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基于特征的汽车造型的模型和应用的研究陈小涛 赵江宏摘要 在汽车设计领域汽车造形的研究是一个困难的问题。对汽车造形美学的研究是工业设计研究的主要动机，这篇论文描述了汽车造形设计的步骤和模样采取基于认知法的那种特征。获得关于设计过程的特征知识的实验已经被实施了，用作草案分析和框架分析的实验能发现设计过程中的认知和思想。基于这个实验的结果，这分析被从三个方面获得：特征的意义，认知模型和造形设计过程。然而一个模型的特征代表被提出，这个提出包括特征库和特征操作规则，在模型的基础上，电脑辅助造型系统已经发展了，这个系统能在汽车造型设计上帮助设计者。1. 简介 在汽车发展过程开始阶段的时候，汽车造型设计是最重要的问题之一。它是一个涉及多学科交叉的研究领域，包括空气动力学，美学，力学和人机工程学。对汽车造型从美学上的研究是工业设计研究的主要动机。造型设计是设计知识解决问题的过程在特别的和复杂的不良结构中。并且设计知识是模糊的甚至知识获得的方法是不确定的，在计算机辅助设计系统发展过程中如何获得并且正式化造型设计知识是主要问题之一，特别是在电脑辅助造型系统里。造型设计有助于创建产品的可视化语言，与助于问题的概念化并且产生区别和审美的价值观。一个成功的造型代表需要完美的外表思想和有用的设计知识。在现代的电脑辅助造型领域，在造型方面王比较和分析了形态学方法，几何变换法，插入法，并且提出来集成化的运用。Chan以一般的特点正式化了这种类型，并且提出了一种基于相识特征的识别模式。Jay获得并且正式化别克汽车的形状语法并且塑造了以品牌造型的形状语法。因此大多数造型设计只关注是识别表明造型的重要的形式还是电脑辅助造型方法的造型，很少有研究已经调查出产生造型的认知过程这个过程包括模型设计思想和规则。本文旨在探讨汽车造型设计的认知过程和建立一个基于设计知识的获得和代表模型的特征。在接下来的段落中介绍了一个基于基本图案特征的汽车造型设计，接着在认知设计实验和分析中提出了特征知识模型的获得和代表性汽车造型的设计。最后提出一个基于计算机辅助造型系统的特征。最后一段给出结论。2. 基于特征造型的设计 汽车造型设计是一个交叉的概念包括想象思维和逻辑思维。一种汽车造型通常既包括合成的因素又包括语义的因素；合成因素包括在形式元素中构造关系，；语义因素包括学习元素交流的意义。在这过程中设计人员不仅仅要创造一个漂亮的车身而且要处理好许多限制，例如空气动力学，技术，品牌和材料。在造型设计过程中草图和其他形式的图片是手工设计思想的语言，这些图是显性设计知识的代表。在这个知识进程中创造造型的实际过程包括两种微观知识：模糊知识的转换，明确知识的额表达。首先模糊知识被一般的知识方法转换，以特征数据库和特征操作规则代替，它包括经验，审美观，设计背景和设计视野。然后，理想造型特征以草图的形式产生并且可视化。一个造型通过合计一系列相关的特征来描绘，这些特征在特征库里都可以获得，图1举出了设计知识在造型设计里转换的过程。Figure 1. 在造型设计上的知识转换 特征这一概念早在CAD领域中就被提出来了，基于有望技术模型的特征有着能力的优势，在产品模型中联系功能和工程信息去塑造信息的优势。这些特征偶尔也出现在后生产阶段，在本质上是仅由几何信息和制造信息来确定的。另一方面和文字信息有关的儿特征在造型确定和认知方面是一关键的因素。在这个信息进程中充当信息元素的特征被根据设计知识进行加工和处理。设计知识的获得和呈现连接着特征的进程并记录着特征处理等级的知识，所有它是一种可行的方法去有效地表示策略和模糊的设计知识。 为了有效地捕捉和应用设计知识，特别在造型设计的模糊式知识方面，一种特别的为了捕捉造型设计特征的实验被提出来了。 3.在特征捕捉和分析上的认知实验的目的是去理解设计者在汽车设计方面的认知模型，在设计中设计者用哪些特征和哪些特征操作规则，如何捕捉这些特征和特征规则。 3.1.在实验中8位外形设计师被要求为五菱集团设计一个汽车造型，这个测试被分成如下两个部分，在第一部分，设计人员被要求从相关汽车案例和它的几个草图中选择一个例子，这些图片在包含有汽车的前面，右边，后面，中间和透视图的汽车图片资料库里。第二部分设计人员被要求基于已选的图片去完成造型设计。设计人员可获得尺寸图和其他的设计工具。3.2.方法和流程 草图分析和协议分析被用来研究设计者们的认知行为。协议分析是考察心理学和设计学认知过程的主要技术。在协议分析中设计者们同时被要求报告子啊他们脑中发生了什么；然而整个设计流程也会被录像来获得更多细节信息。