基于可拓語義和美度計算的苗族服飾紋樣設計

馮小迎,王衛星,彭 莉,胡寧峰,常開心

(1.貴州大學 現代制造技術教育部重點實驗室,貴州 貴陽 550025; 2.貴州大學 機械工程學院,貴州 貴陽 550025)

苗族服飾中的苗繡紋樣是苗族文化傳承的載體,被譽為苗族的“無字史書”,苗繡紋樣造型別具特色,擁有獨特的文化價值和極高的美學價值。劉瑩等[1]對苗繡紋樣特征進行分析,總結其紋樣特點和藝術價值,為苗繡紋樣設計提供理論借鑒;熊麗[2]運用現代設計方法將苗繡紋樣與陶瓷裝飾進行融合創新,為苗繡文化發展注入新內容,但上述研究對苗繡紋樣創新設計并未進行深入探討。

目前有部分學者運用可拓語義[3]對傳統紋樣設計進行了研究,秦臻等[4]利用可拓理論對民族圖案基元的語義進行提取、分析和圖形解析,優化民族傳統圖案紋樣的設計過程;胡珊等[5]基于眼動實驗和可拓語義提取傳統紋樣特征并對其進行評估優選,克服了依賴于主觀經驗的人為提取方法的缺陷,為傳統紋樣再設計及應用提供理論借鑒。上述研究為挖掘苗繡紋樣的文化美學價值和再設計提供了方法參考,但目前在可拓設計過程中,對苗繡紋樣文化美學價值中所蘊含的布局設計研究不夠充分和明確,缺少較為理性的研究角度。

美度計算[6]是一種計算美學的研究方法,依據形式美學法則理論體系來表達美感。不少學者在產品設計[7]、平面設計[8]等美學相關領域應用美學計算展開研究,并針對重要的審美因素提出美度指標及計算公式。李森然等[9]運用美度計算對家具造型進行美觀性評價,擴展了美度計算方法運用的領域;朱苗苗等[10]將美度計算運用在民族圖案紋樣的布局設計中,為其他民族紋樣布局設計提供參考。美度計算多數用于對平面類布局的美感研究,與苗繡紋樣布局設計有異曲同工之處,通過美度計算可實現紋樣元素布局設計。

基于上述問題,本文提出一種基于可拓語義和美度計算的苗族服飾紋樣設計方法。通過可拓語義對苗繡紋樣文化美學特征進行表征,結合圖解思維[11]的方式將其可視化并對初始紋樣進行可拓變換,在此基礎上,對新生成的紋樣設計元素進行美度布局設計,并以黔東南苗族服飾紋樣設計為例,深入分析并應用該方法,以期為苗族服飾紋樣創新設計提供理論參考。

1 可拓語義和美度計算方法

可拓語義是在可拓學[12]探討物元、事元和關系元三者間關系的層面上加入圖解思維而提出的一種方法。在苗繡紋樣設計中,利用該方法對苗繡紋樣的文化美學特征進行分析、提取、變換等,獲得適用于苗繡紋樣造型設計的元素。

通過形式美學法則構建苗繡紋樣美度指標體系,抽取平衡度、對稱度、節奏度和整體度4個美度指標,分別將其量化,為苗繡紋樣布局設計提供設計指標。運用美度計算對設計元素進行布局設計,從而獲取既包含文化價值又具有美學價值的全新苗繡紋樣。

首先,利用田野調查和訪談法對所研究的苗繡紋樣進行提取;然后運用可拓語義對代表性紋樣的文化美學特征進行可拓區間計算,并運用圖解思維和可拓變換建立設計元素集;接著利用美度計算指導設計元素的布局設計;最后對生成方案進行用戶滿意度評價,以驗證方法的可行性。設計流程如圖1所示。

圖1 設計流程

1.1 苗繡代表性紋樣選取

在苗繡紋樣設計前端,設計師需要對其進行深入調研。苗族擁有眾多的特色紋樣,利用田野調查和訪談法分析苗繡文化,挑選出最為典型的苗繡紋樣進行研究。運用可拓基元理論對苗繡紋樣文化美學特征進行分析和提煉,得到相關文化美學特征的設計元素。

1.2 苗繡紋樣的可拓語義分析

根據可拓基元理論,在針對苗繡紋樣的設計中,將苗繡紋樣基元、代表性紋樣、文化美學特征之間的關系以三元組的方式量化描述為

Q=(O,C,V)

