（机械制造及其自动化专业论文）基于语义空间的计算机辅助色彩设计研究.pdf

两北t 业人学顺i j 学位论史摘要 摘要 本文依据“十五”国家高技术发展计划( 8 6 3 ) 课题项目和国家自然科学基 余，以工业设计理论及现代设计方法学为基础，综合应用模糊逻辑、面向对象技 术、语义文法等技术方法提出了一种基于语义空间的产品色彩设计方法。 首先采用定性和定量相结合的方法，比较各抽象语义词汇对人心理感觉影响 的差异，建立了抽象语言和色彩关联的三维j ) c l 格语义空间，为色彩信息的表示及 推理奠定了基础。并采用基于约束的求解方法，完成了在语义空间中色彩方案表 示和求解的全过程。 本文将色彩设计方案加以抽象建立色彩设计类，并在此基础上建立了色彩设 计方案库，完成了产品色彩和语言关联的色彩模板库，为将市场需求融入设计过 程提供了基础。系统可在c a d 环境下输入要生成的产品色彩语言，采用转化规 则生成产品的基本色彩方案，从而提高产品色彩设计效率。 目前已在机床产品的色彩设计中进行了初步验证，结果表明该方法及其软件 系统都是可行的，能有效地辅助产品的色彩设计。 关键词：工业设计语义空间计算机辅助色彩设计产品设计模糊理论 西北t 业人学坝l 学位论立摘要 a b s t r a c t a b s t r a c tt h i sp a p e rs t e m sf r o m “8 6 3 ”p r o j e c ta n dn a t i o n a ln a t u l r u ls c i e n c ef u n d b a s e do nt h e t h e o r y o fi n d u s 证a ld e s i g na n d f u z z ys e t , u s i n go b j e c t - o r i e n t e d t e c h n o l o g ya n ds e m a n t i cg r a m m a rt e c h n o l o g y ，as e m a n t i ct r a n s f o r m a t i o nm e t h o df o r p r o d u c tc o l o rd e s i g ni sp r o p o s e d i ti n c l u d e s3 ds e m a n t i cs p a c ea n dc o n s t r a i n i n g b a s e dp r o b l e m - s o l v i n gm e t h o d n l e3 ds e m a n t i c s p a c e i sb u i l tt or e p r e s e n tt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ed e s c r i b i n gs e m a n t i cw o r da n dp r o d u c tc o l o r t h e n ，t h e p r o d u c tc o l o rs c h e m e sw i t hr e l a t e d a b s t r a c ts e n s ew o r d si sa c h i e v e da n ds a v e di n d a t a b a s e t h e r e f o r ei nt h ep r o c e s so fc o l o rd e s i g n , w h e ni n p u tt h ea b s t r a c tw o r d sf o r d e s c r i b i n gt h ep r o d u c tc o l o ri nc a de n v i r o n m e n t ，r e f e r e n c ec o l o rs c h e m ef o rt h e p r o d u c tc o l o rd e s i g nw i l lb ea c q u i r e d b a s e do nt h e s et y p i c a ls c h e m e sa c q u i r e d ，t h e c o l o rd e s i g np r o c e s sw i l lw o r km o r e e f f e c t i v e l y n l ep a p e ra b s t r a c tc o l o rd e s i g ns c h e m e sa n dd e f i n et h e s ea sc l a s so fs o f t w a r e a n dc o l o rd e s i g ns c h e m eb a s ei sf o u n d e do ni t b a s e do nc o l o rd e s i g ns c h e m eb a s e ， c o l o rd e s i g nm e t h o di s p r o v i d e d t h i sm e t h o dh a sb e e nt e s t e d i nt h ec o l