基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異建模分析

杜晶晶 周東 李欣

摘? 要： 傳統模型輸出參數無法快速獲得產品外觀設計方案的初始域，為解決這一問題，提出基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異建模分析。采用連續函數提取感知差異信息，為更好實現模型功能特性，輸入神經元鏈接，得到每個樣本最優解。完成上述工作后，基于視覺傳達，將簡化后區間型參數樣本代入感知差異模型，完成基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異建模分析研究。實驗通過選取8個實驗樣本，共實驗4次，分別測試2個模型輸出參數是否能夠快速獲得產品外觀設計方案的初始域。實驗結果表明，所建模型輸出參數更接近設定閾值，更符合設計需求。

關鍵詞： 產品外觀設計; 感知差異建模; 視覺傳達; 信息提取; 初始域獲取; 輸出參數測試

中圖分類號： TN911.73?34; TP54.4? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）18?0011?03

Abstract： As the output parameters of the traditional model cannot get the initial domain of product appearance design scheme quickly， the analysis on the visual communication based perception difference modeling for the design of product appearance is proposed. The information of the perception difference is extracted by means of the continuous function. The neural link is input for the better implementation of the functional characteristics of the model， so as to get the optimal solution of each sample. After completing the above work， the simplified interval parameter samples are substituted into the perception difference model on the basis of the visual communication， so that the analysis and research on the visual communication based perception difference modeling for the design of product appearance are achieved. In the experiment， 8 experimental samples were selected and 4 experiments were conducted to test whether the output parameters of the two models can quickly obtain the initial domain of the design scheme of product appearance. The experimental results show that the output parameters of the built model are closer to the set threshold and more in line with the design requirements.

Keywords： product appearance design; perception difference modeling; visual communication; information exaction; initial domain acquisition; output parameter testing

0? 引? 言

產品的外觀設計能夠讓人有最強烈的心理感受[1]。近幾年學者們提出，通過自動方法建立合理的設計輸入區和設計輸出區。對于復雜的產品外觀設計案例背景數據，往往會存在實數型數據源和圖形型數據源，使得所建立的感知差異模型達不到設計需求。本次研究主要針對產品外觀設計的復雜性，以及設計過程中的不確定性和迭代重復性，提出運用感知差異建模分析方法，快速找到合理的設計初始域。結合歷史案例，利用視覺傳達完成本次設計。

1? 產品外觀設計感知差異信息提取

使用連續函數的系數重組樣本學習，獲取實際輸出CF。確定CF后，計算CF所在范圍內的離散點[2]。其他的樣本可以在感性差異模型中進行補充。連續函數的核心思想是通過若干已知連續函數預測一個位置連續函數。基于上述理念，建立樣本空間與原始連續函數樣本之間的關系，其表達式為：

式中：[m]表示采集數量;[fm]表示同一空間獲取的采集數量[3]。為了提高模型性能，選擇采用函數組樣本。若有符合要求的輸入樣本，則感知差異建模空間過程表達式如下：

式中，[FGS]表示輸入函數個數[4]。函數樣本是在同一個離散樣本結合產生的，故函數間必然存在聯系。為了獲得正確的趨勢線，利用連續函數對樣本進行聚類分析，將其抽象成一條趨勢線，見圖1。

依據函數樣本生成趨勢線，得到樣本輸出函數。由此，完成產品外觀設計感知差異信息提取[5]。

2? 產品外觀設計感知差異神經元鏈接輸入

提取產品外觀設計感知差異信息后，在神經網絡中，建立感知差異模型，以用于描述產品外觀設計的生物細胞[6]。[F1]為接收輸入部分，[L1]表示經過調制的輸入信號，[U1]表示相鄰神經元的鏈接輸入信號[7]。神經元模型表達式為：

式中：[Li]表示輸入的像素灰度矩陣;[αL]表示神經元突觸輸入矩陣;[n]表示神經元內部矩陣[8]。

神經元鏈接權值矩陣的取值不同，在鏈接領域內的神經元，要通過鏈接權值鏈接，并將相連的神經元發放脈沖，實現視覺感知功能。由式（3）可知，神經元的內部狀態變化會促進神經元同步發放脈沖，故需要設置時間閾值。當閾值為0時，時間減慢，固定狀態值就會影響神經元的變化[9]。

