本站小編為你精心準備了眼動追蹤技術的產品形態仿生設計研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：目的為有效解決仿生對象造型特征存在的問題。方法基于仿生設計學和認知心理學等相關理論，運用眼動追蹤實驗進行產品形態仿生設計，提出一種通過測量眼動數據來確定仿生形態特征的方法。以小型道路清掃車的造型設計為例，選用上海市市花白玉蘭為形態仿生對象，運用眼動跟蹤實驗得出眼動生理數據，對數據進行數理統計后，分析用戶對生物外形本征的關注點和興趣點，提取關鍵外形的設計因素，以此研究生物外型的典型特性。結論為產品形態的仿生設計提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：工業設計；眼動追蹤實驗；形態仿生；產品創新

隨著科技水平的不斷發展，同級別各類產品的差異并不顯著，產品的美學特征也日益成為人們對產品的新需求。人們的主觀審美意識充滿了模糊性和不確定性，設計師很難確切地把握用戶的意象認知，如何使設計方案和用戶的主觀需求相一致，是設計界亟待解決的問題。形態仿生設計能喚起用戶對仿生對象的理解，拉近用戶與產品的聯系，有助于設計師和用戶之間形成統一的認知共識。目前，形態仿生是設計領域的熱點。杜鶴民等結合產品語義，進行產品實例的形態仿生[1]；徐紅磊等通過分析自我意識，對產品仿生設計的內涵進行解讀，探討具象形態仿生和抽象形態仿生對產品造型的影響[2]。此類設計方法主要憑借設計師個人的理解和判斷，對產品形態進行仿生，具有很強的主觀性。在人機交互領域，基于視覺的信息交互技術目前尚不成熟，但由于其具有直接性、雙向性的特性，所以受到了廣大學者的重視[3]。文中將形態仿生設計與視覺交互技術相結合，運用眼動追蹤實驗進行生物外形本征的測量，通過分析客觀數據，提取形態的關鍵特征，并將結果用于設計實踐。

1形態仿生設計

形態仿生設計研究自然界物質存在的外部形態及其象征寓意，通過藝術處理的手法提取自然物的外形特征，并將其應用到設計中。形態仿生設計有具象仿生形態設計和抽象仿生形態設計之分，前者是對生物形態的直接再現，后者反映生物體的本質特征，通過抽象演變，總結出生物的外形本征，再運用到產品設計中。抽象仿生形態是對生物體外形視知覺的抽象，具有主題特征明顯、內容突出的特點，其蘊含了設計師的認知意識，屬于認知過程的高級階段。根據RudolfArnheim的視知覺理論，兩個事物之間的相似性并不取決于這兩個事物細小部分的等同，而是由一致性所決定[4]。生物體外形與形態造型之間的對比是兩者本質特征的對比，同一形態的生物本征也能用不同的形式進行呈現。產品形態仿生設計不是對自然界生物體的簡單模仿[5]，而是一種凝結了設計師構思、創意和情感等因素的再創造活動。設計人員通過對自然界形態的分析、抽象、綜合、比較、重組等方法，提取其主要的結構特征，并最終運用到具體的產品設計中。

2眼動追蹤技術

視覺是人類從外界獲取信息的主要來源，人類有80%的信息來源于視覺[6]。通過測量眼動數據來觀測用戶認知的關注點和興趣點，是研究人體視覺認知的重要途徑。眼動追蹤技術是一種通過客觀記錄和分析被測者眼球運動來探尋人體心理活動的有效手段之一[7]。其利用眼動追蹤系統監測每只眼睛的活動情況，獲得被測者在觀看視覺信息中的客觀生理數據，例如眼球的視覺運動軌跡、注視頻率、注視時間、注試點等，通過統計分析量化的數據來研究人對樣本的視覺認知規律[8]。文中將形態仿生設計與視覺交互技術相結合，通過測量分析被測者在觀察生物形態時的眼動數據，提取形態的關鍵特征，獲取被測者的認知結果。

3形態仿生特征眼動追蹤測試實驗

3.1實驗儀器

筆者采用瑞典Tobii公司的TobiiX2便攜式眼動儀進行眼動數據采集。

3.2被測對象

被試對象共10人，包括6名產品設計專業的本科在校生，4名藝術設計系的專任教師。其中男生5人，女生5人，平均年齡22.84歲。實驗對象均無色盲和色弱，裸眼視力或矯正視力均達1.0以上。被試者均有過仿生設計的經歷，但從未見過本次實驗中的產品和形態樣本圖片。

3.3形態造型樣本

運用專家分析法，選出最能代表上海市形象的市花——白玉蘭作為產品形態仿生的原型。大量搜集白玉蘭圖片共30張，根據圖片清晰度和白玉蘭不同階段花期等篩選圖片。為了得到更精確有效的數據，分別選取始花期兩張（標記為始花期a，始花期b）、盛花期兩張（標記為盛花期c，盛花期d）、終花期兩張（標記為終花期e，終花期f），一共6張白玉蘭不同花期形態的圖片。通過不同方式的排列組合將篩選后的圖片組合成樣本圖片。