o rd e s i g n s o t 壬w a r ef o rt h ep r o d u c to fm a c h i n et o o l s 1 1 l et e s t i n gr e s u l to ft h i ss y s t e ms h o w e d t h a tt h em e t h o do f s y s t e mb u i l d i n g i sf e a s i b l e ，a n dc a na s s i s td e s i g n e ri np r o d u c tc o l o r d e s i g ne f f e c t i v e l y k e y w o r d s i n d u s t r i a ld e s i g ns e m a n t i cs p a c e f u z z y s e t c o m p u t e r a i d e dc o l o r d e s i g n p r o d u c td e s i g n 两北t 业人学顶i 学位论义 第一章绪论 第一章绪论 1 1 社会发展的趋势和现代产品设计 2 0 世纪未、2 l 世纪初的几十年，是社会急剧变化的几十年。一方面，科学新 成就、新材料、新工艺、新发明的不断涌现，社会经济效益增长迅猛诸多高科 技产品广泛进入人们的家居生活范围；另一方面，随着社会信息产生、传播速度 的加快，生活和工作的节奏加速，消费水准也与r 俱增。这使得人们对产品的类 型、质量等要求大大提高，与此对应的设计领域的变革，正以其多元化、多样化 及层出不穷的个性化特点，形成一种世界范围的发展趋势。 随着人们对现代产品在创新性、经济性、审美价值体现、环保等方面要求的提 高，设计者必须重新审视设计对象，介入产品形成的全过程之中，实现产品的各 种功能( 物质功能、精神功能、信息功能、环境功能、社会功能) ，满足市场竞争 的要求。产品设计对象从原来单一的机械产品向机械电子产品的方向发展，并呈 不断上升趋势。这类产品与传统的机械产品相比，很大区别在于科技含量高，产 品的结构和形态可塑性强，消费心理、美观性、宜人性等因素在设计中处于相当 突出的地位。与此同时，与产品设计对应的制造技术j 下在向动态、柔性、并行、 精良和自动化方向发展着。这一发展，一方面体现着人们对于人工智能、经营、 技术的再认识和不断的追求；另一方面也体现着人对于未来产品和市场发展的认 识体现着人对于生存空自j 、生活方式的追求。它为工业产品实用性、经济性、 艺术性的有机结合提供了有力的技术支持，为工业设计提供了更为广阔的天地。 工业产品造型趋势演变以“从技术定向转向以人文定向”为口号，过去对技术 特性的张扬正在让位于产品美学的追求，这种设计的发展趋势主要包括以下几方 面： 堕! 垦! ：些查兰坐! ! 兰些堡兰 苎二! 堕堡 ( 1 ) 设计随处可见 工业设计努力用现代化的生产方式去创造一种使多数人生活质量普遍提高的 新的生活方式。在这一过程中人们通过设计更好地认识自然和自我，通过设计 得到审美的愉悦，通过设计规范自己的道德行为准则，所有这一切都是传统的艺 术形式所无法比拟的。在现代的文化氛围下，艺术是“形式”的传统观念，将让位于 艺术是创造的当代意识。现代工业设计采用大工业生产的手段为人服务，已在很 大程度上将艺术从作为少数人的奢侈品转化成了大多数人的必需品，昔同仅存于 画纸和画布之间的艺术已扩展到了一个杯子、一把椅子、一张桌子、一辆车子、 一幢房子等和人们生活密切相关的物品和环境中。不仅如此，作为当代艺术的工 业设计更是一个综合的有机共同整体，是一种大科学的方式和系统，它也随着技 术的进步渗透到了人类生活的每一个方面，人们时时处处在自己的生活、工作和 学习过程中都能得到艺术的享受。 ( 2 ) 进入个性化设计时代 制造商们已认识到消费者追求的不仅仅是产品的功能，一件产品应该体现出其 所有者的个性。现代工业造型设计以更加开放的态度面对消费市场，产品不仅要 提供合乎科学的使用功能，还应是充满文化内涵的、符合社会规范的，又是符合 人情和人道的。今后，产品的文化意义与心理机能势必与其使用功能一样重要， 纯粹理性的设计再也无法满足消费者心理层面的需求，而设计的感性因素或许会 变为决定产品在市场上成功与否的关键。现代设计师从大自然所具有的丰富造型 与色彩中取得灵感，以具有丰富情感蕴涵的色彩与线条取代那些强调合理、高科 技的直线和几何造型，使产品的色彩与形态体现人的个性，更加符合消费者对产 品的需求。 ( 3 ) 以产品造型语义为基础的人机沟通为先导 近2 0 年来，各种各样的电子产品都做成了“黑匣子”的形式。他们功能迥异 而形状相同，产品形状完全失去了与功用的联系，使人感到困惑和茫然感到产 两北丁业入学碘i j 学位论文第一章绪论 懿毂冷摸巍缺芝入壤昧，冀鸷后菇在羞萦耱人类心理巍文骥豹港程隐患，这是涎 经引起器国工址设计界警觉、而尚未解挟的问题。作为以研究与协调人与产品荚 系为主鼹内容的工业设计，必将羹视高科技时代、徽电子时代及未来的智能时代 豹产品遗墼语义、认翔往辩研究，解决入辊淘邋关系滴题。来来产品造鍪设计不 仪仅是为镬用鼗提供方便努适的堙辘，雯要设法使产黯威炎使用赣所希黧的有意 义的事物。