摘要
针对分析用户感性评价时出现的数据采集范围不够广、成本高、数据准确性低、非结构化数据利用率低等问题,提出一种基于情感分析的工业设计感性评价方法,以纯电动汽车为例,构建电动汽车造型感性意象的预测模型。首先基于情感分析量化用户的主观评论,获得感性意象评分,然后针对纯电动汽车的造型特征,提取了与传统内燃机汽车存在差异的主要设计要素,最后通过数量化理论I建立感性意象评分与设计要素的映射模型。以电动汽车设计方案优化为例,证明了该方法的可行性,预测结果的相对误差为5.41%。该方法符合用户的主观认知,能够有效预测用户对方案的感性评价,从而辅助设计师根据感性评价优化产品设计,具有实际应用价值。
工业设计是一门包括应用美学、心理学、工程技术等多方面知识的综合性学科,需要设计师通过理性的设计知识分析以及感性的创造手法呈现最终的设计方案,从而满足用户的需求。由于文化、价值观、心理活动等方面的影响,用户需求是笼统且模糊
在运用感性工学的过程中,建立设计要素与感性评价映射模型是核心步骤。学者们获取用户感性评价的方法大多依靠问卷调查、焦点小组访谈、专家打分等,比如,Jia
针对以上问题,本文提出一种基于情感分析的产品设计感性评价方法,通过用户的自然评论获取感性意象评分,并以电动汽车为例进行分析。
就汽车造型而言,感性意象就是设计师进行汽车造型设计时的情感表达,和用户看到汽车造型的情感体验。以感性意象为中心的设计可以更好地满足用户的情感需求,从而提高产品的竞争优势。
2006年,黄琦
在众多的数学方法中,数量化理论I适用于处理定性数据与定量数据的关系,是建立感性意象与设计要素联系的重要方
自然语言处理是人工智能中一种语言信息挖掘技术,该技术能够对语言进行分析、处理并从中提取隐性信息。它涉及到多个领域,如语义语法分析、信息检索、信息抽取、情感分析、机器翻译
情感分析需经过中文分词、词性标注、特征提取、情感计算等多个步骤,本质上是提取特征后分类的问题,常以句子为单位、以分词的形式进行分类与分
(1) |
其中,
(2) |
在本文情景下, c1、c2代表着积极情绪和消极情绪,基于式(
然后,将sentiment的值域由[0,1]放缩为[‒5,5],该值的正负代表了情感极性,正数代表积极情绪,负数代表消极情绪,而绝对值则代表了情感强度,绝对值越大,情绪越激烈。通过情感值为用户的评价本文赋予分值,基于情感分析的感性意象评分如
(3) |
式中:score为感性意象评分;a为总评论条数;b为该类感性意象所含的形容词个数;frequency为单条评论中某一形容词出现的频次;sentiment为单条评论的情感值。
感性评价过程步骤如下:首先,可通过爬虫获取多家网站用户对产品设计的评论,将评论进行情感分析,获得每条评论的情感向量;然后通过词频统计选出主要的形容词,并对相近的形容词按照感性意象进行归类,从而获得感性词对;最后,通过评论的情感向量为感性词对赋值,得出感性意象评分。
由此可将非结构化数据转化为相对客观的数值,该方法考虑了用户的情绪强度与极性,能够从综合多面的评价中提取出情感方向,减少了数据的主观性、模糊性以及不确定性。
造型既是实现功能的基石,也是设计师向用户传递设计思想的桥梁,通过造型设计能够传达精神、文化等层面的价
电动汽车的造型设计在功能与需求的双重驱动下,正逐渐打破传统内燃机汽车的造型桎梏。电动汽车与传统内燃机汽车的能源储存方式与驱动形式不同,导致在整车结构上存在着较大的差异,比如,动力电池系统体积较大,需改变车身的地板结构,车身高度增
本文将汽车造型分为比例姿态、线面处理以及细节设计三部分分析。
线型对汽车造型的风格有着极大的影响。比如,当腰线前低后高时,那么汽车就会有一种前冲的运动感;而腰线平行时,则汽车更接近于视觉上的静态。唐崇
电动汽车不再需要为发动机散热和进气,因此格栅的设计不再必需。同时,为了降低空气阻力,格栅的设计需改进,王波

图1 格栅分类示意图
Fig. 1 Grille classification diagram
空洞面积更小的车轮受到的空气阻力更

图2 车轮分类
Fig. 2 Wheel classification
电动汽车为了更贴近用户的产品期望,会将车灯设计得更加简洁、平面,或是更接近一体化,达到“去脸”的效果。根据以往的车灯造型风

图3 前大灯分类示意图
Fig. 3 Headlight classification diagram
尾灯造型与前大灯造型有相同的趋势。为达到一体化的效果,近年来细长型灯带的造型较

图4 尾灯分类示意图
Fig. 4 Taillight classification diagram
根据上述对电动汽车与传统汽车造型设计差异的分析,将存在差异的主要设计要素解构在
设计要素项目 | 要素水平类目 | 代码 |
---|---|---|
轴距占车长比例A1 | >60% | A11 |
≦60% | A12 | |
整车长高比例A2 | >3 | A21 |
≦3 | A22 | |
整车宽高比例A3 | >1 | A31 |
≦1 | A32 | |
A柱倾斜角度A4 | 30° | A41 |
35° | A42 | |
40° | A43 | |
腰线线型B1 | 直线型 | B11 |
张力型 | B12 | |
流动型 | B13 | |
圆润型 | B14 | |
腰线走势B2 | 前低后高 | B21 |
平行 | B22 | |
侧面大围截面线线型B3 | 直线型 | B31 |
张力型 | B32 | |
流动型 | B33 | |
圆润型 | B34 | |
轮包边界轮廓B4 | 明确型 | B41 |
渐消型 | B42 | |
隐藏型 | B43 | |
格栅C1 | 封闭式格栅 | C11 |
平面化格栅 | C12 | |
无格栅设计 | C13 | |