3.4實驗目的

實驗目的是分析實驗人員眼中最能代表白玉蘭意象的典型特征。通過此次實驗，測量被測者的客觀眼動生理數據，定量分析以判定被測者對樣本圖片的典型生物造型的意象感知，對樣本圖片的不同部分進行排序，明確該生物造型視覺評價的有效指標。實驗采用19寸的Dell顯示屏，分辨率為1440*900，實驗中樣本圖片的大小和分辨率均采用統一的數值，以避免界面問題帶來的干擾。

3.5實驗過程

整個實驗過程需要大約15分鐘，包括實驗前期準備實驗講解、設備調試、視線校對4min,實驗后被試者問卷填寫和訪談2分鐘，眼動追蹤實驗9分鐘左右。實驗步驟如下：（1）為減少實驗誤差，增加測試的精準性，實驗前由實驗人員向被試者說明實驗中的注意事項、實驗要求和實驗目的；（2）調整被試座位，使其距離顯示器的直線距離范圍在0.35~0.6m，調整位置，直至眼動儀上眼球圖標呈綠色，表明位置合適；（3）調試程序，校準焦點；（4）被試者根據對生物形態的意向認知觀察樣本圖片，尋找樣本中最符合被試者意向認知的圖片。測試中采用拉丁方設計方法設置樣本圖片的出現次數和順序[10]，以消除樣本圖片順序對試驗結果的影響。樣本圖片隨機出現，次數均為4次。實驗設定每張樣本圖片的出現時間為6s，時間太長易造成被試的視覺疲勞，時間太短則難以判定形態的典型特征。為消除圖片之間的相互干擾，在圖片切換中設定有短暫的灰屏過渡。要求被試者瀏覽6張白玉蘭的樣本圖片，觀試不同時期白玉蘭的形態，聯想白玉蘭最典型的形態意象，結合自身經驗凝視其最能體現白玉蘭意象認知及形態特征的部位。

3.6實驗分析

先將6張樣本圖片的熱點圖導出，見圖4，注意力熱點圖的顏色從綠、黃、紅逐步過渡[11]，表明樣本圖片受注視的次數由少到多逐漸改變。紅色越多，說明樣本圖片的受關注度越高，認同感越高，吸引力越強。從樣本的熱點圖可初步分析受關注度高的是盛花期，其次是終花期，最后是始花期。熱點圖能形象地分析注視點的集中趨勢[12]，但僅以熱點圖難以判定。為此，需要導出興趣區域AOI的實驗參數。AOI注視點數量越多，說明該區域在同一樣本中受關注度更高，在樣本中越重要；在AOI區域注視時間的長短也是反映該區域引起被試關注的重要指標，即視線停留時間越長，表明該區域越重要，該樣本圖片對應的形態部分越能代表其特征；AOI首次注視時間越短，說明該AOI區域對應的形態特征要素越符合被試者所想要尋找的目標，越能體現被測對形態的意向認知；視線在不同AOI區域轉換頻率越高，說明該區域的受關注度越高，白玉蘭形態特征眼動追蹤實驗參數見表1。在6張樣本圖的AOI中，c的首次注視時間最短，注視時長最長，注視點個數最多，轉換頻次最高。為了更直觀地反映數據的綜合分布情況，將雷達圖進行對比，分析AOI各數據的變化情況，可較準確地分析AOI的優劣情況。眼動實驗雷達見圖5，a-f分別于原點相連，連線對應成6條坐標軸，坐標軸以時間/s或注視次數的數值標記，紅色折線對應首次注視時間，藍線對應注視時長，綠線對應注視個數，黃線對應轉換頻次。

4設計實例

由眼動實驗結果可知，白玉蘭盛花期c最符合人們對白玉蘭的意象認知。依據眼動實驗的結果，展開小型道路清掃車的形態仿生設計。4.1主體特征設計根據盛花期部位c展開草圖構思，識別并提取出盛花期c的主體特征線，運用設計美學中形式美法則將提取出的主體特征線進行抽象變形處理[13]。將處理后的主體特征線運用到最能體現小型清掃車形態特征的正側面，得到設計草圖。4.2色彩設計小型道路清掃車配色方案以黑白為主，表現產品的層次感。在此基礎上進行三維造型設計，得到小型道路清掃車的最終效果形態。

5結論

設計師依賴個人的經驗和理解，對產品進行形態仿生，具有很強的主觀性，難以匹配用戶的意向認知。本研究運用眼動追蹤實驗測量生物外形本征，以上海市市花白玉蘭的形態作為仿生設計對象，通過對首次注視時間、注視時長、注視頻率和瀏覽頻率等客觀數據進行定量分析，提取白玉蘭形態的關鍵特征，并將結果用于小型道路清掃車的造型創意設計，為產品的外觀設計提供了可量化的方法，具有較好的適用性，可延展到其他仿生設計領域。

作者：歐細凡1,2，周志勇1，劉博敏1，張新月1 單位：1.上海電機學院，2.同濟大學