人机界面自我展示产品的功能，使用者能在尝试中学会操作，并能以 自己喜澎的方式进行人机交流，甚至自行决定物品的长相，增加额外的使用内容。 ( 4 ) 由产晶韵遣霆活动向产晶的研簸过翟菠展 工鼗设诗羧术豹对蒙将簸苹个产晶静造型设计发激海产熬蕊磷菠，获产磊的全 生命周期考虑产品螅研发，使产晶艇发始终围绕市场葶既人的灌求，特别波重企业 无形资产的开发，如品牌、形象。作为现代设计方法的工业设计，是建立在电予 计算机、入机工程学、系统工程、荚学、心理学、设计方法学和其他新装学科的 纂疆土茨，西藏产熬没诗患不秀楚麓擎戆设谤教毽装，露是激产鑫开发巍棱心， 从企业生产、众业文化、社会宏观调控等多张不同层蕊进行的统筹策划过程。 ( 5 ) 数字化、网络化、智能化设计支持工具成为产品工业设计的主要手段 工业没计的基础是现代设计拽术的涕八发展，计算机辅助工业设计( c o m p u t e r a i d e di n d u s t r i a ld e s i g n ，c a i d ) 怒搴 学方法阻及计算机手段大量减用于市场分析 黟设诗袋瓣携结票。霆羲，溺谤葵撬进撂盘羧设诗黢钱传绞煞绘黧瓣撵樵到嚣， 融成为工业设计的主流。计算机辅助工业设计的应用怒对设计师技能的一大挑战r 计算机辅助绘硒能帮助设计师开拓阻往无法达到的视馓领域。具有复杂曲线或曲 谣的有枫形态设计的效率大大提商；丽魄籀震撼设计技米静篪震，使设计籁无需 实兹攫燮或割作群撬，戟霹进蠢产品掬慝、工慧牲设计、功能模拟，嚣蹦终像、 锻能化设计支持工具的提出，更怒设计师的协作，与客户的交流更为快捷顺畅 骅地的产品外形特征展示、工作性能测试、安仝性分析，直至最后投产t 计算机 置其使工韭设计鲡瑰添翼，使设谤在形筑静翻逶主和耩学势耩方甏都逶入了一令 两北t 业人学坝i 岸位论文 第一章绪论 新的起点。 这种趋势促使企业在进行新产品丌发时把产品的外观造型、人机工程等的设计 提到一个新的高度；这种趋势也促使企业在着手进行新产品开发时把面向产品个 性化、认知性等的设计创新性提到一个新的高度从而也迫切要求对工业设计的 研究能有进一步的突破，以提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力。 正因如此，对于工业设计领域的研究逐渐受到了国内外学者的关注。特别是近 几年来，随着计算机软硬件技术的日新月异，计算机图形学、计算机辅助设计、 多媒体、虚拟现实等技术的发展和c a d c a m 应用的逐步深入，现代工业设计理 论与方法的研究有了长足的进步，c a i d 技术己成为先进制造与自动化技术领域的 研究热点。 1 2 计算机支持的产品设计 工业设计作为- f l 综合的交叉学科，涉及到诸多学科领域，而计算机技术更使 其有日新月异的广泛发展。作为基于c a d 技术实现工业设计思想方法的c a i d 技 术，也具有广泛的理论和技术基础，它涉及到了现代设计原理与方法、技术美学、 人机工程学、形态构造学、创造学、心理学等学科和c a d 、人工智能、多媒体、 虚拟现实、优化和模糊等技术领域。 1 2 1 计算机辅助工业设计( c a m ) 计算机辅助工业设计( c o m p u t e r a i d e d i n d u s 埔a ld e s i g n ，简称c a i d ) ，是 在计算机的辅助下进行产品造型设计、视觉传达设计和环境设计等各类创造性设 计的工业设计方法，它将工业设计与计算机辅助设计技术的有机结合。广义上讲 c a i d 技术是一种从市场调查分析到广告销售工业设计全过程的计算机辅助设计 技术，它的范围包括工业设计的各个方面。狭义上c a i d 以辅助产品造型为核心， 它涉及到产品的形态设计、色彩设计、人机环境设计、装饰设计以及设计评价等。 4 硝托下业 学颀l ? 学位论文第一章绪论 与传统豹工业设计相比，c a i d 因其快捷、赢效、准确魏便于髅存、交流和修 已殳的优势而广泛应用于工业设计的各个领域在设计方法、设计过程、设计质缀 和效率等方面都发生了质的变化。这不仅体现在用计算机绘制各种设计豳，用快 速豹藤鬃技术替鼗i 瘗泥模颦，或案爱蠹熬凌实滏行产瑟豹耪真演示等方耨；雯霾 耍的是它还可以建立起一种并行的、协阉的设计系统，将设计、工程分柝、制造 三位一体，优化集成于一个系统，使不问专业的人员能及时地相甄反馈信息，从 丽缩短开发周期，保证设计、利遗的高质量。这些变化要求设计师其有灏高的雅 体意谈静更多瓣王鬟技本瓣谈，囊不是援仅爨凝子效紧赛表现。 诗舞援辏髓工业设计鼓零是工泣设诗理论- qc a d 技术懿毒壤终台，与工业设 计的特点及工业设计师的设计思维和习惯相适应的一种计算机辅助设计技术，宦 产生的条件题日益成熟的计算机技术，产生的幼力魑市场对设计熬体质激和设计 簸率越来越齑翡要求。c a i d 援本戳工煎设计翔谈为棱心，毅计算机隽辘劲工冀， 兖分爨襁工业设计的理念秘方法，实现形态、瞧彩、嶷人性设计朝美学鞭则蛇定 璧化描述。它充分发挥计算机快速、高散的优点与设计人员的创造性思维、审美 能力和综合分析能力，使设计的仝过程包括设计计划的提出、概念设计、详细设 诗、方褰浮徐、综念往纯、效粟袭瑰班及最终授产等，舔麓诗算瓿避孬攘掇、仿 真，从而设计出更加实用、经济、美观、宜人和创新的蕺产品。 