车轮C2 | 常规型 | C21 |
封闭型 | C22 | |
前大灯造型C3 | 常规型 | C31 |
平面型 | C32 | |
整体型 | C33 | |
尾灯造型C4 | 常规型 | C41 |
细长 | C42 | |
C型 | C43 |
本文将电动汽车的差异化设计要素作为定性的自变量,将用户对电动汽车产品的感性意象评价作为定量的自变量,探索设计要素与感性意象间的联系,如式(4)~
(4) |
(5) |
式中:n为样品数;m为项目数;r为类目数;为未知系数,其最小二乘估计称为j项目的k类目得分;为随机误差。
选取在售纯电动轿车产品30个,进行设计要素定性分析后,剔除相似车型,得到25个,使用其中22个样本建模,22个样本的设计要素定性结果如
A11 | A12 | A21 | … | C33 | C41 | C42 | C43 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
样本1 | 0 | 1 | 1 | … | 0 | 0 | 1 | 0 |
样本2 | 1 | 0 | 1 | … | 0 | 1 | 0 | 0 |
… | … | … | … | … | … | … | … | … |
样本21 | 1 | 0 | 0 | … | 0 | 1 | 0 | 0 |
样本22 | 0 | 1 | 1 | … | 0 | 1 | 0 | 0 |
文献[
根据
样本 | 保守传统-时尚科技 | 运动性能-休闲居家 | 独特个性-普适大众 | 整体感-层次感 |
---|---|---|---|---|
样本1 | 2.29 | -0.92 | -1.74 | -1.93 |
样本2 | 1.97 | -0.43 | -2.65 | -1.57 |
… | … | … | … | … |
样本21 | 4.59 | -0.13 | -2.82 | 0.13 |
样本22 | 0.57 | -0.53 | -1.33 | -1.19 |
结果如
由前文得到定性的设计要素自变量和定量的感性意象评分因变量,构建数量化理论I的数学模型,建立两者间的数学关系,得出结果如
设计 类目 | 保守传统-时尚科技 | 运动性能-休闲居家 | 独特个性-普适大众 | 整体感-层次感 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
类目得分 | 偏相关系数 | 类目得分 | 偏相关系数 | 类目得分 | 偏相关系数 | 类目得分 | 偏相关系数 | |
A11 | 0.735 | 0.005 | 1.232 | 0.005 | 1.407 | 0.645 | 0.272 | 0.365 |
A12 | ||||||||
A21 | 0.06 | 0.259 | 0.541 | 0.031 | ||||
A22 | -2.65 | -0.777 | -1.268 | 0.147 | ||||
A31 | 5.904 | 0.506 | -0.055 | 0.114 | -1.083 | 0.533 | -0.792 | 0.585 |
A32 | ||||||||
… | … | … | … | … | … | … | … | … |
C31 | 0.092 | 0.034 | 0.731 | 0.661 | ||||
C32 | 3.771 | -0.319 | -1.263 | -0.795 | ||||
C33 | 2.348 | -1.102 | -1.57 | -1.557 | ||||
C41 | 0.568 | 0.051 | 0.87 | 0.812 | ||||
C42 | -1.47 | -0.507 | -1.545 | -0.627 | ||||
C43 | -0.078 | -0.361 | -1.925 | -1.481 | ||||
常数项 | -6.752 | -2.13 | -2.097 | 0.087 |
(6) |
为验证该评价方法的预测效果,选择3个测试样本,采用焦点小组访谈法进行验证。
预测评分,见
相对误差/% | 保守传统-时尚科技 | 运动性能-休闲居家 | 独特个性-普适大众 | 扁平修长-立体方正 | 一体化-层次感 |
---|---|---|---|---|---|
样本A | 6.90 | 9.06 | 4.30 | 4.51 | 4.52 |
样本B | 9.67 | 8.50 | 2.12 | 4.20 | 2.48 |
样本C | 7.07 | 8.30 | 4.11 | 3.22 | 2.16 |
平均相对误差 | 7.88 | 8.62 | 3.51 | 3.97 | 3.05 |
5.41 |
(7) |
式中:σ为相对误差,X为预测评分,Y为评价评分。
由表(5)可知,关于“独特个性‒普适大众”、“扁平修长‒立体方正”、“一体化‒层次感”的预测模型相对误差较小。原因可能是用户给出的是综合评价,其他两个意象还会受到车身颜色、性能配置等方面影响。
根据数量化理论I的模型结果可进行以下角度分析:
(1)感性意象。以“整体感‒层次感”的结果为例进行分析,A柱倾斜角度、腰线走势、轮包边界轮廓、前大灯造型、尾灯造型的偏相关系数较高。体现出一体化意象的类目有隐藏型轮包边界轮廓、平面型和整体型的前大灯造型、细长型和C型的尾灯造型;体现出层次感意象的类目有倾斜角度为35°和40°的A柱、平行的腰线走势、明确型轮包边界轮廓。保守传统与时尚科技更多的受比例姿态、细节处理影响,线面处理的作用相对不大;运动性能与休闲居家更多的受比例姿态、线面处理的影响,细节设计作用相对不大。独特个性与普适大众、整体感与层次感这两组意象则与三部分的设计要素都有关。
