)患者幸福感，享受更快樂的晚年生活，減輕家庭看護(hù)壓力。MR眼鏡造型方案效果圖（如圖3）。

四、結(jié)語

研究以面向阿茲海默癥患者的MR眼鏡造型隱性知識為研究對象，利用感性工學(xué)和可拓推理相結(jié)合的方法，了解了患者對MR眼鏡造型的造型隱性需求；通過對阿茲海默患者生理、心理、行為和實(shí)驗(yàn)樣本圖進(jìn)行分析，提取出了面向患者的MR眼鏡視覺特征（顯性知識）和風(fēng)格意象詞匯（隱性知識）。應(yīng)用可拓推理中的增、刪和復(fù)制變換，調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)元素，能滿足阿茲海默癥患者的造型隱性需求。本研究不僅驗(yàn)證了隱性知識與可拓學(xué)的融合應(yīng)用的可行性，還為其他相關(guān)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)提供了新思路和實(shí)踐參考。

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作者簡介：

席冰，博士，龍巖學(xué)院傳播與設(shè)計(jì)學(xué)院產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)助教。研究方向：產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

楊偉健，馬來西亞理科大學(xué)藝術(shù)學(xué)院創(chuàng)意設(shè)計(jì)專業(yè)碩士研究生。研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品服務(wù)創(chuàng)新。

基金項(xiàng)目：本文系2021年度福建省教育廳中青年教師教育科研項(xiàng)目（JAT210440）階段性研究成果。