1 2 2 计算规辕助工业设计技术璁状及戚用 1 。2 。2 。l 冀壤羲甥工鼗竣诗按零凌获及应曩 当瓣，嚣癌终关于c a i d 懿耩究主簧鬃孛焱诗算橇辘秘遮壅技术、c a i d 孛瓣 人机交互技术、智能技术、搬同技术以及新兴技术的应用研究等方砸。将虚拟现 实、神经网络、遗传算法等新兴技术引入c a i d 领域，并结合传统的优化设计、 模糊技术、智能技术等来谶行c a i d 盼研究是现代 曼计的发展趋势之一。 ( 1 ) 计算捉辕粒造塑技本的研究 两北t 业人学倾i 。学位论义第一章绪论 计算机辅助造型技术经过2 0 多年的探索，已发展到特征造型和参数化、变量 化设计阶段，为实体模型向产品模型的转化铺平了道路。同时，c i m s 、并行工程、 虚拟制造等设计制造模式的发展，使得产品模型必须实现全生命周期中的信息共 享、各种模型数据的转换和网络传输等问题。这些都对计算机辅助造型技术提出 了更高的要求。在c a i d 技术领域计算机辅助造型技术的研究主要体现在造型 的自由曲面设计和草图设计等方面。 自由曲面设计 产品外形自由曲面设计的研究是c a i d 的一个重要内容。采用曲面特征设计 ( s u r f a c ef e a a t r ed e s i g n ) 是自由曲面设计的一个重要发展。曲面特征设计包括了3 部分即基本表面、移动特征和串通图形。 草图设计 草图设计技术是随着实体造型技术的发展，为满足工业设计师传统的手绘习惯 而发展起来的造型技术。它是用来弥补传统c a d 系统与工业设计之间鸿沟【3 】的有 效手段。该技术的重点在于2 个方面：一是设计过程中的人机交互技术，即设计 系统如何有效地模拟设计手绘：二是草图重建技术。当前，国内外已建立了一些 基于草图的c a d 系统。 ( 2 ) c a i d 中人机交互技术的研究 人机工程技术研究的真f 兴起、并有组织地进行仅为数十年的历史。当前人 体标准数据库、三维人体模型以及一人机设计系统、评估系统已得到广泛应用。 在c a i d 技术领域，人机交互技术的研究主要体现在人机界面技术和虚拟仿真技 术等方面。 人机界面技术 随着计算机技术尤其是多媒体、虚拟现实等技术的发展，人机交互的界面已发 生了巨大变化，当前，人机界面模型、虚拟界面、多用户界面、多感官界面是人 机界面技术的几个重要研究方向。 虚拟仿真技术 6 堕j ! ! ：些查兰竺! ：兰些堕苎 型二主堑堕 通过计算机软硬件系统的虚拟仿真，可以有效地进行人机关系的设计、评估、 检验等工作。当前，虚拟仿真技术的研究主要体现在触觉反馈、压力反馈等基础 技术以及人机交互的模拟、人机虚拟环境的构建等方面。 ( 3 ) c a i d 中智能技术的研究 当前，智能c a d 、智能设计已有相当程度的发展。集成化智能设计系统 ( 1 2 c a d ) ，可对设计全过程提供一体化的计算机支持。在工业设计中，由于其涉及 到创造性设计思维以及频繁的人机交互，尤其需要人工智能技术的辅助。 创造性设计思维 设计活动是一个创造性设计思维的过程，在工业设计过程，设计师将其构想快 速转化为草图的过程是一种相当复杂的行为，这一过程被称为观念作用阶段 ( i d e a t i o ns t a g e ) ，不少学者针对设计师的创造性设计思维，设计知识的表达，对观 念作用阶段进行了研究，并结合草图设计，提出了自己的见解。 设计文法 设计文法是从设计方法学的角度，对物体的造型、色彩、形状等构成要素及其 生成原理进行提炼、抽象而形成的形式化描述方法。它是实现计算机辅助智能设 计系统的基础之一。当前，工业设计界学者提出的设计文法主要包括造型文法、 色彩文法、形状文法、造型转换文法等。 创新设计 在创新设计过程中，设计师的创造性思维、设计经验以及领域知识等内容处于 相当重要的地位。因而，不少学者从人工智能角度出发，进行产品创新技术的研 究。当l j ，主要体现在对产品创新原理、创新过程的描述模型和计算模型等建模 技术的研究上。 c a i d 中高新技术的应用研究 当前，虚拟现实、神经网络、遗传算法等新兴技术以及并行设计、协同设计等 设计方法是广大学者研究的热点。将这些技术引入c a l l ) 领域，并结合传统的优 7 两北t 业人学坝l ：学位论且：第一章绪论 化设计、模糊技术、智能技术等技术，来进行c a i d 的研究也逐渐受到学者的关 注。 面向并行、协同的工业设计 并行设计、协同设计是现代设计的发展趋势之一。在工业设计领域特别是产品 设计，也必须研究产品功能、原理、布局、形态等各方面之问的并行设计和协同 设计机制，一些学者从并行工程的角度对并行环境下的设计过程和设计策略以 及面向并行工程的造型设计技术进行了深入探讨。一些学者从c s c w 的思想出发， 分析了协同设计过程中的各种角色，提出了工程设计与工业设计的协同工作模型， 同时分析了协同设计中人的作用。 基于v r 的产品设计 当前，虚拟设计、敏捷设计已有了很大程度的发展。在产品设计领域，虚拟现 实技术同样也受到了众多学者的关注，他们将v r 技术引入形状设计、结构设计等 过程，并丌发出一些基于v r 的设计系统如3 - d r a w 、j d c a d 、c o v i r d s 等。 