面向小家电产品的色彩风格参数化设计方法研究.pdf
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1、2023 年 8 月 图 学 学 报 August2023第 44 卷 第4期 JOURNAL OF GRAPHICS Vol.44No.4 收稿日期:2022-11-28;定稿日期:2023-03-02 Received:28 November,2022;Finalized:2 March,2023 基金项目:国家自然科学基金项目(51575158);天津艺术科学规划项目(C16064);河北省社会科学基金项目(HB16YS017)Foundation items:National Natural Science Foundation of China(51575158);Tianjin A
2、rt Science Planning Project(C16064);Supported by Social Science Foundation of Hebei Province(HB16YS017)第一作者:杨冬梅(1977),女,副教授,硕士。主要研究方向为感性工学和产品创新方法研究。E-mail:D First author:YANG Dong-mei(1977),associate professor,master.Her main research interests cover Kansei engineering and product innovation methods
3、.E-mail:D 通信作者:张健楠(1976),男,讲师,硕士。主要研究方向为智能信息处理。E-mail: Corresponding author:ZHANG Jian-nan(1976),lecturer,master.His main research interest covers intelligent information processing.E-mail: 面向小家电产品的色彩风格参数化 设计方法研究 杨冬梅1,崔智棨1,张健楠2,王泽远1,王鹏菲1(1.河北工业大学建筑与艺术设计学院,天津 300401;2.河北工业大学人工智能与数据科学学院,天津 300401)摘要:针
4、对线上消费模式的兴起让消费者在网络购物时有了更多地选择,优秀的产品配色能够有效地引导用户消费,为了设计出符合用户风格需求的色彩方案,提出一种基于色彩三要素的色彩空间定位法,以研究产品色彩与风格之间的关系,实现色彩的参数化设计研究。基于对产品色彩风格意象本体概念的解析,引入HSV 色彩空间对色彩三要素(色相、饱和度与明度)进行量化,以 HSV 色彩空间的 3D 效果展示作为可视化媒介,通过优化现有色彩方案使其缩短与理想色彩方案的距离,结合参数化和聚类分析、相关性分析等方法,对产品的色彩与风格建立相关性关系。根据实验评价结果,得到不同色彩要素对风格的影响力因素及不同风格下的最优色彩方案,构建小家电
5、产品的色彩风格意象可视化本体,并以蓝牙音箱为例进行色彩验证。以小家电产品色彩风格意象研究为例,提出了产品的色彩风格参数化设计研究方法,为小家电产品的色彩设计研究提供了新思路。关键词:色彩空间定位法;参数化设计;HSV 色彩空间;小家电;色彩风格 中 图 分 类 号:TP 391 DOI:10.11996/JG.j.2095-302X.2023040828 文 献 标 识 码:A 文 章 编 号:2095-302X(2023)04-0828-10 Research on parametric design method of color style for small household app
6、liances YANG Dong-mei1,CUI Zhi-qi1,ZHANG Jian-nan2,WANG Ze-yuan1,WANG Peng-fei1(1.School of Architecture and Art Design,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.School of Artificial Intelligence and Data Science,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China)Abstract:With the proli
7、feration of e-commerce,consumers now have an array of options in online shopping.In order to effectively steer users towards consumption,it is essential to provide excellent product color matching.To this end,a color space positioning method based on the three elements of color was proposed to inves
8、tigate the relationship between product color and style,facilitating the parametric design of color schemes catering to the users stylistic preferences.Based on an analysis of the concept of product color style image ontology,the HSV color space was introduced to quantify the three elements of color
