基于美学特征的参数化产品外形设计及其美学评

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1、基于美学特征的参数化产品外形设计及其美学评客户多元化与个性化需求，使得产品外观造型的新颖性日益受到青睐.为满足不同客户需求，产品的工业美学设计愈加受到重视.产品形态是其美学设计的物质基础，形状、比例、装饰等形态要素是产品形态的构成基础.采用曲面特征设计产品的外形自由曲面，是计算机辅助工业美学设计的—个重要发展方向.文献分别以和艺术花卉造型设计为例，介绍了一种支持进化的计算机辅助创意性外观设计环境.文献提出了一种三维人体模型快速建模方法.伴随着美学设计发展，一些学者对美学评价方法进行了研究由于美学评价的主观性及不确定性,使得设计者很难得到客观评价结果，因此研究美学评价方法具

2、有重要意义.人工神经X络由于其具有自适应性、并行处理、非线性、容错性和推理能力等美学评价中所需的良好特性，非常适合处理美学评价这类涉及因果关系、数据中可能存在矛盾和错误的不精确知识.本文以工业缝纫机为例，提出了一种基于美学特征的参数化产品外形设计方法，通过研究形态要素与外形模型特征参数之间关系，运用特征参数表达美学形态要素，实现了产品的参数化外形设计.以100种外形模型作为样本，通过问卷调查获得美学评价结果，将模型特征参数与对应美学评价结果作为训练样本,构造了基于神经X络的美学评价体系，并给出了基于该系统的产品最佳外形设计模型.1.基于美学特征的参数化产品外形设计产品外观

3、主要受其关键形态要素控制，通过形态要素的放大、缩小、变形及组合，可获得不同的外观创意设计效果，形态要素与产品外形特征控制参数存在关联.以工业缝纫机为例，假设其美学形态要素总共有m个，决定其三维外形的主要特征参数有n个,则形态要素与特征参数之间必定存在一定的映射关系.1.1形态要素的提取工业缝纫机芙学形态要素主要集中在形状、表面特征和各部分比例关系等方面.本文以不同品牌的37种工业缝纫机作为样本，从整体与局部对其形态要素进行了分析研究.1)比例形态要素.如图1所示,基于实验样本研究，总结归纳出工业缝纫机各部分之间关键出例关系如下:a.总长度与总高度之比;b.机头长度与总体长

4、度之比;c.机尾长度与总体长度之比;d,中部主轴高度与总高度之比;e.顶部宽度与底部宽度之比.2)机头形态要素.从主视和侧视2个方向研究得到表1所示的机头形态要素.3)中部主轴形态要素，中部主轴形态从长度与横截面2个方向研究.研究其截面方向时，假定侧表面为2个垂直平面，则中部主轴横截面主要由其底部特性决定，表2给出了中部主轴形态要素.4)机尾形态要素.机尾两侧表面形状基本确定了机身侧表面形状，其形态要素主要考虑形状及顶部与底部宽度比例.沿机尾右视图方向对其进行分析，形态要素归纳为表3所示的6种类型.5)内轮廓曲面形态要素.内轮廓曲面形态从截面和长度2个方向进行研究.截面形

5、态同中部主轴截面形态要素；长度方向形态主要为直角过渡型和抛物线型2种风格，如图2所示.1.2基于美学特征的参数化产品外形设计1.2.1外形特征参数与美学形态要素间的关系基于形态要素分析，将工业缝纫机归纳为表4第1列所示共12个主要形态要素，表中“〇”表示形态要素与特征参数之间存在关联.针对这些形态要素，利用UG软件，基于参数化建模思想，将工业缝纫机的12个美学形态要素与三维参数化模型的特征参数建立联系，完成基于美学形态要素的参数化三维模型的建立.图3所示为参数化模型关键特征参数作用位置示意图，图中~巧7含义与表4中相同.模型共有17个关键特征参数控制缝纫机12个美学形态要

6、素，表4所示为缝纫机12个美学形态要素与模型17个关键特征参数之间的关系.可以看出，某些形态要素是由多个模型特征参数控制的,反之,一个模型特征参数又可能影响多个形态要素.现以机尾为例说明特征参数如何控制对应的形态要素.机尾右视图轮廊形状由图3所示特征参数Pg.P,及P1()控制，其中，P?)和分别为机尾顶部和底部宽度，改变这2个参数可实现缝纫机机尾顶部与底部的宽度尺寸及二者比例关系变化.Pj机尾右视图轮廓线中两侧曲线的形状控制参数，侧曲线通过构造规律曲线方程实现.两曲线方程分别为现以机尾为例说明特征参数如何控制对应的形态要素.机尾右视图轮廊形状由图3所示特征参数Pg.P,

7、及P1()控制，其中，P?)和分别为机尾顶部和底部宽度，改变这2个参数可实现缝纫机机尾顶部与底部的宽度尺寸及二者比例关系变化.Pj机尾右视图轮廓线中两侧曲线的形状控制参数，侧曲线通过构造规律曲线方程实现.两曲线方程分别为应用UG草图功能及控制曲线，分别在如图4a所示的基准平面1和基准平面2内构造了2组封闭曲线.平面1内构造的第1组封闭曲线由Linel,Line2，Line3,Laatlab软件平台，使得程序易于移植和扩充，提高了软件的可靠性.3.基于美学评价系统的最佳缝纫机外形样例5个美学评价指标中，满意度指标表明顾客的综合满