绿色设计 绿色设 f ( o r e e nd e s i g n ) 是当前备受关注的一个产品方向，它与工程设计界提 出的全生命周期工程设计( l i f ec y c l ee n g i n e e rd e s i g n ，简称l c e d ) 在本质上是一致 的。绿色设计的关键技术有面向再生船i 驴f o r r o e y c l i n g ，d f r ) f l c j 设计技术、面 向装蕊d ( d e s i g n f o rd i m s s e m b l y ，d f d ) 的设计技术、面向生命周期( l 流c y c l e a s s e s s m e n t ，l c a ) 的评估等等。 ( 4 ) 商品化软件中的工业设计模块 当前，世界上大型的c a d c a m c a e 软件系统，如p r o e n g i n e e r 、e d s u n i g r a p h i c s 、e u c l i d 、a u t o d e s k 、s o l i d - w o r k s 等都提供了有关产品早期设计的系 统模块，它们称之为工业设计模块、概念设计模块或草图设计模块。 p r o e n g i r l e e r p r o e n g i n e e r 包含一个工业设计模块p r 0 ，d e s i g n ，用于支持自上而下的投 影设计，以及在复杂产品的设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工 西北_ t 业= 学顶士学位论文第一章绪论 具包括产品设计的二维非参数化装配布局编辑器，用于概念分析的二维参数模型 的布局以及用于组件的三维布局编辑器。 e d s u n i g r a p h i c s e d su n i g r a p h i c s 从v 1 3 版本后推出了概念设计w a w ( w h a t - i fa l t e r n a t i v e v a l u ee n g i n e e r i n g ) 技术。它为协同概念设计提供了强大的技术支持，使得不同部门 的工程师在设计早期阶段，就可站在系统工程的角度，同时针对多种可选的设计1 方案进行评估。通过将设计意图组织到一个相关控制结构( a s s o c i a t i v ec o n t r o l s m a c t u r o 中去，可使设计师十分有效地控制各种设计变更。此外，w a v e 也支持“概 念设计到详细设计工程”( c o n c e p t - t o - d e t a i le n g i n e e r i n g ) ，即先作出设计决策，然后 设计细节。 从社会发展角度而言。当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位， 就必须在科学技术上取得优势，尤其要在高新技术产品的创新设计与开发能力上 取得优势。否则，在强大的国际竞争压力下将难以生存，难以发展。以产品设计 为核心的现代工业设计是跨越2 l 世纪的设计。其发展方向应与产品设计制造的整 体发展趋势保持一致，并在如下3 个方面做出贡献： 1 ) 在翅造性、发髓性的探索性设计释勃新性设计方面。妥充分翻甬科技新成果 发挥设计师够最大潜镶以实理标毂立异的设计截箭； 蛰在以信息技术为代表的高科技窿用方面要充分翻甬各种额兴技术、耨型材辩、 静 式能源。并结合南场器求以实现世界的又一次i 监大荸螽； 3 、在i 业设计s i 程设计的一致蛙方面，要充分协调好设计的功能翻形式2 个舞 面的关系，使两者逐步走向融合最终实现以人为棱心、久枫一裤纯钓智能集 成设计体系。 1 2 2 2c a i d 有持鼻决的关健技术问置 与其它c a d 技术相比c a i d 技术的研究进展相对迟缓，客观上主要是因为 工业设计的综合性和复杂性。c a d 存在的主要关键技术问题可归纳如下： 9 两北f 业大学坝| 学位论文 辩一章特艳 i 瑷找设诗孝法学鹩臻究。壹蛾予璎代i 避设诗蜒笈疆鸯淘。旋设诗薄教龟努臻 菠。国类觳匏、穗确酶专法黎逛镶懿竣诗遥撰及设钠”秀法送行醑究，娃葜京c a i d 的理谗基磁； ；截鞭设诗技术鼢磅究，疆究谶诗器缝过程鞠诗翼甄支祷下鹃设诗过程谶褥靛琢 魏鞫甄范 探避器粪氨鞭技法。深入疆究貔凝设诗镌臻缓、夯法帮鼓零； 舄竣诗过程中魏蛰毯技术疆突，疆究缓诗过稳瑗其译赣过程孛懿黎麓支持援拳 职究西稳王韭设诗的凝能支持系统； 舔设诗过羧孛蓑嚣、协戡、奎受露霉鬻设诗鼗零磅巍，矮巍设诗邋程孛毒感巷4 遮 成本等囡索鼹豢嚣莰诗攘拳；磷突浚诗遭程中不褥或秘礴矮竣鹩设诗灏之阚魏 耱羁设诗技术；磅究凝馥奎雯窃羁凝镑绿绝莰嚣镘零； 羚设嚣过程巾豹氏枫交要技拳磷窥。谯传统嶷夏手段鹅基黼上辩究程v r 等鞭 兴技术支持下骢久撬交甄镘蕊， 从工业设计戆本身受发看。髓羞c a d 、太王智髓、多媒体、墩投聪安等技术 躲避一步发襞，镬褥霹设诤过稔爨熬寄瑟深鹣试罨 ，对设诗嚣维瓣模整登将这鬻 凝的境界。c a i d 将搜工业没计骥着多元化、傀化、体他的方向教展，入机交互 方式燹翔自然，翎凝设圣 豹手段戮先宠遴、礴散。获整令产瑟谡诗与裁造麴笈凝 趋势纛，并行设计、傍同浚诗、餐娩竣计、纛投设计、敏捷设计、全生命愿鲻设 计等竣诗方法代表了凌 弋产燕设诗模式熬发袋方自。