(2)设计要素。将用户的感性认知与设计师的设计意图进行对比,需要注意的设计要素是:①较小的A柱倾斜角度更具有运动感,而A柱倾斜角度较大时会破坏车辆的整体型,视觉效果突兀。然而40°的A柱倾斜角度却比35°更具有科技感。40°A柱倾斜角度的设计非常少见,对于用户而言更加新奇,结合休闲的意象,40°的A柱倾斜角度能达到去机械感的效果。②腰线对造型的运动感与个性化意象有着较大的影响。明确型轮包边界轮廓更加大众,使车身层次分明;隐藏型轮包边界轮廓则独特、有个性,使车看上去更像一个整体。③车轮的结果与设计师设计意图相反,用户认为常规型的车轮缺乏运动感,但却有整体感。说明用户难以感知到封闭式车轮的设计语言。④前大灯造型与尾灯造型是消费者容易感知到的造型设计。平面型、整体型的前大灯与细长型、C型的尾灯更受欢迎,科技感、个性化、一体化均是用户感知到的主要意象。同时这些设计与运动感相关性不大,设计师认为具有运动感的C型尾灯在用户看来不是运动感的主导因素。
(3)电动汽车设计建议。电动汽车车身高度的增加不可避免,但应与其他尺寸协调,否则将破坏造型的整体感。电动汽车的A柱倾斜角度选择是在科技感与整体感之中做抉择,如需展现汽车产品的科技感可选择40°;如需展现汽车产品的整体性可选择更小的倾斜角。线型选择上,如需展现休闲居家的产品属性,直线型较为适宜。边界轮廓的处理上,如需展现造型的整体性可选择隐藏型。格栅中平面化格栅设计、无格栅设计均体现了较强的科技感,这说明电动汽车的格栅不应保留传统汽车的格栅设计,大胆地改动才能获得用户的青睐。目前的封闭式车轮不能满足用户对电动汽车的期待。放弃封闭式车轮设计或对封闭式车轮进行较大的造型改动,均是设计师可以尝试的方向。前大灯与尾灯需跳出常规套路,大胆尝试平面型、整体型的前大灯与细长型、C型的尾灯,用户对灯饰的造型极度敏感,设计师应把握该细节,输出对应的造型理念。因此,根据上述设计方向,设计师可将电动汽车造型向用户可感知的方向进行改动,减少不必要的设计。
(1)提出了基于情感分析的汽车造型设计感性评分方法。从用户非结构化的主观评价中获取到用户的感性认知信息,并转化为感性评价分数。扩大了数据采集的范围、覆盖了更多类型的用户、降低了获取数据的时间与人力成本,同时减少了用户打分的主观性与不准确性,更有效地提取信息。
(2)建立了电动汽车造型的感性意象预测模型。该模型建立了设计要素与用户评价的映射关系,可解释设计要素对造型感性意象的影响程度。该方法预测相对误差仅5.41%,准确度较高,可辅助判断电动汽车造型设计是否满足用户的产品需求,帮助设计师在初期确定合理方向,为设计方案提供数据支撑,减少产品开发过程中不必要的返工,增加工作效率与可行性。
作者贡献声明
孔德洋:指导论文方向,提出总体思路,全文统稿;
黄偲蕊:研究论文方法,构建模型,撰写部分章节;
麻殊捷:完成验证部分,撰写部分章节。
参考文献
周将铭. 以用户为中心的新产品开发方法研究与应用[D]. 北京: 清华大学, 2013. [百度学术]
ZHOU Jiangming. Use-centered new product development method: research and application[D]. Beijing: Tsinghua University, 2013. [百度学术]
罗仕鉴,潘云鹤.产品设计中的感性意象理论、技术与应用研究进展[J].机械工程学报,2007(3):8. [百度学术]
LUO Shijian, PAN Yunhe. Review of theory, key technologies and its application of perceptual image in product design[J]. Journal of Mechanical Engineering,2007(3):8. [百度学术]
PIERRE L. Beyond kansei engineering:the emancipation of kansei design[J]. International Journal of Design, 2013,7(2):83. [百度学术]
JIA Liangming,TUNG Fangwu. A study on consumers’ visual image evaluation of wrist wearables[J]. Entropy,2021,23(9):1118 [百度学术]
全华凤. 基于大数据的产品创新设计方法研究[D]. 贵州: 贵州大学, 2019. [百度学术]
QUAN Huafeng. Research on product innovative design method based on big data[D]. Guizhou: Guizhou University,2019. [百度学术]
KEVIN Wright. Researching internet‐based populations: advantages and disadvantages of online survey research, online questionnaire authoring software packages, and web survey services[J]. Journal of Computer Mediated Communication,2005,10(3):1 [百度学术]
黄琦,孙守迁.基于意象认知模型的汽车草图设计技术研究[J].浙江大学学报(工学版),2006(4):553. [百度学术]