(1)

式中:Q為苗繡紋樣基元;O為代表性紋樣;C為代表性紋樣的文化美學特征;V為文化美學特征的可拓區間。

在運用苗繡紋樣基元對代表性紋樣進行圖解分析的過程中,對可拓區間量值V進行分析研究,即:

(2)

式中:代表性紋樣O一般具有n個特征C,每個特征Ci對應一個可拓區間Vi;V由文化美學設計特征量值Vx和文化美學設計價值Vy組成,即V=(Vx,Vy)。

Vx為研究對象特征C與代表性紋樣間的關聯度,Vx∈(0,1],Vx1+Vx2+…+VxN=1(N≥1),Vx越大,表示研究對象與代表性紋樣間的關聯度越高。Vx均值的表達式為:

(3)

式中:每個特征詞匯的評分區間段為[1,α];參與人數為β;某代表性紋樣的某語義所得分數l的數量為dl。

Vy表示研究對象的特征C在設計過程中所產生的文化美學設計價值,Vy越大表示文化美學設計價值越高。Vy均值的表達式為:

(4)

式中:每個特征語義的文化美學設計價值重要程度評分段設為[1,θ];參與人數為[1,φ];第m位評分者對某語義的評分為qm。

代表性紋樣的語義特征詞匯設計可拓區間V的表達式為

(5)

1.3 可拓語義圖解和變換

運用可拓語義分析法將特征詞匯轉換為語義圖解,獲取可拓語義圖解集。對語義圖解初始紋樣元素進行可拓變換(即分解、復制、增刪、置換和聚合等變換方法),得到可拓紋樣設計元素集。

1.4 美度量化指標

苗繡紋樣布局美度反映用戶審美認知,結合認知心理學和形式美法則,從紋樣布局特征出發,采用矩形起始點的X坐標、Y坐標、總寬度W和總高度H這4個參數實現設計紋樣在整個平面布局的定位。設定美度值為[0,1]的連續數值。通過用戶訪談和設計師結合苗繡紋樣布局設計的特點,以平衡度、對稱度、節奏度和整體度4個美度指標構建美度指標體系,指導苗繡紋樣的布局設計。

平衡度指整體紋樣元素布局帶來的視覺上的穩定感,避免用戶因為紋樣元素布局失衡而感覺左右失衡或頭重腳輕。計算公式為:

(6)

對稱度指紋樣元素沿垂直、水平和對角線3個方向對稱的程度,避免用戶因為紋樣布局突兀過度不對稱而導致認知混亂。計算公式為:

(7)

式中:Sv、Sh和Sr分別表示垂直、水平和徑向的對稱度,其中:

節奏度是衡量紋樣元素產生規律性變化的程度,設計中的紋樣元素變化會給人帶來愉悅的感受。節奏度通過紋樣元素的排列、大小、數量和形式的變化來體現,主要影響因素為元素中心的X、Y坐標和各象限中元素的面積。計算公式為:

(8)

其中:

整體度指紋樣設計元素布局的緊湊程度,避免由于布局松散導致視覺協調性降低。計算公式為:

(9)

式中:ai為元素的面積;al為設計區域的面積;af為整體平面的面積,n為平面內總設計元素的數量。

1.5 綜合美度計算

運用層次分析法(AHP)計算美度指標的權重值,從而構建紋樣設計元素布局的綜合美度計算模型。專家通過1～9標度法對美度指標進行賦值,判斷兩兩之間的相對重要程度。

設運用1～9賦值獲得判斷矩陣A=[Ai(j)]n×n,計算A的每一列特征向量,將特征向量歸一化處理為wt={wt1,wt2,…,wtn}T,且有wt1+wt2+…+wtn=1。取矩陣A的最大特征根為λmax,則有A×wt=λmax×wt。

利用方根法,將A中的元素進行處理,得出權重向量wti:

(10)

(11)

計算相對一致性指標AR,檢驗矩陣一致性:AR=AI/RI。其中,AI=(λmax-n)/(n-1),RI為平均隨機一致性指標,取值見文獻[13]。紋樣設計元素布局的綜合美度值D為:

(12)