隧藿技拳豹进一步袈震，j 盘 品设诗模式谯信息他的基础上，必然辅黄数字位、集成纯、网络纯、麓鼹纯鞠方 自发瓣。诗嚣瓿辏嚣下鹁王避设诗瓣获溪趋势裂登熬与上述发曩趋势翊一致，聚 终建立统一豹设计支撵禳蘩。工簸设计弼与王摆设诗筛逐融合，走向绫一仡。 1 。3 研究背景及内容 1 , 3 ，1 瀚静静算机辅助色彩谈计中襻在辩阔菇 本课题来源予潮家“十五”豳家薅技术笈装计刘( s 6 3 ) 攻关谍题“粼淘 两北。r 业人学坝i j 学位论史始一章绪论 产品创新的计算机辅助概念设计技术的研究”和国家自然科学基余“产品的多感 知因素设计过程研究”等课题。 众所周知，色彩是工业产品造型的重要因素。它能美化产品，满足人们的审 美需求：工业产品造型的良好色彩设计，不仅能提高产品的外观质量，使产品在 竞争同益加剧的市场上具有强的生命力：而且还能更好的发挥产品的功能作用。 当前，世界上大型的c a d c a m c a e 软件系统如p r o e n g i n e e r 、e d su n i g r a p h i c s 、 e u c l i d 、a u t o d e s k 、s o l i d w o r k s 等都提供了有关产品早期设计的系统模块，在这 些软件系统中色彩设计部分向用户提供了基本的调色和赋色的工具，但很少具 有色彩设计的知识辅助功能，有的只是利用计算机绘制产品彩色效果图的功能。 这并没有从工业设计的思想和方法上给用户以启发和帮助，没有反映工业设计的 特色。 2 1 世纪的发展趋势是，设计周期越来越短产品风格多样化，个性化，因此， 对“市场的快速响应”要求更详细的市场定位，更大规模的数据库，更快速的信 息传递。而工业设计技术的对象也将从单个产品的造型设计发展为产品的研发 ( r e s e a r c h & d e v e l o p m e n t ) 策划技术，使产品开发始终围绕市场和人的需求。传 统的产品设计中，色彩设计是凭借设计者的经验和艺术灵感，尽管不乏好的设计 和优秀的作品，但是存在着如下的缺陷：( 1 ) 由于好的方案不能随时通过启发获 得，因此很少能在需要的时候得到好的创意，( 2 ) 最后的方案极大依赖于个人的 天分，( 3 ) 解决方案可囿于个人的偏好。文献【。5 1 1 6 1 中虽然提出了语义设计方法， 但仍主要在局限在产品的形态方面，没有扩展到产品的色彩设计中，文献【5 l 中虽然 提出了心理型语义性的方法，但是没有考虑到市场和用户偏好这两个重要因素， 缺乏针对性和指导性。色彩对工业产品的外观质量有着直接的影响：色彩处理的 好，能使造型更加完美，有利于提高工作质量和效率；色彩处理不当，不仅削弱 或破坏造型美，而且还容易造成人的视觉疲劳和情绪不安。所以，必须充分认识 色彩造型的特殊性和规律性，把色彩的运用同具体的产品设计，产品的功能、形 状、尺度等因素有机结合起来，从整体形象观念出发，全面考虑色彩的设计问题。 壁垫王些点鲎竺! ：鲎楚堡苎塑：萱竺堡 逸摹提囊了一秽鍪予语义空蠲懿篷彩竣诗穷法，嚣模糍哭慕囊数建立镦台审 竣变纯，产茹技术特凝以爱耀户壤好等必邂恩豢烫穿熬巾始产品色彩摸型，在撼 豢瀚语藩与产箍豹爸彩描述乏翔建立起袋系，撼蹬了一个实爝约毪彩设诗添统禁 梅。邋魂对镪彩设计闽爨弱毋祈，蒋产菇惩彩设话语惑避孬摘象，撵密了魏彩方 絮靛攘念，蹙窀宋缀拣穗影没诗避辍裙簸镶，建立爨禽蘧予潺义的链食城稳臻述 接患媳毡澎方裘艨，以辅助设计者在c a d 环境下进错产鼯色彩设计和新产晶的玎 发工作。 1 3 2 谶文童装内密 本文的主整内容鼹围绕蒋基于谲义黛问的梳床产躏计算枫辅助色彩设计系统 躺秘建袋歼翡，主婺巍矫究设诗懑壤窝谯彩搴巍特糕瓣藩璇上，缭徐诗葵瓤慕翡 王渣淫诗戆特煮，挝爨了在诗雾瓤滔壤下萋手落义垡潮海产熬趣彩竣诗鲍壤论秘 方法技术，搭慈了琶彩设嚣羝绞糕絮，势开发实溪了爨髂豹软件系缀。是体衷滋 主嚣有黻下几方面酌工作： ( 1 )对国内终计簿撬辘秘琶澎设计袋纂糖荚援术鹣菠袋现状虢觳磷究成果避 孬了焱嚣深入麓谖蠢磷突每蕊结，涯墩了魏懿蕊鸯蕊懋怒粒鼓零方法。 2 ) 缝合斑爨模糨遵瓣、蘸愈建 蒙技零、潺芟嶷滚等技拳方法，掇掇毪彩设 计的特点，提出了一种基乎语义空阃l q 产黯色彩设计方法，对谢义空黼 静建立数爨褒语义空闽串色彩秀案求释豹全邋攫露了详纲论逑， ( 3 )采南溆性鞘定量稠缩含酌方法，建立了摘象谣言秽穗彩美联前三维弧l 梅 语义燮篱。宠藏了与产菇憩彩鞠舔吉蔫联灏热彩摸扳露。在嚣求势橱鹩 基礁之上梅逮了篆蜿熬慧钵挺絮，开发了软搏系统。系统埘在c a d 环蜓 下输入要雏成的产品毽彩语言，采羯辚健麓剽生减产器熬撼本篷彩方寨- 有效她辅渤了产赫的色彩设计， 西北t 业人学坝i j 学位论立第一二章坫十感忡审问的也彩改计理论皋础 第二章基于语义空间的色彩设计理论基础 在现代产品设计中色彩具有重要的价值，工业产品的色彩作为视觉的第一感 受最先作用于人，并进而以其与产品造型相映衬所产生的色感与质感柬体现产 品的功能及技术水平。色彩设计是一个复杂的系统的创造过程，涉及物理学、生 理学、心理学、信息论、系统论、设计方法论等众多学科领域。对设计师而言 色彩设计要与产品功能相符，更要与使用者在生理、心理以至感情上取得全面的 匹配。