基于品牌基因設(shè)計(jì)的雙體游艇造型研究

馬東明 王瑛瑛 錢皓 周俊良

關(guān)鍵詞：雙體游艇 基因設(shè)計(jì) 阿茲慕品牌 造型研究 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

引言

隨著游艇在市場(chǎng)消費(fèi)比重增加，游艇外觀造型設(shè)計(jì)受到人民重視。目前，品牌基因設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究，主要從基因模型的建立，提取，設(shè)計(jì)與優(yōu)化等方面出發(fā)。例如：侯冠華[1]建立了產(chǎn)品造型基因意象模型；楊延璞[2]等獲取了 SUV外形設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵基因提取方法；王炎[3]等對(duì)基于基因調(diào)優(yōu)算子的產(chǎn)品平臺(tái)進(jìn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究；羅仕鑒[4]等對(duì)SUV產(chǎn)品族側(cè)面外形基因進(jìn)行設(shè)計(jì)；張?jiān)品玔5]等運(yùn)用品牌意象基因進(jìn)行產(chǎn)品族造型設(shè)計(jì)。游艇設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究，主要從游艇建造材料、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、形態(tài)設(shè)計(jì)等方面出發(fā)。例如：陳秋實(shí)等[6]基于可靠度設(shè)計(jì)理論，對(duì)雙體游艇進(jìn)行以艇體鋪層為變量、可靠度為約束的輕量化設(shè)計(jì)；李淑江[7]對(duì)游艇設(shè)計(jì)要素的形態(tài)語義進(jìn)行分析；樊佳爽[8]等利用云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行游艇設(shè)計(jì)；Valerio Ruggiero[9]對(duì)意大利游艇的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其減少施工影響；Shahroz Khan[10]提出新的數(shù)字化游艇設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

上述研究對(duì)品牌基因和游艇設(shè)計(jì)方面起到一定的借鑒作用，但對(duì)于游艇品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)結(jié)合的探索仍存在不足。本文提出游艇品牌基因設(shè)計(jì)研究理論，并對(duì)阿茲慕品牌基因與雙體游艇造型設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)性研究，建立該設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，驗(yàn)證該方法的合理性，為游艇設(shè)計(jì)實(shí)踐提供參考。

一、阿茲慕品牌基因研究理論

阿茲慕（Azimut）作為意大利豪華游艇品牌，其建造工藝、造型設(shè)計(jì)等方面都具有一定的研究?jī)r(jià)值。

通過在阿茲慕品牌若干游艇的造型特征中，找到相似或者相同的特征元素，作為品牌的識(shí)別因子應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐，從而形成品牌識(shí)別特征。與生物進(jìn)化規(guī)律類似，整個(gè)品牌的設(shè)計(jì)過程，也是一個(gè)反復(fù)迭代和不斷細(xì)化的過程[11]。因此，基于遺傳學(xué)的設(shè)計(jì)是開發(fā)新產(chǎn)品進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的有效途徑[12]。

（一）阿茲慕品牌基因的研究流程

基于阿茲慕品牌的雙體游艇造型設(shè)計(jì)流程內(nèi)容主要是：收集游艇用戶需求并進(jìn)行分類與整合，形成用戶需求特征；收集阿茲慕產(chǎn)品，進(jìn)行分離特征元素、基因提取與編碼賦值，形成阿茲慕品牌基因庫；將用戶需求特征編碼建立阿茲慕品牌基因庫數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建過渡映射模型；將雙體游艇需求要素作為約束條件加入過渡映射模型從而形成映射模型；形成的映射模型運(yùn)用遺傳算法進(jìn)行基因進(jìn)化計(jì)算，最終得到最優(yōu)后代模型，設(shè)計(jì)流程圖見圖1。

1.用戶需求分析

通過進(jìn)行調(diào)查問卷、查閱各種書刊及互聯(lián)網(wǎng)等方式，搜集游艇用戶需求，并且采用相關(guān)詞匯進(jìn)行描述。將用戶需求整理分類，采用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)描述的方法進(jìn)行分析，分為共性需求與個(gè)性需求兩大類，分別表示大眾消費(fèi)者與小眾消費(fèi)者對(duì)游艇需求的設(shè)計(jì)表達(dá)。將這些詞匯運(yùn)用到游艇造型設(shè)計(jì)需求的調(diào)查中，構(gòu)建游艇用戶需求特征集，見圖2。

2.阿茲慕品牌產(chǎn)品基因構(gòu)造

阿茲慕品牌的基因構(gòu)造是運(yùn)用基因設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行深度整理、解讀和發(fā)掘阿茲慕品牌背后的內(nèi)涵價(jià)值，運(yùn)用基因構(gòu)造手段將阿茲慕品牌的文化內(nèi)涵與價(jià)值內(nèi)涵應(yīng)用到雙體游艇的造型設(shè)計(jì)中，解決阿茲慕品牌基因的雙體游艇造型設(shè)計(jì)的問題。

