基于认知耦合的产品意象形态仿生进化设计方法

摘要

随着感性消费的日益增加，工业设计开始转向以用户为中心、适应消费者个性化需求为导向的特点，情感化和个性化逐渐成为消费者是否购买产品的决定性因素。而产品形态仿生设计则成为了设计师赋予产品情感的重要方法，人们在接触和使用仿生产品的过程中会自发的对产品形态进行功能及内涵的解码，仿生形态也更容易成为内蕴丰富的情感媒介。因此，产品仿生设计成功的关键就在于保证仿生产品与仿生对象情感语义以及感性认知的一致性。 基于此，本研究从仿生对象、仿生产品的意象认知耦合与形态认知耦合两方面入手，进行量化分析，从而实现两者的感性认知耦合，在此基础上借鉴猴王遗传算法进化机制，产生满足目标需求的产品形态设计新方案。主要的研究内容包括以下三个方面： （1）意象认知耦合。利用 SD调查问卷挖掘产品意象词汇，运用语义差分法量化仿生产品与仿生物体的意象认知尺度，进而以余弦相似度得到意象词汇之间的关系，用以表征仿生产品与生物体的意象认知距离，最终以意象认知距离最小的生物作为仿生对象。 （2）形态认知耦合。首先利用拓扑知觉理论并参考生物形态学，对仿生对象进行拓扑结构特征分析，通过计算拓扑关系权值识别生物重要特征要素，建立拓扑相似性评价模型，对仿生对象特征要素与对应产品结构进行拓扑相似性比较，进而获得两者的形态认知耦合度。 （3）基于猴王遗传算法的产品仿生形态进化设计系统的构建。该系统首先依据形态认知耦合度确立父代猴王，结合猴王遗传算法基因排序、复制、引入替换模式的特性，产生满足用户认知特性的产品形态设计方案。 本研究以水壶仿生设计为例，应用意象认知耦合模型确定仿生对象，利用构建的产品仿生形态进化设计系统，有效的获得了一系列形态认知较高的产品仿生形态，证实了该方法的可行性。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题来源及背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及论文架构

第2章 仿生设计意象认知耦合机制

2.1研究样本的确定

2.2 感性认知

2.3 意象认知耦合度

2.4 实例研究

2.5 本章小结

第3章 仿生设计形态认知耦合机制

3.1 创建产品仿生形态样本库

3.2 特征分析

3.3 特征识别

3.4 形态认知耦合度

3.5 实例研究

3.6本章小结

第4章 基于猴王遗传算法的产品仿生形态进化设计

4.1 猴王遗传算法

4.2 产品仿生形态进化设计过程

4.3 实例研究

4.4 本章小结

总结与展望

总结

创新点

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文及实践成果

附录B 猴王遗传算法的部分程序

附录C 基于拓扑理论的形态认知耦合度计算程序