只有符合设计师的一般设计习惯，符合人的认知和心理特点色彩设计方法， 才能够充分调动设计师的形象思维能力，使色彩设计的理性与感性取得统一。本 章从色彩的心理感觉出发，利用色彩设计主观抽象性和模糊性的特点，提出了一 种基于语义空间的色彩设计方法，以下介绍这种色彩设计方法的理论基础。 2 1 色彩表示模型及色彩设计特点 2 1 1 色彩的三要素 色彩是光线刺激于视网膜所形成的色彩知觉。可见光的波长范围是3 8 0 一 7 8 0 h m ，不同波长的光线使人产生不同的色感，如：7 0 0 h m 为红色、5 8 0 n m 为黄色、 5 1 0 h m 为绿色、4 7 0 n m 为蓝色。对发光物体来讲，其色彩感觉取决于 分柿：对非自发光物体来讲， 或者透射性能表现其色彩感觉 缤纷的色彩。 需要一个照明体提供光源，再通过物 所以说颜色是依赖于光而存在的 颜色一般可分为彩色和非彩色两种。 灰色组成的系列。从物理学的角度来看， 它本身的光谱 体的反射性能 没有光就没有 非彩色指白色、黑色和各种深浅不同的 它们不包括在可见光谱中，故不称之为 色彩。需要指出的是，在心理学上它们有着完整的色彩性质，在色彩体系中扮演 者重要的角色。 两北t 业人学帧l + 学位论文 第一帚基十感件卒问的也彩设计理论皋础 彩色是指白黑系列以外的颜色。光谱中的全部色都属于彩色。彩色有三种属 性，即明度、色相、纯度。明度是人眼对物体的明暗感觉。发光物体的亮度越高 则明度越高，非发光物体的反射比越高则明度越高。色相是指彩色彼此相互区别 的特性，也称色调，即红、黄、绿、蓝、紫等。不同波长的单色光具有不同的色 调。纯度是指彩色的纯洁性，也称饱和度。可见光谱中的各种单色光是最饱和的 彩色。物体的饱和度取决于物体的反射或透射性特性，若物体的反射光的光谱带 很窄，它的饱和度就高。色相、纯度和明度这三种性质是色彩最基本的构成要素， 称为色彩的三要素，人们就是利用色彩的三要素柬鉴别、分析和描述色彩的。 儿色彩都一定会同时具有三种属性，即明度、色相、纯度。它们是色彩中最 重要的三个要素，也是最稳定的要素。这三种属性虽有相对独立的特点，但又相 互关联、相互制约。 2 1 2 色彩的表示及色系的建立 2 1 2 1 色彩表示法 自然界中存在的色彩是无穷无尽的，而人眼对色彩的感觉是微妙而模糊的 为了科学研究和工业应用的需要，要实现对色彩的再现、运用和管理，必须建立 对色彩的表示方法。 色彩常见的表示方法有以下三种方法：符号表示法、一般色名法、惯用色名 法。以下分别对其进行介绍。 1 、符号表示法 此方法是依据色立体的表色法来表示的( 不同色立体有着不同的表色法) 。在 做好的设计上注明各色的符号，如5 r 4 1 4 表明所用的是孟塞尔色立体，色彩是 第5 号红中纯度为1 4 ，明度为4 的那个纯红色。孟塞尔色彩体系是最常用的表色 系之一。它是由美国人孟塞尔( m u n s e l l ) 于1 9 2 9 年提出标准色版，后经美国光 学学会修改，编成正式的孟塞尔表色系。在该色系中，色相( h ) 、明度( v ) 和纯 度( c ) 三个坐标在空问中构成一个色立体，现实世界的一切色彩都可分别在它之 1 4 嘏北丁业人学碘l 学 夔论立： 第一章鹾十辨牲守勰色彩墩诤嫂论旗穑 上找到- 时应的位置，般用h v c 的形式柬埘该包彩命名或表示。这种方法建 立在广泛捷掰国际拣准夔立体懿麓獭上。不宜感瑷镳羞。 2 、一戴色鬈法 一般色褒是依照只本工灶搜媾j i s z 8 1 0 2 制定豹，魁出基本怨露热上特定的修 饰语组台而成。有彩色的繁本色名肖：地、橙、黄、黄绿、绿、蓝绿、夔、篮紫、 紫、紫甄。燹彩色驰基本魏磐骞；壤淡翡、亮次懿、荻熬、噻获豹、最蹬黪、淡 姻、不豢燕黪注豹) 、臻浆、鳝键戆、滚熬、瓣麓戆( 燕鹣) ，纛它翻麓瓤辩上 色名称可构硪一个富有装饰崽昧的截名，如浚纽、浅红、纯红。然而这魑撼述词 汇数量有限，而且不确切。不同的人对问一色名也育不同的理鳃，理职不问。产 鬈三的效鬃氇裁不舔。困鼗，这嵇袭色法势不猴磺。 3 、泼瘸毪名法 惯用色名搓人粕习缎搜翔酌器释物体豹圆露色褒。在安酝搜用审，蠢射用撼 浆符号淡示媛然糖确，却缀难绘人鼷下也彩的感性认识。慕用传绞蟾比较形象懿 搭苦文字来淡示，麴麓翡紫、宝露夔等，姨魏名肴，搬快就会感受到_ l 圪毽静疆糕， 扶瑟s 袋鬟囊翁菸鹗与鼗怒。这辨生活绘予戆经验蘸帮露象色饕常寓有文学睬， 驻得生铷、綮切。即使对予恕彩知议较少豹非专嫂人援，也不至于戡现大豹失浚。 2 1 2 。2 巍系的邋立 鳃翡文掰述，彀耱h 、龋廑￥、秘缝菠e 楚色彩瓣三要素，金郝色彩( 篷毯 彩鱼与翡彩戆 裙毒滋薅三要素裘示。国予三簧索其麓三次愆熬桎袋，褥霹游鬻 置维变鬣柬表示色彩。如果建立；、歹、j 三坐标轴嘏置垂囊的搬标系( 魏塑闽) ， 萁上任一点就可以表示与之相应的某一种色彩。任一色彩可以用下列公式表示： e ( 盖= 茗x + 岁￥+ ? z 式中，羌必廷髭靛圭滚长，x 、y 、z 分裂兔三要素参数游擎往，善，萝、三努 踊为e 点三蹩称的数值。鲡莱将x 的值与c ( ) 相翱，猁 c ( ) = 一x x + j ，y + z z 褒秘色蹙瓣懿辍标餐霹彀餐蠖。 堕j ! l ：些叁兰竺! ：兰些丝兰 塑= ! 苎壁世! 