2 實例應用

2.1 苗繡代表性紋樣選取

黔東南苗繡中的紋樣承載著苗族的文明和美學,記載了苗族的歷史文化和祖先傳說。其中,蝴蝶紋樣是黔東南苗繡最具代表性的紋樣[14]。蝴蝶紋樣是苗族的氏族圖騰,蘊涵著深厚的文化底蘊和苗族人民對生活的美好祈盼。蝴蝶紋樣造型具有豐富的想象力,充滿神性意識,通常與折枝花草連成一體,形成亦花亦蝶的獨特紋樣。故選定蝴蝶紋樣作為研究對象,并對其進行文化美學特征元素的提取和設計應用。

2.2 蝴蝶紋樣的可拓語義分析

在田野調查中,通過對黔東南當地文化研究者進行實地訪談得知,“蝴”與“福”諧音,蝴蝶紋樣造型象征著“連綿不斷的福”的文化內涵[15],從文化內涵的角度提取福氣為文化特征代表。蝴蝶紋樣多以流動的曲線描繪出蝴蝶的生機和活潑,從美學內涵的角度提取流動、生機和活潑為美學特征主要代表。由此可得蝴蝶紋樣文化美學特征的語義主要包括福氣、流動、生機和活潑4個特征詞匯,每個特征詞匯相對應的可拓區間V,根據式(2)可表達為:

Q=苗繡代表性紋樣=

(13)

表1 特征詞匯文化美學內涵關聯度評估

表2 不同特征詞匯文化美學設計價值評估

根據式(5)可計算出各特征詞匯的可拓區間V值,如表3所示。從結果可以看出蝴蝶紋樣的特征詞匯可拓區間排序為福氣、生機、活潑、流動。設計時應考慮文化美學特征的綜合價值排序,優先選取較高評分的文化美學特征進行設計應用。其中,福氣的設計可拓區間最大,所以福氣作為此次苗繡紋樣設計主要考慮的語義方向。

表3 特征詞匯設計可拓區間

2.3 可拓語義圖解和變換

相對于詞匯的模糊性,圖案對設計的影響更加有效。由5位長期從事苗繡紋樣相關設計的人員針對每個特征詞匯選取相關的9張代表性苗繡紋樣圖片,再邀請10位當地文化研究者再次進行語義打分。統計被選頻率較高的前3張圖片,對其進行圖解處理,獲取可拓圖解語義集,編號為P1～P3,如圖2所示。

圖2 各特征詞匯語義的圖解

基于可拓變換方法對語義圖解初始紋樣元素進行增刪變換和分解變換。

增變換:TB=(O,C,P)=(O′,C,P+P0)

(14)

刪變換:TB=(O,C,P)=(O′,C,P-P0)

(15)

TB=(O,C,P)={(O1,C,P1),(O2,C,P2),…,

(On,C,Pn)}

(16)

式中:P為文化美學特征所生成的圖片的集合。

對語義圖解初始紋樣元素進行可拓變換,整理為可拓紋樣設計元素集。可拓變換表達式為:

(17)

式中:PT1=[PTI1,PTI2,PTI3,],I=1,2,…,4,為對應的語義圖解紋樣元素的特征詞匯;PTI為每個特征所選中的3個紋樣,即PTI1、PTI2、PTI3。

運用上述可拓變換方法對4組文化美學特征語義圖解初始紋樣元素分別進行可拓變換,得到新的紋樣設計元素,如文化美學特征語義福氣的基元表達式為:

(18)

對福氣初始紋樣元素PT11主體進行分解變換:

月亮躲進云層里，夜更黑了，甲洛洛長長地打了個呵欠，眼睛很澀，他便抽出一根煙叼在嘴上，突然睡在倉庫門口的莽子站了起來，豎起耳朵，警惕地望著暗處。甲洛洛一下擦亮了眼睛，取下煙，隨著莽子的視線望過去——天啦！有個黑影出現在黑暗里，那黑影低低地吼了一聲莽子，投過去一根骨頭，莽子聽出是丁主任的聲音，便叼起骨頭回窩了。

(19)

式中:TP為變換后的新紋樣。

生成分解變換集{TP111,TP112,TP113},同理得到PT12的分解變換集{TP121,TP122,TP123}。

文化美學特征語義流動的基元表達式為:

(20)

對流動初始紋樣元素PT11主體進行分解、刪變換:

TB(分解、刪變換,流動,PT21)=

(21)