9、(hue,saturation and brightness).Additionally,the 3D effect display 第 4 期 杨冬梅,等:面向小家电产品的色彩风格参数化设计方法研究 829 1 of the HSV color space served as a visualization medium.To narrow the gap between the existing color scheme and the ideal color scheme,this study optimized the existing color scheme and combine
10、d the parameterization,cluster analysis,correlation analysis,and other methods.This process established a correlation between color and style of the product.The experimental evaluation results revealed the influence factors of different color elements on the style and the optimal color scheme under
11、different styles.Furthermore,the visualization ontology of color style image of small household appliances was constructed,utilizing a Bluetooth speaker as an example for color verification.By taking the study of color style image of small household appliances as a case in point,this paper posited t
12、he research method of parametric design of product color style,which provided a novel perspective for the study of color design of small household appliances.Keywords:color space positioning method;parametric design;HSV color space;small household appliances;color style 随着我国整体经济的迅速发展,居民生活水平的提高,人们的消费
13、观念及方式也发生了巨大地改变,越来越多的人开始追求好的服务,消费者在购买产品时不仅要满足产品使用的基本功能,还要追求更好地使用体验。随着由市场及生产导向逐渐向消费者导向转化,对产品的设计生产提出了新的更高的要求1。在互联网与短视频飞速发展的今天,小家电作为当前家电类快销产品的典型代表,拥有着广大的消费群体和消费市场。因此,用户在线上消费时的第一感觉起着重要的作用,产品的色彩可以很大程度地影响用户对产品的直观感受,小家电产品因其独特的外观吸引力使得色彩设计尤为重要。如何实现产品的色彩设计满足消费者的喜爱偏好,设计出迎合消费者心理预期的产品,就成为了值得研究的课题。以往在产品的色彩设计过程中,多是
14、设计师依据用户的色彩感性需求和自身的主观判断及行业经验三方面因素进行,与用户真实的感性需求存有差异2。为此众多学者在色彩研究方面做了大量研究,如霍丽晓和檀润华3考虑产品造型与色彩设计的关系,提出了基于参数的产品单一色彩设计方法,并在产品设计中,为色彩的选择和运用提供一种预测和指导方法供设计人员参考和借鉴;LI 等4通过探讨色彩组合对当前流行的负极性界面设计的易读性和美感的影响,以控制变量的实验方法得出,亮度对比度越高,可读性越好,且亮度和饱和度相同的不同底色对其影响不显著的结论;KURNIASTUTI 等5利用 HSV 色彩空间确定和比较肾脏组织学中肾小球和近端小管图像,排除了饱和度分量对图像
15、鉴别特征的影响,确定色相和明度作为图像特征鉴别的主要方向;何劲涛等6基于色彩调和理论建立了基于孟塞尔色彩体系的色彩调和量化算法,设计师只需选择一种主色和调和类型即可快速生成配色方案,极大地提高了配色效率。在对目标的色彩属性研究中,发现现有文献多探讨色彩三要素对研究目标的单一要素影响力,或通过实验验证色彩三要素对实验目标的影响力关系,而对于三要素共同作用下的产品色彩属性研究比较缺乏。本文在色彩要素构成层面探究色彩与产品风格之间的关系,以 HSV 色彩空间中两点间距离的远近来探究色彩要素方案与理想方案之间的距离。在空间坐标系中,以原始色彩方案为中心向周围发散扩充,并在扩充样本中寻找新的色彩点代替原
16、色彩方案,缩短色彩方案与理想方案之间的距离,实现对原有方案的优化,对色彩三要素进行量化分析与空间可视化呈现。更直观地表达用户对色彩的视觉感受,探究不同风格下的色彩影响力因素,并建立小家电产品的色彩风格意象可视化本体。1 本体论与色彩风格意象 起源于哲学范畴的本体论常用于阐释存在及其本质7、探究世界本原和基质8,是一套为了表明语言间内在关联机制而设计的逻辑公理9。伴随近代科技革命的出现,本体论逐渐包纳更多的研究领域(如意识、事实、价值等),KITAMURA 等10为了捕获易应用于其他领域的功能知识,开发了包含 6 种功能知识的本体框架,使每个设计师拥有的隐性知识变得明确并在团队之间共享;TAVA
17、RES等11通过解释框架和概念模型,为认知和情感产品体验提出一种本体论和多学科的方法,对产品的体验解释、评价和翻译具有积极的促进作用。在产品设计领域,本体论主要被应用于构建产品的功能知 830 工业设计 2023 年 识模型2。ZHOU 等12基于知识图谱的复杂产品设计知识表示框架,对知识图架构层进行详细设计和本体建模,实现了面向任务的复杂产品设计知识表示和组织;胡浩等13基于意象移植建立了产品风格本体模型,从产品的意象、材料、色彩等方面实现了产品设计中的风格提取与重用;文献2基于本体论并结合感性工学的技术方法,构建了产品色彩意象本体,实现色彩意象知识的表达。结合已有研究成果,为了探究色彩三要