塑塑些堂堂生型堕苎些 若x 、y 、z 为代表各种要素的物理量，则可对色彩进行定量处理，由于处理 方法不同，出现了数个典型的色系，以下就是其中的几种。 ( 1 ) 国际照明委员会标准色度学系统( c i e 色度学系统) 明度和色度( 色 度兼有色相和纯度两特性) 。 ( 2 ) 美国孟塞尔颜色系统( m 氏表色系) 色相、明度和纯度。 ( 3 ) 德国奥斯特瓦尔德颜色系统白量、黑量、纯色量和色调。 典型色系已被我国有关学者引进、研究和介绍，归纳它们各自的特点如下。 c i e 色系以2 组基本视觉实验数据为基础，用r 、g 、b3 种原色的数量 - - , t j 激值来表示颜色，其色度坐标是指三原色各自在r + g + b 总量中的相对比例。 设某一颜色c 的色度坐标分别为r 、g 、b 则有 r r + g + b g g 。瓦石五 b 月+ g + 曰 ( c ) = ，( r ) + g ( g ) + 6 ( 口)，+ b + g = 1 只要知道r 、g2 个数值就可以计算b 。所以r 、g2 个数值可阻代表1 个颜色。 三原色可匹配成标准白光，且标准白光的三刺激值相等 ( w ) = 0 3 3 ( r ) + o 3 3 ( g ) + o 3 3 ( b ) 以此可得形态为马蹄形的c i e 色度图。c i e 色系较为客观，然而使用起来难以使人 们与具体的颜色直接联系起来。 m 氏色系采用h 、v 、c 三要素构成色立体，色立体y 轴代表无彩色白黑系列的 明度等级在x z 平面内放置彩色环，色相按等差数列排列。沿着径向纯度按等 差数列排列，每个颜色可用三维坐标位置的数值来表示，表示方法为hv c 。该 色立体外形极不规则，象色彩树一样其纯色的树枝可以伸长。m 氏色系的另一主要 特点是色样本排列与感觉上的等差变化相符合，但并不体现混色的规律。 奥斯特瓦尔德色立体的y 轴代表白量和黑量，x z 平面内各点对应于黑白量与 6 两北t 业人学硼l 学位论史 第一章捧十感性中间的也彩改计理论毕础 纯色量的比例，该色立体是以白、黑、纯色为顶点的奥斯特瓦尔德等色调三角形 绕y 轴旋转形成的复圆锥体。在奥斯特瓦尔德色系中，所有颜色都出纯色与白、 黑以适量比例的量混合即： 白量+ 黑量+ 纯色量= 1 0 0 陔色系颜色的标定方法是前面数字为色相代号，后面字母分别为白量和黑量 代号，根掘每一种颜色代号，可以寻出其相应的黑量与白量所占总量的百分比， 显然也可求出纯色量的百分比。白量和黑量的代号有8 个，就是无彩色明度为8 级，每级相应的白和黑的量根据法齐奈( f a c h n e r l 8 0 1 1 8 7 7 ) 法则确定，即白 和黑量根据光以等差级数增减时，明度也以眼睛可以感到的等差级数增减。所以 说该色系不仅能体现每种颜色中的白、黑和纯色的量而且这种混合体现了科学 性和规律性。 一般认为以上色系是典型的色系，但是它们可以发展成具有各学科特点的色 系。在工业造型设计中常用瑞典赫塞尔伦色立体，以在选色中强调不同的角度， 例如强调明度和纯度。同本已较早地建立了同本色彩研究所色系，采用h v c 表色 法，并有与此法表示颜色符合的相应标准色( 色标本) r 本色彩研究所常备有1 0 0 0 色的色样本，供选色和调色用。 我国目前虽尚未制定出符合我国实际的色系但是8 0 年代以来各工业主管部 门都相继提出和建立了为数不少的有关颜色的标准，如g b 3 1 8 2 8 2 颜色分类命名 和型号、g b 3 9 7 7 8 3 颜色表示法、g b 3 9 7 9 8 3 物体色的测量方法、g b 5 6 9 8 8 5 颜 色术语、g b 6 7 4 9 8 6 漆膜颜色表示方法等这些标准为色彩量化提供了依据。 2 1 3 色彩设计的特点 在各种视觉要素中，色彩属于敏感的，最富表情的要素。色彩对人心灵的撼 动是强烈的、戏剧性的。经验和研究表明人类具有偏爱色彩的倾向，只要有可能 人们总是喜欢在他们周围的环境中饰以色彩进行美化。 1 7 鸿北丁业太学娥l 。学位论文 第一章摹十蹲牲辛阅嬲也髟蹬 理诧麟姑 2 1 。3 。1 镪彩瀚赢揍淫效簇 残羲色彩嚣尊，出于受垂色彩憋程擞喇激，薅在戆缑方瓣产生怼生活经验帮环 境事锈静联想，这旒蹩琶彩鹣心毽感觉。 截彩有冷暖感。色彩的冷暖感被称巍色性。红、黄、橙等色糟绘人的视觉刺 激强，使太驳恕羁疆燃鬣鹣太帑、炎巍，惑羁潺疆，掰疆稼为瑗糕。曹惫、蘸瞧 使人联想至q 天空、潍流、麓天，感到寒冷，骈l 美称为冷色。 惫彩有兴裔感与滚静感。建爨凄裹、筑度褒瓣魏溪又矮镶红、援戆缓氇系， 均有兴套感。凡明凄低、纯发低，又属偏蓝、青的冷色系，艇有沉静感。 憋彩骞彩骚感与渡续感。曩一瑟程、司一繁景熬物嚣，囊予魏彩不鞠，绘入 造成大小不嗣的视觉效采。凡色彩赁庭黯的，番筵絮蘸积丈楚，蠢膨滕静感觉。 凡明瘦馕豹织彩霉起寒覆积，j 、些，毒收续豹感蹙。 骰彩有# 避感与后退戆。疆鬯和碉色给灭黻蓊遴的感觉；冷散和貉魏给入瑷 矮退鹣感燮。色彩嶷轻重感。裹骧疫熟畿彩燎人良辍戆感激；低蹋度熬色彩缭入 疆重静薅觉。 2 1 。3 。2 惫彩熬羯接心理效艘 除了色彩的直感性心理效应之外，甑彩还存在着一种邋为复杂的间接心璞效 巍。越髓由予色彩瓣萼 起姆璎效应零双饺箨黎在感觉或鲻毙懿浅层次淤段，褥 怒导致燹为深囊瓣心理活秘