從構(gòu)造過程、構(gòu)造手段、阿茲慕品牌基因表現(xiàn)、設(shè)計(jì)管理四個(gè)維度對(duì)阿茲慕品牌基因構(gòu)造理論進(jìn)行解讀與挖掘，阿茲慕品牌產(chǎn)品基因構(gòu)造過程圖見圖3。

首先對(duì)已有的阿茲慕原始產(chǎn)品族，通過對(duì)定位、功能、設(shè)計(jì)的不同，進(jìn)行初始分類；其次，通過分析阿茲慕游艇用戶需求，結(jié)合阿茲慕品牌的市場(chǎng)定位，品牌形象等內(nèi)容，進(jìn)行阿茲慕產(chǎn)品族的初步整理，通過多種手段，實(shí)現(xiàn)阿茲慕品牌基因的存儲(chǔ)與表達(dá)；再次，在阿茲慕品牌基因表現(xiàn)上，通過對(duì)阿茲慕品牌基因的研究，對(duì)阿茲慕產(chǎn)品族的特征進(jìn)行提煉與定型；最后，整合市場(chǎng)、用戶、文化和設(shè)計(jì)技術(shù)等因素，對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行決策和控制，形成阿茲慕品牌的設(shè)計(jì)基因。

3.用戶需求與產(chǎn)品基因庫的映射關(guān)系

將用戶需求特征集與阿茲慕品牌基因庫構(gòu)建過渡映射模型；導(dǎo)入雙體游艇需求要素，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成基于阿茲慕品牌基因的雙體游艇造型基因映射模型；利用遺傳算法對(duì)基因進(jìn)行篩選，保留具有遺傳價(jià)值的優(yōu)質(zhì)基因，形成具有阿茲慕品牌基因的系列產(chǎn)品族。

（二）阿茲慕品牌基因表示結(jié)構(gòu)

阿茲慕品牌基因表示結(jié)構(gòu)定義了阿茲慕游艇構(gòu)成的骨架，體現(xiàn)了阿茲慕品牌基因的構(gòu)成關(guān)系。產(chǎn)品是由部件和零件按照特定的約束條件構(gòu)成的。阿茲慕品牌基因的基本元素就蘊(yùn)含在部件中，通過一定的運(yùn)算形成基因表示的矩陣關(guān)系，見圖4。

對(duì)于阿茲慕品牌（用A表示），在品牌基因表示結(jié)構(gòu)中其產(chǎn)品族用PA表示，P表示產(chǎn)品，則：

二、阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)相關(guān)性研究

通過對(duì)阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)與協(xié)調(diào)性、基于阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)兩要素的具有協(xié)調(diào)性地變換處理兩方面進(jìn)行研究。

（一）阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性與協(xié)調(diào)性研究

在基于阿茲慕品牌基因的雙體游艇造型設(shè)計(jì)中，阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性與協(xié)調(diào)性體系的構(gòu)建主要涉及到三大知識(shí)板塊，包括初代產(chǎn)品族的研究、雙體游艇造型設(shè)計(jì)的需求理論和根據(jù)該體系模型產(chǎn)生的最優(yōu)后代理論。

阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性與協(xié)調(diào)性體系的構(gòu)建：在初代產(chǎn)品族中提煉初代基因根據(jù)設(shè)計(jì)符號(hào)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，將初代基因進(jìn)化成造型語言；造型語言與雙體游艇設(shè)計(jì)需求進(jìn)行關(guān)聯(lián)性組合，形成關(guān)聯(lián)性映射關(guān)系；最后利用協(xié)調(diào)性進(jìn)行篩選，將協(xié)調(diào)性不符的基因淘汰，將協(xié)調(diào)性映射關(guān)系進(jìn)行歸納，產(chǎn)生下一代產(chǎn)品族中的外形基因，由外形基因得以遺傳到下一代，即產(chǎn)生最優(yōu)后代，其過程如圖5所示。

（二）基于阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)兩要素的具有協(xié)調(diào)性地變換處理研究

基于阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)兩要素的具有協(xié)調(diào)性地變換處理研究主要從關(guān)聯(lián)性形成方式對(duì)后代外形基因的影響、變換關(guān)聯(lián)性順序?qū)蟠虻挠绊憙煞矫孢M(jìn)行研究與分析。

關(guān)聯(lián)性形成方式對(duì)后代外形基因的影響：在拓?fù)渥儞Q中，隨意地把圖形作變形（如擠壓、拉伸或扭曲等），只要不把它撕裂，不發(fā)生粘連，從面不破壞其整體結(jié)構(gòu)，拓?fù)湫再|(zhì)將保持不變。[14]因此對(duì)阿茲慕品牌基因表達(dá)曲線與雙體游艇造型曲線進(jìn)行拓?fù)渥儞Q，在一定條件下進(jìn)行建立拓?fù)涞葍r(jià)關(guān)系，這里的拓?fù)涞葍r(jià)（或同胚）就是關(guān)聯(lián)的因素，從而對(duì)后代外形基因產(chǎn)生影響。