在調制過程中，要通過[L1]和[F1]調制，得到鏈接輸入部分的信號[10]。完成上述計算后，由式（3）得到神經元內部狀態值。由于輸入信號比突觸輸入信號變化速度快，需要在最短的時間內，加快調制信號，實現感知差異神經元鏈接輸入。

3? 產品外觀設計感知差異建模

先提取產品外觀設計感知差異信息，再輸入神經元鏈接，實現感知差異模型功能特性后，構建產品外觀設計感知差異模型，保證每個樣本都能根據最優規則得到最優解[11]。設計步驟如下：

首先，為了方便設計，簡化區間型參數樣本組織形式，如下所示：

式中：[Y]表示數據;[X]表示樣本;[P]表示區間型參數樣本[12]。將簡化后的區間型參數樣本代入感知差異模型當中[13]，采用3×3的領域，完成感知差異神經元拓撲結構的設計，如圖2所示。

在輸入的過程中，要考慮外界刺激與領域內的鏈接輸入，將神經元輸入量化到一定范圍內。當這個神經元相互連接后，計算每個神經元領域內發放的脈沖總強度[14]。實現感知差異神經元捆綁后，要記錄神經元關系。為了方便后續建立感知差異神經元的有向圖，采用視覺傳達方法，確定其他執行秩序[15]。

建立結構矩陣，矩陣中每一行每一列都分別對應某一神經元，若在感知差異神經元中存在信息失聯現象，就可以用矩陣中的對角線表示自身關系。重組結構矩陣，在結構矩陣的行表示信息輸入，列表示信息輸出。結構矩陣中，下三角形表示信息從前到后的順序傳遞。若設計過程中存在2個原則，出現局部循環，在重組時，要盡量使用下三角形中的數據集;若存在死循環，就會導致結構矩陣無法成為完全的下三角形。

在滿足上述兩條原則不變的基礎上，實現基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異模型的構建。模型結構如圖3所示。

在設計的過程中，當A可以完成產品外觀設計，A2就需要任務B2的設計信息，在這種情況下，要開啟設計過程，交互完成A和B兩個設計任務。根據A和B建立相應的感知差異模型。在設計的過程中，當出現某個任務完成布置需要前一個神經元時，需要提供信息或者是多次迭代的情況。再考慮多個神經元之間的關系，將這些基本型定義范圍納入到模型當中。

4? 實驗分析

為驗證模型的可行性，采用NN3混沌時間序列數據，實驗選取的數據是由函數表達式生成的，用NN3數據驗證所建模型是合理有效的。

4.1? 實驗數據

實驗中一共使用8個離散數據點，其中5個離散擬合成1個多項式，時間系數設置為-2，-1，0，1，2。將4個離散點作為構建訓練樣本，4個用于構建測試樣本。實驗過程中，盡量減少訓練離散點的規模。為了驗證規模減小與實驗結果存在直接關系，將多項式階數設置為3，樣本系數的數據設置為4。

4.2? 實驗步驟

參照式（4）擬合離散數據點，參照式（1）利用連續函數重建樣本空間，參照式（3）利用連續函數建立神經元空間，聚類分析神經元樣本，依據聚類模糊規則，初始化所有必要的參數，即最大迭代數、系數取值范圍等。首次迭代的代數為1，分別測試兩個模型輸出參數是否能夠獲得產品外觀設計方案的初始域。

4.3? 實驗結果分析

為保證實驗結果的可靠性，共進行4次實驗，分別測試傳統模型和基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異模型中的輸出參數是否能夠快速獲得產品外觀設計方案初始域。具體參數如表1、表2所示。

經過統計后，發現使用所建的基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異模型獲得的案例輸出參數相比傳統模型的平均相對誤差更小，控制在5%以內，符合初始閾值對參數調整范圍的要求。由此證明，所建的基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異模型能夠實現設計問題的建模。

5? 結? 語

針對傳統模型存在的問題，提出基于視覺傳達的產品外觀設計感知差異建模分析。先提取感知差異信息，再輸入神經元鏈接。完成上述工作后，實現模型的構建。最后，設置實驗環境和實驗數據，對比兩個模型獲得的輸出參數是否能夠快速獲得產品外觀設計方案的初始域。實驗結果表明所建模型符合設計需求。

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