其他語義圖解初始紋樣元素的可拓變換集同上,如圖3所示。

圖3 各特征紋樣設計元素集

對福氣-TP111、福氣-TP112、福氣-TP121進行深度變換,即置換變換和增變換,得到新的設計元素“福氣-TPN1”和“福氣-TPN2”,如圖4所示。

圖4 設計元素深度變換

基于上述紋樣設計元素集,參考表3中V值的排序,選取文化美學價值較大、語義內涵較為鮮明的苗繡紋樣設計元素進行設計實踐。

2.4 美度指標計算

為了實現紋樣設計元素在整體平面布局中的空間定位,建立平面布局美度指標計算坐標系,如圖5所示。坐標原點O為平面的中心,bij為第j個區域中的第i個紋樣設計元素,cij為元素bij的中心,xij、yij分別為cij的x、y坐標,wij、hij分別為bij的寬、高。樣本大小變化對審美感受的結果不會產生影響[17],所以為了方便計算,實驗中平面樣本的寬度與高度均取統一值,即邊長為100 mm的正方形。

圖5 美度指標計算坐標圖

黔東南苗繡紋樣布局形式多種多樣,運用田野調查和文獻調查挑選具有代表性的布局形式作為布局樣本圖,通過美度計算篩選出美度值最高的布局形式作為紋樣設計元素布局設計的參考。為了便于計算,對挑選出來的布局形式進行簡化處理,把紋樣設計元素簡化為不同大小尺寸的方形或圓形,得到5個布局樣本圖,如圖6所示。

圖6 布局樣本圖

根據紋樣設計元素布局量化指標計算式(6)～(9),計算各方案的平衡度、對稱度、節奏度和整體度的值,如表4所示。

表4 布局樣本圖美度值

通過設計師對布局樣本圖的美度指標進行兩兩比較,將數據平均后得到美度指標相對重要程度,再根據綜合美度計算公式,運用MatLab計算得到各指標的權重。平衡度Db,a=0.350 4,對稱度Dx,y=0.220 3,節奏度Dd,e=0.142 8,整體度Du,n=0.286 5。5個布局樣本圖的綜合美度值分別為D1=0.596 6,D2=0.648 6,D3=0.810 7,D4=0.607 2,D5=0.596 9,其中布局樣本3是綜合美度值最高,以此為參考進行紋樣布局設計。

2.5 方案設計及評價

隨機選取紋樣設計元素集中福氣-TPN1、福氣-TPN2、福氣-TP121為主、流動-TP211、流動-TP233、活潑-TP421、活潑-TP433為輔,結合布局樣本3的布局形式進行布局設計,得到設計方案1,如圖7所示。

圖7 設計方案1

選取紋樣設計元素集中福氣-TPN1為主,流動-TP231、流動-TP232、生機-TP321、生機-TP322、生機-TP331、生機-TP332、活潑-TP411為輔,結合布局樣本3的布局形式進行布局設計,得到設計方案2,如圖8所示。

圖8 設計方案2

為了更準確地判斷設計方案是否優于市場現有的相關蝴蝶紋樣,即驗證方法的可行性,隨機抽取32位文化產品愛好者和28名相關文化研究者設計作為評價者,從文化美學表現性、圖案創新性以及布局美觀度3個方面通過問卷打分方式對設計方案進行評價,結果如圖9所示。2種設計方案整體上都得到文化產品愛好者和相關文化研究者的肯定,其中設計方案2評分最高。從雙方的評分意見趨同性證明基于可拓語義和美度計算的苗繡紋樣設計方法在設計過程中能輔助提升設計師對紋樣語義的理解和布局設計美度的客觀性。選擇服飾品方巾作為設計方案實踐的載體,評分最高的設計方案2實物效果如圖10所示。

圖9 方案評價

圖10 實物效果圖

3 結束語

苗族服飾中的苗繡紋樣創新設計中,保留自身文化美學特征,減少設計師在設計過程中的主觀性,一直是苗繡紋樣設計的研究重點。本文以苗繡紋樣的文化美學特征為切入點,應用可拓語義以及圖解思維方法提取苗繡紋樣的文化美學特征元素并轉化為新的設計元素,在此基礎上建立新的設計元素集,結合美度計算方法模型中構建的美度指標體系對新設計元素的布局形式進行量化設計,以此減少對設計師主觀經驗的依賴。結果表明,本文方法能夠為苗繡紋樣創新設計提供新的方向,既可以豐富苗繡服飾新紋樣的文化美學內涵,增強消費者的文化體驗,同時又能滿足消費者的深層次和多樣化的審美需求,保留形態美的客觀性。