變換關(guān)聯(lián)性順序?qū)蟠虻挠绊懀涸诠I(yè)設(shè)計(jì)的過程中，產(chǎn)品的風(fēng)格特征可以看作是一個(gè)由各種產(chǎn)品呈現(xiàn)的共同特征所組成的集合，集合中的元素通過不同的構(gòu)造法則可以構(gòu)建預(yù)期的美感與認(rèn)知[15]。變換關(guān)聯(lián)性順序，將產(chǎn)生不同的造型元素與造型語意，由此對(duì)不同風(fēng)格的調(diào)和及特定風(fēng)格下的演變產(chǎn)生一定的影響。

三、設(shè)計(jì)實(shí)踐

以阿茲慕品牌的雙體游艇設(shè)計(jì)為例，建立計(jì)算機(jī)輔助游艇設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)基于阿茲慕品牌基因雙體游艇造型設(shè)計(jì)研究理論進(jìn)行驗(yàn)證。該設(shè)計(jì)實(shí)踐在對(duì)已有的阿茲慕產(chǎn)品模型中進(jìn)行推理變化，保持阿茲慕品牌基因的相似性與遺傳性。

該實(shí)踐的設(shè)計(jì)流程主要為：

（1）對(duì)阿茲慕品牌基因樣本進(jìn)行抽樣提取與表達(dá)；

（2）與雙體游艇要素樣本進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算，構(gòu)建阿茲慕產(chǎn)品外形元素與雙體游艇設(shè)計(jì)要素之間的映射模型；

（3）將分析得到的數(shù)據(jù)輸入遺傳算法得到最優(yōu)后代方案，利用計(jì)算機(jī)輔助游艇設(shè)計(jì)，得到最終模型。

（一）阿茲慕品牌基因樣本提取

通過查找數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)，搜集阿茲慕品牌從1997～2019年之間推出的40艘游艇進(jìn)行造型分析。其中基因樣本提取流程為以下五步，見表1：

（1）利用Photoshop建立坐標(biāo)軸，對(duì)這40艘不同系列游艇以及同一系列的不同型號(hào)的游艇分別進(jìn)行橫向與縱向的對(duì)比，篩掉特殊造型的游艇后，進(jìn)行第一步分類；

（2）將分類后的游艇進(jìn)一步模塊分解；

（3）提取相似特征進(jìn)行歸納總結(jié)特征元素樣本；

（4）利用Illustrator對(duì)特征元素樣本進(jìn)行曲線，曲面等的特征提?。?/p>

（5）通過總結(jié)提取其中五個(gè)元素樣本進(jìn)行分析。對(duì)提取的元素樣本進(jìn)行外形基因編碼，從而得到初始基因設(shè)計(jì)樣本。

（二）阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)之間的映射

阿茲慕品牌基因與雙體游艇設(shè)計(jì)需求的映射關(guān)系構(gòu)成是設(shè)計(jì)的核心部分。游艇各部件的設(shè)計(jì)需求需要不同的外形基因決定，從而進(jìn)一步影響產(chǎn)品的整體風(fēng)格。

將阿茲慕產(chǎn)品外形元素與雙體游艇設(shè)計(jì)要素的設(shè)計(jì)可行性量化為阿茲慕產(chǎn)品外形元素與雙體游艇設(shè)計(jì)要素的匹配值，構(gòu)建阿茲慕產(chǎn)品外形元素與雙體游艇設(shè)計(jì)要素之間的映射模型。

在映射關(guān)系建立實(shí)驗(yàn)中，需要獲取雙體游艇設(shè)計(jì)要素樣本，這里選取5個(gè)樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)流程如下：

（1）樣本選擇：根據(jù)表1，將提取的五個(gè)外形元素樣本，根據(jù)每一種樣本的基因數(shù)，組合形成阿茲慕產(chǎn)品外形元素樣本，將這五個(gè)外形元素樣本作為評(píng)價(jià)試驗(yàn)樣本。

（2）調(diào)研用戶：邀請(qǐng)具有代表性的阿茲慕游艇用戶，進(jìn)行調(diào)查問卷。

（3）問卷設(shè)計(jì)：根據(jù)李克特量表，在調(diào)查問卷中，提取雙體游艇設(shè)計(jì)要素的五個(gè)詞匯樣本，其中各詞匯左端對(duì)應(yīng)“-2”，右端對(duì)應(yīng)“2”，中點(diǎn)為“0”。