HUANG Qi, SUN Shouqian. Research on automobile sketch design based on image cognition model[J]. Journal of Zhejiang University(Engineering Science) ,2006(4):553. [百度学术]
LIN Huan, LUO Shijian, ZHU Chen, et al .A preliminary study on the attractive factors of car headlight form design[C]// Proceedings of Man- Machine- Environment System Engineering [S.l.]:MMESE, 2020(576):257-264. [百度学术]
王鹏,朱韦龙.基于大数据的产品族本体造型意象挖掘方法研究[EB/OL]. [2021-10-20].http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1034.T.20210430.0951.002.html. [百度学术]
WANG Peng, ZHU Weilong. Research on product family ontology modeling image mining method based on big data[EB/OL]. [2021-10-20].http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1034.T.20210430.0951.002.html. [百度学术]
胡伟峰,赵江洪,赵丹华.基于造型特征线的汽车造型意象研究[J].中国机械工程,2009,20(4):496. [百度学术]
HU Weifeng, ZHAO Jianghong, ZHAO Danhua. Study on styling image of vehicle based on form feature lines[J]. China Mechanical Engineering, 2009,20(4):496. [百度学术]
苏建宁,王鹏,张书涛,等.产品意象造型设计关键技术研究进展[J].机械设计,2013,30(1):97. [百度学术]
SU Jianning, WANG Peng, ZHANG Shutao, et al. Review of key technologies of product image styling design[J]. Journal of Machine Design, 2013,30(1):97. [百度学术]
CHANG Yuming, CHEN Chunwei. Kansei assessment of the constituent elements and the overall interrelations in car steering wheel design[J]. International Journal of Industrial Ergonomics,2016,56:97 [百度学术]
YUHAZRI M Y, HIDAYAH W N, SIHOMBING H, et al. Kansei engineering approach for the customers preferences of car design[C]//Proceedings of the 7th International Conference on Kansei Engineering and Emotion Research, 2018(739):289-295. [百度学术]
曹越,苏畅,魏君,等.汽车内饰色彩感性意象综合评价研究[J].机械设计,2019,36(3):129. [百度学术]
CAO Yue, SU Chang, WEI Jun, et al. Synthetic evaluation research on kansei images of automotive interior color[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(3):129. [百度学术]
程永胜,徐骁琪,卜俊,等.基于KE和AHP理论的汽车造型意象评价方法研究[J].现代制造工程,2020(7):102. [百度学术]
CHENG Yongsheng, XU Xiaoqi, PU Jun, et al. Evaluation method of automobile modeling image based on KE and AHP[J]. Modern Manufacturing Engineering, 2020(7):102. [百度学术]
林丽,郭主恩,阳明庆.面向产品感性意象的造型优化设计研究现状及趋势[J].包装工程,2020,41(2):65. [百度学术]
LIN Li, GUO Zhuen, YANG Mingqing. Current research situation and trend of product image-based modeling optimization[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(2):65. [百度学术]
李明珠,何灿群,卢章平,等.基于数量化理论Ⅰ类的汽车意象造型设计研究[J].机械设计,2016,33(4):105. [百度学术]
LI Mingzhu, HE Canqun, LU Zhangping, et al. Research on car image modeling design based on quantification theory type I[J]. Journal of Machine Design, 2016,33(4):105. [百度学术]