草图分析：一种微观的方法去学习设计者的理念构造。作为研究的不同方法还有许多分析策略去分析草图。 在实验中一个参与者被要求独立地完成设计任务。在实验开始之前，所有测试者都被给予了热身练习以便熟悉整个实验过程，并且所有参加者都已经被告知了汽车的基本知识视频录制人员录制整个实验过程。条款被放在分析表上以便进一步分析，等到参与者完成设计任务之后，他们被要求填一个问卷作为分析报告的回顾补充。3.3.观察和分析 跟着实验目的的分析。在实验分析中，协议报告被编写和分析，草图分析被当作测试设计者们如何进行设计制作的保证。首先作为编码设计师协议报告的计划表，任务的范围，设计问题领域的抽象等级和设计策略应该被编好。表1.列举了一些协议报告编码的结果。 表1.设计者的协议分析 3.3.1.造型设计里的特征 协议分析和草图分析提供了对造型设计特征角色的基本解释。它可以有效地从过去已获得的案例中提供造型设计过程的每一个步骤，从概念生成到评估。首先设计者从分析案例特征线中认识并学习这些案例，并且提取他们中的一些线如腰线，侧线或灯的形状线。然后，许多概念草图可能被制作。几个造型草图完成后，设计者经常可以评估并且确定他们中的一个，作为最终的造型，通过构造包括美学品牌思想和类别的三维空间特征图。如图2 所示两种草图被比较通过识别共同的特征和与众不同的特征。因此，可以做一个结论，特征在创作，开发，问题解决的始终，造型类别和评估上都占有很重要的角色。特征线是设计认识的主要代表性元素。3.3.2认知模式 通过分析视屏记录和草图，研究发现这8名设计者的认知模式非常相似。图3 展示来自设计者们的主要认知模式，它包括两个操作阶段，横向认知转换和竖向认知转换。横向认知转换是基于特征改变从一种思想到另一种轻微不同思想的转移。例如，草图分析发现造型转换从S特征到K最后到的特征是一致的。和横向转化相比，竖向转化是从一种思想同种思想更细更兴奋的视野移动。例如，一个造型，可以逐渐被清晰一致地的由S特征到S2特征的描述。换句话说，研究发现特征转化的操作规则是不同的。它被设计者所关心的品牌，造型或类别影响着。3.3.设计过程基于认知模型和设计活动的分析一个造型设计过程可以像图4流程，包括两个合作过程微观问题解决过程和微观特征操作过程。在为题解决中，主要的设计过程起始于设计问题终止于设计概念，这一概念展现从抽象设计思想到具体设计思想的设计过程。在特征操作中，这个过程起始于特征提取终止于特征评估，这个过程各自地支持解决问题的过程。4. 在造型中特征代表的模型 来自认知实验的特征捕获，研究发展特征代表的模型。包括正式化特征库和结构化特征操作规则。4.1.正式化特征库 研究发现造型结构和转化一起在几个特征线中出现，在造型设计中。在造型结构中基于线的重要性，特征线可以被聚合。特征线库由三个主要的库组成这些库是根据特征线的功能划分的，他们是主要形式特征的库。过度形式的特征和引用形式特征的库。一个特征库可以按如下正式化： F是过渡特征线库，Fr是引用特征线库。而且基于特征线获得的实验，二十条特征线被提取，并且每一个分库分定义相同的空间。可以如下正式化：事实上二十条特征线的每一条都有自己的标志，例如，L1是轮廓线L4 是带线。任何特征线都可以用几何描述开简化，由几个l线组成都可以规定它们的位子和属性。L线可以用控制点和它的弧度来呈现。如图5中正式化的轮廓线L1，它由8个构造点和7个控制点组成。4.2 特征规则的形式化 研究发现，在设计者中特征操作的规则是不同的根据一系列的规矩特征可以被操作。规则的策略既被环境影响也被起主要作用的特征线影响。一个规则或语法可以是一行简单的语法，可以如下定义RU=（C,R,F）RU 是规则，F是特征线库，C是一系列背景描述，R是一系列角色描述。4.2.1背景描述 背景是造型属性的一个抽象陈述，背景是一系列特别的物体和活动组成。它决定着一个特征线所充当的角色的隐含含义。在实验中，例如设计者可以从提供的例子中迅速地确认特殊品牌的背景，并且可以确定例子的造型背景，如流线或新边线。背景是一个4成员组，它可以被如下正式化：场景：描述背景含静态和动态的特征角色：定义特殊场景中的角色关系：定义角色之间的关系基准：定义限制从实验中背景能够被分成三种不同的背景造型背景，品牌背景和类别背景。在造型背景中设计者经常为了一定的美学语义而操作特征线美学语义有时尚或奢侈。在品牌背景中品牌内涵的表达时候设计者最主要的动机，在类别背景中，设计者操作特征线被尺寸内部空间或人类工程学的因素限制着。表2 列举了背景类别和在实验中特征线的描述。4.2.2工作描述 角色可以被看作为特征线