（4）結(jié)果分析：根據(jù)調(diào)查結(jié)果，得到被試者對(duì)詞匯樣本的分值數(shù)據(jù)。利用SPSS軟件，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

在上述表格中，Y為雙體游艇設(shè)計(jì)要素與阿茲慕產(chǎn)品外形元素的匹配值，分別表示為YW1，YW2，YW3，YW4，YW5；q為各設(shè)計(jì)要素的權(quán)重，用以定義各要素對(duì)產(chǎn)品外形元素的影響程度，用qW1，qW2，qW3，qW4，qW5，表示。

基于以上數(shù)據(jù)，用戶對(duì)阿茲慕雙體游艇設(shè)計(jì)的可行性評(píng)價(jià)分值（S）可以表示為

通過該計(jì)算模型對(duì)輸入的可行性數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)用算法，映射生成新設(shè)計(jì)方案的可行性。例如：將阿茲慕游艇的前窗元素應(yīng)用在雙體游艇設(shè)計(jì)中，其可行性區(qū)間為[-1～0]，設(shè)計(jì)師根據(jù)該可行性進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

（三）在雙體游艇中阿茲慕品牌基因的進(jìn)化

通過遺傳算法來計(jì)算阿茲慕品牌基因的進(jìn)化，通過導(dǎo)入雙體游艇設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)阿茲慕品牌基因的整體應(yīng)用。

1.創(chuàng)建初始種群

使用謝菲爾德（Sheffield）遺傳算法工具箱，在Matlab7.0中進(jìn)行算法編程。

（1）創(chuàng)建基向量—cr tbase，將阿茲慕產(chǎn)品族作為基本字符集base，產(chǎn)生由向量lind的元素確定基因數(shù)量，其中l(wèi)ind指?jìng)€(gè)體長(zhǎng)度，作為自變量這里指阿茲慕品牌樣本基因池中的5個(gè)變量的長(zhǎng)度之和。

（2）創(chuàng)建二進(jìn)制初始種群—crtbp，通過crtbp創(chuàng)建任意離散隨機(jī)種群：[chrom，lind，basev]=crtbp（nind，lind），其中nind指種群個(gè)體數(shù)。

（3）創(chuàng)建實(shí)值初始種群—crtrp，創(chuàng)建一個(gè)以隨機(jī)二進(jìn)制編碼的矩陣：nind×lind，通過對(duì)自變量賦值，進(jìn)行十進(jìn)制到二進(jìn)制轉(zhuǎn)化，從而創(chuàng)建初始種群。

2.適度值評(píng)估函數(shù)尋找符合雙體游艇設(shè)計(jì)需求的進(jìn)化函數(shù)F（X），并將此函數(shù)直接作為遺傳算法所需的適度值評(píng)估函數(shù)，對(duì)可行解用評(píng)估函數(shù)進(jìn)行打分，記錄其中最優(yōu)解。

3.遺傳操作

（1）選擇算子：采用賭輪盤法，經(jīng)算法調(diào)試，其算法參數(shù)如下：種群規(guī)模NIND：30；個(gè)體字串長(zhǎng)度PRECI：5。

（2）交叉算子：交叉概率Px：0.9。

（3）變異算子：變異概率Pm：0.02。

4.收斂條件

通過阿茲慕品牌基因進(jìn)化，對(duì)雙體游艇設(shè)計(jì)需求適應(yīng)度進(jìn)行計(jì)算，得到解的集合。從而形成新的種群，不斷迭代計(jì)算直至得到最優(yōu)解。三條產(chǎn)品線樣本經(jīng)過算法尋優(yōu)后各自的最優(yōu)后代基因，見表3。

（四）計(jì)算機(jī)輔助基于阿茲慕品牌基因的雙體游艇造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)建立的阿茲慕品牌基因的雙體游艇造型設(shè)計(jì)研究的設(shè)計(jì)開發(fā)流程和工業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將優(yōu)化基因輸入Rhino軟件，通過Rhino對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)；利用Keyshot軟件進(jìn)行配色與渲染；進(jìn)行渲染后得到最終設(shè)計(jì)方案效果圖，如圖6所示。

總結(jié)

本文提出基于阿茲慕品牌基因的雙體游艇造型設(shè)計(jì)研究理論，并對(duì)阿茲慕品牌基因與雙體游艇造型設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)性研究與運(yùn)算，結(jié)合遺傳算法構(gòu)建基因進(jìn)化機(jī)制，建立該設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，驗(yàn)證該方法的可行性，本文的研究成果可以為游艇設(shè)計(jì)實(shí)踐提供參考。

考慮到用戶群體的差異性以及用戶體驗(yàn)等，未來還需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步完善，讓游艇創(chuàng)新形態(tài)與風(fēng)格以及塑造游艇品牌造型語言等方面考慮更多人的因素。