陈金亮,赵锋,廖浩勤,等.基于感性意象的SUV前脸造型设计[J].包装工程,2020,41(20):102. [百度学术]
CHEN Jinliang, ZHAO Feng, LIAO Haoqin, et al. SUV front face styling design based on perceptual image[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(20): 102. [百度学术]
赵京胜,宋梦雪,高祥.自然语言处理发展及应用综述[J].信息技术与信息化,2019(7):142. [百度学术]
ZHAO Jingsheng, SONG Mengxue, GAO Xiang. Development and application of natural language processing[J]. Information Technology and Informatization,2019(7):142. [百度学术]
徐翼龙,李文法,周纯洁. 基于深度学习的自然语言处理综述[J].计算机科学,2018(45):202. [百度学术]
XU Yilong, LI Wenfa, ZHOU Chunjie. Review of natural language processing based on deep learning[J]. Computer Science,2018(45):202. [百度学术]
SU Jianning, JIANG Pingyu, LI Heqi. Research on Kansei image-driven method of product styling design[J].International Journal of Product Development,2009,7(1):113. [百度学术]
胡婷婷,赵江洪,赵丹华.设计师和用户的汽车造型意象认知差异研究[J].包装工程,2015,36(24):33. [百度学术]
HU Tingting, ZHAO Jianghong, ZHAO Danhua. Imagery cognition differences between designers and users automobile modeling[J]. Packaging Engineering, 2015,36(24):33. [百度学术]
李仲奎,夏卫群,樊树军,等.纯电动汽车车身结构特点分析与研究[J].汽车工程学报,2019,9(5):385. [百度学术]
LI Zhongkui, XIA Weiqun, FAN Shujun, et al. Analysis and research on the characteristics of body structure for pure EVs[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering, 2019, 9(5): 385. [百度学术]
李彦龙,朱晖,杨志刚.基于低风阻的电动汽车造型设计[J].同济大学学报(自然科学版),2017,45(9):1366. [百度学术]
LI Yanlong, ZHU Hui, YANG Zhigang. Electric car design based on low drag[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 2017, 45(9): 1366. [百度学术]
王波,耿硕晨.电动汽车外饰造型设计发展趋势研究[J].汽车工程学报,2019,9(4):285. [百度学术]
WANG Bo, GENG Shuochen. Research on development trends of electric vehicle exterior design[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering,2019,9(4):285. [百度学术]
唐崇智. 互联网汽车外饰造型设计研究[D].长春:长春工业大学,2019. [百度学术]
TANG Chongzhi. Research on the exterior styling design of internet vehicle[D].Changchun:Changchun University of Technology,2019. [百度学术]
徐骞. 基于用户认知的智能化汽车造型设计研究[D].镇江:江苏大学,2018. [百度学术]
XU Qian. Research on intelligent automobile styling design based on user cognition[D].Zhenjiang:Jiangsu University,2018. [百度学术]
姚湘,余祥杰.情境语义下的汽车前车灯造型特征与用户意象映射研究[J].包装工程,2020,41(2):154. [百度学术]
YAO Xiang, YU Xiangjie. Mapping of vehicle headlamp modeling characteristics and user image based on situational semantics[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(2): 154. [百度学术]