18、素对产品风格的影响关系,本文对小家电产品的色彩风格意象本体展开研究。对色彩意象的语义描述与色彩特征建立映射关系,在解决产品功能问题时,借用本体论以二元组的表示方式对产品色彩风格意象的概念进行定义,完成产品色彩风格意象知识的逻辑量化,即 ,PCSIOPCSIK PCIR(1)其中:PCSIO 为产品色彩风格意象本体;PCSIK 为产品色彩风格意象概念的集合,包含产品色彩意象的语义描述和色彩特征 2 类;PCIR 为概念间关系的集合。2 产品色彩风格参数化设计流程 基于对产品色彩风格意象本体概念的解析,提出产品的色彩风格参数化设计流程,如图 1 所示。图 1 产品色彩风格参数化设计流程 Fig.1
19、 Product color style parametric design process (1)样本提取与色彩聚类。在京东网购物平台爬取小家电产品的图片样本与对应的网络评论,采用 K-Means 聚类算法对初筛的 10 张色彩样本图片进行色彩提取,共获得 10 组色彩集合,并进行 HSV色彩转换。(2)样本扩充与抽样。对提取的色彩集合进行主辅色划分,得到 10 组主辅色。基于色彩三要素对主色样本进行扩充与抽样实验,并在 HSV 色彩空间中进行 3D 效果展示。(3)色彩评价实验。以小家电产品模型为载体进行样本附色编码,基于微词云软件提取评论文本中的目标感性意象词汇,建立色彩风格相关性评价问
20、卷。(4)实验输出与分析。依据实验结果绘制评价曲线,得到色彩风格间的影响力关系,构建小家电产品的色彩风格意象可视化本体。3 实验与分析 据调查九零后人群占小家电产品消费者的40%,是真正随着互联网技术发展而成长起来的一 第 4 期 杨冬梅,等:面向小家电产品的色彩风格参数化设计方法研究 831 代。其追求方便,也更加追求视觉享受,综合京东网小家电产品购买数据,将 2535 岁的消费者作为目标用户进行研究。选取京东网购物平台小家电产品中销量、好评率和评论数等指标相对靠前的几款产品,提取其主、辅色作为原始色彩样本,将色彩样本按照空间坐标转换规律在空间坐标系中进行表示。以原始色彩在空间坐标系中所代表
21、的点向周围进行均匀扩散处理,得到以原始色彩点为中心的扩散样本点群中最接近用户理想色彩方案的点,即获得优于原始色彩方案的色彩搭配。图 2 为色彩方案优化原理平面效果示意图,共包含 2 种情况:(1)理想色彩方案位于扩散点群内,则可通过实验获得点群内最接近理想色彩方案的色彩点。(2)理想色彩方案位于扩散点群外,则可通过初步实验获得点群内靠近边缘位置最接近理想色彩方案的色彩点。采用同等方法对初步扩充获得的色彩点进行二次扩充,可获得更接近理想色彩方案的色彩点。2 种情况均可实现对原始色彩方案的优化处理,受用户视觉容差和视觉感受量14的影响,色彩点扩散范围受限,因此情况 2 可能需要二次扩充来获得近似理
22、想色彩方案,2 种情况应用方法一致,均可缩短原始色彩方案与理想色彩方案间的距离,同时建立更紧密的色彩风格相关性关系。图 2 色彩方案优化原理平面效果示意图 Fig.2 Color scheme optimization principle plane effect diagram 3.1 色彩样本及感性词汇的获取与筛选 通过 Python 语言编写脚本,在京东网购物平台爬取小家电产品的图片样本与对应的网络评论,根据图片样本销量、好评率和评论数等选项进行排序,共获取 20 000 余张图片样本与 6 152 条网络评论,选取 63 张各项排名相对靠前的产品图片,人工筛选出产品的配色分区明显且主色
23、面积突出的10 张图片作为初始样本图片(表 1)。采用 K-Means 聚类算法对初步筛选的 10 张样本图进行色彩提取,以图片的一个像素点为一个单位,选择聚类中心的颜色为代表色,保证所有点到聚类中心的距离最小,通过 10 张图片共获得 10 组色彩集合,提取结果见表 2。质心点数为提取的聚类色彩数,根据提取色彩的面积确定实验研究的主色变量。因为 RGB 通道不能很好地反映物体具体的颜色信息,但 HSV 色彩空间能够非常直观地表达色彩的明暗、色调以及鲜艳程度15,且颜色分布较为均匀,方便进行色彩的扩散处理,所以将色彩的色相、饱和度和明度作为参考变量,进行通用研究中的色彩识别转换,结果见表 2。
24、对提取除主色之外的其他颜色进行分析,以确定辅色。通过对样本辅助色的聚类分析,10 组样本均选取中性色(RGB 为 128,128,128)作为辅色。表 1 初始样本 Table 1 The initial sample 样本序列实物图 样本序列 实物图 1 6 2 7 3 8 4 9 5 10 832 工业设计 2023 年 表 2 色彩样本提取 Table 2 Color sample extraction table 样本序列 样本图片 质心点数 色彩集合 主色 RGB 转换 HSV 1 181,199,177 109,11,782 209,190,113 48,46,823 167,15
25、1,184 270,18,72.10 184,201,227 216,19,89 对相关小家电产品的 6 152 条网络评论进行形容词词频统计,基于微词云软件对评论文本中词频数大于 3 的形容词进行汇总,共得到 98 个高频词汇。通过相关词云图筛选出与产品风格相关的词汇29 个,并基于评论语料库中共词语句数量建立词汇间网络关系,如图 3 所示。得到相关性较为密切的 4 个风格描述词汇,其分别为“时尚”“厚重”“高端”和“艳丽”,将其作为小家电产品研究的目标风格词汇。图 3 共词网络关系图 Fig.3 Coword network diagram 3.2 色彩样本参数化扩充与抽样 本文提出了色彩
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