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基于形态原型演化的家具产品设计

摘要：针对目前家具行业竞争激烈、创新不足的现状，构建以形状文法为主要演

化工具，同时运用产品语义、用户研究相关知识的推演模型，进行基于形态原型

演化的家具产品设计。模型通过形态原型研究、形态推演及方案设计完成产品创

新。通过对形态原型的收集、筛选，确定符合设计定位的目标参考形态及同类参

考形态，对其形态特征进行分析、提取得到形状文法推演的输入值。根据推演规

则及设计约束进行推演，并以其结果为设计依据，设计方案群，从中筛选、评价，

得出最优解，进行方案细化及效果展示。最后以凤凰为原型，以扶手椅为设计载

体，对该模型加以验证。

关键词：设计原型；设计演化；形状文法；家具设计

家具行业发展迅速，竞争激烈，家具业面临的新问题不断涌现，不断需要新

的、与之相适应的理论予以解释和指导，传统家具设计在继承的同时需要创新

[1-

。目前家具设计的重点多在造型、技术、工艺等方面，缺乏对历史、文化、精神

4]

的挖掘，导致产品多为已有成品的复制，新意不足。在设计领域，形状文法常

[5-8]

被用于产品的创新、演化。目前针对形状文法的研究主要以参考产品为输入，如

文献[9]中以智能手表为概念输入，文献[10]与文献[11]中以滑板车为输入，文献

[12]中以瓷器为输入。此类研究和应用的局限性在于：由于初始产品的限制，文

法推演获得产品自由度不高，对产品语义的把控不足，对于家具行业的适用度较

低。因此，构建以形状文法为主要演化工具，同时结合产品语义、用户研究相关

知识的推演模型。模型基于特定形态原型输入，构建形态原型演化的路径，为家

具产品创新设计及原型演化提供指导。

1基本概念

1.1形状文法

文法，原意指的是词、句之间的组成规则。形状文法（ShapeGrammar，

SG）即形状之间规则、关系的研究，由GeorgeStiny和JamesGips提出。该

观点首先服务于绘画与雕塑创作，之后作为设计方法延伸到产品创新设计领

[13-14]

域。形状文法作为一种计算机辅助设计方法，通过研究形状的文法规则及关系进

行运算，从而产生新的产品造型。根据Stiny和Gips的定义，形状文法可以表

示为：

SSGSL

其中，为形状集合，指经过各种推演操作衍生的形状集；为标记

RI

的有限集合；表示推理规则的集合；表示初始形状。

1.2形状文法推演规则

形状文法步骤为：1）确定基本形状；2）设定形状变化规则与区间；3）结

合设计需求产生新的形状。

常见的形状文法推演规则有缩放、置换、增删、复制、镜像、旋转、错切以

及微调。缩放指放大或者缩小基本形状的部分或全部曲线；置换指利用产品族部

分形状来替换基本形状的部分的变化；增删指增加或删除基本形状的部分或全部

形态曲线；复制指对基本形状曲线进行复制和移动；镜像指基本形状的部分或全

部曲线沿某一轴线进行翻转的操作；旋转指对基本形状进行角度的变化；错切指

改变基本形状坐标值的方法；微调为基本形状坐标值的微调。几种方法不断交叉

和重复以获得理想效果。

1.3产品语义

产品语义通过对产品形态在使用情境中象征特性的研究，使产品造型有特定

内涵。其可分为外延性语义和内涵性语义。外延性语义表征用户特征、产品功能、

产品用途等；内涵性语义表征工艺、文化、意境、心理等，多为象征价值。家

[15-16]

具产品除了满足基本使用需求外，同时还需考虑其内涵性语义的